2024届高考物理三轮冲刺精微专题－第05讲 以闭合电路欧姆定律为核心的实验

第页（共4页）第5讲以闭合电路欧姆定律为核心的实验1．掌握以测电动势和内电阻为核心的实验；2．掌握欧姆表的结构与原理。考向1以测电动势和内电阻为核心的实验对实验的两点说明1．任何一种实验方法，一定要紧扣闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，其中最关键的是看电路中如何测量出路端电压U和电路中的总电流I.2．利用图象得出电动势和内阻是常见的方法，对于不同的电路设计，一般采用化曲为直的方法，即得到有关电动势和内阻的一次函数关系，再利用图象中的斜率与截距求解．[例1]某同学用如图甲所示的电路来测量电源的电动势和内阻，已知图中电流表的内阻为，定值电阻的阻值为，实验开始前三个开关均断开。实验的主要步骤如下：A．闭合和，调节滑动变阻器的滑片在某个位置，读出电流表的示数为，保持滑片的位置不变，再断开，读出电流表的示数为；B．移动滑片的位置，重复A步骤的实验操作，多测几组相对应的数值，作出的函数关系图像如图乙所示；C．断开，闭合和，读出电流表的示数为。（1）写出乙图的函数表达式（用来表示），图像的纵轴截距为；（2）若乙图斜率的绝对值为，则电源的电动势，内阻（用题中的已知量来表示）；（3）根据上述的测量原理，电源电动势的测量值真实值，内阻的测量值真实值（均选填“等于”、“大于”或“小于”）。【答案】1等于等于【详解】（1）[1][2]闭合和时，电流表与滑动变阻器串联，根据欧姆定律可得断开后，电流表、滑动变阻器、定值电阻串联，根据欧姆定律可得两式联立可得则纵轴截距为1。（2）[3][4]乙图斜率的绝对值为，则根据表达式可得则电源的电动势为断开，闭合和时，电流表、定值电阻串联，根据欧姆定律可得则电源内阻为（3）[5][6]测量中考虑到了电流表的内阻，且电源电动势的表达式与电流表内阻无关，故电源电动势的测量值等于真实值，内阻的测量值等于真实值。考向2“补偿法”测量电源E、r补偿“电压表的分流”补偿“电流表的分压”[例2]（2023·江苏苏州·高三常熟中学校考期末）小明同学利用如图甲所示的电路测量一节干电池的内阻。（1）请用笔画线代替导线，在图乙中完成实验电路连接______。（2）调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数并在图丙中描点，请作出U-I图线______，由图线求得电源的内阻r=______Ω。（结果保留两位有效数字）（3）小明查阅资料得到第二种测量方案，如图丁所示。E＇是辅助电源，G是灵敏电流计。连接好电路之后，正确的操作顺序是______。①调节R和R＇使得灵敏电流计G的示数为零②读出电压表和电流表的示数U1和I1③再次调节R和R＇使得灵敏电流计G的示数为零④将R和R＇阻值调到最大⑤闭合开关S1、S2⑥再次读出电压表和电流表的示数U2和I2（4）正确操作的情况下，记录的数据是U1=1.23V，I1=0.30A，U2=1.05V，I2=0.50A，求得电源内阻r=______Ω。（结果保留两位有效数字）（5）小明认为第二种方案测量更准确，你同意他的观点吗？请说明理由。______【答案】

见解析

见解析

0.86

④⑤①②③⑥

0.90

同意，第二种方案消除了由于电表内阻造成的系统误差。（第二种方案中电流表所测电流为干路电流，电压表所测电压为路端电压，消除了第一种方案中由于电压表分流造成的系统误差）【解析】（1）根据电路图，连接实物图如图所示（2）作出U-I图线如图所示由图线的斜率求得电源的内阻（3）根据小明的第二种测量方案，连接好电路之后，先将R和R＇阻值调到最大，再闭合开关S1、S2，调节R和R＇使得灵敏电流计G的示数为零，读出此时电压表和电流表的示数U1和I1；再次调节R和R＇使得灵敏电流计G的示数为零，再次读出电压表和电流表的示数U2和I2，故正确的操作顺序是：④⑤①②③⑥（4）由闭合电路欧姆定律可知联立求得（5）同意，第二种方案消除了由于电表内阻造成的系统误差。（第二种方案中电流表所测电流为干路电流，电压表所测电压为路端电压，消除了第一种方案中由于电压表分流造成的系统误差）考向3欧姆表的结构与原理1．欧姆表内部构造和原理（1）欧姆表内部电路简化如图.（2）多用电表测电阻阻值的原理：闭合电路欧姆定律．①红、黑表笔短接，进行欧姆调零时，指针满偏，有Ig＝eq\f(E,Rg＋R＋r)；②当红、黑表笔之间接有未知电阻Rx时，有I＝eq\f(E,Rg＋R＋r＋Rx)，故每一个未知电阻都对应一个电流值I.我们在刻度盘上直接标出与I对应的Rx的值，所测电阻Rx即可从表盘上直接读出．③由于I与R是非线性关系，表盘上电流刻度是均匀的，其对应的电阻刻度却是不均匀的，电阻的零刻度在电流满偏处．当Rx＝Rg＋R＋r时，I＝eq\f(Ig,2)，指针半偏，所以欧姆表的内阻等于中值电阻．[例3]如图甲为某同学设计的多档位欧姆表的原理图，其中所用电源电动势，内阻，表头满偏电流，内阻。3个档位分别为档位、档位、档位，且定值电阻。（1）红表笔为（填A或B），求的阻值为Ω；（保留两位有效数字）（2）如右上图所示为该多用表表盘，某同学要测量一个阻值约为的电阻，为保证测量误差尽量的小，应该将开关置于（填“1”或“2”或“3”），欧姆调零后，测得电阻的阻值如图乙所示，则该读数为Ω；（3）该同学实验时，由于电池老化，导致测量结果出现偏差。经测量该电动势小于3V，内阻大于1Ω，但仍可调零，则被测电阻测量值真实值（填“大于”或者“小于”）。【答案】A1.02110大于【详解】（1）[1]红表笔与内部电源的负极连接，即红表笔为A。[2]当图中开关接空位置“3”时，此时内阻即此时的挡位应该是挡，因，可知接时欧姆挡对应于挡，此时欧姆表内阻应该为，根据；可得；由于；可得（2）[3]要测量一个阻值约为的电阻，为保证测量误差尽量的小，应使指针尽量指向表盘中间位置，选择挡位“”。由上分析知，应该将开关置于“2”位置。[4]该电阻的阻值为（3）[5]设滑动变阻器阻值为，待测带电阻，则欧姆调零时有测量电阻时有可得由于电池老化，该电动势小于3V，内阻大于1Ω，可知电流偏小，指针偏转角度偏小，所以导致电阻测量值偏大。电源电动势和内阻常用的测量方法方法伏安法伏阻法安阻法原理E＝U＋IrE＝U＋eq\f(U,R)rE＝IR＋Ir电路图关系式U＝E－Ireq\f(1,U)＝eq\f(r,ER)＋eq\f(1,E)eq\f(1,I)＝eq\f(R,E)＋eq\f(r,E)图象纵轴截距：E斜率大小：r纵轴截距：eq\f(1,E)斜率：eq\f(r,E)纵轴截距：eq\f(r,E)斜率：eq\f(1,E)误差分析E测＜E真r测＜r真E测＝E真r测＞r真E测＜E真r测＜r真E测＝E真r测＞r真1．（2023·上海嘉定·统考一模）另一种无线充电技术是利用电容两个极板的静电耦合实现电能的传输。（1）在做“观察电容器的充、放电现象”实验时，先将开关S拨到位置1，一段时间后再拨到位置2。在此过程中，根据电压传感器与电流传感器测量数据得到的和图线可能为。

ABCD（2）将一电容为的电容器与一电压恒定的电源连接，电容器充电完成后，两极板上的电荷量分别为和，则电源电压为V。【答案】A12【详解】（1）[1]开关S拨到位置1，是电容器充电过程，此时由图像可知电流传感器中的电流正在减小，电压传感器中的电压正在增大。开关S拨到位置2，是放电过程，此时由图像可知电流传感器中的电流正在减小，电压传感器中的电压正在减小。充电电流与放电电流方向相反，充电时与放电时都是电容器右边极板是正极板。故A正确，BCD错误。故选A。（2）[2]由，可知电源电压为2．某兴趣小组用如图甲所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。（1）下列说法正确的是。A．

变压器工作时，通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈B．

变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能C．

理想变压器的输入功率等于输出功率，没有能量损失D．

变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零（2）实际操作中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为，则可推断原线圈的输入电压可能为。A．

B．

C．

D．

（3）图乙为某电学仪器原理图，图中变压器为理想变压器。左侧虚线框内的交流电源与串联的定值电阻可等效为该电学仪器电压输出部分，该部分与一理想变压器的原线圈连接；一可变电阻与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为、（右侧实线框内的电路也可以等效为一个电阻）。在交流电源的电压有效值不变的情况下，调节可变电阻的过程中，当时，获得的功率最大。【答案】BC/CBD 3．某同学用图（a）所示电路完成“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验。所需器材：小灯泡L（额定电压3V，额定功率约0.6W）；电源E（电动势6V，内阻很小可忽略不计）；电压表V（量程3V，阻值很大）；电流表A（量程0.25A，内阻约0.4Ω）；滑动变阻器R（总阻值约10Ω）；保护电阻（阻值待定）；开关S；导线若干。（1）请依照图（a）所示电路，在图（b）中补全实物连线。（2）实验步骤：①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，使滑片停留在最（选填“左”或“右”）端；②闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压；③记录如下8组U和I的数据后断开开关，根据实验数据在图（c）所示方格纸上描绘完整的表格数据并作出小灯泡的伏安特性曲线。编号12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1750.2000.2150.220小灯泡发光情况不亮

微亮

逐渐变亮正常发光（3）若实验室中没有量程为0.25A的电流表，可用一只量程为50mA，阻值为2Ω的毫安表并联电阻值为Ω的定值电阻改装而成。（4）灯泡正常发光时的电阻与灯泡不亮时的电阻的比值为（计算结果保留2位有效数字）。（5）为了能顺利完成实验，且较大程度起到保护作用，保护电阻的阻值应为Ω（选填“20”、“10”、“5”或“2”）。【答案】左0.51.