《2025年创新设计高考总复习物理人教版》

考点一 教材原型实验
例1 (2023·湖北卷,12)某实验小组为测量干电池的电动势和内阻,设计了如图1(a)所示电路,所用器材如下：
电压表(量程0~3 V,内阻很大);
电流表(量程0~0.6 A);
电阻箱(阻值0~999.9 Ω);
干电池一节、开关一个和导线若干。

(1)根据图1(a),完成图(b)中的实物图连线。
(2)调节电阻箱到最大阻值,闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻,记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的U - I图像如图(c)所示,则干电池的电动势为______V(保留3位有效数字)、内阻为______Ω(保留2位有效数字)。
　
(3)该小组根据记录数据进一步探究,作出$\frac{1}{I}-R$图像如图(d)所示。利用图(d)中图像的纵轴截距,结合(2)问得到的电动势与内阻,还可以求出电流表内阻为______Ω(保留2位有效数字)。
(4)由于电压表内阻不是无穷大,本实验干电池内阻的测量值______(填“偏大”或“偏小”)。

答案：
例1
(1)见解析图　
(2)1.58 0.63　
(3)2.5　
(4)偏小
解析　
(1)实物连线如图

(2)由闭合电路的欧姆定律可得$U = E - Ir$
由题图(c)可知$E = 1.58\ V$
内阻$r=\frac{1.58 - 1.36}{0.35}\ \Omega = 0.63\ \Omega$。
(3)根据$E = I(R + R_A + r)$
可得$\frac{1}{I}=\frac{1}{E}\cdot R+\frac{R_A + r}{E}$
由图像可知$\frac{R_A + r}{E}=2$
解得$R_A = 2.5\ \Omega$。
(4)由于电压表内阻不是无穷大，则实验测得的是电压表内阻与电源内阻的并联值，即实验中测得的电池内阻偏小。

(2024·四川成都模拟)某兴趣小组尝试测量某电源的电动势和内阻,并探究滑动变阻器消耗的功率P。

(1)已知电源内阻比较小,移动滑动变阻器滑片时,为了使电压表示数变化比较明显,该小组同学在思考后将$R_0 = 8\Omega$的定值电阻串入图2甲电路中的__________(选填“A”或“B”),可以解决该问题。
(2)根据(1)问中选择的电路,多次调节滑动变阻器R阻值,读出相应的电压表和电流表示数U和I,将测得的数据描绘出如图乙所示的U - I图像,电源的内阻$r_0 =$______Ω(结果保留2位有效数字),滑动变阻器R消耗的最大功率为________W。
(3)该小组同学根据(1)问中选择的电路,分析了实验中由电表内阻引起的实验误差。下图中,实线是根据本实验的数据描点作图得到的U - I图像,虚线是该电源在没有电表内阻影响的理想情况下所对应的U - I图像,则可能正确的是________。

答案： 跟踪训练
(1)A
(2)2.0 0.225
(3)B
解析
(1)根据闭合电路欧姆定律可得$U = E - Ir$，由于$r$太小，$U$值变化较小，所以串联电阻应置于干路。故选A。
(2)根据A图由闭合电路欧姆定律有$U = E - I(r_0 + R_0)$
结合图乙可知，纵截距表示电动势，即$E = 3.0\ V$
斜率绝对值为$|k| = r_0 + R_0=\left|\frac{-3.0}{0.3}\right|\ \Omega = 10\ \Omega$
所以$r_0 = 2.0\ \Omega$
加电阻$R_0$后，等效内阻为$r = r_0 + R_0$
所以当滑动变阻器的阻值等于$r$时，滑动变阻器消耗的功率最大，所以$P_m=\frac{E^2}{4r}=\frac{E^2}{4(r_0 + R_0)}=\frac{3.0^2}{4\times10}\ W = 0.225\ W$。
(3)由电路图可知，由于电压表的分流作用，电流的测量值小于真实值，因此虚线在实线的上方，当电压表示数为零时，电流测量值与真实值相等，因此虚线与实线在$I$轴相交。故选B。