高中物理高考 专题8 3 电源电动势和内阻的测量、练习使用多用电表 练 解析版

专题8.3 电源电动势和内阻的测量、练习使用多用电表【练】 目录 一．练经典题型 1 二、练创新情景 11 一．练经典题型 1.(2020·山东卷，14)实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有： 干电池一节(电动势约1.5 V，内阻小于1 Ω)； 电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)； 电流表A(量程0.6 A，内阻约1 Ω)； 滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)； 定值电阻R1(阻值2 Ω)； 定值电阻R2(阻值5 Ω)； 开关一个，导线若干。 (1)该小组按照图甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U－I坐标纸上描点，如图3乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是________。(单选，填正确答案标号) A.电压表分流 B.干电池内阻较小 C.滑动变阻器最大阻值较小 D.电流表内阻较小 (2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示。 序号 1 2 3 4 5 6 7 I/A 0.08 0.14 0.20 0.26 0.32 0.36 0.40 U/V 1.35 1.20 1.05 0.88 0.73 0.71 0.52 请根据实验数据，回答以下问题： ①图丙上已标出后3组数据对应的坐标点，请在图丙上标出前4组数据对应的坐标点并画出U－I图象。 ②根据实验数据可知，所选的定值电阻为__________(填“R1”或“R2”)。 ③用笔画线代替导线，请按照改进后的方案，将图丁中的实物图连接成完整电路。 【答案】　(1)B　(2)①如图所示 ②R1　③如图所示 【解析】　(1)路端电压U＝R＝，若电源内阻远小于外电路总电阻，则电压表示数总是接近电源的电动势，变化范围小，故B项正确。 (2)①在坐标纸上根据前4组数据描出对应的坐标点并画出U－I图象，见答案图所示。 ②由画出的U－I图线知等效电源内阻r′＝Ω≈2.58 Ω，表示干电池内阻与定值电阻之和，因此选的定值电阻一定小于2.58 Ω，故所选电阻应为R1。 ③连接实物图时，从电源正极出发，依次连接各器材，电压表并联在滑动变阻器和电流表两端，注意电流从正接线柱流入，负接线柱流出。 2. [2020·天津卷9(2)]某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻，要求测量结果尽量准确。 电压表(量程0～3 V，内阻约为3 kΩ) 电流表(量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω) 滑动变阻器(0～20 Ω，额定电流1 A) 待测电池组(电动势约为3 V，内阻约为1 Ω) 开关、导线若干 ①该小组连接的实物电路如图甲所示，经仔细检查，发现电路中有一条导线连接不当，这条导线对应的编号是________。 甲 ②改正这条导线的连接后开始实验，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的________端(填“a”或者“b”)。 ③实验中发现调节滑动变阻器时，电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题，在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5 Ω的电阻，之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I，并作出U－I图象，如图所示。根据图象可知，电池组的电动势为________V，内阻为________Ω(结果均保留2位有效数字)。 乙 【答案】　①5　②a　③2.9　0.80 【解析】　①应用伏安法测电源电动势和内阻，电压表应测量电源两端的电压，故导线5接滑动变阻器的一端应改接到电源的正极。 ②滑动变阻器起保护电路的作用，因此闭合开关前，应将其接入电路的电阻调为最大值，故滑片P应置于a端。 ③在电池组负极和开关间串联一个阻值为5 Ω的电阻，由闭合电路欧姆定律有U＝E－I(r＋R)，所以U－I 图线的纵截距表示电源电动势，E＝2.9 V，图线斜率的绝对值表示电源内阻与定值电阻串联的总电阻，所以电源内阻为r＝ Ω＝0.80 Ω。 3.(2021·1月湖南普高校招生适应性考试，12)太阳能电池是一种可将光能转换为电能的器件，一同学用图(a)所示电路测量某单晶硅太阳能电池的输出电流I和输出电压U之间的关系。探究该电池的伏安特性，用一定强度的光照射太阳能电池，闭合开关S，调节电阻箱，测得实验数据如下表所示。 U/V 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 I/mA 7.0 7.0 7.0 7.0 7.0 7.0 7.0 7.0 6.9 6.6 5.7 2.2 (1)请在图(b)中补齐上表中后4组数据点，并作出该太阳能电池的伏安特性曲线； (2)根据所作伏安特性曲线可知，电池电阻________(填“是”或“不是”)常数，短路电流为________ mA，电动势为________ V(结果均保留2位有效数字)； (3)根据所作伏安特性曲线，估算该太阳能电池的最大输出功率为________ mW(结果保留1位小数)。 【答案】　(1)如图所示 (2)不是　7.0　2.7　(3)14.5 【解析】　(3)太阳能电池的输出功率P＝UI。当U和I的乘积UI最大时，输出功率最大，结合伏安特性曲线知当I＝6.6 mA，U＝2.2 V时，Pmax＝IU＝6.6×2.2 mW≈14.5 mW. 4.(2021·广东佛山市二模)小明手里有一块多用电表A，其功能完好，但刻度值已不清晰。他想通过实验测定该多用表(简称A表，下同)“×10 Ω”挡欧姆调零后的内阻R0和内置电源的电动势E。 他找来了另一个多用电表B(简称B表，下同)、一个电阻箱、一个开关和若干导线作为实验的器材。 实验的操作如下： (1)小明将A表调到“×10 Ω”挡，将B表调到“mA”挡，准备如图甲将所有的器材串联起来作为实验电路。请你在图中连好剩余的导线。 (2)先使用B表的电流挡测量A表“×10 Ω”挡的满偏电流。将电阻箱阻值调为0，将A表调到欧姆挡“×10 Ω”挡位置。几次试测后，确定B表应使用“10 mA”挡，调节A表的欧姆调零旋钮直至A表满偏，此时B表的读数如图乙所示，记录下B表读数为__________ mA。 (3)断开开关，保持A、B表挡位不变，将A表__________短接进行欧姆调零，然后重新连入原来电路。 (4)调节电阻箱，闭合开关，当B表读数为6.0 mA时，读出电阻箱阻值为R1；继续调节电阻箱阻值，当B表读数为4.0 mA时，读出电阻箱阻值为R2； (5)断开电路，整理器材。 (6)数据处理。根据以上测量数据，可算出A表“×10 Ω”挡内置电源的电动势E＝__________ V，A表“×10 Ω”挡欧姆调零后的内阻R0＝__________ Ω，B表量程“10 mA”挡的内电阻RB＝__________ Ω。(以上3空的结果用R1、R2表示) 【答案】　(1)连线图见解析　(2)8.0　(3)红、黑表笔 (6)　　 【解析】　(1)电路连线如图。 (2)因为B表应使用“10 mA”挡，则B表读数为8.0 mA。 (3)断开开关，保持A、B表挡位不变，将A表红黑表笔短接进行欧姆调零，然后重新连入原来电路。 (6)设电表A欧姆×10挡的内阻为R0，则有 I0＝＝8 mA 设电表B量程为10 mA挡的内阻为RB， ＝6 mA ＝4 mA 解得E＝ V R0＝ Ω RB＝ Ω。 5.如图是一个多用电表欧姆挡内部电路示意图．电流表满偏电流为0.5 mA，内阻为10 Ω；电池电动势为1.5 V，内阻为1 Ω；滑动变阻器阻值为0～5 000 Ω. (1)该欧姆表的刻度值是按电池电动势为1.5 V标定的，当电池的电动势下降到1.45 V、内阻增大到4 Ω时仍可调零，调零后R0的阻值将变________(选填“大”或“小”)；若测得某电阻阻值为300 Ω，则这个电阻的真实值是________ Ω. (2)该欧姆表换了一个电动势为1.5 V、内阻为10 Ω的电池，调零后测量某电阻的阻值，其测量结果________(选填“偏大”“偏小”或“准确”)． 【答案】　(1)小　290　(2)准确 【解析】　(1)电池的电动势减小、内阻增大时，要使表头的示数仍为原来的大小，则R0的阻值应该变小；因为该欧姆表的刻度值是按电池电动势为E＝1.5 V设置的，所以测得某电阻阻值为300 Ω时，电流表中的电流I＝，其中RΩ＝，当电池电动势下降到E′＝1.45 V时，此时欧姆表内阻RΩ′＝，由闭合电路欧姆定律得I＝，解得真实值R′＝290 Ω. (2)若电池的内阻变大，欧姆调零后的中值电阻不变，故测量的结果仍是准确的． 6．(2021·东北三省三校第二次联考)如图甲所示，某叠层电池是由多块干电池块串联在一起组成，它与普通干电池性质相似。现用该电池与表头、滑动变阻器组装成一个×10 k倍率的欧姆表，其原理图如图乙所示。为了将表头电流刻度改为电阻刻度，该同学进行了如下操作： ①将两表笔短接，调整滑动变阻器，使表头指针指到右侧“0”刻度线处； ②在两表笔间接入电阻箱，调节电阻箱阻值为150 kΩ时，表头示数为30 μA；再调节电阻箱阻值为450 kΩ时，表头示数为15 μA。 根据以上信息，回答下列问题： (1)图乙中a表笔是____________(填“红表笔”或“黑表笔”)； (2)叠层电池的电动势为__________ V，改装的欧姆表内阻是________ kΩ，表头的满偏电流Ig＝________ μA； (3)将电流刻度改为电阻刻度，电流为7.5 μA处对应的电阻值为__________ kΩ。 【答案】　(1)红表笔　(2)9　150　60　(3)1 050 【解析】　(1)因为a表笔与电源负极相连，故是红表笔。 (2)根据闭合电路欧姆定律可知，设欧姆表内阻为r，有E＝I(Rx＋r)，即 E＝30×10－6×(150×103＋r) E＝15×10－6×(450×103＋r) 联立解得E＝9 V，r＝150 kΩ 表头满偏电流Ig＝＝60 μA。 (3)电流为7.5 μA处对应的电阻值为 Rx＝－r＝1 050 kΩ。 7.(2021·安徽合肥市第二次质检)为了同时测量一电源的电动势E和内阻r，以及未知阻值的电阻Rx，某同学设计了一电路．实验室提供的器材如下：待测电源、待测电阻、电阻箱一个、内阻很大的电压表一只、开关两个、导线若干． (1)为实现上述目的，请完善图甲实物图连接； (2)该同学实验的主要步骤有： ①闭合S1、S2，多次调节电阻箱阻值，并记录其阻值及对应的电压表的示数； ②保持S1闭合，断开S2，多次调节电阻箱阻值，并记录其阻值及对应的电压表的示数； ③根据记录的数据，作出两条－图线如图乙所示． 由图线可得电动势E＝________，内阻r＝________，Rx＝________.(用图中a、b、c表示) 【答案】　(1)见解析图乙　(2)③　　－ 【解析】　(1)通过开关S2控制电路中的电阻Rx是否接入电路，电路原理图如图甲所示： 故实物连线图如图乙所示： (2)③闭合S1、S2，有E＝U＋r，故有＝＋·； 保持S1闭合，断开S2，有E＝U＋(r＋Rx)， 故有＝＋·； 结合－图象可知，＝c，＝，＝， 解得：E＝，r＝，Rx＝－. 8.(2021·福建三明市质检)某课外兴趣小组利用图甲所示电路测量多用电表内电池的电动势和欧姆挡“×1”挡内部电路的总电阻。使用的器材有：多用电表；电流表(量程200 mA，内阻为几欧)