《学霸笔记 同步精讲》第2章 7.实验 测量电池的电动势和内阻 练习（教师版）物理教科版必修3

7.实验:测量电池的电动势和内阻
课后训练巩固提升
基础巩固
1.(多选)欲测量电池的电动势和内阻,除待测电池、开关和导线外,配合下列哪些仪器,可以达到实验目的(　　)
A.一只电压表和一个电阻箱
B.一只电流表、一只电压表和一个滑动变阻器
C.一只电流表和一个电阻箱
D.一只电流表和一个滑动变阻器
答案:ABC
解析:B项中,由闭合电路欧姆定律E=U+Ir,改变电阻可得多组U、I值,从而测出E、r,故B正确。A项中,由E=U+·r可测得电压和电阻值,也可测出E和r,故A正确。C项中,由E=I·(R+r)可测出电流和电阻值,可测出E和r,故C正确。D项中,用滑动变阻器无法得到电阻值,故D错误。
2.在测量电源电动势和内阻的实验中,某同学根据实验数据,作出了正确的U-I图像,如图所示,其中图线斜率绝对值的物理含义是(　　)
　　　　　　　　　　　　　
A.短路电流
B.电源内阻
C.电源电动势
D.全电路电阻
答案:B
解析:由闭合电路欧姆定律E=U+I·r,得U=E-I·r,所以在U-I图线中图线斜率的绝对值表示电源内阻,故B正确。
3.用下图电路测一节干电池的电动势E和内电阻r,所给的器材有
A.电压表V:0~3 V和0~15 V两个量程
B.电流表A:0~0.6 A和0~3 A两个量程
C.滑动变阻器R1(最大电阻为20 Ω)
D.滑动变阻器R2(最大电阻为100 Ω)
E.开关S和导线若干
(1)电流表应选用　　　　　　　　量程;电压表应选用　　　　　　　　量程;滑动变阻器应选　　　　(选填“R1”或“R2”)。
(2)如图所示U-I图上是根据实验测得的7组数据标出的点,请你画出图线,并由图线求出E=　　　 V,r=　　　 Ω。
答案:(1)0~0.6 A　0~3 V　R1　(2)图线如图所示　1.5　0.5
解析:(1)因为电源的电动势接近1.5 V,则电压表应该选择0~3 V量程,电池的内阻一般为几欧,则电流表应该选择0~0.6 A量程;同时为了方便调节,滑动变阻器应该选择阻值较小的,故选R1。
(2)将实验过程中描出的点用直线连接起来,连接时要使尽量多的点在直线上,不在直线上的点尽量分布在直线的两侧。由得到的直线可知,电源电动势为1.5 V,在直线上取一点,代入E=U+Ir,可以求出电源的内阻为0.5 Ω。
4.(2024·辽宁卷)某探究小组要测量电池的电动势和内阻。可利用的器材有电压表、电阻丝、定值电阻(阻值为R0)、金属夹、刻度尺、开关S、导线若干。他们设计了如图所示的实验电路原理图。
(a)
(b)
(1)实验步骤如下:
①将电阻丝拉直固定,按照图(a)连接电路,金属夹置于电阻丝的　　　　(选填“A”或“B”)端;
②闭合开关S,快速滑动金属夹至适当位置并记录电压表示数U,断开开关S,记录金属夹与B端的距离L;
③多次重复步骤②,根据记录的若干组U、L的值,作出图(c)中的图线Ⅰ;
④按照图(b)将定值电阻接入电路,多次重复步骤②,再根据记录的若干组U、L的值,作出图(c)中的图线Ⅱ。
(c)
(2)由图线得出纵轴截距为b,则待测电池的电动势E=　　　　。
(3)由图线求得Ⅰ、Ⅱ的斜率分别为k1、k2,若=n,则待测电池的内阻r=　　　　(用n和R0表示)。
答案(1)A　(2)　(3)
解析本题考查闭合电路欧姆定律、电阻定律R=ρ、数据处理等。
(1)应将电阻丝完全接入电路,确保电路安全。
(2)(3)对图(a)中的电路图,根据闭合电路欧姆定律得E=U+r,解得,结合图(c)可知,b=,k1=;对图(b)中的电路图,根据闭合电路欧姆定律得E=U+·(r+R0),解得,结合图(c)可知,b=,k2=。又由于=n,因此=n,解得r=。
能力提升
1.用如图所示的电路,测量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、0~3 A)
(b)电压表(量程0~3 V、0~15 V)
(c)定值电阻(阻值1 Ω、额定功率5 W)
(d)定值电阻(阻值10 Ω、额定功率10 W)
(e)滑动变阻器(阻值范围0~10 Ω、额定电流2 A)
(f)滑动变阻器(阻值范围0~100 Ω、额定电流1 A)
那么
(1)要正确完成实验,电压表的量程应选择　　　　 V,电流表的量程应选择　　　 A;R0应选择　　　 Ω的定值电阻,R应选择阻值范围是　　　　　　　 Ω的滑动变阻器。
(2)引起该实验系统误差的主要原因是　　　　　　　　　　　　。
答案:(1)0~3　0~0.6　1　0~10　(2)电压表的分流作用
解析:(1)由于电源是一节干电池(1.5 V),所选量程为0~3 V的电压表;估算电流时,考虑到干电池的内阻一般为几欧姆左右,加上保护电阻,最大电流在0.5 A左右,所以选量程为0~0.6 A的电流表;由于电池内阻很小,所以保护电阻不宜太大,否则会使得电流表、电压表取值范围小,造成的误差大;滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了,取0~10 Ω能很好地控制电路中的电流和电压,若取0~100 Ω会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。(2)系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的,一般具有倾向性,总是偏大或者偏小。本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小,造成E测2.(2024·四川成都青羊校级模拟)为了测量2节干电池的电动势和内阻,实验室提供的器材有:
A.2节干电池
B.定值电阻R1=50.0 Ω
C.定值电阻R0=3.0 Ω
D.滑动变阻器R(最大阻值为30 Ω,允许通过最大电流为1 A)
E.电流表A1(量程为0~30 mA、内阻r1为50.0 Ω)
F.电流表A2(量程为0~500 mA、内阻r2约为0.5 Ω)
G.开关S、导线若干
(1)将R1和A1串联作电压表用。
(2)根据以上器材设计电路图,完成图(b),并连接图(a)所示的实物图。
(a)
(b)
(c)
(3)接好电路后,闭合开关S,调节滑动变阻器的滑片,分别读出电流表A1、A2的示数I1、I2,一共记录了六组数据,以(I1+I2)为横坐标、I1为纵坐标作图,如图(c)所示,则该电池组的电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　　Ω。(结果均保留两位有效数字)
(4)(3)问中的电动势和内阻的数据处理 　　　　(选填“有”或“没有”)系统误差。
答案:(2)见解析　(3)3.0　1.0　(4)没有
解析:(2)因用R1和A1串联来间接测量路端电压,将电流表A2相对于电源采用外接法,干路电流等于两电流表的示数之和,故电路图如图所示:
根据电路图,实物连线如图所示:
(3)根据闭合电路欧姆定律可得E=(I1+I2)(R0+r)+I1(r1+R1),则I1=·(I1+I2),根据I1-(I1+I2)的纵轴截距和斜率可得=30 mA=0.03 A,,代入数据解得E=3.0 V,r≈1.0 Ω。
(4)本实验中定值电阻R1和电流表A1串联起来相当于电压表,将电流表A2相对于电源采用外接法,干路电流等于两电流表的示数之和,干路电流与路端电压的测量均为系统误差,因此电动势和内阻的数据处理没有系统误差。
3.用电流表和电压表测量由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V,内电阻约1 Ω)的电动势和内电阻,除待测电池组、开关、导线外,还有下列器材供选用:
A.电流表:量程0~0.6 A,内电阻约1 Ω
B.电流表:量程0~3 A,内电阻约0.2 Ω
C.电压表:量程0~3 V,内电阻约30 kΩ
D.电压表:量程0~6 V,内电阻约60 kΩ
E.滑动变阻器:0~1 000 Ω,额定电流0.5 A
F.滑动变阻器:0~20 Ω,额定电流2 A
(1)为了使测量结果尽量准确,电流表应选用　　　,电压表应选用　　　,滑动变阻器应选用　　　。(均填仪器的字母代号)
(2)下图为正确选择仪器后连好的部分电路。为了使测量误差尽可能小,还需在电路中用导线将　　和　　　相连、　　　和　　　相连、　　　和　　　相连。(均填仪器上接线柱的字母代号)
(3)实验时发现电流表坏了,于是不再使用电流表,剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器,重新连接电路,仍能完成实验。实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U。用图像法处理采集到的数据,为在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线,则可以　　　　为纵坐标,以　　　　　　　为横坐标。
答案:(1)A　D　F　(2)a　d　c　g　f　h
(3)
解析:(1)因三节干电池的电动势约为4.5 V,故电压表应选D;因干电池放电电流不宜超过0.5 A,故电流表应选A;由电压表和电流表的测量范围可知滑动变阻器选用F即可。
(2)本实验的实验电路如图(a)所示。所以还需要用导线将a与d相连,c与g相连,f与h相连。
(a)
(3)电阻箱代替滑动变阻器,实验电路图如图(b)所示。根据闭合电路欧姆定律得U+r=E,整理可得三种情况:
(b)
①,以为纵坐标,为横坐标,在直角坐标系中图像为一条直线;
②U=E-r·,以U为纵坐标,为横坐标,在直角坐标系中图像为一条直线;
③·R+,以为纵坐标,R为横坐标,在直角坐标系中图像为一条直线。
4