2025粤教版高中物理必修第三册同步练习题--第三节测量电源的电动势和内阻

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2025粤教版高中物理必修第三册
第三节　测量电源的电动势和内阻
基础过关练
题组一　课本经典实验
1.(2022广东广州月考)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。
(1)应该选择的实验电路是图中的　　　　　　(选填“甲”或“乙”);
(2)现有电流表(0~0.6 A)、开关和导线若干及以下器材:
A.电压表(0~15 V)
B.电压表(0~3 V)
C.滑动变阻器(0~50 Ω)
D.滑动变阻器(0~500 Ω)
实验中电压表应选用　　　　　　;滑动变阻器应选用　　　　　　;(选填相应器材前的字母)
(3)某位同学记录6组数据如表所示,其中5组数据的对应点已经标在如图丙的坐标纸上,请标出余下一组数据的对应点,并画出U-I图线;
序号 1 2 3 4 5 6
电压U/V 1.45 1.40 1.30 1.25 1.20 1.10
电流I/A 0.060 0.120 0.240 0.260 0.360 0.480
丙
(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E=　　　　　　V,内阻r=　　　　　　Ω。
2.(2021广东湛江月考)在“用电流表和电压表测电池的电动势和内阻”的实验中,提供的器材有:
A.干电池一节
B.电流表(量程0~0.6 A)
C.电压表(量程0~3 V)
D.开关S和若干导线
E.滑动变阻器R1(最大阻值20 Ω,允许最大电流1 A)
F.滑动变阻器R2(最大阻值300 Ω,允许最大电流0.5 A)
G.滑动变阻器R3(最大阻值1 000 Ω,允许最大电流0.1 A)
甲
乙
(1)①按如图甲所示电路测量干电池的电动势和内阻,滑动变阻器应选　　　　　　(选填“E”“F”或“G”)。
②为使测量尽可能精确,将如图乙所示的实物图连接成实验电路(已连接了部分线),要求滑动变阻器的滑动触头滑至最右端时,其接入电路的阻值最大。
(2)实验步骤:
①按实验要求连接好电路。闭合开关前把滑动变阻器的滑动触头滑至最右端,使接入电路的阻值最大。
②闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表的指针有明显偏转,读取电流表和电压表的示数。用同样方法测量多组数据。
③断开开关,整理好器材。
④数据处理。
(3)将实验测得的数据标在如图丙所示的坐标图中,请作出U-I图线,由此求得待测电池的电动势E=　　　V,内阻r=　　　Ω。(结果均保留三位有效数字)。
丙
题组二　拓展创新实验
3.(2021福建龙岩期中)实验室有一节干电池,某同学想测量其电动势和内阻。除了一节干电池、开关S、导线,还有下列器材供选用:
A.灵敏电流计G(0~200 μA,内阻Rg为10 Ω)
B.定值电阻R1(9 990 Ω,额定电流0.3 A)
C.定值电阻R2(990 Ω,额定电流1 A)
D.电阻箱R(0~99.9 Ω,额定电流3 A)
(1)为了将灵敏电流计G改装成电压表,该同学应该选定值电阻　　　　　　(选填“R1”或“R2”)和灵敏电流计G　　　　　　联。
(2)按照正确的电路图连接好电路,实验后得到如图所示的-图像,则该同学测得电源的电动势为　　　V,内阻为　　　Ω。(结果均保留两位有效数字)
4.(2022广东深圳阶段考试)图(a)是某实验小组测量电源的电动势和内阻以及测量定值电阻阻值的实验电路,其中的电压表可视为理想电表。
他们的实验操作步骤为:①先断开开关S2、闭合开关S1,调节电阻箱的阻值,记下多组电压表的示数U和对应电阻箱的示数R;②再闭合S2,多次调节电阻箱的阻值,记下多组U和R。
根据实验测得的数据,他们作出了图(b)所示的-图像,其中两条直线Ⅰ和Ⅱ的斜率分别为k1、k2,在纵轴上的截距均为a。
图(a)
图(b)
(1)S1、S2都闭合时的-图线是　　　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(2)根据-图像可得,电源的电动势E=　　　　　　、内阻r=　　　　　　;定值电阻的阻值Rx=　　　　　　。
能力提升练
题组一　实验误差分析
1.(2022山东聊城阳谷第二中学月考)用如图甲所示电路测定一节干电池的电动势和内阻,电池的内阻较小,为了防止在调节滑动变阻器时造成短路,电路中用一个定值电阻R0起保护作用,除电池、开关和导线外,可供使用的实验器材还有:
A.电流表(量程0~0.6 A)
B.电流表(量程0~3 A)
C.电压表(量程0~3 V)
D.电压表(量程0~15 V)
E.定值电阻(阻值1 Ω、额定功率5 W)
F.定值电阻(阻值10 Ω、额定功率10 W)
G.滑动变阻器(阻值范围0~10 Ω、额定电流2 A)
H.滑动变阻器(阻值范围0~100 Ω、额定电流1 A)
甲
乙
(1)要正确完成实验,电压表应选择　　　,电流表应选择　　　　　　;定值电阻R0应选择　　　　　　,滑动变阻器R应选择　　　　　　;(填各项前面的字母代号)
(2)如图乙所示是根据实验数据作出的U-I图像,由图像可知,电源的电动势E=　　　V,内阻r=　　　　　　Ω;(结果保留两位有效数字)
(3)引起该实验系统误差的主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
题组二　处理实验数据
2.(2021辽宁协作校联考)某同学欲测量某直流电源的电动势和内阻,实验室提供的实验器材有:
A.待测直流电源(电动势约为12 V,内阻约为10 Ω,允许输出的最大电流为500 mA);
B.电压表V(量程为15 V,内阻约为15 kΩ);
C.电阻箱R(最大阻值为99.9 Ω);
D.开关S、导线若干。
(1)根据以上器材,将虚线框中的实验电路图补充完整。
(2)改变电阻箱的阻值R,读出电压表对应的示数U,以为横坐标、为纵坐标,作出-图像。若图线的斜率为k,纵轴的截距为a,则该电源的电动势的测量值为　　　　　　,内阻的测量值为　　　　　　。
3.(2022广东深圳高级中学月考)如图为某物理兴趣小组测量水果电池电动势和内电阻的实验电路图,水果电池的电动势约为2 V,内阻约为200 Ω。其中虚线框内为用毫安表改装成的双量程电压表电路。
(1)虚线框内毫安表的内阻为Rg=50.0 Ω,满偏电流为Ig=3.00 mA;R1和R2为定值电阻,其中R1=950.0 Ω,若使用a和b接线柱,电压表量程为0~15 V;若使用a和c接线柱,电压表的量程为0~　　　　　　V;R2=　　　　　　Ω。
(2)实验提供了两个电流表:A1(量程0~10 mA,内阻约为25 Ω),A2(量程0~0.6 A,内阻约0.02 Ω);两个滑动变阻器,最大阻值分别为10 Ω和1 500 Ω。则应选电流表　　　　　　(填“A1”或“A2”),应选最大阻值为　　　　　　Ω的滑动变阻器。
(3)实验主要步骤如下:
①开关S2拨向c,将滑动变阻器R的滑片移到最　　　　　　(填“左”或“右”)端,闭合开关S1;
②多次调节滑动变阻器的滑片记下相应的毫安表的示数I1和电流表的示数I2;
③在坐标系中描点画出I1-I2图像为一条一次函数图像,如图所示;
④则电源的电动势E=　　　　　　V,内阻r=　　　　　　Ω。(结果均保留3位有效数字)
4.(2021湖南怀化月考)某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻r,但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.9 Ω,可当标准电阻用)、一只电流表(最大测量值Ig=0.6 A,内阻rg=0.1 Ω)和若干导线。
(1)请根据测定电源电动势E和内电阻r的要求,把图甲中器材连接起来。
甲
乙
(2)闭合开关,逐次改变电阻箱的阻值R,读出与R对应的电流表的示数I,并记录。当电阻箱的阻值R=2.6 Ω时,其对应的电流表的示数如图乙所示。处理实验数据时,首先计算出每个电流值I的倒数,再制作R-坐标图,如图丙所示,图中已标注出了(,R)的几个测量数据对应的坐标点,请你将与图乙实验数据对应的坐标点也标注在图丙上。
(3)在图丙上把描绘出的坐标点连成图线。
丙
(4)根据图丙描绘出的图线可得出这个电池的电动势E=　　　V,内阻r=　　　Ω。
答案全解全析
基础过关练
1.答案　(1)甲　(2)B　C　(3)见解析　(4)1.50(1.49~1.51)　0.83(0.81~0.85)
解析　(1)电流表内阻与电池内阻相差不多,如果用乙图误差较大,应选用甲图。
(2)干电池的电动势为1.5 V左右,为减小误差,应选择量程为0~3 V的电压表;根据电源电动势和电流表量程,应选择最大阻值为50 Ω的滑动变阻器。
(3)根据表中数据描点,第四组数据误差较大,应舍去,连线如图所示
(4)根据U-I图像,电源的电动势为纵轴的截距,为1.5 V,内阻为图线斜率的绝对值,则r= Ω≈0.83 Ω。
易错警示
测量干电池电动势和内阻实验的三个注意点
(1)为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的干电池)。
(2)电池在大电流放电时极化现象较严重,电动势E会明显下降,内阻会明显增大,故长时间放电时电流大小不宜超过0.3 A,短时间放电时电流大小不宜超过0.5 A,因此,实验中不要将电流调得过大,读电表示数时要快,每次读完后应立即断电。
(3)测出不少于6组的I、U数据,且变化范围要大些。如果用方程组求解,要将测出的I、U数据中第1组和第4组作为一组,第2组和第5组为一组,第3组和第6组为一组,分别解出E、r值,再求平均值。
2.答案　(1)①E　②图见解析　(3)图见解析　1.50　1.83(1.79~1.85 均可)
解析　(1)①按题图甲所示电路测量干电池的电动势和内阻,滑动变阻器的最大阻值不能过大,选E即可;②要求滑动变阻器的滑动触头滑至最右端时,其接入电路的阻值最大,应将滑动变阻器的左下接线柱连入电路,实物图连接如图;
(3)用直线拟合各点,使直线通过尽可能多的点,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,作出U-I图线如图:
由此求得待测电池的电动势E=1.50 V,内阻r== Ω=1.83 Ω。
3.答案　(1)R1　串　(2)1.4　0.50
解析　(1)一节干电池电动势约为1.5 V,可以把灵敏电流计改装成2 V的电压表,需要串联电阻阻值为R'=-Rg= Ω-10 Ω=9 990 Ω,故选定值电阻R1。
(2)应用电压表和电阻箱测电源电动势与内阻,电压表测路端电压,实验电路图如图所示。
电压表内阻为RV=Rg+R1,由图示电路图可知,电源电动势为E=U+I总r=IRV+r,可得=·+,则-图像的斜率k== Ω2·V-1,纵轴截距b==0.7×104 Ω·V-1,解得电源电动势E=1.4 V,r=0.50 Ω。
4.答案　(1)Ⅰ　(2)　　
解析　(1)断开开关S2、闭合开关S1时有E=U+·(r+Rx)
化简得=+·
同理S1、S2都闭合时有=+·
可见S1、S2都闭合时的-图线的斜率小,因此图线是Ⅰ。
(2)根据-图像可得=a,=k1,=k2,解得电源的电动势E=,内阻r=,定值电阻的阻值Rx=。
能力提升练
1.答案　(1)C　A　E　G　(2)1.5　1.0　(3)电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小
解析　(1)由于电源是一节干电池,电动势为1.5 V左右,所以选量程为0~3 V的电压表C,干电池的内阻一般为几欧,加上保护电阻,电路中的最大电流在0.5 A左右,所以选量程为0~0.6 A的电流表A;由于电池内阻很小,所以保护电阻不宜太大,否则会使电流表、电压表取值范围小,增大误差,所以定值电阻应选E,滑动变阻器G既能保证电路安全,又方便实验操作,所以滑动变阻器选G;
(2)由图乙所示U-I图像可知,电源的电动势为E=1.5 V,图像斜率的绝对值等于电源的内阻,内阻为r===1.0 Ω;
(3)引起该实验系统误差的主要原因是电压表的分流作用,导致电流表读数总是比电池实际输出电流小。
2.答案　(1)图见解析　(2)　
解析　(1)利用安阻法测电源电动势和内阻,实验电路图如图所示。
(2)由闭合电路欧姆定律可得U=E,转换可得=·+,则有a=,k=
解得E=,r=。
3.答案　(1)3　4 000　(2)A1　1 500　(3)左　1.90　238
解析　(1)接a、c两接线柱时,毫安表与R1串联,则最大测量值为U=Ig(Rg+R1)=3×(50+950)×10-3 V=3 V,则R2= Ω-50 Ω-950 Ω=4 000 Ω。
(2)水果电池的电动势约为2 V,根据欧姆定律得I=≈ A=10 mA,故电流表选A1;因水果电池内阻较大,为了便于调节,应选择最大阻值为1 500 Ω的滑动变阻器。
(3)①为了让电流由最小开始调节,开始时滑动变阻器的滑片应滑到阻值最大位置,即应滑到最左端。
④由闭合电路欧姆定律有E=I1(Rg+R1)+I2r
变形得I1=-I2
由此可知,由图像与纵坐标的交点可求电源的电动势,=1.9×10-3 A,解得E=1.90 V,由图像的斜率可求出内阻,r= Ω≈238 Ω。
4.答案　(1)(2)(3)图见解析　(4)1.52(1.46~1.54)　0.3(0.25~0.35)
解析　(1)把各器件直接串联即可。
(2)当R=2.6 Ω时,由题图乙可知I=0.50 A,=2 A-1,坐标为(2,2.6)。
(3)各数据点大致在一条直线上,即R-图线是一条倾斜的直线,连线时不能连成折线;为减小偶然误差,个别偏离直线太远的点舍去。
(4)由闭合电路的欧姆定律得E=I(R+r+rg),则R=-(r+rg),故R-图线的斜率k表示电池电动势E的大小,纵轴截距的绝对值表示(r+rg)。
E=k= V≈1.52 V,r=0.3 Ω。
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