2025鲁教版高中物理选必修第三册同步练习题（有解析）--专题强化练5　测电源的电动势和内阻

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2025鲁教版高中物理选必修第三册
第4章　闭合电路欧姆定律与科学用电
专题强化练5　测电源的电动势和内阻
1.(2024重庆八中阶段练习)太阳能电池是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片,又称为“太阳能芯片”或“光电池”,只要光照达到一定的强度,瞬间就可输出电压。某兴趣小组利用实验室的器材测量某光电池的电动势和内阻(已知相同光照强度下该光电池的电动势不变)。
(1)一同学在某次实验中,连接好电路(如图甲所示),闭合开关后,发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片,电压表有示数且不变,电流表始终没有示数。为查找故障,在其他连接不变的情况下,他将电压表连接a位置的导线端分别试触b、c、d三个位置,发现试触b、c时,电压表有示数;试触d时,电压表没有示数。若电路中仅有一处故障,则　　　　(填选项前的字母)。
A.导线ab断路
B.滑动变阻器断路
C.导线cd断路
D.滑动变阻器短路
(2)另一同学根据所给器材设计合理的实验电路:①定值电阻应选　　　　(填“R1”或“R2”),在图乙所示方框中画出合理的电路图。
待测光电池(电动势约为3 V、内阻约为10 Ω)
电流表A1(量程为0~3 mA、内阻RA1=100 Ω)
电流表A2(量程为0~600 mA、内阻约为1 Ω)
定值电阻R1=900 Ω
定值电阻R2=200 Ω
滑动变阻器R(0~200 Ω)
开关S,导线若干
②实验Ⅰ:该同学用一定强度的光照射该电池,闭合开关S,调节滑动变阻器R的阻值,读出电流表A1的读数I1和电流表A2的读数I2,得到I1-I2图线为图丙中曲线a。若改装的电压表可视为理想电压表,由图可知,该电池的电动势为　　　　V。
③实验Ⅱ:减小实验Ⅰ中光的强度,重复实验,测得I1-I2图线b,当滑动变阻器的电阻为某值时,若实验Ⅰ中的电流表A1的读数I1为1.50 mA,改装的电压表可视为理想电压表,则实验Ⅱ中滑动变阻器消耗的电功率约为　　　　mW。
2.(2022山东栖霞一中阶段练习)在测定一节干电池的电动势和内阻(电动势约1.5 V,内阻小于2.0 Ω)的实验中,备有下列器材:电流表A1(0~3 mA,内阻r1=5.0 Ω),电流表A2(0~0.6 A,内阻r2=0.5 Ω),滑动变阻器R1(0~10 Ω,允许通过的最大电流为2.0 A),滑动变阻器R2(0~100 Ω,允许通过的最大电流为1.0 A),定值电阻R3(阻值为995 Ω),定值电阻R4(阻值为9.5 Ω),开关和导线若干。
(1)某同学发现上述器材中虽然没有电压表,但给出了两个电流表,于是他设计了如图甲所示的实验电路,图中x表为电流表　　　　,y表为电流表　　　　,定值电阻应选　　　　,滑动变阻器应选　　　　。(均填写器材的字母代号)
(2)图乙为该同学根据实验电路,利用测出的数据绘出的I1与(I1+I2)的关系图线,I1为电流表A1的示数,I2为电流表A2的示数,则由图线可求被测干电池的电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　 Ω。(结果保留两位有效数字)
(3)在电路连接良好的情况下,该实验方案　　　　(选填“有”或“没有”)系统误差。
3.(2024贵州六盘水期中)某实验小组欲测量一块叠层电池的电动势和内阻,所用器材如下:
待测叠层电池(电动势约为9 V,内阻约为几欧);
电流表(量程为0~1 mA,内阻RA=30 Ω);
电阻箱(最大电阻值Rm=9 999.9 Ω);
定值电阻R0(阻值不超过20 Ω);
开关S一个、单刀双掷开关K一个、导线若干。
　　
(1)如图甲所示是该小组设计的测量定值电阻R0阻值的电路图,按图连接好器材后,先将电阻箱的阻值调到　　　　(填“最大”或“零”),将K接到1端,闭合S,记下电流表的读数I1,再将K接到2端,调节电阻箱,使电流表的读数仍为I1,记下电阻箱此时的阻值为9 989.9 Ω,则定值电阻的阻值R0=　　　Ω。
(2)图乙、图丙是该小组设计的测量电源电动势和内阻的两个待选实验电路图,其中　　　(填“图乙”或“图丙”)更加合理。
(3)按(2)中所选的电路图连接器材,进行实验,根据测量的数据作出-R图线如图丁所示,图线的斜率为k,纵截距为b,则电源的电动势E=　　　　,内阻r=　　　　。(用k、R0、RA和b表示)
答案与分层梯度式解析
第4章　闭合电路欧姆定律与科学用电
专题强化练5　测电源的电动势和内阻
1.答案　(1)C　(2)①R1　图见解析　②2.90　③69
解析　(1)闭合开关后,发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片,电流表示数始终为零,可能是电路中出现断路,电压表的示数不变化,说明电压表串联在电路中,当试触b、c时电压表有示数、试触d时电压表没有示数,说明在c、d之间某处发生了断路。故选C。
(2)①待测光电池电动势约为3 V,电流表A1内阻已知,将电流表A1改装成量程为3 V的电压表,根据电表改装原理有U=Ig(RA1+R串),解得R串=900 Ω,故定值电阻应选R1。
电流表A2阻值与待测光电池内阻接近,应采用如图所示的接法。电路图如下。
②根据闭合电路的欧姆定律有E=I1(RA1+R1)+I2r,整理得I1=-I2+
结合图像可得=2.90 mA,电池的电动势为E=2.90 V
③当滑动变阻器的电阻为某值时,若实验Ⅰ中的电流表A1的读数I1为1.50 mA,由图可知此时电流表A2的读数I2为185 mA,将该点与原点连接,所得的图线与曲线b的交点对应的I2=92 mA、I1=0.75 mA,则实验Ⅱ中滑动变阻器消耗的电功率为P=UI2=I1(RA1+R1)I2=0.75×1 000×10-3×92 mW=69 mW
2.答案　(1)A2　A1　R3　R1　(2)1.5　1.2　(3)没有
解析　(1)由电路图可知电表x是用来测量流过滑动变阻器的电流,故应该为电流表A2。因为没有电压表,可以用电流表与定值电阻串联改装成电压表,由电路图可知y应该是A1,电流表A1的量程为0~3 mA,要测1.5 V电压,电压表内阻至少为R==500 Ω,电流表A1内阻为5 Ω,由电路图可知串联的定值电阻阻值至少为R'=R-r1=495 Ω,故定值电阻应该选R3,滑动变阻器应该选R1。
(2)根据闭合电路欧姆定律有E=(r1+R3)I1+(I1+I2)r,整理得I1=-(I1+I2)+
将图像和数学关系式结合,可知其斜率为k=-
其纵轴截距为b=
解得E=1.47 V≈1.5 V,r=1.18 Ω≈1.2 Ω。
(3)由上述的实验数据分析可知,已经将两表的内阻考虑进去了,故没有系统误差。
3.答案　(1)最大　10　(2)图丙　(3)　
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解析　(1)为了保护电路,防止流过电流表的电流过大,按图连接好器材后,先将电阻箱的阻值调到最大。
当K接到1时,电阻箱的阻值为Rm,路端电压为U=I1(Rm+RA),当K接到2时U=I1(R0+R+RA),代入数据解得R0=10 Ω。
(2)由于电流表量程较小,乙电路中电阻箱的调节范围较小,丙电路中电阻箱的调节范围较大,因此图丙更合理。
(3)根据串、并联电路的特点可知电流表与电阻R0并联的总电阻为
RA0=
干路电流为
I干=+I
根据闭合电路欧姆定律得
E=I干(R+r+RA0)
联立可得
=·R+
结合图像可得
k=
=b
联立解得
E=
r=-
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