高考物理一轮复习专题35测定电源的电动势和内阻练含解析1

高考物理一轮复习专题35测定电源的电动势和内阻练含解析1

专题 35 测定电源的电动势和内阻（练） 1．用如图甲所示的电路测量一节蓄电池的电动势和内电阻。蓄电池的电动势约为 2 V ，内电 阻很小，除蓄电池、开关、导线外，可供使用的实验器材还有： A．电压表（量程3 V ） B．电流表（量程 0.6 A ） C．电流表（量程3 A ） D．定值电阻 0R （阻值 4 ，额定功率 4 W ） E．滑动变阻器 R （阻值范围 0 20   ，额定电流1 A ） ①电流表应选；（填器材前的字母代号） ②根据实验数据作出U I 图象，如图乙所示，则蓄电池的电动势 E  V ，蓄电池的内阻 r   。 【答案】①B；② 2.10 V ； 0.20  【名师点睛】本题考查闭合电路的欧姆定律的仪表选择及数据的处理，注意 U-I 图形中求出 的内阻包含保护电阻，故最后应减去其阻值才是内电阻。 2．如图甲是某研究小组设计的一个实验电路，R 为阻值可调节的电阻箱，R0 为定值电阻，K 为单刀双掷开关，电流表量程适当、内阻忽略不计，用该实验电路测量直流电源的电动势 E 和内阻 r. （1） 读出图乙中电阻箱的阻值 R＝________ Ω。 （2） 根据图甲实验电路，用笔画线代表导线将图乙仪器连接好。 （3） 将单刀双掷开关 K 分别拨到左侧 a、竖起空置两种状态下并保持电阻箱阻值（已知）不 变，闭合开关 K1 时电流表的读数分别为 Ia、I0，则直流电源的电动势 E＝_______（用符号表 示） 。 【答案】（1）110 （2）如图（3）   2 0 0 0( ) a a I I RE I I R R    【解析】（1）图乙中电阻箱的阻值 R=1×100Ω+1×10Ω=110Ω． （2）根据电路图连接实物图： 【名师点睛】电阻箱的读数方法：各旋盘对应的指示点（图中的箭头）的示数乘以面板上标 记的倍数，然后加在一起，就是接入电路的阻值．根据电路图连接实物图．根据闭合电路欧 姆定律列出等式求解 3．某实验小组正在测定一节新型电池的电动势（约为 3V）和内阻，现要选取一个定值电阻 R0 当做保护电阻。 （1）首先为了准确测量定值电阻 R0 阻值，在操作台上准备了如下实验器材： A、电压表 V（量程 3V，电阻约为 4kΩ） B、电流表 A1（量程 1A，内阻约 0.5Ω） C、电流表 A2（量程 3A，内阻约 0.5Ω）D、定值电阻 R0（阻值约为 3Ω） E、滑动变阻器 R（0-10Ω） F、开关 s 一个，导线若干 根据上述器材，在测量 R0 阻值时应选择________（填序号）为电流表，其实验电路图应选择 以下哪种接法________（填字母），经测量定值电阻 R0 阻值为 2.8Ω。 （2）之后为了测量该新型电池的电动势和内阻，设计了如下实验，在下图中将所选器材进行 连接。 （3）根据实验记录做出 U-I 图线如图所示，从中可以求出待测新型电池的内阻为 ________Ω，电池电动势为________V（保留两位有效数字）。 【答案】（1）B ；a （2）如图： （3）0.95 ；2.9 【解析】（1）定值电阻约为 3 ，电动势约为3V ，则最大电流约为1A ，则电流表应选择 B； 因电阻较小，为了精确测量，应采用电流表外接法，故选 a； （2）根据原理图可得出对应的实物图； （3）根据 0U E I r R  （ ）可知，图象与纵坐标的电动势表示电源的电动势；故 2.9E V ； 图象的斜率表示内阻，故内阻 0 2.9 1 0.950.5r R    ; 【名师点睛】本题考查测量电动势和内电阻的实验，要注意明确实验原理，掌握数据分析的 基本方法，注意图象的准确应用。 4．利用如图所示的实验电路可以测量电源的电动势和内阻，其中 0R 是一个定值电阻，R 是一 个电阻箱，在闭合开关 S 前应使电阻箱的阻值达到最大值，闭合开关 S，改变电阻箱的阻值 R， 测出 R 两端的电压 U。 （1）某同学根据实验数据在建立好的坐标系中画出 1 1 U R  图像，测得的图像是一条斜率为 k， 与纵轴的截距为 b 的直线，则电源的电动势 E=__________，内电阻 r=_____________。（用 k、 b、 0R 表示）。 （2）用此电路测得的电动势与实际值相比__________，测得的内电阻与实际值相比 _____________。（均填“偏大”“偏小”“不变”）。 【答案】（1） 1 b 0 k Rb  （2）偏小 偏小 实验中测出的内阻应为实际电源内阻和电压表内阻并联的等效电阻，所以测得的内阻与实际 值相比偏小 【名师点睛】测定电源的电动势和内电阻是高中阶段电学实验考查的重点，是近几年各地高 考题目的出题热点，本题突出了对于实验原理、仪器选择及 U-I 图象处理等多方面内容的考 查，题目层次源于课本，凸显能力，体现创新意识，侧重于对实验能力的考查。 5．用如图所示的实验器材“测定电池的电动势和内阻”， （1）用笔画线代替导线在实物图上正确连线； （2）实验中测得数据如下： 次数 1 2 3 4 5 R /Ω 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 U /V 0.9 5 0.8 5 0.7 8 0.6 5 0.4 0 U-1 /V-1 1.0 5 1.1 8 1.2 8 1.5 4 2.5 0 用作图法求得电池的电动势为，内阻为。 【答案】（1）如图 1 所示：连线正确给分（2）如图 2 所示：作图正确给分； 电动势 E=（1.44±0.05）V，内阻 r =（0.52±0.05）Ω 【解析】（1）伏阻法测量电源的电动势和内阻，电压表测路端电压，实验电路图如图所示： 物理量 【名师点睛】解决本题的关键：知道运用伏阻法测量电源电动势和内阻的原理，会根据图象 测量电源的电动势和内阻，将两个非线性关系的物理量，变成两个线性关系的物理量。 1．一实验小组用某种导电材料制作成电阻较小的线状元件Z，并通过实验研究该元件中的电 流随两端电压从零逐渐增大过程中的变化规律． （1）在方框内画出实验电路图。 （2）在实验中应选用的滑动变阻器是． A．滑动变阻器R1（0～5Ω 额定电流5A） B．滑动变阻器R2（0～20Ω 额定电流2A） C．滑动变阻器R3（0～100Ω 额定电流0.5A） （3）实验测得元件中的电流与电压的关系如下表所示，试在方格纸中画出电流与电压的关系 图线． U（V） 0 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 1.00 1.20 I（A） 0 0.20 0.30 0.40． 0.55 0.75 1.25 1.80 （4）把元件Z接入如图所示的电路中，当电阻R的阻值为21Ω时，电流表的读数为0.2A；当电 阻R的阻值为1Ω时，电流表的读数为1.80A．结合图线，求出电池的电动势为V，内阻为Ω．（不 计电流表的内阻，结果保留两位有效数字） 【答案】（1）（3）（2） A （4）电池的电动势为 4.8V，内阻为 1.0Ω． （3）如图所示 （4）根据闭合回路欧姆定律 E U Ir  可得  21 0.2 0.4r E    ，  1 1.8 1.20r E    ，联立解得 4.8V, 1E r   【名师点睛】测定电源的电动势和内电阻是高中阶段电学实验考查的重点，是近几年各地高 考题目的出题热点，本题突出了对于实验原理、仪器选择及 U-I 图象处理等多方面内容的考 查，题目层次源于课本，凸显能力，体现创新意识，侧重于对实验能力的考查 2．用如图所示的电路，测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小，为了防止在调节 滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻 0R 起保护作用。除电池、开关和导线外，可 供使用的实验器材还有： A、电流表（量程 0.6A、3A）； B、电压表（量程 3V、15V） C、定值电阻（阻值 1Ω，额定功率 5W） D、定值电阻（阻值 10Ω，额定功率 10W） E、滑动变阻器（阻值范围 0~10Ω，额定电流 2A） 那么： （1）要正确完成实验，尽可能地减小电表的读数造成的误差，电压表的量程应选择________V， 电流表的量程应选择________A； 0R 应选择________Ω的定值电阻。 （2）引起该实验系统误差的主要原因是 ________________________________________________________ 【答案】（1）3V、0.6A、1Ω（2）电压表的分流作用 【名师点睛】测定电源的电动势和内电阻是高中阶段电学实验考查的重点，是近几年各地高 考题目的出题热点，本题突出了对于实验原理、仪器选择及 U-I 图象处理等多方面内容的考 查，题目层次源于课本，凸显能力，体现创新意识，侧重于对实验能力的考查。 3．硅光电池是一种可将光能转换成电能的器件，某同学用图甲所示电路探究硅光电池的路端 电压 U 与总电流 I 的关系，图中 0R 为已知定值电阻，电压表视为理想电压表。 （1）请根据图甲，用笔画线代替导线将图乙中的实验器材连接成实验电路。 （2）若电压表 2V 的读数为 0U ,则 I=_________ （3）实验一：用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的 U-I 曲线 a，可见图丙，由此可知电池内阻________（填“是”或“不是”）常数，短路电流为______mA， 电动势为______V. （4）实验二：减小实验一中光的强度，重复实验，测得 U-I 曲线 b，见图丙，当滑动变阻器 的电阻为某值时，若实验一中的路端电压为 1.5V，则实验二中外电路消耗的电功率为 _______mW（计算结果保留两位有效数字）。 【答案】（1）如图所示（2） 0 0 UI R  （3）电动势为 2.67V，短路电流为 0.295mA（4）0.065mW 【解析】（1）电路图如图所示 【名师点睛】测定电源的电动势和内电阻是高中阶段电学实验考查的重点，是近几年各地高 考题目的出题热点，本题突出了对于实验原理、仪器选择及 U-I 图象处理等多方面内容的考 查，题目层次源于课本，凸显能力，体现创新意识，侧重于对实验能力的考查。 4．为了撰写关于废旧电池的暑期实践报告，某学校课题研究小组收集了数码相机、手机等用 旧了的各种类型的电池及从废旧收音机上拆下的电阻、电容、电感线圈等电路元件，现从这 些材料中选取两个待测元件，一是电阻 R0（约为 2k  ），二是手机中常用的锂电池（电动势标 称值为 3.7V，允许最大放电电流为 100mA）。在操作台上还准备了如下实验器材： A.电压表 V（量程 4V，内阻极大） B.电流表 A1（量程 100mA，电阻 RA1 约为 5  ） C.电流表 A2（量程 2mA，电阻 RA2 约为 50  ） D.滑动变阻器 R1（0--40  ，额定电流 1A） E.电阻箱 R2（0--999.9  ） 开关一只导线若干 （1）为了测定电阻 R0 的阻值，小组的一位成员，设计了如图所示的电路原理图，所选取的相 应的器材（电源用待测的锂电池）均标在图上，其他成员发现他在器材选取中有不妥之处你 认为应该怎样调整？ （2）在实际操作过程中，发现滑动变阻器 R1、电流表 A1 已损坏，请用余下的器材测量锂电池 的电动势 E 和内阻 r。 （请你在方框中画出实验电路图（标注所用器材符号）； （为了便于分析，一般采用线性图象处理数据，请写出与线性图象对应的相关物理量间的函 数关系式：  U 1 。 【答案】（1）电流表用 A1 量程太大，换用 A2 表 （2） 2 11 RE r E  【名师点睛】测量电源的电动势常用有三种方法：伏安法、安阻法、伏阻法．电压表与电阻 箱配合或电流表与电阻箱配合等效于电压表与电流表的作用．（1）估算 R0 中最大电流，确定 电流表量程；（2）滑动变阻器 R1、电流表 A1 已损坏，可用余下的器材电压表 V 和电阻箱 R2 合作测量锂电池的电动势 E 和内阻 r．根据闭合欧姆定律，运用数学变形，得出线性图象对应 的相关物理量间的函数关系式． 5．硅光电池是一种可将光能转化为电能的元件。某同学利用图甲所示电路探究某硅光电池的 路端电压 U 与电流 I 的关系。图中定值电阻 R0=2Ω,电压表、电流表均可视为理想电表。 （1）用笔画线代替导线,根据电路图,将图乙中的实物电路图补充完整。 （2）实验一：用一定强度的光照射硅光电池,闭合开关 S,调节可调电阻 R 的阻值,通过测量得 到该电池的 U -I 曲线 a（如图丙所示）。则由图像可知,当电流小于 200mA 时,该硅光电池的电 动势为 V，内阻为 Ω。 （3）实验二：减小光照强度,重复实验,通过测量得到该电池的 U -I 曲线 b（如图丙所示）。 当可调电阻 R 的阻值调到某值时,若该电路的路端电压为 1.5V,由曲线 b 可知,此时可调电阻 R 的电功率约为 W（结果保留两位有效数字）。 【答案】（1） 如图所示： （2） 2.9 ,E V 4.0r   （3） 0.083W 【解析】（1）实物电路图,如图所示。 【名师点睛】本题主要考查了在实验中如何利用图线进行数据处理，在测电源电动势和内阻 的实验中，明确电源 U-I 图象和电阻 U-I 图象的含义和区别。 1．【2016·四川卷】（11 分）用如图所示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材：待测电源 （电动势约 3 V，内阻约 2 Ω），保护电阻 R1（阻值 10 Ω）和 R2（阻值 5 Ω），滑动变阻器 R， 电流表 A，电压表 V，开关 S，导线若干。 实验主要步骤： （i）将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关； （ii）逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数 U 和相应电流表的示数 I； （iii）以 U 为纵坐标，I 为横坐标，作 U–I 图线（U、I 都用国际单位）； （iv）求出 U–I 图线斜率的绝对值 k 和在横轴上的截距 a。 回答下列问题： （1）电压表最好选用_____；电流表最好选用_____。 A．电压表（0~3 V，内阻约 15 kΩ） B．电压表（0~3 V，内阻约 3 kΩ） C．电流表（0~200 mA,内阻约 2 Ω） D．电流表（0~30 mA,内阻约 2 Ω） （2）滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大。两导线与滑动变阻器接线柱连 接情况是_____。 A．两导线接在滑动变阻器电阻丝两端接线柱 B．两导线接在滑动变阻器金属杆两端接线柱 C．一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端的接线柱 D．一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端的接线柱 （3）选用 k、a、R1 和 R2 表示待测电源的电动势 E 和内阻 r 的表达式 E=______，r=______， 代入数值可得 E 和 r 的测量值。 【答案】（1）A、C （2）C （3）ka； 2k R （3）根据 U-I 图线的在 U 轴上的截距等于电动势 E，则 E=ka；斜率等于内阻与 R2 之和，则 r=k-R2。 【名师点睛】此实验是课本上的测量电源的电动势和内阻实验的改进实验；与课本实验不同 的地方就是加了两个保护电阻；仪器的选择要考虑实验的误差因素，比如此实验产生误差的 是电压表的分流作用，故选择电压表时要尽量用内阻较大的电压表. 2．【2015·安徽·21II】某同学为了测量一节电池的电动势和内阻，从实验室找到以下器材， 一个满偏电流为 100μA，内阻为 2500Ω的表头，一个开关，两个电阻箱（ 0 ~ 999.9 ）和 若干导线； （1）由于表头量程偏小，该同学首先需要将表头改装成量程为 50mA 的电流表，则应将表头 与电阻箱__________（填“串联”或者“并联”），并将电阻箱阻值调为________Ω。 （2）接着该同学用改装的电流表对电池的电动势和内阻进行测量，实验电路图如图 1 所示， 通过改变电阻 R 测相应的电流 I，并且作相关计算后一并记录如下表： ①根据表中的数据，图 2 中已描绘出四个点，请将第 5、6 两组数据也描绘在图 2 中，并画出 IR I 图线。 ②根据图线可得电池的电动势 E 是________V，内阻 r 是_________Ω。 【答案】（1）并联 5.0（2）①如图所示②1.53 2.0 【名师点睛】 测量电源的电动势和内阻是高考的热点，这两年总是和它综合出题，而电表的改装只要运用 一下串并联的特点，很容易得出答案。 3．【2015·天津·9（3）】用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组（电动势约 为 4.5V，内电阻约为 1Ω）的电动势和内电阻，除了待测电池组，电建，导线外，还有下列 器材供选用； A．电流表：量程 0.6A，内电阻约为 1Ω B．电流表：量程 3A，内电阻约为 0.2Ω C．电压表：量程 3V，内电阻约为 30kΩ D．电压表：量程 6V，内电阻约为 60kΩ E．滑动变阻器：0-1000Ω，额定电流 0.5A F．滑动变阻器：0-20Ω，额定电流 2A ①为了使测量结果尽量准确，电流表应选用_______,电压表选用_______，滑动变阻器选用 _______（均填仪器的字母代号） ②右图为正确选择仪器后，连好的部分电路，为了使测量误差尽量小，还需要在电路中用导 线将_______和_______相连、_______和_______相连、_______和_______相连（均填仪器上 接线柱的字母代号） ③实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器， 重新连接电路，仍能完成实验，实验中读出几组电阻箱的阻值 R 和对应电压表的示数 U；用图 像法处理采集到数据，为在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线，则可以_______为纵坐 标，以_______为横坐标 【答案】①ADF②ad cg fh③ 1 U 1 R 或 U U R 或 R U R（横纵坐标互换亦可） 【名师点睛】测定电池的电动势和内阻属于恒定电流四个电学实验之一（还有测定小灯泡的 伏安特性曲线、测定金属丝的电阻率、多用电表的使用），高中电学实验设计的核心指导思想 是想尽一切办法减小误差（包括系统误差和偶然误差），无论是仪器规格的选择、电表的内外 接法、变阻器的分压限流还是实验数据的事分析处理，都是从这个角度分析的。最好的备考 方案就是在实验室认真完成实验并做好深入分析。比如本题中的数据处理，原理是闭合电路 欧姆定律，如何获得直线的几种方案探讨等。 4．【2014·北京·21】（18）利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。要求尽 量减小实验误差。 （1）应该选择的实验电路是图中的________（选项“甲”或“乙”）。 （2）现有电流表（0—0.6A），开关和导线若干，以及以下器材： A．电压表（0—15V） B．电压表（0—3V） C．滑动变阻器（0—50Ω） D．滑动变阻器（0—500Ω）[ 实验中电压表应选用________，滑动变阻器应选用__________（选填相应器材前的字母）。 （3）某同学记录的 6 组数据如下表所示，其中 5 组数据的对应点已经标在图 2 的坐标纸上， 请标出余下一组数据的对应点，[并画出 U-I 图线。 （4）根据（3）中所画图线可得出干电池的电动势 E=____V，内电阻 r=_____  [。 （5）实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数 U 以及干电池的输出功率 P 都会发 生变化，图 3 的各示意图中正确反映 P—U 关系的是____[ 【答案】（1）甲图 （2）B、C（3）如图所示 （4）1.50.83（5）C 【解析】（1）干电池的内阻较小，电压表的分流作用可以忽略，可以用滑动变阻器中的电流 来代替干路中的电流，所以选甲图电路。（注意：两种实验电路都存在系统误差，题图甲实际 测量的电阻是电源内阻与电压表的并联电阻，而图乙测量的电阻是电池内阻与电流表内阻之 和） 【方法技巧】注意分析题目的隐含信息，根据表格的数据，选择电表，利用图像求电动势和 内阻。 5．【2014·海南·12】用伏安法测量一电池的内阻。已知该待测电池的电动势 E 约为 9V，内 阻约数十欧，允许输出的最大电流为 50mA。可选用的实验器材有： 电压表 （量程 5V）；电压表 （量程 10V）； 电流表 （量程 50mA）；电流表 （量程 100mA）； 滑动变阻器 R（最大阻值 300  ）； 定值电阻 R1（阻值为 200 ，额定功率为 81 W）； 定值电阻 R2（阻值为 200 ，额定功率为 1W）； 开关 S；导线若干。 测量数据如坐标纸上 U-I 图线所示。 （1）在答题卡相应的虚线方框内画出合理的电路原理图，并标明所选器材的符号。 （2）在设计的电路中，选择定值电阻的根据是_____________。 （3）由 U-I 图线求得待测电池的内阻为_________  . （4）在你设计的实验电路中，产生系统误差的主要原因是___________。 【答案】（１） （２）定值电阻在电路中的功率会超过 81 W，R2 的功率满足要求； （３）51.0（49.0～53.0 范围内的均给分） （４）忽略了电压表的分流 【方法技巧】本题意在考查伏安法测电动势和内阻，U-I 图像给出了电压电流的测量范围，以 此选择电表；根据闭合电路的欧姆定律得到 U-I 的函数关系，由图像计算电动势和内阻。