12.3实验：电池电动势和内阻的测量综合训练-2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册（word版含答案）

12.3实验：电池电动势和内阻的测量
一、选择题（共14题）
1．如图所示的“测定电池的电动势和内阻”的实物连线图中，有一根线连接的是错误的，这根错误的线是（ ）
A．a B．b C．c D．d
2．某研究性学习小组用如图所示的电路，测定一节干电池的电动势和内阻，则引起该实验误差的主要原因是（　　）
A．由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流大
B．由于电流表的分压作用造成电压表读数总是比电源实际输出的电压大
C．由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流小
D．由于电流表的分压作用造成电压表读数总是比电源实际输出的电压小
3．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，接电路的实物图如图所示。下列对该学生接线说法错误的是（　　）
A．滑动变阻器不起变阻作用 B．电流表接线有错
C．电压表量程选用不当 D．电压表接线不妥
4．如图为“用DIS测电源的电动势和内阻”的实验电路，电源由两节干电池串联而成（电池允许通过最大电流为0.6 A）。保护电阻R有四种规格，其中最适合的是（　　）
A．5 Ω、2.0 W B．5 Ω、0.2 W C．50 Ω、20 W D．50 Ω、2.0 W
5．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
6．如图甲所示为测量一节干电池的电动势和内电阻的实验电路图，根据测得的数据作出了如图乙所示的图线，以下实验结论正确的是（　　）
A．电池电动势的测量值偏大
B．电池内阻的测量值为
C．外电路发生短路时的电流为
D．电压表的示数为时，电源消耗的电功率为
7．某研究性学习小组利用下图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下图所示的图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到（　　）
A．电源电动势约为1.5V
B．内阻约为1.0Ω
C．用该电路测电动势，测量值比真实值小
D．用该电路测内阻，测量值比真实值小
8．用如图所示的电路测定电池的电动势和内阻，由于电表内阻的影响，关于电动势的真实值E0与测量值E及电池内阻的真实值r0与内阻的测量值r的说法正确的是（　　）
A．E0＞E，r0＞r B．E0＝E，r0＜r
C．E0＝E，r0＞r D．E0＜E，r0＜r
9．如图甲所示为测量一节干电池的电动势和内电阻的实验电路图，根据测得的数据作出了如图乙所示的U—I图线，以下实验结论正确的是（　　）
A．电池电动势和内电阻的测量值均偏大
B．电池内阻的测量值为3.50Ω
C．外电路发生短路时的电流为0.40A
D．电压表的示数为1.20 V时，电流表的示数I′=0.20A
10．某同学用如图甲所示的电路做“测定电源电动势和内电阻”的实验，并根据测得的数据作出了如图乙所示的U—I图象，由于实验中使用的电表不是理想电表，会对实验结果造成一定的影响，关于该同学实验测量值误差的分析正确的是 ( )
A．由于电压表的分流作用，使得内阻的测量值大于真实值
B．由于电压表的分流作用，使得内阻的测量值小于真实值
C．由于电流表的分压作用，使得内阻的测量值大于真实值
D．由于电流表的分压作用，使得内阻的测量值小于真实值
11．2020年特斯拉公司发布新型“无极耳”电池，极耳是从正负极引出了的金属导体，电流必须流经极耳才能与外部连接，可以将其视为电池正负极。为了减小体积，电池内部采用类似卷纸结构。传统电池的极耳位于两对角线（如图左所示，卷起后位于电池上下两端），所谓无极耳电池其实有多个极耳（如图右所示，卷起后多个极耳连接在一起构成电极），电池展开后高度与长度之比为1：10；试根据所学内容，分析下列选项可能正确的是（　　）
传统电池 无极耳电池
A．通过无极耳设计，可以增大电池电动势
B．通过无极耳设计，可以增大电源内阻
C．通过无极耳设计，电源内阻约为传统电池的
D．若工作时流经两种电池电流相等，无极耳电池内部功率更大
12．利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻，要求尽量减小实验误差。在测定电源的电动势和内阻的实验中，待测电池、开关和导线配合下列哪组仪器，不可以达到测定目的（　　）
A．一只电流表和一个滑动变阻器 B．一只电流表和一只电压表
C．一只电流表和一个电阻箱 D．一只电压表和一个电阻箱
13．用伏安法测电源电动势和内阻，由于没考虑电表内阻造成了误差，下列说法正确的是（ ）
A．用甲图电路测量时，电源电动势和内阻的测量值均小于真实值
B．用乙图电路测量时，电源电动势和内阻的测量值均大于真实值
C．用丙图电路测量时，电源内阻的测量值小于真实值，电动势的测量值等于真实值
D．用丁图电路测量时，电源内阻的测量值大于真实值，电动势的测量值等于真实值
14．一电池外电路断开时的路端电压为3V，接上8Ω的负载后路端电压降为2.4V，则可以判定电池的电动势E和内阻r分别为（　　）
A．E=3V B．r=1Ω C．r=2Ω D．E=2.4V
二、填空题
15．“用DIS测电源电动势和内电阻”的实验中，某同学测得电源的路端电压U随电流I的拟合图线如图所示。则该电源的电动势为_____V，内阻为_____Ω。
16．有一电动势E约为12V，内阻r在20~50Ω范围内的电源，其允许的最大电流为100mA。为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，图中电压表的内电阻很大，对电路的影响可以不计；R为电阻箱，阻值范围为0~999Ω；R0为保护电阻。
（1）实验室备有的定值电阻R0有以下几种规格，本实验应选用__________。
A．400Ω，1.0W B．100 Ω，1.0W
C．50Ω，1.0W D．10 Ω，2.5W
（2）该同学按照图甲所示的电路图，连接实验电路，接好电路后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值R，读出电压表的示数U，再改变电阻箱阻值，取得多组数据，以为横坐标，以纵坐标，代入数据可画出如图乙所示图像，对应的函数方程式为_________________（用所给物理量的字母表示）。
（3）图像中若用b表示图线与纵轴的截距，用k表示斜率。则E=____________，r=____________。
17．虚线方框内是由电阻、电源组成的线性网络电路，为了研究它的输出特性，将电流表、电压表、滑动变阻器按图示的方式连接在它的输出端A、B之间．实验时根据记录的多组电流表示数I、电压表示数U，画出了如图所示的U—I图线．若将方框内的电路等效成电动势为E、内电阻为r的电源，则
(1)可从图线上求出电源的电动势__V，内电阻r ＝__．
(2)在滑动变阻器滑片移动过程中，滑动变阻器的最大功率是__W（已知滑动变阻器的全值电阻较大，且不考虑电表内阻的影响）
18．如下图甲所示，R为电阻箱(0～99.9 Ω)，置于阻值最大位置，Rx为未知电阻，(1)断开S2，闭合S1，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S2，闭合S1，当R调至某一位置时，电流表的示数I1＝1.0 A；保持电阻箱的位置不变，断开S1，闭合S2，此时的电流表的示数为I2＝0.8 A，据以上数据可知电源内阻为_______Ω， Rx的阻值为为_________Ω
三、综合题
19．如图所示为电压表和电流表测定电源的电动势和内电阻的电路图，采用的是电流表外接法．若已知电压表和电流表的内电阻分别为RV和RA，试计算用这个电路测得的电动势及内电阻的相对误差．
20．如图所示，R1＝28Ω，R2＝18Ω，当开关处于位置1时，电流表示数为I1＝0.4A；当开关处于位置2时，电流表示数为I2＝0.6A，内阻RA＝0.8Ω．求：电源电动势E及内阻r．
21．如图所示，设R1=R2=R3=R4=R，求开关S闭合和断开时，A、B两端的电阻之比．
22．某实验小组用电阻箱和电压表（内阻可视为无穷大）按图的电路测定一个水果电池的电动势和内阻。闭合开关后，调节电阻箱得到各组实验数据如下表。
数据序号 1 2 3 4 5 6
电阻箱的电阻 0.1 0.2 0.4 0.8 1.6 4.0
电压 0.09 0.16 0.27 0.40 0.60 0.67
电流
(1)由电阻箱的电阻和电阻箱两端的电压，计算通过电阻箱的电流，把每组电流的数据填在表中的空格处。
(2)根据表中电压和电流的数据，在图中描点，作出图像。
(3)根据图像，计算水果电池的电动势和内阻。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
图中c导线的下端不应该与电源的负极相连，而应该连接到电键的右端，这样电键就能控制整个电路了
故选C。
2．C
【详解】
由电路图可以看出，由于电压表分流，造成电流表读数小于电源实际输出电流，导致电源电动势和内阻测量值偏小，故ABD错误，C正确。
故选C。
3．C
【详解】
A．变阻器要起到变阻作用接入电路的两根导线一条接在上面的金属杆一端，另一条接在下面的接线柱上，所以图中滑动变阻器不起变阻作用，故A正确；
B．电表接入电路，选好量程后，还应注意正、负接线柱，图中电流表接法不对，故B正确；
C．一节干电池的电压不超过3V，所以电压表量程选用得当，故C错误；
D．在实验中电压表不应并联在电源两端，因为电键断开后，电压表仍有读数，故D正确。本题选择不正确的。
故选C。
4．A
【详解】
一节干电池的电动势约为1.5V，两节干电池的电动势约为3V，电池允许通过的最大电流为0.6A，电路最小总电阻约为
电源电动势约为3V，如果选用50Ω的保护电阻，电路最大电流约为0.06A，电流太小，故不能选择50Ω的保护电阻；如果选择5Ω、0.2W的电阻，电路最大电流为
电流太小，不能测多组实验数据。
故选A。
5．B
【详解】
试题分析：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；
6．C
【详解】
A．由于电压表的分流作用，电流表所测电流小于流过电源的电流，由
可知，电源电动势测量值小于真实值，故A错误；
B．根据电源图像可知，电源电动势
电源内阻
故B错误；
C．外电路发生短路时的电流为
故C正确；
D．由图像可知，当
此时电源消耗的电功率为
故D错误。
故选C。
7．B
【详解】
AB．根据闭合电路的欧姆定律，可得
则可知图线的斜率等于E，纵轴截距绝对值等于r，由图得到，电源的电动势约为3V，内阻约为1Ω，故A错误，B正确；
CD．将电流表的内阻等效为电源的内阻，故电流表内阻对电动势的测量无影响，故E测量值等于真实值，而由于电流表内阻的影响，r测量值大于真实值，故CD错误。
故选B。
8．B
【详解】
设（U1，I1）、（U2，I2）为两组测量值，由闭合电路的欧姆定律得关于E和r测量值的方程为
解方程组得
考虑到电流表的分压作用，由闭合电路的欧姆定律可知
求得准确值
比较两种情况下的最终表达式可以看出
故B正确，ACD错误。
故选B。
9．D
【详解】
AB．由图像可知，电动势测量值
电源内阻
由图甲所示电路图可知，相对于电源来说，电流表采用了外接法，由于电压表的分流，使电流表所测电流小于流过电源的电流；实验误差来源于电压表的分流，电动势和内阻测量值和真实值之间的关系为
电源电动势与内阻测量值都小于真实值，A错误，B错误；
C．外电路发生短路时的电流为
故C错误；
D．电压表的示数为1.20 V时，电流表的示数
I′==0.20 A
故D正确。
故选D。
10．B
【详解】
由图示可得,电压表测路端电压,因为电压表的分流作用,使电流表的测量值小于真实值(通过电源的电流);实验误差是因为电压表的分流造成的; 当外电路短路时,电压表不分流,故短路电流相同;而测量的电流值要小于真实值;故作出测量值和真实值的图象如图所示;
由闭合回路的欧姆定律可知U—I图象的斜率表示内阻，因此测量值偏小，B正确
11．C
【详解】
A．根据题意，无极耳电池的意思是有多个极耳，所以电池的电动势并没有发生变化，A错误；
BC．根据电阻定律
可知，传统电池的导体长度是图中的长边，横截面积是材料的厚度，而采用多个极耳的无极耳电池（上图右图），导体长度是材料的宽度，横截面积与传统电池相同，所以无极耳电池的内阻仅有传统的，B错误，C正确；
D．在电流相同时，内阻小时内部功率小，D错误。
故选C。
12．AB
【详解】
测定电源的电动势和内阻的原理是闭合电路欧姆定律
用电压表测量路端电压U、用电流表测量电流I，利用滑动变阻器调节外电阻，改变路端电压和电流，实现多次测量，即由一个电压表、一个电流表和一个滑动变阻器组合可测量电源的电动势和内阻。也可以在没有电压表的情况下，用一个电流表和一个电阻箱组合测量，电阻箱可以读出阻值，由
可求出路端电压。也可以用电压表和电阻箱组合，由电压表读数U与电阻箱读数R之比求出电流
但不能用一个电流表和一个不能读数的滑动变阻器组合测量电动势和内电阻，也不能一个电压表和一个电流表无法进行测量
故选AB。
13．AD
【详解】
A.用甲图电路测E和r，对应公式有U=E－Ir，由于电压表的分流，导致电流表测量的并不是干路电流，而是略小于干路电流，修正后图形如图甲所示.由图可知E测＜E真，r测＜r真，故A正确.
B.用乙图电路测E和r，对应公式有U=E－Ir.由于电流表的分压，导致电压表测量的不是路端电压，而是略小于路端电压，修正后图形如图乙所示.由图可知E测=E真，r测＞r真，故B错误.
C.用丙图电路测E和r，对应公式有，整理后得，由于电压表的并联，负载电阻的真实值R真与实验值R满足，修正后图形如图丙所示.由图可知E测＜E真，r测＜r真，故C错误.
D.用丁图电路测E和r，对应公式有E=I（R+r），整理后得，由于电流表的分压，负载电阻的真实值R真与实验值R满足R真=R+RA，修正后图形如图丁所示.由图可知E测=E真，r测>r真，故D正确.
14．AC
【详解】
试题分析：电源的电动势等于外电路断开时电源两极间的电压．电源接上8Ω的负载电阻后路端电压降为2.4V，根据欧姆定律利用比例法求出电源的内电阻．
电池外电路断开时的路端电压为3V，则电池的电动势为E=3V．当电源接上8Ω的负载电阻后路端电压降为2.4V，则电路中电流为，得内阻，故AC正确．
15． 3.0 1.0
【详解】
根据闭合电路欧姆定律可知，图像与纵轴的交点表示电动势，图像的斜率表示内阻。由如图图像可知，电源电动势为，
电源内阻为
16． B
【详解】
(1)当滑动变阻器短路时，电路中通过的最大电流为100mA，则由闭合电路欧姆定律可知，定值电阻的最大阻值为
应选用B规格。
(2)由闭合欧姆定律得
变形得
(3)可得图像中斜率
截距
即
17． 1.45 1.00 0.53
【详解】
解：(1)由图所示电路可知，电源图象与纵轴交点坐标值是1.45，则电源电动势，电源内阻：
(2)当内外电阻相等，即时，电源的输出功率最大，滑动变阻器功率最大，则有：
18． 0.5 0.5
【详解】
步骤(1)中断开S2闭合S1时，根据闭合电路欧姆定律应有：
整理得：
根据斜率和截距的概念可知：
r=0.5Ω
步骤(2)中断开S2闭合S1时，由上式可得：
①
断开S1，闭合S2时，根据闭合电路欧姆定律应有：
②
联立①②两式解得：
19．ηE=0 ηr=
【详解】
按实验原理的要求，电流表和电压表的读数应分别是总电流和路端电压．从电路结构看，电流表读数确实是总电流，但由于电流表有电阻，所以电压表的读数不是路端电压，这样就造成系统误差．
运用等效法把电源和电流表作为一个整体看成一个新的等效电源，如图所示中虚线框所示，此时电压表确实接在这个新电源的两端，读数确实是路端电压，而此时电流表的读数仍表示总电流．因此根据电压表和电流表的读数测得的E和r是这个新电源的电动势和内电阻的真实值．
新电源实际上是由电池和电流表的内阻RA串联而成，设电池的电动势和内电阻分别是E0和r0，应有如下对应关系：
E=E0
r=r0+RA.
相对误差分别为
ηE=0
ηr==.
20．E=12V；r=1.2Ω
【详解】
由闭合电路的欧姆定律可得，开关处于1时：
E=I1（R1+r+RA）
开关处于2时
E=I2（R2+r+RA）
代入数据解得：
E=12V
r=1.2Ω
21．开关S闭合和断开时，A、B两端的电阻之比5：6
【详解】
试题分析：首先分析开关S闭合和断开时的电路结构，根据串并联电路的特点：串联电路的总阻值等于各串联电阻之和，并联电阻的倒数等于各电阻倒数之和求出AB两端的电阻即可求解．
解：开关闭合时，电路结构为：R4被短路，R1、R2、R3并联，AB端总电阻为RAB=R；
开关断开时，电路结构为：R3、R4串联后再与R1、R2并联，R3、R4串联电阻为R34=2R，R1、R2并联电阻R12=R，
则AB端总电阻为RAB′==R
则：=
答：开关S闭合和断开时，A、B两端的电阻之比5：6．
22．(1) 0.90，0.80，0.68，0.50，0.38，0.17 ；(2)如图所示(3) 。
【详解】
由公式
得
计算出表格内数据分别为
0.90，0.80，0.68，0.50，0.38，0.17；填入表格
数据序号 1 2 3 4 5 6
电阻箱的电阻 0.1 0.2 0.4 0.8 1.6 4.0
电压 0.09 0.16 0.27 0.40 0.60 0.67
电流 0.90 0.80 0.68 0.50 0.38 0.17
(2) 图像如图所示
(3)由公式
得
所以直线斜率k=r，由图可知电源电动势E=0.85V，电源内阻
所以r=8.5×102Ω，E=0.85V。
答案第1页，共2页