实验9-2 测定电源的电动势和内阻（抢分巧练）-剑指2019年高考物理的13个抢分实验

实验9-2 测定电源的电动势和内阻（抢分巧练）-剑指2019年高考物理的13个抢分实验

剑指2019年高考物理的13个抢分实验 实验9.2 测定电源的电动势和内阻 抢分巧练 ‎◎考题实战 掌握高考脉搏 ‎1．(2014课标卷Ⅰ，23)利用如图(a)所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：‎ 待测电源，电阻箱R(最大阻值999.9 Ω)，电阻R0(阻值为3.0 Ω)，电阻R1(阻值为3.0 Ω)，电流表Ⓐ(量程为200 mA，内阻为RA＝6.0 Ω)，开关S.‎ 实验步骤如下：‎ ‎①将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；‎ ‎②多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R；‎ ‎③以为纵坐标，R为横坐标，作R图线(用直线拟合)；‎ ‎④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b.‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则与R的关系式为　__________.‎ ‎(2)实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R＝3.0 Ω时电流表的示数如图(b)所示，读出数据，完成下表．‎ 答：①　__________，②　__________.‎ R/Ω ‎1.0‎ ‎2.0‎ ‎3.0‎ ‎4.0‎ ‎5.0‎ ‎6.0‎ ‎7.0‎ I/A ‎0.143‎ ‎0.125‎ ‎①‎ ‎0.100‎ ‎0.091‎ ‎0.084‎ ‎0.077‎ /A－1‎ ‎6.99‎ ‎8.00‎ ‎②‎ ‎10.0‎ ‎11.0‎ ‎11.9‎ ‎13.0‎ ‎(3)在图(c)的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k＝　______A－1·Ω－1，截距b＝　______A－1.‎ ‎(4)根据图线求得电源电动势E＝　______V，内阻r＝　__________Ω.‎ ‎(4)结合与R的关系式，有k＝，b＝(5.0＋r)，解得，E＝3.0 V，r＝1.0 Ω.‎ ‎【答案】　(1)＝R＋(5.0＋r)‎ ‎(2)①0.110 A　②9.09 A－1‎ ‎(3)见解析图　1.0(或在0.96～1.04之间)　6.0(或在5.9～6.1之间)‎ ‎(4)3.0(或在2.7～3.3之间)　1.0(或在0.6～1.4之间)‎ ‎2．(2015天津卷，9)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4.5 V，内电阻约1 Ω)的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材供选用：‎ A．电流表：量程0.6 A，内电阻约1 Ω B．电流表：量程3 A，内电阻约0.2 Ω C．电压表：量程3 V，内电阻约30 kΩ D．电压表：量程6 V，内电阻约60 kΩ E．滑动变阻器：0～1 000 Ω，额定电流0.5 A F．滑动变阻器：0～20 Ω，额定电流2 A ‎(1)为了使测量结果尽量准确，电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________(均填仪器的字母代号)．‎ ‎(2)下图为正确选择仪器后，连好的部分电路．为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将__________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.用图象法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线，则可以________为纵坐标，以________为横坐标．‎ ‎【解析】　(1)因三节干电池的电动势约为4.5 V，故电压表应选D；因干电池放电电流不宜超过0.5 A，故电流表应选A；由电压表和电流表的测量范围可知滑动变阻器选用F即可．‎ ‎(2)本实验的实验电路如下图．‎ 为了连接成如图的实验电路，还需要用导线将a与d，c与g，f与h相连．‎ ‎(3)实验时，电流表不再使用，电阻箱代替滑动变阻器，实验电路图 ‎【答案】　(1)A　D　F　(2)a　d　c　g　f　h　(3)　(横纵坐标互换亦可)‎ ‎3．(2015江苏卷，10)小明利用如图1所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻．‎ 图1‎ ‎(1)图1中电流表的示数为________　A.‎ ‎(2)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：‎ U(V)‎ ‎1.45‎ ‎1.36‎ ‎1.27‎ ‎1.16‎ ‎1.06‎ I(A)‎ ‎0.12‎ ‎0.20‎ ‎0.28‎ ‎0.36‎ ‎0.44‎ 请根据表中的数据，在坐标纸上作出UI图线．‎ 图2‎ 由图线求得：电动势E＝________V；内阻r＝________Ω.‎ ‎（3）实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合．其实，从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为__________________________________________.‎ ‎【答案】　(1)0.44　(2)UI图象见解析图　1.60(1.58～1.62都算对)　1.20(1.18～1.26都算对)　(3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大 ‎4．(2015安徽卷，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100 μA、内阻为2 500 Ω的表头，一个开关，两个电阻箱(0～999.9 Ω)和若干导线．‎ 图1‎ ‎(1)由于表头量程偏小，该同学首先需将表头改装成量程为0～50 mA的电流表，则应将表头与电阻箱________(填“串联”或“并联”)，并将该电阻箱阻值调为________Ω.‎ ‎(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量，实验电路如图1所示，通过改变电阻 R测相应的电流I，且作相关计算后一并记录如下表.‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ R(Ω)‎ ‎95.0‎ ‎75.0‎ ‎55.0‎ ‎45.0‎ ‎35.0‎ ‎25.0‎ I(mA)‎ ‎15.0‎ ‎18.7‎ ‎24.8‎ ‎29.5‎ ‎36.0‎ ‎48.0‎ IR(V)‎ ‎1.42‎ ‎1.40‎ ‎1.36‎ ‎1.33‎ ‎1.26‎ ‎1.20‎ ‎①根据表中数据，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IRI图线．‎ 图2‎ ‎②根据图线可得电池的电动势E是________V，内阻r是________Ω.‎ ‎②根据实验电路知，IR表示电源的路端电压，I表示电路的电流，故IRI图线的纵轴截距即为电池的电动势，则E＝1.53 V，图线斜率的绝对值减去改装后的电流表阻值R即为电池的内阻，则r＝2.0 Ω.‎ ‎【答案】　(1)并联　5.0　(2)①如解析图所示 ‎②1.53　2.0‎ ‎5．(2016·四川理综)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的接线柱 B．两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱 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。‎ 电源内阻r＝k－R2；令U＝0，得I＝＝，由题意知与横轴截距为a，所以a＝I＝，则E＝ka。‎ ‎【答案】　(1)A、C　(2)C　(3)ka　k－R2‎ ‎6．(2017·天津卷，9)某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻．其中电流表A1的内阻r1＝1.0 kΩ，电阻R1＝9.0 kΩ，为了方便读数和作图，给电池串联一个R0＝3.0 Ω的电阻．‎ ‎(1)按图示电路进行连接后，发现aa′、bb′和cc′三条导线中，混进了一条内部断开的导线．为了确定哪一条导线内部是断开的，将开关S闭合，用多用电表的电压挡先测量a、b′间电压，读数不为零，再测量a、a′间电压，若读数不为零，则一定是　________导线断开；若读数为零，则一定是　________导线断开．‎ ‎(2)排除故障后，该小组顺利完成实验．通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图象如图．由I1I2图象得到电池的电动势E＝　________V，内阻r＝　________Ω.‎ ‎【答案】　(1)aa′　bb′　(2)1.4(1.36～1.44均可)　0.5(0.4～0.6均可)‎ ‎7．（2018江苏卷）一同学测量某干电池的电动势和内阻．‎ ‎（1）如图所示是该同学正准备接入最后一根导线（图中虚线所示）时的实验电路．请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处__________；____________．‎ ‎（2）实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的 数据见下表:‎ 根据表中数据，在答题卡的方格纸上作出关系图像___________．由图像可计算出该干电池的电动势为_________V；内阻为__________Ω．‎ R/Ω ‎8.0‎ ‎7.0‎ ‎6.0‎ ‎5.0‎ ‎4.0‎ I/A ‎0.15‎ ‎0.17‎ ‎0.19‎ ‎0.22‎ ‎0.26‎ ‎/A–1‎ ‎6.7‎ ‎6.0‎ ‎5.3‎ ‎4.5‎ ‎3.8‎ ‎（3）为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100 mV的电压表并联在电流表的两端．调节电阻箱，当电流表的示数为0.33 A时，电压表的指针位置如图所示，则该干电池的电动势应为_______V；内阻应为_____Ω．‎ ‎【解析】‎ （1） 连接电路时，电源应与电路断开，所以开关要断开；另一错误是电阻箱接入电阻为零，这样容易烧坏电流表和电源。‎ （2） 将数据描点连线，作出一条直线，根据闭合电路欧姆定律得，所以图线的斜率表示电源电动势，截距的绝对值表示电源内阻。‎ ‎【答案】 （1）①开关未断开 ②电阻箱阻值为零 （2）图像如图所示：‎ ‎1.4（1.30~1.44都算对） 1.2（1.0~1.4都算对） （3）1.4（结果与（2）问第一个空格一致） 1.0（结果比（2）问第二个空格小0.2）‎ ‎◎考法模拟 悟透破题之道 ‎8．(2018·天津模拟)某同学把较粗的铜丝和铁丝相隔较近插入苹果中，制成一个苹果电池，用如下器材研究苹果电池的电动势与内阻：开关、电阻箱(最大阻值为999 Ω)、毫安表(量程Ig＝1 mA.内阻忽略不计)、导线若干．‎ ‎(1)在图甲中用实线连接成实验电路．‎ ‎(2)闭合开关，改变电阻箱的阻值R，记录多组I、R的数据，作出R图象如图乙直线a.由此可知此时苹果电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.‎ ‎(3)增大铜丝和铁丝的插入深度，重复上述步骤进行实验，作出的R图线如图乙直线b.由此可知，电极插入的深度增大，电池电动势________，内阻________.(均填“增大”、“减小”或“不变”)‎ ‎【答案】　(1)如图所示 ‎(2)1.0　900　(3)不变　变小 ‎9．(2016北京二模)某同学设计了如图甲所示的电路来测量电源电动势E和内阻r及电阻R1的阻值．‎ 甲 实验器材有：待测电源，待测电阻R1，电压表V(量程0～3 V，内阻很大)，电阻箱R(0～99.99 Ω)，单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干．‎ ‎(1)先测电阻R1的阻值．请将该同学的操作补充完整：‎ A．闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数R0和对应的电压表示数U1.‎ B．________，将S2切换到b，读出电压表的示数U2.‎ C．电阻R1的表达式为R1＝________．‎ ‎(2)该同学已经测得电阻R1＝3.2 Ω，继续测电源电动势E和内阻r，其做法是：闭合S1，将S2切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图乙所示的－图线，则电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.‎ 乙 ‎【答案】(1)保持电阻箱示数不变　R0 (2)2.0　0.8‎ ‎10．某同学设计用伏安法测量一节干电池的电动势E和内电阻r.除待测干电池外，实验室可供选择的主要器材有：‎ A．电流表G：测量范围0～10 mA，内电阻未知；‎ B．电流表A：测量范围0～0.5 A，内电阻很小；‎ C．电阻箱R0：电阻变化范围0～999.9 Ω，最小精度0.1 Ω；‎ D．滑动变阻器R：电阻变化范围0～20 Ω；‎ E．开关一个、导线若干．‎ ‎(1)实验中，首先需将电流表G改装成电压表．该同学采用图10所示的电路测定电流表G的内阻，其主要实验步骤如下，请完成步骤中的填空：‎ 图10‎ ‎①将R0调到某一设定值，滑动变阻器R的滑动触头移到 (选填“左端”、“右端”或“任意”)位置，然后闭合开关；‎ ‎②多次改变R0的大小，反复调节滑动变阻器的滑动触头位置，发现当R0＝5.0 Ω时，电流表G的示数为10.0 mA，电流表A的示数为0.210 A，则电流表G的内电阻为 Ω；‎ ‎③拆开电路，采用电阻箱R0与电流表G串联的方式，将电流表G改装成量程为2 V的电压表V，则R0的值应调为 Ω.‎ ‎(2)用改装成的电压表V和电流表A，采用图11甲的电路测量干电池的电动势和内电阻．根据电压表V的示数U与电流表A的示数I，经描点、连线得到UI图象如图11乙所示．根据图象可求得该干电池的电动势E＝ V；内电阻r＝ Ω.(保留三位有效数字)‎ 甲　　　　　　　　　　　乙 图11‎ ‎【答案】　(1)①左端　②100　③100‎ ‎(2)1.46(1.45～1.47)　0.920(0.900～0.940)‎ ‎11．(2015·南昌调研)为了测定一电池的电动势和内电阻，实验室中提供有下列器材：‎ A．电流表G(满偏电流10 mA，内阻10 Ω)‎ B．电流表A(0～0.6 A～3 A，内阻未知)‎ C．滑动变阻器R(0～100 Ω，1 A)‎ D．定值电阻R0(阻值990 Ω)‎ E．开关与导线若干 ‎(1)某同学根据现有的实验器材，设计了图甲所示的电路，请按照电路图在图乙上完成实物连线。‎ ‎（2）图丙为该同学根据上述设计的实验电路利用实验测出的数据绘出的I1－I2图线，I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数，由图线可以得到被测电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。‎ ‎【答案】　(1)实物连线如图 ‎(2)9.0　10.0‎ ‎12．(2016陕西八校联考)在“测定一节干电池电动势和内阻”的实验中 ‎(1)第一组同学利用如图 a的实验装置测量，电压表应选择量程________(填“3 V”或“15 V”)，实验后得到了如图b的U－I图象，则电池内阻为________Ω。(电压表、电流表均为理想电表)‎ ‎(2)第二组同学也利用图a的连接测量另一节干电池，初始时滑片P在最右端，但由于滑动变阻器某处发生断路，合上电键后发现滑片P向左滑过一段距离x后电流表有读数，于是该组同学分别作出了电压表读数U与x、电流表读数I与x的关系图，如图c所示，则根据图象可知，电池的电动势为________V，内阻为________Ω。‎ ‎【答案】　(1)3 V　1.5　(2)1.5　1‎ ‎13．在测量一节干电池的电动势E和内阻r的实验中，小明设计了如图甲所示的实验电路．‎ ‎ ‎ ‎(1)根据图甲实验电路，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接．‎ ‎(2)实验开始前，应先将滑动变阻器的滑片P移至　________　(选填“a”或“b”)端．‎ ‎(3)合上开关S1，S2接图甲中的1位置，改变滑动变阻器的阻值，记录下几组电压表示数和对应的电流表示数；S2改接图甲中的2位置，改变滑动变阻器的阻值，再记录下几组电压表示数和对应的电流表示数．‎ 在同一坐标系内分别描点作出电压表示数U和对应的电流表示数I的图象，如图丙所示，两直线与纵轴的截距分别为UA、UB，与横轴的截距分别为IA、IB.‎ ‎①S2接1位置时，作出的UI图线是图丙中的　________　(选填“A”或“B”)线．‎ ‎②S2接1位置时，测出的电池电动势E和内阻r 存在系统误差，原因是　________　表(选填“电压”或“电流”)的示数偏　________　(选填“大”或“小”)．‎ ‎【解析】　(1)实物连线图如图所示 ‎【答案】　(1)见解析图　(2)a　(3)①B　②电流　小 ‎14．根据闭合电路欧姆定律，用如图所示电路可以测定电池的电动势和内电阻．图中R0是定值电阻，通过改变R的阻值，测出R0两端的对应电压U12，对所得的实验数据进行处理，就可以实现测量目的．根据实验数据在R坐标系中描出坐标点，如图所示．已知R0＝150 Ω，请完成以下数据分析和处理．‎ ‎(1)图中电阻为　________　Ω的数据点应剔除．‎ ‎(2)在坐标纸上画出R关系图线．‎ ‎(3)图线的斜率是　________　V－1·Ω－1，由此可得电池电动势Ex＝　________　V.‎ ‎【解析】　(1)根据画图描点原则应舍掉80.0 Ω的点．‎ ‎(3)根据闭合电路欧姆定律：Ex＝U12＋(R＋rx)，所以＝＋＋，由图可知斜率＝4.44×10－3 V－1·Ω－1，即Ex＝1.50 V.‎ ‎【答案】　(1)80.0　(2)如图所示 ‎(3)4.44×10－3　1.50‎ ‎15．某同学用如图所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r，R为电阻箱．干电池的工作电流不宜超过0.5 A．实验室提供的器材如下：电压表(量程0～3 V，内阻约3 kΩ )；电阻箱(阻值范围0～999.9 Ω)；开关、导线若干．‎ 甲 ‎(1)请根据图甲的电路图在图乙中画出连线，将器材连接成实验电路．‎ 乙 ‎(2)实验时，改变电阻箱R的值，记录电压表的示数U，得到若干组R、U的数据．‎ 根锯实验数据绘出如图丙所示的 图线．由图象得出电池组的电动势E＝　________　V，内阻r＝　________　Ω.‎ 丙 ‎(3)关于这个实验中存在的误差以及减小误差的各种方法，下列说法正确的是(　　)‎ A．电压表的分流作用引起的误差属于偶然误差 B．该同学读电压表读数引起的误差属于系统误差 C．本实验用图象法处理数据可以减小偶然误差 D．如果将电压表的内阻计算在内就可以减小系统误差 ‎【答案】　(1)如图所示 ‎(2)2.86(2.85～2.87均可)　6.07(6.06～6.08均可)　(3)CD ‎16．目前汽车上都有车载电瓶作为备用电源，用久以后性能会下降，表现之一为电瓶的电动势变小，内阻变大．某兴趣小组同学将一块废旧的车载电瓶充满电，准备利用下列器材测量电瓶的电动势和内阻．‎ A．待测电瓶，电动势约为3 V，内阻约几欧 B．直流电压表V1、V2，量程均为3 V，内阻约为3 kΩ C．定值电阻R0未知 D．滑动变阻器R，最大阻值为Rm E．导线和开关 ‎(1)根据如图甲所示的实物连接图，在图乙方框中画出相应的电路图，并标明器材符号．‎ ‎(2)实验之前，需要利用该电路图测出定值电阻R0，方法是先把滑动变阻器R调到最大阻值Rm，再闭合开关，电压表V1和V2的读数分别为U10、U20，则R0＝　________(用U10、U20、Rm表示)．‎ ‎(3)实验中移动滑动变阻器触头，读出电压表V1和V2的多组数据U1、U2，描绘出U1U2图象如图丙所示，图中直线斜率为k，与横轴的截距为a，则电瓶的电动势E＝　________，内阻r＝　________(用k、a、R0表示)．‎ ‎【答案】　(1)如图所示 ‎(电路图中需要标明器材符号，存在任一错误都不给分)‎ ‎(2)Rm　(3)　 ‎17．甲同学设计了如图甲所示的电路来测量电源电动势E及电阻R1和R2阻值．‎ 实验器材有：待测电源E（不计内阻），待测电阻R1，待测电阻R2，电压表V（量程为1.5V，内阻很大），电阻箱R（0－99.99Ω），单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。‎ ‎（1）先测电阻R1的阻值．请将甲同学的操作补充完整：‎ A．闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数R0和对应的电压表示数Ul．‎ B．保持电阻箱示数不变， ，读出电压表的示数U2．‎ C．则电阻R1的表达式为R1＝ ．‎ ‎（2）甲同学已经测得电阻Rl＝4.80 Ω，继续测电源电动势E和电阻R2的阻值．该同学的做法是：闭合S1，将S2切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图乙所示的图线，则电源电动势E＝ V，电阻R2＝ Ω（保留三位有效数字）。‎ ‎【解析】‎ ‎【答案】（1）将切换到； （2）1.43； 1.20‎ ‎ ‎