2025人教版新教材物理高考第一轮
第 5 讲实验 : 测量电源的电动势和内阻
1.(2023浙江6月选考)在“测量干电池的电动势和内阻”实验中
(1)部分连线如图甲所示,导线a端应连接到 (选填“A”“B”“C”或“D”)接线柱上。
正确连接后,某次测量中电压表指针位置如图乙所示,其示数为 V。
(2)测得的7组数据已标在如图丙所示 U-I坐标系上,用作图法求干电池的电动势 E=
V和内阻r= Ω。(计算结果均保留2位小数)
丙
2.(2022湖北卷)某探究小组学习了多用电表的工作原理和使用方法后,为测量一种新型材
料制成的圆柱形电阻的电阻率,进行了如下实验探究。
(1)该小组用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径 D,示数如图甲所示,其读数为
mm。再用游标卡尺测得其长度L。
甲乙
(2)该小组用如图乙所示的电路测量该圆柱形电阻 R 的阻值。图乙中电流表量程为0~0.6
x
A、内阻为1.0 Ω,定值电阻R 的阻值为20.0 Ω,电阻箱R的最大阻值为999.9 Ω。首先将
0
S 置于位置1,闭合S ,多次改变电阻箱R的阻值,记下电流表的对应读数I,实验数据见下
2 1
表。
1
R/Ω I/A /A-1
I
5.0 0.414 2.42
10.0 0.352 2.84
15.0 0.308 3.25
20.0 0.272 3.68
25.0 0.244 4.10
30.0 0.222 4.50
1
根据表中数据,在图丙中绘制出 -R图像。再将 S 置于位置 2,此时电流表读数为 0.400
2
I
A。根据图丙中的图像可得 R = Ω(结果保留2位有效数字)。最后可由表达式
x
ρ= (用D、L、R 表示)得到该圆柱形电阻的电阻率。
x
丙
1
(3)该小组根据图乙的电路和图丙的 -R图像,还可以求得电源电动势E= V,内阻
I
r= Ω。(结果均保留2位有效数字)
(4)持续使用后,电源电动势降低、内阻变大。若该小组再次将此圆柱形电阻连入此装置,测得电路的电流,仍根据原来描绘的图丙的图像得到该圆柱形电阻的测量值会
(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
3.某同学为了精确测量一节干电池的电动势和内阻,设计了如图甲所示的电路。
甲
实验室为其提供的实验器材如下:
①电压表V(量程0~1.0 V,内阻R =10 kΩ)
V
②定值电阻R =10 kΩ
1
③定值电阻R =20 kΩ
2
④电阻箱R (0~99.9 Ω)
3
⑤开关S和导线若干
回答下列问题:
(1)由于电压表的量程较小,需将电压表改装成量程为 0~2 V的电压表,需 (选填
“串”或“并”)联一定值电阻,该定值电阻应选择 (填器材的符号);
(2)实验时,将开关闭合,调节电阻箱的阻值,记录多组电压表的示数U以及对应的电阻箱的
1 1
阻值R,然后根据记录的数据描绘出 − 的图像,如图乙所示,已知描绘图像时忽略了电
U R
压表的分流作用,若该图像的纵截距为b,斜率为k,则电源的电动势E= ,电源的内
阻r= ;
乙
(3)如果不能忽略电压表的分流作用,则(2)中获得的电源内阻的测量值 (选填“大
于”“等于”或“小于”)真实值。
4.(2024四川成都模拟)在有光照时,太阳能电池利用半导体“PN结”受光照射时的光伏
效应发电,将光能转化为电能,可以视为一个电源。
某实验小组想用伏安法测量光照一定的情况下(电动势不变)某太阳能电池的电动势E(约3 V)和内阻r(5 Ω<r<20 Ω),所提供的器材有:
A.电压表V :量程0~3 V,内阻约3 kΩ
1
B.电压表V :量程0~15 V,内阻约15 kΩ
2
C.电流表A :量程0~300 mA,内阻约0.3 Ω
1
D.电流表A :量程0~3 A,内阻约0.03 Ω
2
E.滑动变阻器R:最大阻值为50 Ω
F.开关和导线若干
(1)为使测量结果尽量准确,能采集多组实验数据且便于实验操作,电流表应选 ,电
压表应选 。(均填器材前的字母)
(2)将图甲所示的器材符号连线,画出实验电路原理图。
甲
(3)实验小组调节滑动变阻器测得多组电压和电流数据,并在坐标纸上描绘出光照一定情
况下(电动势不变),电池的路端电压 U 与电流 I 的关系如图乙所示,他们发现当电流
0≤I≤150 mA时,U与I成线性关系。则该电池的电动势 E= V,在满足U与I成线
性关系的条件下,该电池的内阻r= Ω。(均保留2位有效数字)
乙
(4)在实验设定的光照下,在满足 U与I成线性关系的条件下,该电池的最大输出功率为
P = W(保留2位有效数字)。
max参考答案
第5讲 实验:测量电源的电动势和内阻
1.答案 (1)B 1.20 (2)1.50 1.04
解析 (1)电压表应直接测量路端电压,故导线a端接到B接线柱上。电压表示数为 1.20
V。
(2)将图像向外延伸,与纵轴的交点即为电源的电动势E=1.50 V,图像的斜率即为电源的内
1.50-1.00
阻r= Ω=1.04 Ω。
0.48
2.答案 (1)3.700 (2)6.0 πD2R
x
4L
(3)12 3.0 (4)偏大
解析 (1)用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径 D,其读数为 3.5 mm+20.0×0.01
mm=3.700 mm。
1 1 R +R +r
(2)(3)由电路可知,当将S 置于位置1,闭合S 时,有E=I(R +R +r+R),即 = R+ A 0 ,
2 1 A 0 I E E
1 4.9-2.0 R +R +r
由图丙可知 = ,解得E=12 V, A 0 =2,解得r=3.0 Ω,再将S 置于位置2,此
E 35 E 2
L
L
时电流表读数为0.400 A,则E=I'(r+R +R +R ),解得R =6.0 Ω,根据R =ρ =ρ1 ,解得
0 A x x x S πD2
4
ρ=πD2R 。
x
4L
(4)因电源电动势变小,内阻变大,则电流表的读数变小,根据表达式E=I'(r+R +R +R ),得到
0 A x
的R 的值偏大,即R 测量值偏大。
x x
3.答案 (1)串 R
1
2 k
(2)
b b
(3)小于
解析 (1)由于电压表的量程较小,需将电压表改装成量程为 0~2 V的电压表,电阻需要分压,所以要串联一定值电阻。电压表改装成量程为 0~2 V的电压表,则U (r+R)=U ,解得
g g m
r
g
R=10 kΩ,故选R 。
1
2U 1 2r 1 2
(2)根据闭合电路欧姆定律E=2U+ ·r,整理得 = · +
R U E R E
2r 2 2 k
结合数学知识可知 =k, =b,得E= ,r= 。
E E b b
(3)测得的电源内阻应等于电压表内阻 R 与电阻R 之和再与电源内阻r并联后的阻值,即
V 1
r = (R +R )r <r ,故测量值小于真实值。
测 V 1 真 真
R +R +r
V 1 真
4.答案 (1)C A
(2)见解析图1
(3)2.9 7.3
(4)0.27
E
解析 (1)电动势E约为3 V,即电压最大测量值约为3 V,此时干路电流I= ,解得干路电流
r
约为150~600 mA,由以上分析可知,电压表应选择A,电流表应选择C。
(2)因内阻r较小,电流表的分压作用大于电压表的分流作用,故应用电压表测量路端电压,
实验电路图如图1所示。
图1
(3)由闭合电路欧姆定律可知 U=E-Ir,故图像的纵轴截距表示电源电动势,由图乙可知
2.9-1.8
E=2.9 V,图像线性部分的斜率的绝对值等于内阻的大小r=|k|= Ω=7.3 Ω。
0.15
(4)当干路电流与路端电压成线性关系且内、外电阻相等时,电源的输出功率最大,在图乙
上画出外电路电阻R=r=7.3 Ω的伏安特性图线,如图2所示。图2
此时交点处电流约为195 mA,超出线性范围,若电阻R的图线在150 mA处与电源的伏安
1.8
特性图线相交,得此时电阻R的阻值为R= Ω=12 Ω,此时外电路电阻大于内阻,若交
0.15
点处电流继续减小,电阻R的阻值将增大,电源的输出功率减小,即外电路电阻R=12 Ω时,
电源的输出功率最大,如图3所示
图3
此时,电路中干路电流I=0.15 A,路端电压U=1.8 V,电源的输出功率为P =UI=1.8×0.15
max
W=0.27 W。
