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2027全国版高考物理第一轮
第6讲　实验12:测量电源的电动势和内阻
1.(8分)(2025云南昆明模拟)某实验小组用伏安法测量一个直流电源(电动势约为5 V,允许通过的最大电流为1 A)的电动势和内阻,实验室提供的器材有:电压表V(量程0~6 V,内阻未知);电流表A(量程0~1.0 A,内阻为RA=1.0 Ω);滑动变阻器R(阻值0~15 Ω);导线和开关S。
(1)小组成员根据实验器材,设计了如图甲所示电路图。
(2)闭合开关S,多次调节滑动变阻器R,测得多组电流表A的示数I及对应的电压表的示数U,绘制得到的U-I图像如图乙所示,则直流电源电动势E=　　　　 V,内阻r=　　　　 Ω。(结果均保留2位有效数字)
(3)实验　　　　(选填“存在”或“不存在”)系统误差,原因是　 。
2.(8分)(2025浙江金华模拟)在“测定电源电动势和内阻”的实验中,电流表内阻很小,电压表内阻很大。
(1)按电路图甲连接实物图乙,其中连接错误的导线是　　　　(选填“①”“②”或“③”);
(2)该小组并未发现连线错误,于是继续进行实验。记录电压表和电流表示数,发现电压表最小示数为2 V,此时电流表示数最大为2 A;电压表最大示数为2.7 V时,此时电流表示数为0.3 A,定值电阻R0=　　　　 Ω,滑动变阻器最大阻值R=　　　　 Ω,由此可知电源电动势E=　　　　 V,内阻r=　　　　 Ω。(结果均保留2位有效数字)
3.(8分)(2026广西河池模拟)某学习兴趣小组想要较精确地测量某手机电池的电动势和内阻,实验前小组成员发现两个问题:第一,该电池标签标识电动势为4.50 V,而实验室电压表量程为0~3 V,需要扩大电压表量程;第二,由于实验室没有定值电阻,于是在完成实验测量时,用最大阻值为5 Ω的滑动变阻器R0作为定值电阻,最终实验设计电路如图甲所示,实验步骤如下:
(1)将滑动变阻器R0的滑片滑至最左端,电阻箱R1调至零,闭合开关S0,单刀双掷开关S接通1,调节滑动变阻器R2,使电压表示数为3 V,然后调节R1,当电压表示数为　　　　 V时,R1与电压表组成的整体量程为0~4.50 V。
(2)将滑动变阻器R0的滑片滑至最　　　　(选填“左”或“右”)端,单刀双掷开关S接通1,闭合开关S0,调节滑动变阻器R2,开始测量数据,并作出U1-I1图像,如图乙所示,其中U1为电压表改装后换算的R1与电压表整体的电压值。根据图乙得出的电动势　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”) 真实值。
(3)单刀双掷开关S接通2,闭合开关S0,调节滑动变阻器R2,开始测量数据,并作出U2-I2图像,如图丙所示。通过U2-I2图像得出该电池的电动势为　　　　 V,内阻为　　　　 Ω。(结果均保留3位有效数字)
4.(8分)(2026浙江温州模拟)某实验小组准备测量一节干电池的电动势和内阻,实验室提供了下列器材:A.多用电表(直流电压挡2.5 V,内阻未知);B.毫安表(量程0~200 mA,内阻为1.20 Ω);C.定值电阻R1=0.6 Ω;D.定值电阻R2=2.0 Ω;E.滑动变阻器R;F.开关和导线若干。
根据提供的器材,设计电路如图甲所示。
甲
乙
(1)将毫安表与定值电阻R1并联改装成电流表如图甲虚线框中所示,改装后电流表的量程为　　　 A。
(2)为了精确测量,图中多用电表的右边表笔P应接到　　　　(选填“B”或“C”)处。
(3)闭合开关,调节滑动变阻器滑片,多次记录多用电表的示数U、毫安表的示数I。
(4)作出U-I图像如图乙所示,该干电池电动势E=　　　　 V,内阻r=　　　　 Ω(结果均保留3位有效数字)。
5.(10分)(2025河北邢台模拟)某实验小组想要测量一叠层电池的电动势E(约为9 V)和内阻(约为7 Ω),实验设计电路如图所示,其中电流表的量程为0~50 mA、内阻rA=50 Ω,定值电阻R1=100 Ω,定值电阻R2有20 Ω、150 Ω、500 Ω三种阻值可选。
实验操作过程如下:
ⅰ.选择合适的定值电阻R2,断开开关S1、S2,按电路图连接好电路;
ⅱ.保持开关S2断开,闭合开关S1,读出此时电流表的示数I1;
ⅲ.闭合开关S1、S2,读出此时电流表的示数I2;
ⅳ.断开电路,整理器材。
(1)本实验中定值电阻R2的阻值应选　　　　(选填“20 Ω”“150 Ω”或“500 Ω”)。
(2)该叠层电池的电动势E=　　　　,内阻r=　　　　。(用R1、R2、rA、I1、I2表示)
(3)若I1=30.0 mA,I2=44.5 mA,可得该叠层电池的电动势E=　　　　 V,内阻r=　　　　 Ω。(结果均保留2位有效数字)
6.(8分)(2025云南保山三模) 某同学制作“橘子电池”后,设计了如图甲所示电路测量其电动势E和内阻r。电压传感器可视为理想电压表。
(1)根据图甲电路图完成图乙实物连接。
(2)闭合开关S,多次调节电阻箱,记录电阻箱阻值R和相应的电压传感器示数U。
①某次实验电阻箱的示数如图丙所示,其电阻为　　　　 Ω;
②根据实验数据作出的图像如图丁所示,则“橘子电池”电动势E =　　　　 V,内阻r =　　　　 kΩ。(结果均保留3位有效数字)
丙
丁
(3)若仅提供如下规格的电表:
电压表V1(量程0~3 V,内阻约为3 kΩ);
电压表V2(量程0~15 V,内阻约为10 kΩ);
电流表A1(量程0~0.6 A,内阻约为0.5 Ω):
微安表A2(量程0~300 μA,内阻约为100 Ω);
为了较为准确地测出“橘子电池”的电动势和内阻,下列电路中最合适的是　　　　。
答案：
1.答案 (2)6.0　2.0　(3)不存在　具有分压作用的电流表内阻已知
解析 (2)根据闭合电路欧姆定律有U=E-I(r+RA),结合U-I图像可得E=6.0 V,斜率k=r+RA= Ω=3.0 Ω,解得r=2.0 Ω。
(3)实验不存在系统误差,原因是具有分压作用的电流表内阻已知。
2.答案 (1)②　(2)1.0　14　3.0　0.50
解析 (1)由题图甲可知滑动变阻器采用的是限流式接法,而题图乙中滑动变阻器没有采用限流式接法,即图乙中连接错误的导线是②;
(2)电压表示数最小时(滑动变阻器被短路),则有R0==1.0 Ω,电压表示数最大时(此时滑动变阻器的滑片置于滑动变阻器中间位置),故此时R0+=4.5 Ω,解得R滑=14 Ω。电压表示数最小时,根据闭合电路欧姆定律有E=2 V+2 A×r,电压表示数最大时,根据闭合电路欧姆定律有E=2.7 V+2×0.3 A×r,联立解得E=3.0 V,r=0.50 Ω。
3.答案 (1)2　(2)右　小于　(3)4.20　2.50
解析 (1)当电阻箱R1调至零,电压表示数为3 V时说明并联支路的电压为3 V,然后调节R1,当电压表示数为2 V时,电阻箱R1两端分得电压1 V,即R1能分得电压表电压的一半,则当电压表满偏3 V时,R1能分得1.5 V电压,此时R1与电压表组成的整体量程为0~4.50 V。
(2)将滑动变阻器R0的滑片滑至最大值,电阻为5 Ω,即最右端,作保护电阻。由于电压表分流作用,使得电动势测量值为E测=(3)单刀双掷开关S接通2时,电动势的测量值是准确的,由题图丙可知E=4.20 V;内阻测量值包括了电流表内阻和R0,则大于内阻的真实值;单刀双掷开关S接通1时,短路电流是准确的,I短=0.56 A=,解得r=-R0= Ω-5 Ω=2.50 Ω。
4.答案 (1)0~0.6　(2)B　(4)1.45　1.56
解析 (1)毫安表的满偏电压为U0=I0r0=0.24 V,则改装后的最大测量值为IA=I0+=0.6 A,所以改装后电流表的量程为0~0.6 A。
(2)由于改装后的电流表的内阻已知,为了精确测量,图中右边表笔P应接到B处。
(4)由(1)分析可知,电路中电流为毫安表示数的3倍,改装后的电流表的内阻为RA==0.4 Ω,根据闭合电路欧姆定律得E=U+3I(r+R2+RA),整理可得U=-3(r+R2+RA)I+E,可得U-I图像的斜率的绝对值为k= Ω=3(r+R2+RA),得r=1.56 Ω,截距为b=1.45 V=E。
5.答案 (1)150 Ω　(2)-R2-rA　(3)9.2　6.9
解析 (1)当开关S1、S2均闭合时要使电流表安全,电路的总电阻应不小于R总= Ω=180 Ω,当开关S1闭合、开关S2断开时,要使电路中的电流超过电流表量程的,电路中的电阻应不超过R总'= Ω=540 Ω,故定值电阻R2的阻值应选150 Ω。
(2)当开关S2断开,开关S1闭合时,有I1=,当开关S1、S2均闭合时有I2=,解得E=,r=-R2-rA。
(3)当I1=30.0 mA,I2=44.5 mA时,由(2)可知E=9.2 V,r=6.9 Ω。
6.答案 (1)见解析图　(2)①11 323.5　②1.00　3.45　(3)D
解析 (1)根据电路图连接实物图如图所示。
(2)①根据电阻箱的刻度及挡位可知电阻为11 323.5 Ω;
②根据闭合电路欧姆定律有E=U+r,变形可得,根据图像的斜率与截距可知=1.0 V-1, Ω/V,解得E=1.00 V,r=3.45×103 Ω=3.45 kΩ。
(3)A、B两项中电路图采用的是伏阻法,测量得到的电源的内阻实际是电压表内阻与电源内阻并联的等效电阻,因“橘子电池”的内阻与电压表内阻相差不多,故测量得到的电源的内阻相对误差较大,而“橘子电池”的电动势约为1 V,电压表的量程均太大,故A、B错误;C、D两项中电路图采用的是安阻法,测量得到的电源的内阻实际是电流表内阻与电源内阻串联的等效电阻,因“橘子电池”的内阻远大于电流表A1和微安表A2的内阻,故测量得到的电源的内阻相对误差较小,并且此方法测量电源的电动势无系统误差,由(2)的结果可知电路的最大电流约为300 μA,故选用微安表A2进行测量误差较小,故C错误,D正确。
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