2.7实验：测量电池的电动势和内阻 同步练习（Word解析版）

2021-2022学年教科版（2019）必修第三册
2.7实验：测量电池的电动势和内阻 同步练习（解析版）
1．利用如图所示的实验装置可以测量干电池的电动势和内阻。
（1）将电源、开关、电阻箱和电流表组成一个串联电路，开关闭合之前把电阻箱阻值调到最大值。
（2）闭合开关，逐渐减小电阻箱的阻值，记录下电阻箱阻值R和对应的电流表示数I，多次改变电阻箱阻值，测量并记录5组R和相对应的电流I。
（3）以R为纵轴，为横轴，将实验测得的5组实验数据在坐标系中描点、作图，得到如图所示的图像，则被测电池电动势测量值为__________V（保留三位有效数字）；被测干电池内阻测量值为__________Ω（保留两位有效数字）。
（4）误差分析：由于系统误差的影响，这种测量方法得到的电动势的测量值__________（填“大于”“小于”或“等于”）真实值，电池内电阻的测量值__________（填“大于”、“小于”或“等于”）真实值。
2．某同学利用如图甲所示的电路测量某电源的电动势和内阻，他改变电阻箱的阻值，记录理想电压表对应的示数，以为纵坐标、为横坐标，作出的图象如图乙所示，则该电源的电动势______、内阻______。（均用、表示）
3．选用方法1测量电动势和内阻，在方法1中需要测量（_______）和（_______）两个物理量．而仅测两组U、I数据，联立解方程得E和r，误差可能较大，应该多次测量，并对数据处理，才能减小误差．所以应该使用（_________）改变外电路电阻，进行多次测量．
4．学习了“测电源电动势和内阻”后，某物理课外活动小组自制了西红柿电池组，设计了如图所示的实验电路，测定了电压表的内阻，并用多种方法测量电池组的电动势与内阻，请完成下面实验。
(1)用笔画线代替导线按照电路图将实物图连线_____；
(2)将单刀双掷开关S打向触头1，调节电阻箱的示数为R0，电流表的示数为I0和电压表的示数为U0，则电压表的内阻Rv=______；
(3)将单刀双掷开关S打向触头2，仅测多组电压表的示数U和电阻箱的示数R，然后运用数据作出图象为一条倾斜的直线，得到直线的斜率为k，纵轴截距为b，则该电池组的电动势E=______，内阻r=______用k、b、Rv表示。
5．（1）在“测定电池的电动势和内阻”实验中：
①除一节旧干电池、电键S和导线外，还提供如下器材
A．电流表A1（量程为3mA，r1=20Ω）
B．电流表A2（量程为300mA，r2=0.2Ω）
C．电压表V（量程为6V，内阻RV=2kΩ）
D．可变电阻R1：电阻箱（阻值可调范围0~9999Ω）
E．可变电阻R2：滑动变阻器（阻值变化范围0~10Ω）
一同学设计的电路图如图1所示，电表应选择___________（选填“A”、“B”或“C”），可变电阻应选择___________（选填“D”或“E”）。
②正确操作后，利用测得的数据得到图2所示的图线，图像横坐标x表示的物理量是_______，电池的内电阻_________Ω。（保留两位有效数字）
（2）多用电表长期使用，旧电池的电动势会减小，内阻会增大。在测量某一电阻时，若电表仍能正常进行欧姆调零，则测得的阻值与使用新电池测得的阻值________（选填“相等”或“不相等”）；若电表已不能进行正确的欧姆调零，则测得的阻值与使用新电池测得的阻值_______（选填“相等”或“不相等”）。
6．某实验小组测量一新型电源的电动势和内阻，为了防止当电阻箱电阻较小时电路中的电流太大而损坏电源，在电路中接入一定值电阻。作为保护电阻。根据实验室提供的器材，设计了如图甲所示的电路。
实验器材如下：
A．电源（电动势约，内阻约）；
B．电流表（量程，内阻）；
C．电流表（量程，内阻）；
D．电阻箱；
E.定值电阻约；
F.单刀单掷开关2只；
G.导线若干。
（1）实验中电流表应选择___________（填器材前的字母）。
（2）先测量定值电阻的阻值，请将该实验小组的操作补充完整。
①先将电阻箱R的阻值调到最大，闭合开关和，调节电阻箱R，使电流表示数大于量程的，读出电流表示数为，电阻箱的示数为；
②保持开关闭合，再断开开关，调节电阻箱R，使电流表示数仍为，读出电阻箱的示数为；
③则电阻的表达式为___________（用、或表示）。
（3）该实验小组已测得定值电阻，继续测电源电动势E和内阻r，其做法是：闭合开关，断开开关，多次调节电阻箱R读出多组电阻箱示数R和对应的电流表示数I，由实验数据绘出的了图像如图乙所示，由此可求得电源电动势___________V，内阻___________。（计算结果保留两位有效数字）
（4）只考虑实验设计方案引起的系统误差，电源内阻r的测量值___________真实值（填“大于”“小于”或“等于”）。
7．某同学测定某电池的电动势和内阻，电流表A1内阻约为0.5Ω；电流表A2满偏电流Ig=6mA，内阻为100Ω，把电流表A2串联电阻箱R改装成量程6V的电压表。该同学分别采用图甲和图乙两种测量方案，测量得到如图丙所示的两条电源的特征曲线，其中I1与I2分别为电流表A1和A2的示数。回答下列问题：
（1）电阻箱R的阻值应为___________Ω。
（2）图丙中标记为I的图线是采用___________（填“甲”或“乙”）方案测量得到的。
（3）图丙中图线I中测量的电源电动势E=___________V，电源内阻r=___________Ω。
（4）研究表明，图甲方案中电池内阻测量值为电流表A2内阻和电阻箱R阻值之和再与电池内阻并联的值，图乙方案中电池内阻测量值为电池内阻与电流表A1内阻串联值。若已知A1的内阻准确值为0.5Ω，则实验中测量内阻的相对误差可表示为，图乙的相对误差为___________%。（保留1位有效数字）
8．某探究小组用如图所示的电路测量某电源的电动势和内阻，实验器材如下：
待测电源（电动势约3V）；
定值电阻R0（阻值为2.0Ω）；
定值电阻R1（阻值为5.5kΩ）；
电阻箱R（最大阻值为99.99Ω）；
电流表G（量程为500μA，内阻Rg=500Ω）；
开关S，导线若干。
（1）电路图中将定值电阻R1和电流表G串联，相当于把电流表G改装成了一个量程为___________V的电压表。
（2）闭合开关，调节电阻箱，并记下电阻箱的阻值R和电流表G的示数I。若测得两组数据分别为：R2=9.60Ω，I2=400μA；R3=3.60Ω，I3=300μA，则电源的电动势为___________V，内阻为___________Ω（结果均保留两位有效数字）。
9．某物理兴趣小组要测量一电池组的电动势E和内阻r（E约为，r约为），可利用的实验器材有：
量程为的理想电压表
量程为的电流表（有一定内阻）
滑动变阻器R（，额定电流）
定值电阻
一个开关S和导线若干。
（1）请在方框中画出实验原理图，图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出；（_______）
（2）实验过程中改变滑动变阻器的阻值得到一系列的电压表的读数U和电流表的读数I。根据实验数据，该小组得到如图所示的图像，则该电池组的电动势___________V，内阻___________。（计算结果均保留两位有效数字）
10．欲测量一电源的电动势和内阻，可供使用的实验器材有：
A．待测电源电动势约为3V，内阻为几欧
B．电流表A（量程为0-10mA，内阻为RA=10.0Ω）
C．电阻箱R（最大阻值为99.9Ω）
D．定值电阻R0（阻值为5.0Ω）
E．定值电阻R1（阻值为290.0Ω）
F．开关、导线若干
（1）电源允许通过的最大电流是0.6A，要使在测量过程中无论如何调节电阻箱R，都不会超过电源的最大允许电流，需要选择_______串联在电路中（填器材前的字母编号），起到保护电路的作用。同时要求设计的电路使电流表读数范围较大，则电流表A和R1应为________（串联或并联）关系；
（2）根据实验原理画出实验电路图；（_________）
（3）调节电阻箱，记下电阻箱的阻值R和对应的电流表读数I，设电源的电动势和内阻分别为E、r，则E=___________（用I、r、RA、R、R0、R1）；
（4）多次调节电阻箱，得到多组R、I值。如果以为纵坐标，为横坐标描点作图，测得图像的斜率为k，纵截距为a，则电动势E=___________，电源内阻r=___________；
（5）在（4）中不考虑偶然误差，E的测量值___________真实值（大于、等于、小于），r的测量值___________真实值（大于、等于、小于）。
参考答案
1．1.38（1.30~1.44均可） 1.2（1.0~1.4均可） 等于 大于
【详解】
(3)[2]根据闭合电路欧姆定律
整理可得
即图像为直线根据图像可知
[1]图像的斜率为电动势E，在图像上取两点、，则
(4)[3][4]由于电流表本身内电阻是跟电池的内阻串联的，因此，得到的内电阻包含电流表本身内电阻，故内阻测量值偏大。由于电流表本身内电阻不会影响图像斜率，电动势测量值不受影响。
2．
【详解】
[1][2]根据闭合电路的欧姆定律有
整理得
结合题图乙有
，
解得
，
3．路端电压U 电流I 滑动变阻器
【详解】
略
4．见解析
【详解】
(1)[1]．根据图1所示电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示：
(2)[2]．电压表内阻
(3)[3][4]．单刀双掷开关S打向触头2，由图示电路图可知，电源电动势
整理得
则图线的斜率
纵轴截距
解得电源电动势为
电源内阻为
5．B D 1.0Ω 不相等 不相等
【详解】
(1)①[1]电表串联在电路中，应用电流表，为了测量范围大些，应用电表B。
[2]实验中需要路端电压，故用电阻箱，知道电路中电阻的大小，故选择D。
②[3]由闭合电路欧姆定律得
解得
图象反应一次函数关系，故图像横坐标x表示的物理量是。
[4]由图象可知
又
所以
(2)[5]多用电表长期使用，旧电池的电动势会减小，内阻会增大。在测量某一电阻时，若电表仍能正常进行欧姆调零，则测得的阻值与使用新电池测得的阻值不相等。
[6]若电表已不能进行正确的欧姆调零，则测得的阻值与使用新电池测得的阻值不相等。
6．B 2.9 0.60 等于
【分析】
本题是测电源电动势和内阻的创新实验，考查实验原理和图像法处理实验数据以及误差分析，考查了考生的实验探究能力。
【详解】
（1）[1]电路中的最小电流
大于C项电流表量程，电流表只能选B。
（2）[2]根据闭合电路欧姆定律，闭合开关和时有
开关闭合，开关断开时有
解得
（3）[3][4]断开开关，由闭合电路欧姆定律得
整理得
由图像可知斜率
在纵轴上的截距
而已知
代入上式解得
（4）[5]因为电流表内阻已知，计算中没有忽略电流表的分压，所以没有系统误差，电源内阻r的测量值等于真实值。
7．900 乙 6.6（6.0~7.2） 55（50~60） 0.9
【详解】
（1）[1]根据欧姆定律有
代入数据，解得
R=900Ω
（2）[2]通过图丙比较I的斜率大于Ⅱ的斜率，所以的内阻测量值大，因此Ⅰ的图线是采用乙方案。
（3）[3][4]根据图像数据，当路端电压为零时，短路电流为120mA，当I1电流为20mA时，I2为5.5mA，根据闭合电路欧姆定律有
代入数据，解得
r=55Ω，E=6.6V
（4）[5]由题意得
则实验中图乙测量内阻的相对误差为
=0.9%
8．3 3.0 0.40
【详解】
（1）[1]根据串并联电路的规律，改装后的电压表量程为
（2）[2][3]由闭合电路欧姆定律得
联立上式，代入数据得
，
9． 3.8 2.4Ω～2.6Ω
【详解】
（1）[1]由于电压表为理想电压表，所以测量电路只能采用伏安法外接法（相对电源来说），但是电源的内阻较小，路端电压的变化范围较小，所以串联一个定值电阻等效电源的内阻，则实验原理图如图所示
（2）[2][3]根据闭合电路欧姆定律可得
所以图像的纵轴的截距表示电源的电动势为
图像的斜率的绝对值表示电源的等效内阻，则有
所以电源的内阻为
10．D 串联 等于 等于
【详解】
(1)[1][2]电源电动势约为3V，电源允许通过的最大电流是0.6A，可知回路电阻至少为5Ω，需要选择D串联在电路中，若直接用电流表测量干路电流量程不够，要求电流表读数范围较大，应把电流表A和R1串联，改装为量程3V的电压表。
(2)[3]实验电路如图所示
(3)[4]干路电流为
据闭合电路欧姆定律可得
(4)[5][6]函数关系整理得
如果以为纵坐标，为横坐标描点作图，则图像的斜率、截距分别可表示为
联立解得电动势、内阻分别为
(5)[7][8]由于该原理没有电表分压、分流带来的系统误差，故E的测量值等于真实值，r的测量值等于真实值。