12.3 实验：电池电动势和内阻的测量 同步课时作业训练高二上学期物理人教版（2019）必修第三册（word版含答案）

2021-2022年高二物理必修3同步课时作业训练（人教版2019）
12.3
实验：电池电动势和内阻的测量
一、单选题。本大题共10小题，每小题只有一个选项符合题意。
1．用伏安法测一节干电池的电动势和内阻，实验中可供选择的电压表有两个，量程分别为A（0~2V）、B（0~5V），滑动变阻器两个，规格分别为C（0~1000）、D（0~20），应选用的电压表和滑动变阻器分别为（　　）
A．A，C
B．A，D
C．B，C
D．B，D
2．在“伏安法测干电池的电动势和内电阻”实验中，通过改变滑动变阻器电阻大小，测量并记录多组路端电压和相应电流值，某同学的实验数据如下表所示，与预想的实验结果不一致．由实验数据来分析，他所连接的电路可能是如图所示电路图中的
（
）
U/V
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
I/A
0.18
0.21
0.25
0.27
0.30
0.33
A．B．C．
D．
3．如图所示，是甲、乙、丙三位同学设计的测量电源电动势和内电阻的电路，电路中、为已知阻值的电阻，下列说法中正确的是
A．只有甲同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻
B．只有乙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻
C．只有丙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻
D．三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻
4．某同学在做“测定干电池的电动势和内电阻”的实验时，记录的数据如下表所示：发现实验结果与预期的不一致。分析记录的数据可估计实验电路错误所在。已知下图中的均为保护电阻，则该同学的实验电路可能错接成图中的（　　）。
0.60
0.70
0.80
0.90
1.0
1.1
0.18
0.21
0.24
0.27
0.30
0.33
A．B．C．D．
5．如图所示，用一只电流表和两个定值电阻测电源电动势和内电阻，由于未考虑电流表的内阻，其测量值E和r与真实值和相比较，正确的是（　　）
A．，
B．，C．，D．，
6．如图甲所示，R为电阻箱，置于阻值最大位置，为未知电阻，(1)断开，闭合，逐次减小电阻箱的阻值，得到一组R、I值，并依据R、I值作出了如图乙所示的图线，(2)断开，闭合，当R调至某一位置时，电流表的示数；保持电阻箱的位置不变，断开，闭合，此时电流表的示数为，据以上数据可知（　　）
A．电源电动势为3.0
V
B．电源内阻为0.5
Ω
C．Rx的阻值为2
Ω
D．断开、接通时，随着R的减小，电源输出功率减小
7．某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻，他们提出的实验方案中有如下四种器材组合．为使实验结果尽可能准确，最不可取的一组器材是(
)
A．一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器
B．一个伏特表和多个定值电阻
C．一个安培表和一个电阻箱
D．两个安培表和一个滑动变阻器
8．用如图所示电路可以测量干电池的电动势和内阻，图中R为电阻箱．下列关于该实验的说法中正确的是（
）
A．为了测量电动势和内阻，至少需要测量6组数据
B．用图象处理数据时，为了得到线性图象，可以作U与R的图象
C．用图象处理数据时，为了得到线性图象，可以作1/U与R的图象
D．因电压表内阻产生的误差属于系统误差
9．用如图甲所示的电路来测量电池电动势E和内电阻r，根据测得的数据作出如图乙所示的图线，由图可知（　　）
A．电池电动势的测量值为1.40V
B．电池内阻的测量值为3.5Ω
C．外电路发生短路时的电流为0.4A
D．电压表的示数为1.20V时，电阻R的阻值为0.20Ω
10．“等效法”是简化电路的一种常用方法如图所示两个虚线框中的电路都可视为一个新的等效电源：图甲中是一个电动势为E、内阻为r的电源和一阻值为的定值电阻串联；图乙中是一个电动势为E、内阻为r的电源和一阻值为的定值电阻并联；下列关于这两个等效电源的电动势和内阻的说法正确的是（　　）
A．
B．
C．
D．
二、多选题。本大题共3小题，每小题有一个选项或多个选项符合题意。
11．在用图所示的电路测量电池电动势和内阻的实验中，若有两只量程相同的电压表V1和V2，内阻；两只量程相同的电流表A1和A2，内阻。为了使E、r的测量精确些，选择的电表可以是（　　）
A．V1和A2
B．V2和A2
C．V2和A1
D．V1和A1
12．某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围为0~，连接电路的实物图如图所示。关于该学生接线的说法正确的是（　　）
A．滑动变阻器不起变阻作用
B．电流表接线有误
C．电压表量程选用不当
D．电压表接线不正确
13．某同学欲采用如图所示的电路完成相关实验。图中电流表A的量程为0.6A，内阻约0.1Ω；电压表V的量程为3V，内阻约6kΩ；G为小量程电流表；电源电动势约3V，内阻较小。下列电路中正确的是（
）
A．
测定一段电阻丝（约5Ω）的电阻
B．
测定电源的电动势和内电阻（约3Ω）
C．
描绘小灯泡（额定电压为2.5V）
D．
测定电流表内阻的伏安特性曲线
三、解答题。本大题共5小题，解答过程必修有必要的文字说明，公式和解题过程。
14．某同学按图的电路测量蓄电池的电动势和内阻。他调整滑动变阻器共测得5组电流和电压的数据，如表1。请作出蓄电池路端电压U随电流I变化的U-I图像____________，根据U-I图像得出蓄电池的电动势E=_________和内阻r=____________。
表1蓄电池路端电压、电流的各组数据
电流
1.72
1.35
0.98
0.63
0.34
电压
1.88
1.92
1.93
1.98
1.99
15．某学习小组利用图（a）所示电路测量电池组的电动势E和内阻r。根据实验数据绘出如图（b）所示的R-图像，其中R为电阻箱示数，I为电流表示数由此可以得到E=___________V，r=___________，请根据计算结果讨论用图（a）所示电路进行相关测量时可能存在的问题___________。
16．为了测出电源的电动势和内阻，除待测电源、开关和导线以外，配合下列哪组仪器，可以达到实验目的？请说明理由。
（1）一个电流表和一个电阻箱；
（2）一个电流表和一个滑动变阻器；
（3）一个电压表和一个电阻箱；
（4）一个电压表、一个电流表和一个滑动变阻器。
17．用如图所示电路测量电源的电动势和内阻．实验器材：待测电源（电动势约3V，内阻约2Ω），保护电阻R1（阻值10Ω）和R2（阻值5Ω），滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干．
实验主要步骤：
（ⅰ）将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；
（ⅱ）逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；
（ⅲ）以U为纵坐标，I为横坐标，作U—I图线（U、I都用国际单位）；
（ⅳ）求出U—I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a．
回答下列问题：
（1）电压表最好选用______；电流表最好选用______．
A．电压表（0-3V，内阻约15kΩ）
B．电压表（0-3V，内阻约3kΩ）
C．电流表（0-200mA，内阻约2Ω）
D．电流表（0-30mA，内阻约2Ω）
（2）滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大，两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是______．
A．两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱
B．两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱
C．一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱
D．一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱
（3）选用k、a、R1、R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E=______，r=______，代入数值可得E和r的测量值．
18．图（a）所示电路中，定值电阻，R为电阻箱，为单刀双掷开关．闭合，将切换到“a”，调节电阻箱，读出其阻值为，记录电压传感器测得的数据为，然后保持电阻箱阻值不变，将切换到“b”，记录电压传感器示数为．
（1）试写出电阻的表达式．
（2）若求得电阻，将切换到“a”，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱阻值R和记录对应的电压传感器数据U，对测得的数据进行处理，绘出如图（b）所示的图线．求电源电动势E和内阻r．
参考答案
1．B
【解析】干电池的电动势约为1.5V，因此电压表应选用的量程为0~2V，干电池内阻约为几欧，为了调节方便并减小误差，滑动变阻器应选用最大阻值为20的，B正确。
故选B。
2．B
【解析】数据中电压越大，电流也越大，为一个定值，约为2.5欧。而ACD选项中滑动变阻器阻值越大，电流会变小，电压表所并联部分分压越大，与数据矛盾，故选B。
3．D
【解析】图甲中可用
E＝I1(r＋R1)、E＝I2(r＋R2)
求得电源的电动势和内电阻；图乙中可用
E＝U1＋r，E＝U2＋r
求得电源的电动势和内电阻；而图丙中可用
E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r
求得电源的电动势和内电阻；三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻，故D项正确，ABC三项错误．
4．B
【解析】根据图表可知电压表示数与电流表示数同时增大，对B图，定值电阻有
可能同时测量定值电阻两端的电压和电流，对A图，
CD图
故电压随电流增大而减小。
故选B。
5．C
【解析】不考虑电流表的内阻时，由闭合电路欧姆定律得
联立解得
考虑电流表的内阻时，由闭合电路欧姆定律得
联立解得
故选C。
6．B
【解析】当闭合s1时，根据闭合电路欧姆定律有，图像的斜率表示E的大小，与纵坐标的交点为电源内阻，所以电源电动势为2V，内阻为0.5Ω，A错；B对；断开S2，闭合S1，当R调至某一位置时，电流表的示数I1＝1.0
A，此时电阻R为1.5Ω，保持电阻箱的位置不变，断开S1，闭合S2，此时电流表的示数为I2＝0.8
A，可知电路总电阻为2.5Ω，所以Rx为0.5Ω，C错；根据外电阻与电源内阻越接近电源输出功率越大，所以S1断开、S2接通时，随着R的减小，电源输出功率越大，D错；
7．D
【解析】A中根据闭合回路欧姆定律可得，可测量多组数据列式求解，A正确；B中根据欧姆定律可得，测量多组数据可求解，B正确；C中根据欧姆定律可得，可测量多组数据列式求解，C正确；D中两个安培表和一个滑动变阻器，由于不知道滑动变阻器电阻，故无法测量，D错误；
8．D
【解析】根据实验原理E=U+r可知，方程中有两个未知量，则为了测量电动势和内阻，至少需要测量2组数据，选项A错误；根据E=U+r可得，则用图象处理数据时，为了得到线性图象，可以作的图象，选项BC错误；因电压表内阻产生的误差属于系统误差，选项D正确.
9．A
【解析】A．由图示图像可知电源U-I图像与纵轴交点坐标值为1.40，则电源的电动势1.40V，故A正确；
B．电源内阻
故B错误；
C．由图示图像可知，路端电压为1.00V时，电路电流为0.4A，故C错误；
D．根据欧姆定律
故D错误。
故选A。
10．A
【解析】AB．根据电路特征知题图甲中M、N两点间的电压为
题图乙中M、N两点间的电压为
所以两个等效电动势的关系为
故A正确，B错误；
CD．根据电路特征知题图甲中M、N两点间的电阻为
题图乙中M、N两点间的电阻为
所以两个等效内阻的关系为
故C、D错误。
故选A。
11．AD
【解析】本实验中电流表相对电池外接，系统误差是由电压表分流引起的
，
要减小误差，应选内阻大的电压表，故电压表选，本实验中电流表的内阻对结果无影响。
故选AD。
12．AD
【解析】A．由题图知，移动滑动变阻器触头时，不会改变接入电路的电阻大小，滑动变阻器不起变阻作用，故A正确；
B．电流表只允许电流从正接线柱流入，从负接线柱流出，而且应该选择0~量程，图中电流表接线正确，故B错误；
C．图中电源为两节干电池，电动势为，所以电压表量程应选用0~，故C错误；
D．图中开关不能控制电压表，且电流从负接线柱流入，从正接线柱流出，所以电压表的接线不正确，故D正确。
故选AD。
13．AB
【解析】A．伏安法测电阻要求连接电流表时采用“大内小外”的原则以保证实验精度，且一般采用测量三次计算平均值的方法，所以用限流法即可，选项A正确；
B．电源内阻仅3Ω，较小，此电路符合测定电源的电动势和内电阻的要求，选项B正确；
C．描绘灯泡伏安特性曲线要求电压从0V开始且有足够多的数据，滑动变阻器应连成分压式，选项C错误；
D．半偏法测电阻电路，要求与表头并联的电阻能够精确读数，不能用滑动变阻器，选项D错误。
故选AB。
14．
2.03V
0.09Ω
【解析】U-I图像如下图所示
蓄电池的电动势为
蓄电池的内阻为
15．3.0
0.9
由于电流表内阻的影响，r测量值大于r真实值
【解析】根据闭合电路欧姆定律有
解得
由数学知识得知，图象的斜率等于E，纵轴截距的绝对值等于r，则由图得到，电源的电动势为
内阻为
r=0.9Ω
相关测量时可能存在的问题：当外电阻无穷大时，所测路端电压为电动势；故E测量值等于E真实值，而由于电流表内阻的影响，r测量值大于r真实值
16．（1）可以达到实验目的。理由：根据闭合电路欧姆定律E=I（R+r）可知，通过电阻箱可以不断改变外电阻R，再通过电流表读取对应的电流I，根据所测得的一系列I、R数据可以求得E和r，故可以达到实验目的。
（2）不能达到实验目的。理由：根据闭合电路欧姆定律E=I（R+r）可知，虽然能够通过电流表读取电流I，但不能通过滑动变阻器获得外电阻R，所以仅凭一个电流表和一个滑动变阻器不能测量电源的电动势和内阻。
（3）可以达到实验目的。理由：根据闭合电路欧姆定律可知，通过电阻箱可以不断改变外电阻R，再通过电压表读取对应的外电压U，根据所测得的一系列U、R数据可以求得E和r，故可以达到实验目的。
（4）可以达到实验目的。理由：根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir可知，通过电压表和电流表可以读取外电压U和电流I，并且通过滑动变阻器可以不断改变U、I，根据所测得的一系列U、I数据可以求得E和r，故可以达到实验目的。
【解析】（1）可以达到实验目的。理由：根据闭合电路欧姆定律E=I（R+r）可知，通过电阻箱可以不断改变外电阻R，再通过电流表读取对应的电流I，根据所测得的一系列I、R数据可以求得E和r，故可以达到实验目的。
（2）不能达到实验目的。理由：根据闭合电路欧姆定律E=I（R+r）可知，虽然能够通过电流表读取电流I，但不能通过滑动变阻器获得外电阻R，所以仅凭一个电流表和一个滑动变阻器不能测量电源的电动势和内阻。
（3）可以达到实验目的。理由：根据闭合电路欧姆定律可知，通过电阻箱可以不断改变外电阻R，再通过电压表读取对应的外电压U，根据所测得的一系列U、R数据可以求得E和r，故可以达到实验目的。
（4）可以达到实验目的。理由：根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir可知，通过电压表和电流表可以读取外电压U和电流I，并且通过滑动变阻器可以不断改变U、I，根据所测得的一系列U、I数据可以求得E和r，故可以达到实验目的。
17．（1）A、
C
（2）C
（3）ka
k-R2
【解析】（1）电压表并联在电路中，故电压表内阻越大，分流越小，误差也就越小，因此应选内阻较大的A电压表；
当滑动变阻器接入电阻最小时，通过电流表电流最大，此时通过电流表电流大小约为；因此，电流表选择C；
（2）分析电路可知，滑片右移电压表示数变大，则说明滑动变阻器接入电路部分阻值增大，而A项中两导线均接在金属柱的两端上，接入电阻为零；而B项中两导线接在电阻丝两端，接入电阻最大并保持不变；C项中一导线接在金属杆左端，而另一导线接在电阻丝左端，则可以保证滑片右移时阻值增大；而D项中导线分别接右边上下接线柱，滑片右移时，接入电阻减小；故D错误；故选C；
（3）由闭合电路欧姆定律可知：U=E-I（r+R2），对比伏安特性曲线可知，图象的斜率为k=r+R2；
则内阻r=k-R2；
令U=0，则有：；
由题意可知，图象与横轴截距为a，则有：；解得：E=ka
.
18．(1)
(2)
2V
0.5Ω
【解析】（1）根据闭合电路欧姆定律
，
联立方程求得
（2）利用图线的截距求
，
令，即得
将，，代入上式得
（通过图线斜率求解r同样可以）