2019-2020学年人教版（2019）必修第三册 12.3实验：电池电动势和内阻的测量 达标作业（解析版)

12.3实验：电池电动势和内阻的测量
达标作业（解析版)
1．如图甲所示，R 为电阻箱(0～99.9Ω)，置于阻值最大位置，为末知电阻。断开，闭合，逐次减小电阻箱的阻值，得到一组R、I的值，并依据R、I值作出了如图乙所示的图线；断开，闭合，当R调至某一位置时，电流表的示数=1.0A；保持电阻箱上各旋钮的位置不变，断开，闭合，此时电流表的示数为=0.8 A。据以上数据可知(电流表内阻不计)
A．电源电动势为3.0V
B．电源内阻为2Ω
C．R.的阻值为2Ω
D．断开，接通时，随着R的减小，电源输出功率一直增大
2．如图 (甲)所示电路中，调节滑动变阻器，通过电压表、电流表示数分别得到电源路端电压和干路电流值，电源路端电压U与干路电流I关系图象如图 (乙)．则(　　 )
A．电源电动势为E＝1.5V
B．电源内阻为r＝3.0Ω
C．电源内阻为r＝1.0Ω
D．回路短路电流I0＝0.5A
3．某同学为测量一节新干电池的电动势和内阻，根据实验室提供的器材，设计了如图1所示的电路，其中R0是阻值大约为几欧姆的定值电阻，S3为单刀双掷开关。
（1）请根据图1电路图将图2的实物图连接完整。
（______）
（2）实验开始前，先将电阻箱接入电路的电阻值调节到适当大的值，断开开关S2，将S3合向a，再将开关S1闭合，记录电压表的示数为U1，电阻箱接入电路的电阻为R1=20 Ω；再闭合开关S2，调节电阻箱接入电路的阻值，当电压表的示数再次为U1时，电阻箱接入电路的阻值改变了5Ω，则此时电阻箱接入电路的阻值R=__Ω，定值电阻R0=_____Ω。
（3）断开开关S2，将开关S3合向b，多次改变电阻箱接入电路的电阻值，记录电阻箱接入电路的电阻值R及相应的电压表的示数U，在坐标系中描点作图，作出的图象如图3所示，则电池的电动势为E=______V，电池内阻r=____Ω。(结果均保留三位有效数字)。
4．在“测定电源的电动势和内阻”的实验中，已连接好部分实验电路．
（1）按如图甲所示的实验电路，把图乙中剩余的电路连接起来_______．
（2）在图乙的电路中，为避免烧坏电表，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于______端（选填“A”或“B”）．
（3）图丙是根据实验数据作出的U-I图象，由图可知，电源的电动势E=______V，内阻r=______Ω
5．(1)测量电源的电动势E及内阻r的实验中,按图甲所示的电路图连好实验电路,合上开关,电流表和电压表的读数正常,当将滑动变阻器的滑动触头由A端向B端逐渐滑动时,发现电流表的示数逐渐增大,而电压表的示数几乎不变,直到当滑动触头滑至临近B端时电压表的示数急剧变化,这种情况很难读出电压数值分布均匀的几组不同的电流、电压值,出现上述情况的原因可能是_______
A．电源内阻太小
B．滑动变阻器阻值太大
C．电压表内阻不够大
D．电流表内阻不够小
为了更好地测出电源的电动势E及内阻r,增加了一个固定电阻R0,改变了电路,顺利完成实验。
(2)用笔画线代替导线,在图乙中完成增加R0后的实物连线_____。
(3)调节滑动变阻器,电压表和电流表的示数记录如下(已知R0=1.0Ω):
表中的数据已描绘在图所示的方格纸上;可求得电动势E=_________V,内阻r=_______Ω；
6．某同学查阅电动车使用说明书知道自家电动车的电源是铅蓄电池，他通过以下操作测量该电池的电动势和内电阻．
(1)先用多用电表粗测电池的电动势．把多用电表的选择开关拨到直流电压50 V挡，将两表笔与电池两极接触，电表的指针位置如图甲所示，读数为________V．
(2)再用图乙所示装置进行精确测量．多用电表的选择开关拨向合适的直流电流挡，与黑表笔连接的应是电池的________极．闭合开关，改变电阻箱的阻值R，得到不同的电流值I，根据实验数据作出图象如图丙所示．已知图中直线的斜率为k，纵轴截距为b，电流档的内阻为rA ，则此电池的电动势E＝________，内阻r＝________(结果用字母k、b、rA表示) ．
(3)多用表直流电流档的内阻对电动势的测量值大小________（选填“有”或“无”）影响．
7．某物理兴趣小组利用图甲所示电路测定一节干电池的电动势和内阻。除电池（内阻约为0. 3）、开关和导线外，实验室提供的器材还有：
A．电压表V（量程为3V，内阻约为3k）
B．电流表A1（量程为0. 6A，内阻约为0. 2）
C．电流表A2（量程为3A，内阻约为0. 05）
D．定值电阻（阻值为1. 5，额定功率为2W）
E. 定值电阻（阻值为20，额定功率为10W）
F. 滑动变阻器（最大阻值为15，额定电流为2A）。
（1）电流表应选用________（选填“B”或“C”），R0应选用________（选填“D”或“E”）。
（2）实验时，闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑动触头P置于________（选填“a”或“b”）端。
（3）在器材选择正确的情况下，按正确操作进行实验，调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U－I图线如图乙所示，则该电池的电动势E=________V、内阻r=________。
8．现有一电池,电动势E约为5V,内阻r 约为50Ω,允许通过的最大电流为50mA。为测定该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R为电阻箱,阻值范围为0~999.9Ω,R。为定值电阻 V 为理想电压表。
（1）可供选用的R。有以下几种规格,本实验应选用的R。的规格为______ (填选项序号字母)
A．15Ω 1.0W B．50Ω 0.01W
C．60Ω 1.0W D．1500Ω 6.0W
（2）按照图甲所示的电路图,在答题卡上将图乙所示的实物连接成实验电路________。
（3）连接好电路,闭合开关S,调节电阻箱的阻值,记录阻值R 和相应的电压表示数U,测得多组实验数据,并作出如图丙所示的1/U-1/R关系图像,则电动势E=____V,内阻r=____Ω。(结果均保留两位有效数字)
9．一实验小组用某种导电材料制作成电阻较小(约小于3Ω)的元件Z，并通过实验研究该元件中的电流随两端电压从零逐渐增大过程中的变化规律。
(1)该小组连成的实物电路如图(a)所示，其中有两处错误，请在错误的连线上打“×”，并在原图上用笔画出正确的连线__________。
(2)在实验中应选用的滑动变阻器是_________。
A．滑动变阻器R1(0～5Ω 额定电流5A)
B．滑动变阻器R2(0～20Ω 额定电流5A)
C．滑动变阻器R3(0～100Ω 额定电流2A)
(3)图(b)中的点为实验测得的元件Z中的电流与电压值，请将点连接成图线__________。
(4把元件Z接入如图(c)所示的电路中，当电阻R的阻值为2Ω时，电流表的读数为1.25A；当电阻R的阻值为3.6Ω时，电流表的读数为0.8A。结合图线，可求出电池的电动势E为______V，内阻r为______Ω。
10．某研究性学习小组设计如图甲所示的电路来测定电源的电动势E、内阻r及待测电阻Rx的阻值，通过改变滑动变阻器的阻值，记录多组电压表V1、V2及电流表A的读数，并描点作图得到如图乙所示的a、b两条U-I图线。

(1)由电压表V1与电流表A的示数描绘的U-I图线是图乙中的___________(选填“a”或“b”)
(2)由图乙可得，电源电动势E=___________V，内阻r=___________Ω，待测电阻Rx=___________Ω。(结果保留两位有效数字)
(3)在滑动变阻器触头滑动的过程中，电压表V1、V2读数变化量分别用、表示电源内阻为r，定值电阻日Rx，则=___________(用题中物理量符号表示)
11．老师给某小组同学一只量程为2V的电压表（内阻约为50kΩ）和一只0～99.99Ω电阻箱R，同时给了该小组同学一只电动势标称值为1.5V的旧干电池和一只阻值在1Ω～10Ω范围内的待测电阻R0，让同学们探究测该节干电池的电动势、内阻和电阻R0的阻值的方法，同学们经过讨论决定用图甲所示的电路来测量。
（1）先测电阻R0：闭合S1，将S2切换到a，为了减小误差，调节电阻箱，使电压表的示数为______V（选填“0.1”“0.7”或“1.4”）左右时，读出电压表的示数U1和电阻箱的示数R1，保持电阻箱阻值不变；______（填写一重要实验步骤），读出电压表的示数U2，则待测电阻的阻值R0=______（用U1、U2和R1表示）。
（2）该小组经过（1）的测量，测得待测电阻阻值R0=3.18Ω之后，继续测电源的电动势和内阻，实验步骤为：闭合S1，将S2切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R与电压表的示数U，用测得的数据绘出图象如图乙所示，则该干电池的电动势E=______V、内阻r=______Ω．（结果均保留三位有效数字）
12．某实验小组设计了如图甲所示的电路来测量蓄电池的电源电动势和内电阻.
(1)定值电阻R1=20Ω，连接好电路，闭合开关S，改变滑动变阻器滑片位置，发现电压表V1有读数，电压表V2始终无读数，经检查发现电路中存在断路故障，则该故障可能在__________(选填“ab”、“bc”或“cd”)两点间.(已知连接电表的导线都是正常的)
(2)排除故障后，闭合开关S，调节滑动変阻器的阻值，记录多组电压表的示数U1、U2，如上表所示，请根据表中数据在图乙中作出U2-U1图象________.
(3)由图可知，电源电动势E=________V，内阻r=________Ω.(结果均保留两位有效数字)
(4)为減小系统误差，R1可以选择比上述_______(填“较大”、“较小”)一些的阻值.
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
AB.根据，解得，图线的斜率与电源的电动势相等，故，纵轴截距表示内阻，所以内阻，故AB错误。
C. 断开，闭合，当R调至某一位置时，电流表的示数=1.0A；有，代入数据解得：，断开，闭合，此时电流表的示数为=0.8 A,则有：，解得，故C错误。
D.由于与电源内阻相等，又知当外电阻等于电源内阻时，电源的输出功率最大，当外电阻大于内阻时，随着外电阻的减小，电源输出功率增大，断开，接通时，随着R的减小，电源输出功率一直增大，故D正确。
2．AC
【解析】
由闭合电路欧姆定律有U=E-Ir，结合图像，电源电动势为截距，电源电动势为E=1.5V，电源内阻为斜率，电源内阻为r＝1.0Ω，回路短路电流，故AC正确，BD错误；
故选AC．
3． 25 5 1.47 1.24（或1.23）
【解析】
【详解】
（1）[1]根据电路图，连接实物图如图所示。
（2）[2]闭合开关，电路中的电阻减小，电流增大，外电压减小，电压表的示数变小，应将电阻箱接入电路的电阻增大，因此当电压表的示数再次为时，由题意知，电阻箱接入电路的电阻为25Ω；
[3]定值电阻
；
（3）[4]根据闭合电路欧姆定律，
，
得到
，
结合图象有
，
解得
；
[5]根据的表达式，结合图像有：
解得：
（或）。
4． B 1.50 1
【解析】
【详解】
(1)电路连接如图．
(2)闭合开关前，滑动变阻器接入电路中的阻值应该最大，故滑片应置于B端．
(3)由图象可知，电源电动势为1.5 V，内阻r＝ Ω＝1.0 Ω.
5．B 电路图见解析 1.6 0.25
【解析】
【详解】
（1）[1]．滑动变阻器串联在电路中，电压表测量滑动变阻器电压，刚开始滑动触头P由A端向B端逐渐滑动时，电压表的示数几乎不变，说明随着电阻的变小，滑动变阻器的电阻占整个电路电阻的比例变化不大，直到当滑动触头P滑至临近B端时，电压表的示数急剧变化，说明滑线变阻器的总电阻太大，所以原因是：滑动变阻器阻值太大，有效使用的部分短；故选B。
（2）[2]．实物连线如图
（3）[3][4]．画出U-I图像如图：
由图可知
E=1.6V
内阻
6．12.0； 负 无
【解析】
【详解】
(1)[1]．电压档量程为50V，则最小分度为1V，则指针对应的读数为12.0V；(2)[2]．作为电流表使用时，应保证电流由红表笔流进，黑表笔流出，故黑表笔连接的是电池的负极；[3][4]．由闭合电路欧姆定律可得：

变形可得：
则由图可知：
则可解得：

(3)[5]．由于多用表存在内电阻，所以由闭合电路欧姆定律得：
E=IR+I（RA+r）
变形为：
由图象可知斜率和不考虑多用表的内电阻时相同，所以多用表的内电阻对电源电动势的测量结果无影响。
7．B D b 1. 48 0. 46
【解析】
【详解】
（1）[1][2]．估算电流时，考虑到干电池的内阻0.3Ω左右，保护电阻选择与内阻相当的定值电阻D即可；这样加上保护电阻，最大电流控制在0.5A左右，所以选量程为0.6A的电流表，故选B；（2）[3]．实验时，闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑动触头P置于阻值最大的b端。
（3）[4][5]．根据闭U-I图象可知，与U轴的交点表示电动势，所以E=1.48V，图象的斜率表示内电阻与保护电阻之和，故
解得
r=0.46Ω；
8． C 5.0 53
【解析】（1）定值电阻起保护作用，电动势为5V，允许通过的电流为：50mA；由欧姆定律可得：；需要的保护电阻约为：100-50=50Ω；故电阻数值上BC均可以，但由于B中额定功率太小，所以额定电流过小，故应选择C（60Ω，1.0W）；
（2）根据原理图图，连接实物图如图所示：
（3）由闭合电路欧姆定律得，可整理为，根据图象可知，解得E=5.0V；，解得．
【点睛】题考查测量电动势和内电阻的实验，注意只用电压表和变阻箱测电动势和内电阻的方法叫“伏欧法”，若用图象解时，基本思路是：用学过的物理定律列出表达式，再结合数学整理表达出有关一次函数式的形式，再求出k和b即可．
9．电源负极与滑动变阻器a端相连 A 4.1 0.45
【解析】
【详解】
(1)[1]因Z电阻较小，电流表应采用外接法；由于要求电压从零开始变化，滑动变阻器选用分压接法，错误的连线标注及正确接法如图：
(2)[2]分压接法中，为了便于调节，滑动变阻器选用总阻值小，且额定电流较大的，故选：A；
(3)[3]根据描点法得出对应的伏安特性曲线如图所示：
；
(4)[4][5]当电流为1.25A时，Z电阻两端的电压约为1.0V；当电流为0.8A时，Z电阻两端的电压约为0.82V；由闭合电路欧姆定律可知：
E=1.25(r+2)+1=1.25r+3.5
E=0.8(r+3.6)+0.82=0.8r+3.7
联立解得：
E=4.1V r=0.44Ω
10．a 2.7 0.9 1.8
【解析】
【详解】
(1)[1]根据U=E-Ir可知U2-I图像的斜率应该等于电阻Rx和电源内阻之和，U1-I图像的斜率应该等于电源内阻，可知U2-I图像的斜率较大，U1-I图像的斜率较小，即电压表V1与电流表A的示数描绘的U-I图线是图乙中的a；
(2)[2][3][4]由图乙可得，电源电动势E=2.7V，由图像a可得：
由图像b可得：
待测电阻
Rx=1.8Ω；
(3)[5]根据U=E-Ir可知：
U1=E-Ir；
U2=E-I（Rx+r）
则
则
。
11．0.7 将S切换到b 1.43 2.82
【解析】
【详解】
(1)[1][2][3]因量程为2V，则示数在中间刻度左右时较准确，则使电压表的示数为0.7V左右时，读出电压表的示数U1和电阻箱的示数R1，保持电阻箱阻值不变；将S切换到b，读出电压表的示数U2，据欧姆定律：
则待测电阻的阻值
R0=
(2)[4][5]由闭合电路欧姆定律得：
E=U+（R0+r）
得：
由图象得：
得
E=V=1.43V
=K=
解得
r=2.82Ω
12．bc 6.0 10 较小
【解析】
【详解】
(1)[1]．连接电表的导线都是正常的，若发生断路的是ab，两电压表示数均为零；发生断路的是cd，电压表V2有读数，电压表V1无读数；若发生断路的是bc，电压表V1有读数，电压表V2无读数，故发生断路的是bc；
(2)[2]．根据表中数据利用描点法可得出对应的图象如图所示；
(3)[3][4]．根据电路图由闭合电路欧姆定律可知：
整理可得：

由图可知，图象与纵轴的截距表示电动势，则E=6.0V；
图象的斜率
解得：
r=10Ω；
(4)[5]．本实验中由于电压表V1分流作用而使测量电流偏小，从而出现误差．为減小系统误差，R1可以选择比上述较小一些的阻值.