高考物理一輪復(fù)習(xí)考點(diǎn)28-實(shí)驗(yàn)：測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻

實(shí)驗(yàn)：測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻考點(diǎn)28[題組一基礎(chǔ)與經(jīng)典題]1．用電流表和電壓表測(cè)定2節(jié)干電池串聯(lián)組成的電池組的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，要求盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差。(1)實(shí)驗(yàn)電路應(yīng)該選擇下圖中的________(選填“甲”或“乙”)。乙

(2)現(xiàn)有電壓表(0～3V)、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線若干，以及以下器材：A．電流表(0～150mA)B．電流表(0～1.5A)C．滑動(dòng)變阻器(0～30Ω)D．滑動(dòng)變阻器(0～300Ω)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選用________；滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________。(選填相應(yīng)器材前的字母)B

C

(3)某位同學(xué)記錄的6組數(shù)據(jù)如表所示，請(qǐng)?jiān)赨-I坐標(biāo)系(如圖丙)上標(biāo)出6組數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，畫(huà)出U-I圖線。序號(hào)123456電壓U/V2.802.502.201.901.601.30電流I/A0.120.320.500.680.881.06答案圖見(jiàn)解析(4)根據(jù)(3)中所畫(huà)圖線可得出電池組的電動(dòng)勢(shì)E＝__________________V，內(nèi)電阻r＝__________________Ω。3.00(2.96～3.02均可)

1.60(1.58～1.62均可)

解析(1)干電池內(nèi)阻較小，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，相對(duì)電源來(lái)說(shuō)，電流表應(yīng)采用外接法，應(yīng)選擇圖乙所示電路圖。(2)由題表可知電路中的最大電流約為1A，故電流表應(yīng)選用B；由題表可知，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值范圍約為1.2～23.3Ω，為方便實(shí)驗(yàn)操作，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選C。(3)根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系內(nèi)描出對(duì)應(yīng)點(diǎn)，然后作出電源的U-I圖像如圖所示。解析解析[題組二高考真題]2．(2021·天津高考)隨著智能手機(jī)的廣泛應(yīng)用，充電寶成為手機(jī)及時(shí)充電的一種重要選擇。充電寶可以視為與電池一樣的直流電源。一充電寶的電動(dòng)勢(shì)約為5V，內(nèi)阻很小，最大放電電流為2A，某實(shí)驗(yàn)小組測(cè)定它的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。他們剝開(kāi)充電寶連接線的外絕緣層，里面有四根導(dǎo)線，紅導(dǎo)線為充電寶的正極，黑導(dǎo)線為充電寶的負(fù)極，其余兩根導(dǎo)線空置不用，另有滑動(dòng)變阻器R用于改變電路中的電流，定值電阻R0＝3Ω，兩只數(shù)字多用電表M、N，兩表均為理想電表，并與開(kāi)關(guān)S連成如圖所示電路。(1)圖中測(cè)量電流的電表是________，測(cè)量電壓的電表是________。(均填寫(xiě)字母“M”或“N”)(2)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，測(cè)得多組I、U數(shù)據(jù)，記錄如下表，其中只有一個(gè)數(shù)據(jù)記錄有誤，審視記錄的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)表中第________次的記錄數(shù)據(jù)有誤。(填測(cè)量次數(shù)的序號(hào))次數(shù)1234567電流I/A0.2990.4770.6840.8771.0651.2811.516電壓U/V4.9704.9524.9324.9424.8944.8724.848N

M

4

(3)電路中接入R0可以達(dá)到下列哪個(gè)效果。________(填選項(xiàng)前的字母)A．使測(cè)電流的電表讀數(shù)變化明顯B．為了更準(zhǔn)確地測(cè)量充電寶內(nèi)阻C．避免使充電寶的放電電流過(guò)大D．減小測(cè)量電壓的電表分流作用C

解析(1)多用電表N串聯(lián)在電路中，測(cè)量電路中的電流；多用電表M一端接在開(kāi)關(guān)上，另一端接在充電寶上，閉合開(kāi)關(guān)后相當(dāng)于并聯(lián)在電源兩端，所以M測(cè)量路端電壓。(2)題中表格的電流I不斷增大，根據(jù)閉合電路歐姆定律E＝U＋I(xiàn)r可知路端電壓U不斷減小，所以第4次的記錄數(shù)據(jù)有誤。(3)因?yàn)槌潆妼毜膬?nèi)阻很小，所以電阻R0串聯(lián)在電路中，起保護(hù)電路的作用，避免使充電寶的放電電流過(guò)大而損壞電路中的器件。故選C。解析3．(2021·湖南高考)某實(shí)驗(yàn)小組需測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，器材有：一節(jié)待測(cè)電池、一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)、一個(gè)定值電阻(阻值為R0)、一個(gè)電流表(內(nèi)阻為RA)、一根均勻電阻絲(電阻絲總阻值大于R0，并配有可在電阻絲上移動(dòng)的金屬夾)、導(dǎo)線若干。由于缺少刻度尺，無(wú)法測(cè)量電阻絲長(zhǎng)度，但發(fā)現(xiàn)桌上有一個(gè)圓形時(shí)鐘表盤(pán)。某同學(xué)提出將電阻絲繞在該表盤(pán)上，利用圓心角來(lái)表示接入電路的電阻絲長(zhǎng)度。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)將器材如圖a連接；(2)開(kāi)關(guān)閉合前，金屬夾應(yīng)夾在電阻絲的_______端(填“a”或“b”)；(3)改變金屬夾的位置，閉合開(kāi)關(guān)，記錄每次接入電路的電阻絲對(duì)應(yīng)的圓心角θ和電流表示數(shù)I，得到多組數(shù)據(jù)；(4)整理數(shù)據(jù)并在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)繪圖，所得圖像如圖b所示，圖線斜率為k，與縱軸截距為d，設(shè)單位角度對(duì)應(yīng)電阻絲的阻值為r0，該電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻可表示為E＝_________，r＝_____________________；(用R0、RA、k、d、r0表示)b

(5)為進(jìn)一步確定結(jié)果，還需要測(cè)量單位角度對(duì)應(yīng)電阻絲的阻值r0。利用現(xiàn)有器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在圖c方框中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖(電阻絲用滑動(dòng)變阻器符號(hào)表示)；(6)利用測(cè)出的r0，可得該電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。答案圖見(jiàn)解析解析(5)實(shí)驗(yàn)器材中有定值電阻R0和單刀雙擲開(kāi)關(guān)，考慮采用等效法測(cè)量電阻絲電阻，如圖。原理的簡(jiǎn)單說(shuō)明：①將開(kāi)關(guān)置于R0處，讀出電流表示數(shù)I0；②將開(kāi)關(guān)置于電阻絲處，調(diào)節(jié)金屬夾的位置，直到電流表示數(shù)為I0，讀出此時(shí)的角度θ；③由θr0＝R0，即可求得r0。解析4．(2020·浙江7月選考)某同學(xué)分別用圖1甲和圖1乙的電路測(cè)量同一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。(1)在下面方框中畫(huà)出圖1乙的電路圖；答案圖見(jiàn)解析(2)某次測(cè)量時(shí)電流表和電壓表的示數(shù)如圖2所示，則電流I＝________A，電壓U＝________V；0.40

1.30

(3)實(shí)驗(yàn)得到如圖3所示的兩條直線，圖中直線Ⅰ對(duì)應(yīng)電路是圖1________(選填“甲”或“乙”)；(4)該電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________V(保留三位有效數(shù)字)，內(nèi)阻r＝________Ω(保留兩位有效數(shù)字)。乙

1.52

0.53

解析(1)圖1乙中，電壓表測(cè)電流表和變阻器串聯(lián)電路兩端的電壓，則圖1乙對(duì)應(yīng)的電路圖如圖所示。(2)由圖1甲、乙可知，電壓表選擇0～3V量程，電流表選擇0～0.6A量程，所以電表示數(shù)分別為：I＝0.40A，U＝1.30V。解析解析解析5．(2020·北京高考)用圖1所示的甲、乙兩種方法測(cè)量某電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻(約為1Ω)。其中R為電阻箱，電流表的內(nèi)電阻約為0.1Ω，電壓表的內(nèi)電阻約為3kΩ。(1)利用圖1中甲圖實(shí)驗(yàn)電路測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r，所測(cè)量的實(shí)際是圖2中虛線框所示“等效電源”的電動(dòng)勢(shì)E′和內(nèi)電阻r′。若電流表內(nèi)電阻用RA表示，請(qǐng)你用E、r和RA表示出E′、r′，并簡(jiǎn)要說(shuō)明理由。答案E′＝E

r′＝r＋RA理由見(jiàn)解析在圖3中，對(duì)應(yīng)圖甲電路分析的U-I圖像是：________；對(duì)應(yīng)圖乙電路分析的U-I圖像是：________。(3)綜合上述分析，為了減小由電表內(nèi)電阻引起的實(shí)驗(yàn)誤差，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)選擇圖1中的________(填“甲”或“乙”)。C

A

乙

解析(1)電動(dòng)勢(shì)是電源本身具有的屬性，電流表不具有產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的本領(lǐng)，所以“等效電源”的電動(dòng)勢(shì)為E′＝E；電流表的內(nèi)電阻和電源的內(nèi)電阻串聯(lián)作為“等效電源”的內(nèi)電阻，則r′＝r＋RA。(2)對(duì)圖甲電路，考慮電表內(nèi)阻時(shí)，根據(jù)閉合電路歐姆定律得E＝U路＋I(xiàn)r內(nèi)＝U＋I(xiàn)(r＋RA)，變形得U＝－(r＋RA)I＋E；直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)，可得U＝－rI＋E。由上述表達(dá)式可知，兩種情況圖像中實(shí)線與虛線的縱軸截距均為電源電動(dòng)勢(shì)E，即實(shí)線與虛線交縱軸于一點(diǎn)；虛線的斜率絕對(duì)值為r，實(shí)線的斜率絕對(duì)值為(r＋RA)，所以對(duì)應(yīng)圖甲電路分析的U-I圖像是C。對(duì)圖乙電路，考慮電表內(nèi)阻時(shí)(即虛線對(duì)應(yīng)的真實(shí)情況)，根據(jù)閉合電解析解析(3)圖甲雖然測(cè)量的電源電動(dòng)勢(shì)準(zhǔn)確，但是由于電流表內(nèi)阻較大，分壓較為明顯，所以測(cè)量的內(nèi)電阻誤差很大；圖乙雖然電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻測(cè)量值均偏小，但是由于電壓表內(nèi)電阻很大，分流不明顯，所以電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的測(cè)量誤差較小，故選擇圖乙可以減小由電表內(nèi)電阻引起的實(shí)驗(yàn)誤差。解析6．(2021·全國(guó)乙卷)一實(shí)驗(yàn)小組利用圖a所示的電路測(cè)量一電池的電動(dòng)勢(shì)E(約1.5V)和內(nèi)阻r(小于2Ω)。圖中電壓表量程為1V，內(nèi)阻RV＝380.0Ω；定值電阻R0＝20.0Ω；電阻箱R，最大阻值為999.9Ω；S為開(kāi)關(guān)。按電路圖連接電路。完成下列填空：(1)為保護(hù)電壓表，閉合開(kāi)關(guān)前，電阻箱接入電路的電阻值可以選________Ω(填“5.0”或“15.0”)。(2)閉合開(kāi)關(guān)，多次調(diào)節(jié)電阻箱，記錄下阻值R和電壓表的相應(yīng)讀數(shù)U。15.0

1.55

1.0

5

解析解析解析[題組三模擬題]7．(2021·山東省聊城市一模)某研究性學(xué)習(xí)小組要測(cè)定一塊電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，所用的實(shí)驗(yàn)器材有：A．待測(cè)電池E，電動(dòng)勢(shì)約為3VB．電流表A(量程為10mA，內(nèi)阻為RA＝10.0Ω)C．電阻箱R(最大阻值99.9Ω)D．定值電阻R0(阻值為5.0Ω)E．定值電阻R1(阻值為290.0Ω)F．開(kāi)關(guān)S、導(dǎo)線若干3.0

0.90

解析8．(2022·湖北省武漢市部分學(xué)校高三上起點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè))某同學(xué)利用下列器材測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。ⅰ.電壓表V1、V2，量程均為3V，內(nèi)阻均約為3kΩⅱ.電流表A，量程為0.6A，內(nèi)阻小于1Ωⅲ.定值電阻R0，阻值R0＝2Ωⅳ.滑動(dòng)變阻器R，最大阻值為10Ωⅴ.兩節(jié)相同的干電池，導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)若干(1)某同學(xué)按照?qǐng)D甲所示的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄多組電流表和電壓表的示數(shù)(I，U)，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)連線作出U-I圖像，測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻均小于真實(shí)值，這種誤差屬于__________(填“系統(tǒng)誤差”或“偶然誤差”)，產(chǎn)生該誤差的原因是__________________________。系統(tǒng)誤差

未考慮電壓表分流

(2)實(shí)驗(yàn)中，由于電流表