2021-2022学年粤教版（2019）必修第三册 4.3测量电源的电动势和内阻 同步作业（word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）必修第三册
4.3测量电源的电动势和内阻
同步作业（解析版）
1．2020年12月1日23时许，嫦娥五号探测器成功着陆在月球正面预选着陆区，成为我国第三个成功实施月面软着陆的探测器。嫦娥五号选择了更高效率的太阳电池、嫦娥三号和嫦娥四号的太阳电池光电转换效率分别为28.6%和30.84%，嫦娥五号则达到了31%以上。太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能、在没有光照时，可以视为一个电学器件。某实验小组用测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时（没有储存电能）的I-U特性。所用的器材包括：太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V、滑动变阻器R、开关S及导线若干。
（1）该实验小组先用一弱光照射太阳能电池、并用如图甲电路调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U-I曲线a。由图可知弱光照射太阳能电池时，其电动势_______V
（2）再改变实验中光的强度，用一强光重复实验，测得U-I曲线b，见图乙。当滑动变阻器的电阻为某值时，若曲线a的路端电压为1.0V，则滑动变阻器的测量电阻为___________，此电阻值对应的曲线b外电路消耗的电功率为___________W。（计算结果均保留两位有效数字）
2．一电动势E约为9
V、内阻r约为40
Ω的电源，最大额定电流为50
mA。现有量程为3
V、内阻为2
kΩ的电压表和阻值为0~999.9
Ω的电阻箱各一个，另有若干定值电阻、开关和导线等器材。为测定该电源的电动势和内阻，某同学设计了如图甲所示的电路进行实验，请回答下列问题：
（1）实验室备有以下几种规格的定值电阻R0，实验中应选用的定值电阻是________。
A．200
Ω
B．2
kΩ
C．4
kΩ
D．10
kΩ
（2）该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电压表的示数。根据记录的多组数据，做出如图乙所示的图线。根据该图线可求得电源的电动势E＝________
V，内阻r＝________
Ω。（保留两位有效数字）
3．某实验小组利用如图甲所示电路测定一节5号干电池的电动势和内电阻。待测电池。备有下列器材
①电流表，量程0.6A
②电流表，量程3A
③电压表，量程3V
④电压表，量程15V
⑤滑动变阻器，0~20Ω
⑥开关一个，导线若干
（1）请选择实验中需要的器材______（选填标号，多选）。
（2）按电路图乙将实物（如图甲所示）连接起来。______
（3）某次测量时，电流表和电压表的读数如图丙所示，则电流表______A，电压表______V。
（4）实验测得的7组数据已在图丁的图上标出，请你完成图线______，并由图像可求得电源电动势为______V，内电阻为______Ω。（保留三位有效数字）
4．图a为某同学测量一节干电池的电动势和内阻的电路图。
（1）虚线框内是用毫安表改装成电流表的电路。已知毫安表表头的内阻为10
Ω，满偏电流为100
mA，电阻R1＝2.5
Ω，由此可知，改装后电流表的量程为________
A。
（2）实验步骤如下，请完成相应的填空：
①将滑动变阻器R的滑片移到________端（选填“A”或“B”），闭合开关S；
②多次调节滑动变阻器的滑片，记下电压表的示数U和毫安表的示数I；某次测量时毫安表的示数如图b所示，其读数为________
mA；
③以U为纵坐标，I为横坐标，作U?I图线，如图c所示；
④根据图线求得电源的电动势E＝________
V，内阻r＝________
Ω。（结果均保留到小数点后两位）
5．为了测量一节干电池的电动势和内阻，某实验小组设计了如图甲所示的电路，实验室准备了下列器材供选用：
A．待测干电池一节
B．直流电流表A1（量程0~0.6
A，内阻约为0.01
Ω）
C．直流电流表A2（量程0~3
A，内阻约为0.02
Ω）
D．直流电压表V1（量程0~3
V，内阻约为5
kΩ）
E.直流电压表V2（量程0~15
V，内阻约为25
kΩ）
F.滑动变阻器R1（阻值范围为0~15
Ω，允许最大电流为1
A）
G.滑动变阻器R2（阻值范围为0~1000
Ω，允许最大电流为2
A）
H.开关
I.导线若干
（1）实验中电压表应选用________；电流表应选用________；滑动变阻器应选用________。（填字母代号）
（2）实验小组在进行实验时，开始滑片P在最右端，但由于滑动变阻器某处发生断路，合上开关S后发现滑片P向左滑过一段距离x后电流表才有读数，于是该组同学分别作出了电压表读数U与x、电流表读数I与x的关系图，如图乙所示，则根据图像可知，电池的电动势为________
V，内阻为________
Ω。
6．某同学用甲图所示电路测量电池的电动势和内阻以及一个未知电阻R1。
（1）请用笔画线代替导线完成实物图连接；（______）
（2）将S2接到a，闭合S1，拨动电阻箱旋钮，使电阻箱阻值为11.0Ω，此时电压表读数为2.20V
；然后保持电阻箱示数不变，将S2切换到b，闭合S1，电压表读数如图乙所示，则其读数为____
V
，此可算出电阻R1的阻值为_________Ω（结果保留三位有效数字）；
（3）在完成上述操作后，该同学将S2切换到a，闭合S1，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱的示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图丙所示的图线，由此可求得电源电动势E=______V
，电源内阻r=_________Ω（
结果保留三位有效数字）。
7．实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有：
干电池一节（电动势约1.5V，内阻小于1Ω）；
电压表V（量程3V，内阻约3kΩ）；
电流表A（量程0.6A，内阻约1Ω）；
滑动变阻器R（最大阻值为20Ω）；
定值电阻R1（阻值2Ω）；
定值电阻R2（阻值5Ω）；
开关一个，导线若干。
①小组按照图甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据作出U-I图像，如图乙所示。结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是___________。
A．电压表分流
B．干电池内阻较小
C．滑动变阻器最大阻值较小
D．电流表内阻较小
②针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量，根据实验数据做出U—I图像，如图丙所示。根据图像可知，所选的定值电阻为___________（填“R1”或“R2”），干电池内阻r=___________Ω。（保留两位有效数字）
8．现有一种特殊的电池，它的电动势E约为9
V，内阻r约为50
Ω，已知该电池允许输出的最大电流为50
mA，为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图甲所示的电路进行实验，图中电压表的内阻很大，对电路的影响可不考虑，R为电阻箱，阻值范围0~9999
Ω，R0是定值电阻，起保护电路的作用。
闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电压表的示数，改变电阻箱阻值，取得多组数据，作出了如图乙所示的图线（已知该直线在纵轴的截距为0.1
V－1）。则根据该同学所作出的图线可求得电池的电动势E为________
V，内阻r为________
Ω。
9．某物理课外活动小组学习了“测量电源的电动势和内阻”后，设计了如图甲所示的实验电路。
（1）若闭合开关S1，将单刀双掷开关S2掷向a，改变电阻箱R的阻值得到一系列的电压表的读数U，处理数据得到如图乙所示图象，写出－关系式______。
（2）若断开S1，将单刀双掷开关S2掷向b，改变电阻箱R的阻值得到一系列的电流表的读数I，处理数据得到如图丙所示图象，写出－R关系式______。
（3）同学们对实验结果进行了误差分析，发现将两个图象综合利用，完全可以避免由于电压表分流和电流表分压带来的系统误差。已知图象乙和丙的纵轴截距分别为b1、b2，斜率分别为k1、k2，则电源的电动势E＝______，内阻r＝______。
（4）不同小组的同学用不同的电池组（均由同一规格的两节干电池串联而成），按照（1）中操作完成了上述实验后，发现不同组的电池组的电动势基本相同，只是内电阻差异较大，同学们选择了内电阻差异较大的Ⅰ、Ⅱ两个电池组做进一步探究，对电池组的输出功率P随外电阻R变化的关系，以及电池组的输出功率P随路端电压U变化的关系进行了猜想，并分别画出了下列的P－R和P－U图象。若已知Ⅰ电池组的内电阻较大，则下列各图中可能正确的是______（填正确选项标号）。
A、B、C、D、
10．甲、乙两个小组的同学欲测量如图1所示的1号干电池的电动势和内阻。
（1）甲组同学准备了量程为0~3V的学生用电压表、量程为0~0.6A的学生用电流表、滑动变阻器以及导线、开关。若电流表内阻和电池内阻阻值接近，请在答题卡上虚线框中为甲组同学画出正确的测量电路图。（________）
（2）乙组同学准备用如图2所示的多用电表进行探究。
①乙组同学想粗测这节干电池的电动势，那么他们应该把多用电表的选择开关旋转到___________。
A．“ACV10”
B．“”
C．“DCmA2.5”
D．“DCV2.5”
②乙组同学选择了合适的挡位，并将红表笔接入了多用电表的“+”孔，黑表笔接入多用电表的“–”孔。则关于该干电池电动势的测量下列说法正确的是___________。
A．红、黑表笔已经正确接入
B．测量时应该把红表笔与干电池的正极相连
C．若测量结果如图3所示，则该干电池的电动势测量值为1.64V
D．本方案中电动势的测量值略大于其真实值
11．某同学设计了一个实验电路，用以测量电源电动势及内阻，实物连接图如图所示，E为待测电源，电流表（量程为0.6
A，内阻小于1Ω）、电流表（量程为0.6
A，内阻小于1Ω）、电阻箱R（最大量程为99.99Ω），单刀单掷开关，单刀双掷开关，单刀单掷开关，导线若干。考虑到电源的内阻较小，电流表的内阻不能忽略。
（1）先测电流表的内阻：闭合开关，断开开关，将开关切换到a，调节电阻箱，读出其示数为和对应的电流表的示数为I；再将开关切换到b，调节电阻箱，使电流表的示数仍为I，读出此时电阻箱的示数为。则待测电流表内阻的表达式为______。
（2）现利用连接好的电路测定电源的电动势和内阻，请完成以下操作。
①闭合开关，______开关，将开关接______，调节电阻箱R，记录电阻箱的阻值和电流表的示数；
②重复实验步骤①进行多次测量。
（3）根据记录的R、I，作出图象，则图象可能是______（填正确答案标号）。
A.
B.
C.
D.
（4）若图象在纵轴的截距为a，图象斜率的绝对值为b，则电源的电动势______，电源的内阻______。
12．为了测定电源电动势E的大小、内电阻r和定值电阻R0的阻值，某同学利用传感器设计了如图甲所示的电路，闭合电键S，调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，通过电压传感器1、电压传感器2和电流传感器测得数据，用计算机分别描绘了如图乙所示的M，N两条U-I直线，请回答下列问题：
（1）根据图乙中的M、N两条直线可知______。
A．直线M是根据电压传感器1和电流传感器的数据绘得的
B．直线M是根据电压传感器2和电流传感器的数据绘得的
C．直线N是根据电压传感器1和电流传感器的数据绘得的
D．直线N是根据电压传感器2和电流传感器的数据绘得的
（2）图乙中两直线M、N交点处所对应的电路中的工作状态是______。
A．滑动变阻器的滑头P滑到了最左端
B．电源的输出功率最大
C．定值电阻R0上消耗的功率为0.5W
D．电源的效率达到最大值
（3）根据图乙可以求得定值电阻R0=______Ω。
（4）电源电动势E=______V，内电阻r=______Ω。
13．某同学用如图甲所示的实验电路做“测定电源的电动势和内阻”实验，现备有以下器材：
A．干电池1节
B．滑动变阻器（0~50
Ω）
C．电压表（0~15
V）
D．电压表（0~3
V）
E.电流表（0~3
A）
F.电流表（0~0.6
A）
（1）其中电压表应选_______，电流表应选_____________；（填字母）
（2）该同学测量时记录了5组数据，并将数据填入以下表格中。请你根据这些数据在图乙坐标系中画出U-I图线_________，根据图线求出电池的电动势E=______
V，内阻r=_______Ω；
次数
1
2
3
4
5
6I/A
0.15
0.25
0.36
0.45
0.56
U/V
1.40
1.35
1.30
1.25
1.20
（3）该同学分析以上实验的系统误差主要是由___________引起的，导致的结果是电动势的测量值________________（填“大于”“小于”或“等于”）真实值。
14．有下列器材，适当组合并合理连接电路，可以完成不同的实验。器材如下：
电流表A（0
~
300mA，约0.5Ω）
电压表V（0
~
3
V，约3000
Ω）
变阻器R1（0
~
10Ω，最大电流2.0A）
变阻器R2（0
~
50Ω，最大电流0.5A）
电源E（电动势约3V，内阻约1Ω）
小灯泡L（2.5V，0.3A）
未知电阻Rx（10
~
20Ω，最大电流0.5A）
开关一只，导线若干
（1）要完成实验“描绘小灯泡（L）的伏安特性曲线”，所选器材和连成的电路是__________（图中已标识所选器材的代号）。
（2）要尽量精确测出未知电阻Rx的阻值，可以选择的器材和相应连成的电路是（从第⑴问的四个图中选择，但将灯泡换成未知电阻）__________。
（3）用如图所示电路可完成
“测电源（E）的电动势和内电阻”的实验。从实验原理看，__________表没有测出相应物理量的真实值，造成这一误差的原因是____________________。
参考答案
1．2.50
【详解】
（1）[1]由闭合电路欧姆定律
可知当电流为零时，电压表的示数为电源电动势，结合图像可知弱光照射太阳能电池时，其电动势
（2）[2][3]由图中曲线b可知，路端电压U为1V时，电路中的电流I为280，则滑动变阻器的电阻为
此电阻值对应的曲线b外电路消耗的电功率为
2．C
8.6
36
【详解】
（1）[1]由题中给定的电源和电压表的参数可知，电压表的量程过小，因此串联定值电阻扩大电压表的量程，由
代入数据解得
当定值电阻的阻值为4
kΩ时，电压表的量程为9
V
故选C。
（2）[2]由闭合电路的欧姆定律得
则
结合图像可得
解得
[3]根据
解得
3．①③⑤⑥
0.40
1.30
1.48
4.35
【详解】
（1）[1]导线开关必选，故⑥选；
干电池的电动势约为1.5V，电压表应选③；
3A的电流表量程太大，则电流表选0.6A即应选①；
滑动变阻器需要选，应选⑤；
（2）[2]根据电路图可得实物图如下图所示
（3）[3][4]有图可读出电流表的示数为0.40A，电压表示数为1.30V；
（4）[5][6][7]根据所描的点得图像如下图所示
由闭合电路欧姆定律可知
再结合数学知识可知图像与纵坐标的交点为电源电动势，故电源电动势为
而图像的斜率表示电源内阻
4．0.5
B
68
1.48（1.47~1.49之间均可）
0.45（0.43~0.48之间均可）
【详解】
(1)[1]根据电流表改装原理，改装后的量程
代入数据得
(2)①[2]为保护电路，滑动变阻器为限流式接法时，闭合开关前，电阻应调至最大，故滑片应移到B端；
②[3]毫安表的最小刻度为2
mA，故读数为68
mA；
④[4]
U?I图像纵轴的截距表示电源电动势，故由图c可知E＝1.48
V（1.47~1.49
V之间均可）；
[5]由于横轴与纵轴的交点纵坐标不为0，故不能用纵轴截距与横轴截距之比求内阻。电流表的电阻
由
得
则
（0.43~0.48
Ω均可）
5．D
B
F
1.5
0.5
【详解】
（1）[1]
[2]
[3]一节干电池的电动势约为1.5
V，故电压表应选V1；由题图乙知电路中的电流较小，因此电流表应选A1；为方便实验操作，滑动变阻器应选最大阻值较小的R1。
（2）[4]
[5]根据两图对应的x值相等时的电压和电流可知当I1＝0.20
A时，U1＝1.40
V；当I2＝0.40
A时，U2＝1.30
V；代入
U＝E－Ir
解得
E＝1.5
V
r＝0.5
Ω
6．
2.60
2.00
2.86
1.29
【详解】
(1)[1]图中电源是两节电池串联，所以电压表选3V量程，根据原理图连接实物图如下
(2)[2]图乙电压表量程是3V，精确度为0.1V，故其读数为2.60V；
[3]
电路中的电流为
电阻R1的阻值为
(3)[4][5]由闭合电路欧姆定律可得
则可得
可知，图丙图线的截距为电动势的倒数，则可得
图线斜率为
则可得
7．B
R1
0.38~0.50
【详解】
①[1]由闭合电路欧姆定律
当电源内阻r太小时，干路电流I有较大变化时，Ir变化很小，电压表示数即路段电压
变化很小，电压表示数变化范围很小，故B正确，ACD错误；
②[2][3]由图示图像可知，电源与定值电阻整体组成的等效电源内阻
由题意可知，电源内阻小于1Ω，则定值电阻应选择，干电池内阻为
8．10
46±2
【详解】
[1]由题中所给图线，根据闭合电路欧姆定律可知
得到
可见纵轴截距为电动势的倒数
故电源电动势的值为10
V
[2]斜率
解得
9．
BC
【详解】
（1）[1]若闭合电键S1，将单刀双掷电键S2掷向a，改变电阻箱R的阻值得到一系列的电压表的读数U，根据闭合电路欧姆定律可知
则
（2）[2]根据闭合电路欧姆定律
变形得到与R的关系式
（3）[3][4]由题图所示电路图可知，利用伏阻法时，由于电压表的分流作用，通过电源的电流大于，这是造成系统误差的原因。若考虑通过电压表的电流，则表达式为
则
则
利用安阻法时，考虑电流表内阻，可得
即
则图丙中图像的斜率的倒数等于电源的电动势E，即
那么根据
，
可得
，
（4）[5]AB．根据电源的输出规律可知，当内外电阻相等时输出功率最大，当外电阻大于内电阻时，随着外电阻的增大，输出功率将越来越小，又由
可知，电动势相同，内阻越小，最大输出功率越大，Ⅰ的电阻大于Ⅱ的电阻，所以Ⅱ的最大功率大于Ⅱ的最大功率，故A错误，B正确。
CD．当内、外电阻相等时，输出功率最大，此时输出电压为电动势的一半，且电池组Ⅱ的输出功率比Ⅰ的大，而当外电路断开时，路端电压等于电源的电动势，此时输出功率为零，故C正确，D错误。
故选BC。
10．见解析；
D；
AB
【详解】
（1）[1]测量干电池的电动势和内阻的实验，选择限流式的电路图，由于电流表内阻未知，且电流表内阻和电池内阻阻值相近，所以电流表选择内接，如图
（2）[2]由于干电池为直流电源，所以应选择D。
[3]
A．由于电表正常偏转，所以表明红、黑表笔已经正确接入，故A正确；
B．对于多用表的红黑表笔满足“红入黑出”，所以红表笔应接在电池的正极，故B正确；
C．观察表盘第二排刻度为直流电流电压档，读数为1.58V，故C错误；
D．由于电压表分流，会使得本方案中电动势的测量值略小于其真实值，故D错误。
故选AB。
11．
闭合
b
D
a
【详解】
(1)[1]由实物图画出电路图如图所示
根据“等效替代法”可知，两次回路电流相等，总电阻相等，即电流表的内阻为
(2)[2][3]闭合开关，闭合开关，将开关接b，电流表、电阻箱与电源组成闭合电路，调节电阻箱R，记录电阻箱的阻值和电流表的示数。
(3)[4]根据闭合电路欧姆定律得
整理得
故图象应为一条向下倾斜的直线，D正确。
故选D。
(4)[5][6]对比(3)解析中的表达式可知，图线在纵轴的截距
图象的斜率的绝对值
联立(1)解析中的结论可得内阻为
12．BC
AC
2.0
1.5
1.0
【详解】
(1)[1]随电流的增大，电阻R0两端的电压增大，由
可知，路端电压减小，故直线M是根据电压传感器2和电流传感器的数据绘得的，直线N是根据电压传感器1和电流传感器的数据绘得的，BC正确。
故选BC。
(2)[2]AC．图乙中两直线M、N交点处R0两端电压与路段电压相等，即滑动变阻器的滑头P滑到了最左端，可知R0的电压为1.0V，电流为0.5A，故定值电阻R0上消耗的功率为
AC正确；
B．当外电阻等于电源内阻时输出功率最大，此时由两图线的斜率可得
，
故电源的输出功率并未达到最大，B错误；
D．电源的效率为
此时外电阻最小，效率最低，D错误。
故选AC。
(3)[3]根据乙图中直线M可以求得定值电阻
(4)[4][5]乙图中直线N与纵轴交点表示电动势，即
E=1.5V
内阻为
13．D
F
见解析
1.48（1.46~1.48均可）
0.51（0.46~0.51均可）
电压表分流
小于
【详解】
（1）[1][2]干电池的电动势为1.5
V，故电压表应选D，电流表应选F。
（2）[3][4][5]图线如图所示，纵轴截距表示电动势
图线斜率的绝对值表示内阻，则
（3）[6][7]在测量电源的电动势和内阻时，电压表测量电源的外电压准确，电流表测量通过电源的电流偏小，因为电压表起分流作用，作出图线实际图线和测量图线如图所示，知电动势的测量值偏小，内电阻的测量值偏小。
14．B
BD
电流
电压表分流
【详解】
（1）[1]
由小灯泡电阻
远小于电压表内阻，电流表应用外接法，描绘小灯泡（L）的伏安特性曲线，要求电流或电压从零调，变阻器应用分压式接法。
故选B。
（2）[2]
未知电阻Rx（10
~
20Ω）远小于电压表内阻，电流表应用外接法，变阻器应用分压式接法或者是限流式的解法都可以测出多组数据，进行精确测量。
故选BD。
（3）[3]电压表应测量的是外电压，电流表应测干路上的电流，从实验原理看，电流表测量的是支路上电流，即电流表没有测出相应物理量的真实值。
[4]
造成这一误差的原因是电压表分流。