2.7实验：测量电池的电动势和内阻 课后作业（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 课后作业（解析版）
1．某学习小组设计了如图1所示的电路测量电源电动势E和内阻r．实验器材有：待测电源，电流表A（量程为0.6A，内阻不计），电阻箱R，电键S，导线若干．闭合S，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应电流I，由测得的数据，绘出了如图2所示的图线，则电源电动势E=__________V，内阻r=__________Ω．
2．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）
3．某兴趣小组利用图所示电路测定一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx．已知电池的电动势约为6 V，电池内阻和待测电阻的阻值都约为10 Ω，且不超过10 Ω．可供选用的实验器材有：
A．电流表A1（量程0~600 mA，内阻不计）；
B．电流表A2（量程0~3 A，内阻不计）；
C．电压表V1（量程0~6 V，内阻很大）；
D．电压表V2（量程0~15 V，内阻很大）；
E．滑动变阻器R（阻值0~100 Ω）；
开关S一个，导线若干．
该实验过程如下：
（1）在连接电路前，先选择合适的器材，电流表应选用______，电压表应选用____．（填所选器材前的字母）
（2）按图甲正确连接好电路后，将滑动变阻器的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小其接入电路的阻值，测出多组U和I的值，并记录相应的数据．以U为纵轴，I为横轴，得到图乙所示的图线．
（3）断开开关S，将Rx改接在B、C之间，A与B用导线直接相连，其他部分保持不变．重复步骤（2），得到另一条U–I图线，其斜率的绝对值为k．
（4）根据上面实验数据结合图乙可得，电池的内阻r=_____Ω；用k和r表示待测电阻的关系式为Rx=____。
4．为了探究太阳能电池输出电压与输出电流的关系，某同学设计了如图甲所示的电路。
（1）请根据电路图，用笔画线代替导线完成图乙所示实物图的连接_____。
（2）实验时用一定强度的光照射太阳能电池板，闭合开关，调节滑动变阻器，测得多组电压表和电流表的示数、，根据测得的数据在坐标系中描点作图，如图丙所示。
（3）由图丙分析可知，太阳能电池板的电动势______，当电流表的示数为时，太阳能电池板的内阳______，这时电源的输出功率______。（结果均保留两位有效数字）
5．某同学在老师讲完电化学知识以后，用两个土豆串联做了一个电池，土豆电池的内阻大约为几百欧到几千欧姆，甚至更大。为了测定该电池的电动势和内阻，该同学利用闭合电路欧姆定律，设计的实验电路应为图中的图___________（填甲或乙），通过调节滑动变阻器得到多组、数据，依据、数据绘得的图象如图丙，则电池电动势为___________（保留三位有效数字），内阻为___________，实验中内阻的测量结果比真实值___________。（填偏大、偏小或相等）
6．某班分成A、两组分别进行“测伏安特性曲线”和“测电源电动势和内阻”的实验：
（1）组进行“测伏安特性曲线”的实验，现有一个标有“，”的小灯泡，该组成员通过一系列实验操作，测绘出小灯泡的特性曲线如图甲所示，则可知该灯泡电阻随电压升高而__________（填“增大”“减小”或“不变”）；若将该灯泡与一电动势为、内阻为的电源串联成闭合回路，则该灯泡的实际功率为__________（保留两位有效数字）。
（2）组同学利用如图乙所示电路测电源电动势和内阻，为理想电流表，定值电阻。调节电阻箱，记录阻值和对应的电流，建立如图丙所示坐标系作出图像，则该图像选取了__________（填“”“”或“”）为纵坐标，则由图线可得该电源电动势为__________，内阻为___________；若考虑电流表导致的系统误差，则用此种方法所得的内阻测量值___________（填“大于”“小于”或“等于”）真实值。
7．现有两组同学要测定一节干电池的电动势E和内阻r（已知E约为1.5V，r约为1Ω）。
（1）①第一组采用图a所示电路，a、b间应接入________。
A．一个定值电阻
B．阻值适当的不同阻值的定值电阻
C．滑动变阻器
②为了调节方便且测量精度更高，以下器材中，电流表可选________，电压表可选________。
A．电流表（0～0.6A）
B．电流表（0～3A）
C．电压表（0～3V）
D．电压表（0～15V）
③第一小组经过多次测量，记录了多组电流表示数I和电压表示数U，并在图b中画出了U I图象。由图象可以得出，若将该干电池与一个阻值为2.2Ω的定值电阻组成闭合回路，电路中的电流约为________A（保留两位有效数字）。
（2）第二组在没有电压表的情况下，设计了如图c所示的电路，完成了对同一电池的测量。
①改变电阻箱接入电路中的电阻值，记录了多组电流表示数I和电阻箱示数R，通过研究图象的信息，他们发现电动势的测量值与第一组的结果非常接近，但是内阻的测量值与第一组的结果有明显偏差，将上述实验重复进行了若干次，结果依然如此。请说明哪个组内阻的测量结果较大？________。并说明形成这个结果的原因：____________。
②A．第二组对实验进行深入的理论研究，在是否可以忽略电流表内阻这两种情况下，绘制两类图象。第一类图象以电流表读数I为纵坐标，将电流表和电阻箱读数的乘积IR记为U作为横坐标。第二类图象以电阻箱读数R为纵坐标，电流表读数的倒数为横坐标。请在图d的甲、乙两坐标系中分别用实线代表电流表内阻可忽略的情况，虚线代表电流表内阻不可忽略的情况，定性画出相关物理量之间的关系______。
B．在第二组的实验中有电阻箱（最大阻值为999.9Ω，可当标准电阻用）、电流表（满偏电流Ig＝0.6A，内阻rg＝0.1Ω）。通过改变电阻箱接入电路的电阻值，记录了多组电流表示数I和电阻箱示数R，并画出了如图e所示的R 图象。根据图象中的信息可得出这个电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。
8．李华同学想测一节干电池的电动势和内阻。他利用如图甲所示的电路完成了对该干电池的电动势和内电阻的测量。
①现有下列器材：
A．电压表（0~3V） B．电流表（0~0.6A）
C．电流表（0~3A） D．滑动变阻器（0-20Ω）
F.滑动变阻器（0-100Ω）开关和导线若干
实验中电流表应选用_____；滑动变阻器应选用_____。（选填相应器材前的字母）
②在图乙中用笔画线代替导线，按图甲将电路连线补充完整_________。
③闭合开关前，滑动变阻器滑动触头应滑到_____。（从图甲看，填“最左端”或“最右端”。）
④某同学记录的6组数据如下表所示，其中6组数据的对应点已经标出，图线如图。
序号 1 2 3 4 5 6
电压U（V） 1.35 1.30 1.25 1.20 1.15 1.10
电流I（A） 0.12 0.14 0.24 0.30 0.36 0.42
根据图中数据可得出：
电池的电动势_____V；内电阻_____Ω。
9．某同学用如图甲所示电路探究某一型号电池的输出电压U与输出电流I的关系．电路原理图如图甲所示，图中R0为阻值等于5.0Ω的定值电阻，电压表视为理想电压表．
（1）请将图乙所示的实验器材连成实验电路_______．
（2）若电压表V2的读数为2.0V，则电源的输出电流I=__________A；
（3）调节滑动变阻器，通过测量得到电压表V1的示数U1随电压表V2的示数U2的U1-U2曲线如图丙所示，由此可知电池内阻_______（填“是”或“不是”）常数，短路电流为_____A，电源的最大输出功率为___________W．
10．某同学想测定某蓄电池的电动势E和内电阻r，现有仪器有开关、导线若干、一只电压表、一只电阻箱。
（1）请利用以上实验器材设计电路原理图__________；
（2）当电阻箱阻值调到时，电压表的读数为 V；当电阻箱阻值调到时，电压表的读数为V；该电池的电动势E=___________V，内电阻r=___________Ω；（计算结果保留三位有效数字）
（3）小王同学想要利用多用电表的电阻档直接接在电源两端，进行电源内电阻的测量。他认为多用电表读数即电源内阻，你认为这种做法___________；
A．正确
B．不正确
参考答案
1．1.5 3
【详解】
[1][2]由闭合电路欧姆定律可知
即
图象的斜率为
解得
截距
解得
2． 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
3．A C 10 k–r
【详解】
（1）[1][2]由乙图可知，电流最大为300mA，为了保证实验的安全和准确，电流表应选择A；电源的电动势约为6V，故电压表应选择6V量程的C；
（2）由U=E-Ir可知，Rx接在AB之间时图象的斜率表示电源的内阻，则可知，内阻为
由于接Rx改接在B、C之间时等效内阻为
Rx+r=k
解得
Rx=k-r
4． 2.7 76(74~78)
【详解】
（1）[1]根据电路图连接实物图，如图所示
（3）[2][3][4]由图象可知，太阳能电池板的电动势为2.7V，当电流为6.6mA时，电池两端的电压为2.2V，根据闭合电路欧姆定律
代入数据可得
此时电池的输出功率
5．甲 偏大
【详解】
[1]土豆电池内阻较大，电流表内阻很小，电流表采用内接法电压表分流造成的实验误差较大，电流表采用外接法时电流表分压造成的实验误差较小，为减小实验误差，应采用电流表外接法，应选择图甲所示电路。
[2]从图中可以看出电源电动势为1.60V。
[3]内阻为
[4]电流表采用外接法，电源内阻测量值等于真实值与电流表内阻之和，电源内阻测量值偏大。
6．增大 0.38（0.37~0.39均正确） 4.5 2.5 大于
【详解】
（1）[1]图线的斜率表示电阻的倒数，因斜率减小，故灯泡电阻增大；
[2]由闭合电路欧姆定律可知，将该电源的图线也在同一坐标中画出，则可得两图线的交点即为实际的电流、电压，如图所示，则可得实际功率为
（2）[3][4]由闭合电路欧姆定律可得
整理可得
则选取作为纵坐标，则结合图像可得
则
则
[5]考虑到电流表分压导致的系统误差，则内阻测量值会大于真实值。
7．BC A C 0.49（0.48～0.50均可） 第二组的测量结果较大 电流表内阻不能忽略引起的误差 1.5（1.46～1.54） 0.3（0.25～0.35）
【详解】
（1）①[1]根据闭合电路欧姆定律
E＝U＋Ir
要测电动势E和内阻r，必须要改变电路的电流，获得多组数据，则在电路的a、b两点间可接入阻值适当的不同阻值的定值电阻或者滑动变阻器。
故选BC。
②[2][3]结合电源的电动势（1.5V）可知电压表可选量程0～3V，为了调节方便且测量精度更高，使电流表指针偏转角较大，电流表可选量程0～0.6A，故电流表可选A，电压表可选C。
③[4]由图b可知，电源电动势、内阻分别为
E=1.48V，
则若将该干电池与一个阻值为2.2Ω的定值电阻组成闭合回路，电路中的电流为
＝A≈0.49A
（2）①[5][6]第一组内阻的测量值为电源内阻与电压表内阻的并联值，比真实值偏小，而第二组内阻的测量值为电源内阻与电流表内阻的串联值，比真实值大，原因是电流表内阻不能忽略引起的误差。
②[7]A．根据闭合电路欧姆定律可得
E＝I(R＋r)＝Ir＋U
整理得
若考虑电流表内阻，则
则图象如图甲所示，根据
E＝I(R＋r)
整理得
若考虑电流表内阻，则
-(r＋RA)
则图象如图乙所示
B．[8][9]由题图e可知
＝1.5V
r＋rg＝0.4Ω
则
r＝0.3Ω
8．B； D； 见解析； 最左端； 1.45； 0.83
【详解】
（1）[1][2]由于电源电动势较小，导致整个电路的电流不大，所以电流表选择B，因为电源内阻不大，若外电路电阻过大导致电压变变化不明显，因此滑动变阻器选择D。
（2）[3]实物图连线注意电压表的正负接线柱，和滑动变阻器的接线柱的位置，如下图
（3）[4] 闭合开关前，滑动变阻器滑动触头应滑到阻值最大处，此时电路电流最小，故滑动变阻器滑动触头应滑到最左端。
（4）[5][6]在图像中纵轴的截距表示电源电动势，则
图像的斜率的绝对值表示电源内阻，则
9． 0.40 是 1.5 0.3125
【详解】
（1）[1]画实物图时要依据实验原理图，按照电流的流向从电源正极出发顺次连接．实物连线如图所示．
（2）[2]电压表V2的读数为2.0V，根据欧姆定律得出I=0.40A；
（3）[3]路端电压
U1=E－Ir=
由图丙可知，U1-U2图线为一倾斜向下的直线，故电池内阻r是常数；
[4]由图丙知
解得
r=1Ω
电源电动势为
E=1.5V
则短路电流为
1.5A
[5]当滑动变阻器电阻R=0时电源输出功率最大
10． 2.80 0.800 B
【详解】
(1)[1]电阻箱与电源串联，电压表并在电阻箱的两端，如图所示
(2)[2][3]由闭合电路欧姆定律可得
可得
(3)[4]多用电表的电阻档刻度是利用闭合电路欧姆定律制造的，其中的E是多用表自带的电源的电动势，r是欧姆表的内阻，R是分母的一部分，说明I与R没有比例关系，如果被测电阻含有电源，公式中分子就变了，欧姆表电阻档的刻度就没有意义了，所以不能直接测电源的内阻，故A错误，B正确。
故选B。