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“测量电源的电动势和内阻”实验高考题归类赏析


物理?实验天地

“测量电源的电动势和内阻”实验 高考题归类赏析
口周为仲

在近几年的高考中,实验“测量电源的电 动势和内阻”的试题分布见下表.
实验 测量电源 的电动势 和内阻 2012拄 福建卷、 重庆卷 2011正 2010年 广东卷、 江苏卷、 上海卷 2009拄 北京卷、 海南卷

中(a

)、(b)、(c)、(d)所示,由此可知:

四川卷

从上表可以看出:该实验一直受到高考 命题者的青睐,可谓是百考不厌,常考常新. 现就相关试题归类赏析,以飨读者.

,◆一、伏安法

帮例1

(2012年重庆卷)某中学生

圈2

课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛
产的柑橘制作了果汁电池,他们测量这种电

动势——(填“增大”、“减小”或“不变”),
变”).

在该实验中。随电极间距的减小,电源电

池的电动势E和内阻r,并探究电极间距对E
和r的影响.实验器材如图1所示.
锌片 铜片 (负极)(正极)

电源内阻——(填“增大”“减小”或“不 内阻r_——n,当外电路总电阻为2
时,该电源的输出功率P- 留三位有效数字)

曲线(c)对应的电源电动势E=——V,
500 n



mW.(均保


图1

解析根据闭合电路欧姆定律,有
U=E—Ir=一Ir+E,在U一,图线中,纵轴截距表示

电源电动势,斜率的绝对值表示电源内阻.
(1)U=E—Ir.(2)由于电压表视为理想表,

(1)测量E和r的实验方案为:调节滑动

的电流,,依据公式——,利用测量数
变阻器,改变电源两端的电压U和流过电源

可以不考虑其分流的影响,所以电流表应紧 靠变阻器连接,连接图略.(3)由图2可知,
依次减小电板间距,电源电动势不变,电源内 阻增大;电动势E=0.975 V,内阻r=478 n,电


据作出¨,图象,得出E和r.
(2)将电压表视为理想表,要求避免电 流表分压作用对测量结果的影响,请在图中 用笔画线代替导线连接电路. (3)实验中依次减小铜片与锌片的间
距,分别得到相应果汁电池的U一,图像如图2

源的输出功率P-(』L)氇=0.268 mW.
尺+r

》点评此题采用伏安法测量电源 电动势和内阻,情境新颖,贴近生活,联系实

万方数据

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际,综合性强.本题在两个方面进行了拓 展:探究水果电池的电动势和内阻与两个电 极之间距离的关系;已知外电路电阻,计算 电源的输出功率.

标图,如图5所示,图中已标注出了(R,二)的


几个与测量对应的坐标点,请你将与图4实验
数据对应的坐标点也标注在图5中.

鸯2.安阻法

(3)在图5上把描绘出的坐标点连成图线. (4)根据图5描绘出的图线可得出这个
电池的电动势E= V,内电阻r-


糖’例2(2009年北京卷)某同学通
过查找资料自己动手制作了一个电池.该同

学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻 r,但是从实验室只借到一个开关、一个电阻
箱(最大阻值为9.999 Q,可当标准电阻用)、

解析用导线将电阻箱、电流表、 待测电池、开关逐个顺次连接,注意电流表极 性,连接图略.根据闭合电路欧姆定律,有E=

一只电流表(量程IR=o.6
若干导线.

A,内阻k=O.1 Q)和

l(R+r),化成R=导一r,由上式可知,在R一_1i l
图线上,纵轴截距的绝对值表示电源内阻,斜 率表示电源电动势.描点拟合,得到图线.根 据图线,有E=1.50 V(1.46~1.54),r=0.3 Q
(0.25~0.35).

(1)请根据测定电动势E和内电阻r的要 求,设计图3中器件的连接方式,画线把它们 连接起来.

眵画
囤+西
图3 图4

多点评此题采用安阻法测量电源 电动势和内阻,解题关键在于能否分析出尺一

÷图线上纵轴截距和斜率的物理意义.


搴3.安安法
智一例3(2009年海南卷)图6是利用 两个电流表A,和A:测量干
电池电动势E和内阻r的

(2)接通开关,逐次改变电阻箱的阻值 尺,读出与R对应的电流表的示数,并作记录. "-3电阻箱的阻值矗=2.6n时,其对应的电流表 的示数如图4所示.处理实验数据时首先计
1 1

电路原理图.图中S为开
关,R为滑动变阻器,固定 电阻尺l和A。内阻之和为
10 000

算出每个电流值,的倒数_1;再作出尺一_1坐
If∥&2

Q(比r和滑动变阻

1tt6

/ 4

器的总电阻都大得多),A:为理想电流表. ①按电路原理图在图7虚线框内将实物
之间连线画出.




②在闭合
开关S前,将滑 动变阻器的滑
动端c移动至





l ,。


——(填“口
端”、“中央”或
“6端”).

l滓凰~l
l岛 i酋
图7











剑唧l 倒一

图5

③闭合开

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关S,移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置,

这一条件.

读出电流表A,和A:的示数,,和,2.多次改变滑
动端c的位置,得到的数据如下表所示
I爪mA)
0.120 480 0.125 400 0.130 320 0.135 232 0.140 140 0.145 68

参4.伏阻法
簿,’例4(2010年上海卷)某同学利

l,2(mA)

用DJS、定值电阻尺。、电阻箱R,等实验器材测 量电池口的电动势和内阻,实验装置如图9所
示.实验时多次改变电阻箱的阻值,记录外

在图8所示的坐标纸上;AI。为纵坐标、厶
为横坐标画出所对应的,。一,2曲线.

电路的总电阻阻值R,用电压传感器测得端 电压u,并在计算机上显示出如图10所示
1 1

\.

的二一÷关系图线口,重复上述实验方法测量
U K



1\



J\

电池b的电动势和内阻,得到图10中的图线b.

圈8

(4)利用所得曲线求得电源的电动势

E=——V,内阻r=——Q(保留两位小数).

(1)由图线 a可知电池a的电

——A.
|?;

(5)该电路中电源输出的短路电流,m=

动势E=——V,
内阻忙——n.
(2)若用同


解析根据闭合电路欧姆定律,有

图10

一个电阻尺先后与电池a及电池b连接,则两

(,?+,2)r“-(Rt+Ral)=E,整理得,1=一瓦jr丽n
—RIj+RLAI一+r?7[生z11-,2图线上,斜率的绝对值…=

电池的输出功率P8——P6(填“大于”、“等
讯(填

于”或“小于”),两电池的效率叼。 “大于”、“等于”或“小于”).

电动势E-等掣,电源内陆掣.
警答案

瓦jrii,纵轴截距62瓦jEii,解得电源

。?解析根据闭合电路欧姆定律,有

E=U+iU

r,得吉=考。去+吉,在吉一上R图象
Q.

(1)实物图略(2)b,g

中,纵轴截距62i1,斜率庇2音,所以电池口的
电动势E=_1=2 V,内阻r=E?k=0.5 (2)根据图10中b图线可知:b图线纵轴 截距b产0.2,斜率k6=0.13,所以电池b的电动
势E6—5 V,内阻“一0.7 n,Eo<Eb,ra<rb,电池的

(3),。一,2曲线如图8所示(4)E=I.49(1.48。 1.50)V 2.7)A r--0.60(0.55-0.65)Q(5)Ira=2.4(2.3~

‘警点评此题采用安安法测量电源 电动势和内阻.可以拓展研究两个电流表内 阻对实验结果的影响.若不计A。表内阻,则 测得的电动势和内阻都偏小.A:表内阻对测
量结果没有影响,可以去掉A:为理想电流表

输出功率P=(÷)璃,得Pn<P6;电池的效率

叼=筹=去确枷

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:‘'点评此题采用伏阻法测量电源 电动势和内阻,情境上联系现代科技,体现时 代性;知识点上结合电池的输出功率和效率, 呈现综合性;其中b图线的两个截距隐含在图 中,需要考生根据线段比例自行挖掘.命题 者真可谓匠心独运,构思巧妙.201 1年全国 大纲卷第23题与之有异曲同工之妙,将多用 电表的中值电阻的阻值隐放在表头上.如果 考生没有实践意识是很难想到这一点的. 用伏阻法测量电源电动势和内阻的试题 还有许多,女1:12010年广东卷、2010年江苏卷、 2010年四川卷、2010年福建卷中均有出现,其 外电路都由电阻箱和定值电阻串联而成.其 中2010年广东卷中电压表与电阻箱并联,考 查实物图的连接、电阻箱读数、操作注意点、 电动势和内阻的计算以及误差分析.2010年 江苏卷中电压表与定值电阻并联,考查操作 注意点、方案选择、数据处理,尤其方案选择, 判定方案是否合理所需的数据全部标注在实 物上,比较隐蔽,需考生细心观察,仔细分析, 才能寻得.2011年四川卷综合了电表改装. 2012年福建卷综合了多用电表读数,让考题 实验味更浓,让考生有身临实验室之感,考查 考生作图能力和应用图象处理数据能力.4道 题各具特点、各有侧重,思维之美,精彩纷呈.

图11

电压袁V。和V2的多组数U
据∽和巩,描绘出阢一巩 图象如图12所示,图中 直线斜率为k,与横轴 的截距为o,则电源的电



动势E=——,内阻 为r_——(用七、o、R旅示).
解析

U,

图12

(1)用V。表测量滑动变阻

器两端电压U,,用V:表测量滑动变阻器和定 值电阻两端的总电压巩,按上述要求连接电 路.连接图略. (2)根据闭合电路欧姆定律,有E=U2+

U2。-U旦r'化成u。:Ro+r U2一鱼E.
Ko
r r

在u,一巩图象中,直线的斜率矗=型!,横

.◆5.伏伏法
.●V

轴截陆熹E.解孙=告1肚鲁k
Rn+r 后一



1.

瞥例5

某同学准备利用下列器材
V,

,净点评此题采用伏伏法测量电源 电动势和内阻,应用图线斜率和横轴截距计
算电源电动势和内阻.

测量电源电动势和内电阻. A.干电池2节,每节电动势约为1.5 内阻约几欧;

B.直流电压表y。、y2,量程均为0—3 V,内
阻约3kD;

C.定值电阻尺。,阻值为5Q; D.滑动变阻器R,最大阻值50n; E.导线和开关.

(1)该同学连接的实物电路如图11所 示,其中还有一根导线没有连接,请补上这根
导线.

年年岁岁花相似,岁岁年年题不同.尽管 这类实验试题千变万化,但万变不离其宗. 这个宗就是闭合电路欧姆定律.依据这个规 律,只要构思出电压、电流、电阻三个物理量 中任意两个量之间的制约关系式,就可以设 计出对应的实验试题.反之,遇到这类试题, 首先要确定研究的两个变量,再找出牵制这 两个变量的约束方程,结合求解问题进行推 理,问题就可以得到解决.

(2)实验中移动滑动变阻器触头,读出

万方数据

“测量电源的电动势和内阻”实验高考题归类赏析
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 周为仲

新高考(高三理化生) New University Entrance Examination 2013(4)

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