2025人教版高中物理必修第三册同步练习题--专题强化练8（有解析）　测电源电动势和内阻的实验创新

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2025人教版高中物理必修第三册
专题强化练8　测电源电动势和内阻的实验创新
题组一　“安阻法”测定电源电动势和内阻
1.(2024福建厦门质检)某同学设计了一个如图甲所示的实验电路,测定电源的电动势和内阻。实验中使用的器材有:待测电池E、电流表A、电阻箱R、滑动变阻器R'、单刀单掷开关S1、单刀双掷开关S2及导线若干。
　
(1)根据图甲所示的电路图,请在图丙中将实物图补充完整。
(2)该同学连接好电路后,按以下步骤进行操作:
①闭合开关S1,断开开关S2,调节滑动变阻器R',使电流表的指针满偏。
②保持滑片P不动,把开关S2与C接通,调节电阻箱R,使电流表的指针半偏,读出电阻箱的阻值R0,得到电流表的内阻RA=R0。用该方法测得的电流表内阻　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)其真实值。
③断开开关S1,把开关S2与D接通,多次调节电阻箱的阻值,记下电流表的示数I和电阻箱相应的数值R。
④以为纵坐标,R为横坐标,作出-R图线如图乙所示,图线纵轴截距为b,斜率为k。
⑤根据图线求得电源的电动势E=　　　　,内阻r=　　　　。(用b、k、R0表示)
题组二　“伏阻法”测定电源电动势和内阻
2.(2024山东枣庄月考)一实验小组利用图(a)所示的电路测量一电池的电动势E(约1.5 V)和内阻r(小于2 Ω)。图中电压表量程为1 V,内阻RV=380.0 Ω;定值电阻R0=20.0 Ω;电阻箱R最大阻值为999.9 Ω;S为开关。按电路图连接电路。完成下列填空:
　
(1)为保护电压表,闭合开关前,电阻箱接入电路的电阻值可以选　　　Ω(填“5.0”或“15.0”);
(2)闭合开关,多次调节电阻箱,记录下阻值R和电压表的相应读数U;
(3)根据图(a)所示电路,用R、R0、RV、E和r表示,得=　　　　;
(4)利用测量数据,作 -R图线,如图(b)所示;
(5)通过图(b)可得E=　　　　V(保留2位小数),r=　　　　Ω(保留1位小数);
(6)若将图(a)中的电压表当成理想电表,得到的电源电动势为E',由此产生的误差为×100%=　　　　%。
题组三　“安安法”测定电源的电动势和内阻
3.(2024山东烟台联考)某实验小组要测定一节蓄电池的电动势及内阻,要求测量结果尽量准确,实验器材如下:
电流表A1(量程0~200 μA,内阻为800 Ω);
电流表A2(量程0~300 mA,内阻约为0.3 Ω);
定值电阻R1(阻值为4 Ω);
定值电阻R2(阻值为9 200 Ω);
滑动变阻器R(最大阻值50 Ω);
待测蓄电池一节(电动势约为2 V);
开关S一个,导线若干。
(1)实验小组连接的实物电路如图甲所示,图中虚线框内的电表应选　　　　(选填“A1”或“A2”),图中虚线框内的定值电阻应选　　　　(选填“R1”或“R2”)。
(2)电流表A1的示数用I1表示,电流表A2的示数用I2表示,该小组多次改变滑动变阻器的滑片位置,得到了多组I1、I2数据,并作出I1-(I1+I2)图像,如图乙所示。根据图像可知,被测蓄电池的电动势为　　　　V,内阻为　　　　Ω。(结果均保留2位有效数字)
(3)从实验设计原理来看,该蓄电池电动势的测量值　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值,内阻的测量值　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
题组四　“伏伏法”测定电源的电动势和内阻
4.(2024河南南阳期末)某同学为了测定一个比较旧的电池的电动势和内电阻,提供了下列器材:
A.电压表V1(0~3 V,内阻很大);
B.电压表V2(0~500 mV,内阻为100 Ω);
C.定值电阻R(阻值20 Ω);
D.滑动变阻器R0(0~800 Ω);
E.开关S与导线若干。
(1)该同学根据实验器材,自行设计了如图甲所示的电路图。请你根据该电路图,用笔画线代替导线,在图乙所给的实物图上连线。
(2)该同学根据上述设计的实验电路图正确连接电路,当开关S闭合后,调节滑动变阻器R0的阻值,读出电压表V1和电压表V2的电压值,填写在下列表格中。请你利用测出的数据在图丙中的坐标图上画出U1-U2图线。
V1的读数U1/V 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
V2的读数U2/mV 416.7 333.3 250.0 166.7 83.0
(3)根据所画出的U1-U2图线,得到被测电池的电动势E=　　　V,内阻r=　　　 Ω。(结果保留3位有效数字)
(4)若考虑到电压表V1本身电阻对测量结果的影响,该同学所测得的电池的电动势和内阻测量值与真实值比较,E测　　　　E真,r测　　　　　r真。(填“大于”“小于”或“等于”)
答案与分层梯度式解析
专题强化练8　测电源电动势和内阻的实验创新
1.答案　(1)图见解析　(2)②小于　⑤-R0
解析　(1)根据电路图连接实物图,如图所示。
(2)②由题意知,当保持滑片P不动,把开关S2与C接通时,电阻箱R与电流表并联,电路总电阻减小,则干路电流增大,所以电流表指针半偏时,电阻箱R上分到的电流大于电流表满偏电流的一半;由于并联电路中的电流与电阻成反比,可知电流表的内阻大于电阻箱的阻值,故用该方法测得的电流表内阻小于真实值。
⑤由闭合电路欧姆定律可得E=IR+IR0+Ir,整理得·R+,则-R图线的纵轴截距为b=,斜率为k=,解得E=-R0。
2.答案　(1)15.0　(3)　(5)1.55　0.8　(6)5
解析　(1)由串、并联电路特点及闭合电路欧姆定律可得,电压表满偏时,电阻箱接入电路的电阻值约为R= Ω-r=9.5 Ω-r>7.5 Ω,可选用15.0 Ω。
(3)E=(R+r)+U,整理可得:
(5)图(b)中图线的斜率k=0.034 V-1·Ω-1,即=0.034 V-1·Ω-1,解得E=1.55 V;图(b)中图线与R=0轴线交点的纵坐标约为b=0.673 V-1,即
=0.673 V-1,解得r=0.8 Ω
(6)若电压表为理想电表,同理可得+ ,即=k,解得E'=1.47 V,由此产生误差×100%≈5%。
3.答案　(1)A2　R2　(2)1.9　1.0　(3)等于　等于
关键点拨
　　本题中给定两个电流表和已知阻值的定值电阻,未给定电压表,可将其中已知内阻的小量程电流表改装成电压表,然后利用伏安法测电源电动势和内阻的原理测量。
解析　(1)电流表A1与定值电阻串联,改装成电压表,测等效电源(蓄电池与定值电阻串联)的路端电压,故与滑动变阻器串联的虚线框内的电表应选择A2。蓄电池的电动势约为2 V,故改装后电压表的最大测量值约为2 V,所以串联电阻为R串=-RA1=9 200 Ω,即虚线框内的定值电阻应选R2。
(2)根据闭合电路欧姆定律可得I1(R2+RA1)=E-(I1+I2)(r+R1),整理得I1=,则I1-(I1+I2)图线的纵轴截距b==190×10-6 A,斜率的绝对值|k|=
解得E=1.9 V,r=1.0 Ω。
(3)由于本实验中考虑到电表内阻,所以没有误差,电动势的测量值等于其真实值,内阻的测量值等于其真实值。
4.答案　(1)图见解析　(2)图见解析　(3)3.00(2.80~3.20均可)　100(90~110均可)　(4)小于　小于
解析　(1)实物图连线如图所示。
(2)根据题给数据描点,用直线拟合各点,画出U1-U2图线如图所示。
(3)由闭合电路欧姆定律可得E=U1+r,代入数据整理得U1=E-U2,结合U1-U2图像,可得电池的电动势等于纵轴截距,E=3.00 V,斜率的绝对值|k|==6,解得内阻r=100 Ω。
(4)该实验的系统误差主要是电压表V1的分流,导致通过电压表V2和电阻R的电流之和小于通过电源的真实电流;利用等效电源分析,即可将电压表等效为电源内阻,实验中测出的电动势为等效电源输出的电压,而输出电压小于电源的电动势,故可知电动势的测量值小于真实值;实验中测出的内阻为实际电源内阻和电压表内阻并联的等效电阻,所以测得的内阻与真实值相比偏小。
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