《学霸笔记 同步精讲》第12章 电能 能量守恒定律 3.实验：电池电动势和内阻的测量 练习（教师版）物理人教版必修3

3.实验:电池电动势和内阻的测量
课后训练巩固提升
基础巩固
1.(多选)用如图甲所示的电路来测量电池电动势和内阻,根据测得的数据作出了如图乙所示的U-I图线,由图乙可知(　　)
A.电池电动势的测量值是1.40 V
B.电池内阻的测量值是3.50 Ω
C.外电路发生短路时的电流为0.40 A
D.电压表的示数为1.20 V时电流表的示数I'=0.20 A
答案:AD
解析:图像与纵坐标的交点为电池的电动势,E=1.40 V;电池的内阻r= Ω=1 Ω;根据E=U+I'r,代入数据得I'= A=0.20 A,故A、D正确。
2.在测定电池的电动势和内阻的实验中,通常有三种测定方案,即“伏安法”“电流表—电阻箱法”“电压表—电阻箱法”。下面所给出的四种电路中,能完成此实验的是(　　)
答案:C
解析:选项A中的电流表被短路,是错误的;选项B中的电流表、电压表均与滑动变阻器的滑片左边部分线圈并联,电压表不是测的路端电压,是错误的;选项C中的电路可以测出路端电压U,而外电路电阻可由电阻箱读出,利用I=就可以计算出电流I,得出U和I,就能测定电池的电动势和内阻;选项D中的电路只能测出电路的电流值,无法测出路端电压值或者外电路的电阻值,所以测不出电池的电动势和内阻。
3.某研究性学习小组利用如图甲所示的电路测量电源的电动势E和内阻r。根据实验数据绘出如图乙所示的R-图线,其中R为电阻箱的读数,I为电流表的读数,由此可以得到电源电动势E和内阻r分别是(　　)
A.E=3.0 V,r=0.8 Ω B.E=6.0 V,r=0.8 Ω
C.E=1.5 V,r=0.9 Ω D.E=4.5 V,r=1 Ω
答案:A
解析:根据闭合电路欧姆定律有I=,所以R=-r,可见,题图乙所示的R-图线的斜率大小表示电源电动势E,图线的纵截距表示-r,所以E=3.0 V,r=0.8 Ω。
4.某同学用伏安法测一节干电池的电动势E和内阻r,所给的器材有:
A.电压表V:0~3 V,0~15 V
B.电流表A:0~0.6 A,0~3 A
C.滑动变阻器R1:(20 Ω,1 A)
D.滑动变阻器R2:(1 000 Ω,0.1 A)
E.开关S和导线若干
(1)实验中电压表应选用的量程为　　　　(选填“0~3 V”或“0~15 V”);电流表应选用的量程为　　　　(选填“0~0.6 A”或“0~3 A”);滑动变阻器应选用　　　　。
(2)实验测得的6组数据已在U-I图像中标出,如图所示。请你根据数据点位置完成U-I图线,并由图线求出该电池的电动势E=　　　 V,内阻r=　　　 Ω。
答案:(1)0~3 V　0~0.6 A　R1
(2)见解析图　1.5　0.5
解析:(1)由图像的数据可知电压在1.5 V以内,电流在0.6 A以内,则实验中电压表应选用的量程为0~3 V,电流表应选用的量程为0~0.6 A;滑动变阻器采用限流连接,应选用R1。
(2)连线如图,由U-I图线得该电池的电动势E=1.5 V,内阻r=0.5 Ω。
能力提升
1.某同学设想运用如图甲所示的实验电路,测量未知电阻Rx的阻值、电流表A的内阻和电源(内阻忽略不计)的电动势,实验过程中电流表的读数始终符合实验要求。
(1)为了测量未知电阻Rx的阻值,他在闭合开关之前应该将两个电阻箱的阻值调至　　　　(选填“最大”或“最小”),然后闭合开关S1,将开关S2拨至1位置,调节R2使电流表A有明显读数I0;接着将开关S2拨至2位置。保持R2不变,调节R1,当调节R1=34.2 Ω时,电流表A读数仍为I0,则该未知电阻的阻值Rx=　　　　 Ω。
(2)为了测量电流表A的内阻RA和电源(内阻忽略不计)的电动势E,他将R1的阻值调到R1=1.5 Ω,R2调到最大,将开关S2拨至2位置,闭合开关S1;然后多次调节R2,并在表格中记录下了各次R2的阻值和对应电流表A的读数I;最后根据记录的数据,他画出了如图乙所示的图像,根据你所学知识和题中所给字母写出该图像对应的函数表达式为　　　　　　　　　　;利用图像中的数据可求得,电流表A的内阻RA=　　　　 Ω,电源(内阻忽略不计)的电动势E=　　　 V。
答案:(1)最大　34.2
(2)　0.5　4
解析:(1)为了保护电路,需要将电阻箱的阻值都调至最大,因为两种情况下电流表示数相同,Rx和R1等效,所以Rx=R1=34.2 Ω。
(2)根据闭合电路欧姆定律得,E=I(R1+R2+RA),解得R2+,故-R2图像的斜率为,则纵截距为,代入数据解得E=4 V,RA=0.5 Ω。
2.一实验小组利用图甲所示的电路测量一电池的电动势E(约1.5 V)和内阻r(小于2 Ω)。图中电压表量程为1 V,内阻RV=380.0 Ω;定值电阻R0=20.0 Ω;电阻箱R,最大阻值为999.9 Ω;S为开关。按电路图连接电路。
甲
(1)为保护电压表,闭合开关前,电阻箱接入电路的电阻值可以选　　　　 Ω(选填“5.0”或“15.0”)。
(2)闭合开关,多次调节电阻箱,记录下阻值R和电压表的相应读数U。
(3)根据图甲所示电路,用R、R0、RV、E和r表示,得=　 。
(4)利用测量数据,作-R图线,如图乙所示。
乙
(5)通过图乙可得E=　　　　 V(保留2位小数),r=　　　　 Ω(保留1位小数)。
(6)若将图甲中的电压表当成理想电表,得到的电源电动势为E',由此产生的相对误差为×100%=　　　　%。
答案:(1)15.0
(3)
(5)1.52　0.5
(6)5
解析:(1)当电阻箱的阻值为5.0 Ω时,根据串联分压,电压表上的分压会超过1 V,因此不能起到保护电压表的作用,故电阻箱要调到15.0 Ω。
(3)电压表和R0的并联阻值为R1=,根据闭合电路的欧姆定律得U=,解得。
(5)根据图像有=0.034 6 V-1·Ω-1,解得E=1.52 V;当R=10 Ω时,=1.02 V-1,解得r=0.5 Ω。
(6)若将U当成理想电压表,则有U=R,对比斜率,有 V-1·Ω-1,解得E'=1.44 V,电动势产生的相对误差δ=×100%=5%。
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