高中物理教科版选修3-1练习题 2.5 学生实验：测量电源的电动势和内阻 Word版含解析

一、单项选择题
1．在“测定电源电动势和内阻”的实验中，为使实验效果明显且不损坏仪器，应选择下列哪种电源较好(　A　)
A．内阻较大的普通干电池
B．内阻较小的普通蓄电池
C．小型交流发电机
D．小型直流发电机
解析：为了使电路中路端电压变化比较明显，应使用内阻较大的干电池．
2.如图所示是利用电压表和电流表测定a、b两节电池的电动势和内阻实验时作出的U?I图线，由图线可知(　A　)
A．Ea＞Eb，ra＞rb
B．Ea＞Eb，ra＜rb
C．Ea＜Eb，ra＞rb
D．Ea＜Eb，ra＜rb
解析：图线与U轴的交点表示电动势，故Ea＞Eb，图线斜率的绝对值表示电源内阻，即ra＞rb，故A正确．
3．下列给出多种用伏安法测电池的电动势和内电阻的数据，处理方法既能减小偶然误差，又直观、简便的方法是(　C　)
A．测出两组I、U的数据，代入方程组E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r，求出E和r
B．多测几组I、U的数据，求出几组E、r，最后分别求出其平均值
C．测出多组I、U的数据，画出U?I图象，再根据图象求出E、r
D．多测几组I、U的数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E，再用闭合电路欧姆定律求出电池内电阻r
解析：A中只测量两组数据求出E、r，偶然误差较大；B中计算E、r平均值虽然能减小误差，但太繁琐；D中分别求I、U的平均值是错误的做法．
4．如图所示，是甲、乙、丙三位同学设计的测量电池的电动势和内电阻的电路．电路中R1、R2为已知阻值的电阻．下列说法中正确的是(　D　)
A．只有甲同学设计的电路能测出电池的电动势和内电阻
B．只有乙同学设计的电路能测出电池的电动势和内电阻
C．只有丙同学设计的电路能测出电池的电动势和内电阻
D．三位同学设计的电路都能测出电池的电动势和内电阻
解析：图甲中可用E＝I1(r＋R1)、E＝I2(r＋R2)求得电源的电动势和内电阻，图乙中可用E＝U1＋r、E＝U2＋r求得电源的电动势和内电阻，而图丙中可用E＝U1＋I1r、E＝U2＋I2r求得电源的电动势和内电阻，故三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻，故D正确．
5．“测定电源的电动势和内阻”的实验中，下列注意事项中错误的是(　B　)
A．应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表示数的变化比较明显
B．应选用内阻较小的电压表和电流表
C．移动变阻器的触头时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载
D．根据实验记录的数据作U?I图象时，应通过尽可能多的点画一条直线，并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧
解析：该实验电流表的内阻对实验没有影响，电压表的内阻对实验有影响，电压表的内阻越大，实验的误差越小，故应选内阻较大的电压表．
二、多项选择题
6．下图是根据某次实验记录数据画出的U?I图象，下列关于这个图象的说法中正确的是(　AD　)
A．纵轴截距表示待测电源的电动势，即E＝3 V
B．横轴截距表示短路电流，即I短＝0.6 A
C．根据r＝，计算出待测电源内阻为5 Ω
D．根据r＝，计算出待测电源内阻为1 Ω
解析：在U?I图象中，在U轴的截距表示电路中电流为零时的路端电压，即电源电动势，故选项A正确；U?I图象中在电流轴上的截距不一定为短路电流，要注意坐标原点是否为(0,0)，即是否路端电压为零，故选项B、C错误；图线的斜率的绝对值为该电源的内阻，故选项D正确．
7．如图在测定电池的电动势和内电阻实验的实物连接图中，电流表和电压表的正接线都尚未连接，为了做这个实验，应该把(　AC　)
A．电流表正接线柱与c点相连
B．电流表正接线柱与b点相连
C．电压表的正接线柱与a点相连
D．电压表的正接线柱与c点相连
解析：
测量电池电动势和内阻的实验电路如图所示．所以电流表的正极接线柱应与滑动变阻器的c或d连接，故选项A对，选项B错；电压表另一端应接电源的正极，即a点，故选项C对，选项D错．
8．某同学欲采用如图所示的电路完成相关实验．图中电流表的量程为0.6 A，内阻约0.1 Ω；电压表的量程为3 V，内阻约6 kΩ；?为小量程电流表；电源电动势约3 V，内阻较小，下列电路中正确的是(　AB　)
三、非选择题
9.用如图所示电路，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0.6 A、3 A)；
(b)电压表(量程3 V、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3 V，电流表的量程应选择0.6 A；R0应选择1 Ω的定值电阻，R应选择阻值范围是0～10 Ω的滑动变阻器．
(2)引起该实验系统误差的主要原因是电压表分流．
解析：一节干电池的电动势约为1.5 V，故电压表的量程应选用3 V，若选用10 Ω的定值电阻，电路中的最大电流约0.15 A，对电流表而言，选用0.6 A量程，指针偏转角度也较小，测量误差较大，故应选用1 Ω的定值电阻，电流表选0.6 A量程，滑动变阻器选用0～10 Ω、额定电流2 A．本实验的系统误差来源于电压表分流造成的误差．
10．在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用电压表(视为理想电压表)的量程较小，某同学设计了如图所示的实物电路．
(1)实验时，应先将电阻箱的电阻调到最大值．(选填“最大值”“最小值”或“任意值”)
(2)改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值R0＝10 Ω的定值电阻两端的电压U.下列两组R的取值方案中，比较合理的方案是2.(选填“1”或“2”)
方案编号 电阻箱的阻值R/Ω
1 400.0 350.0 300.0 250.0 200.0
2 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0
(3)根据实验数据描点，绘出的?R图象是一条直线．若直线的斜率为k，在坐标轴上的截距为b，则该电源的电动势E＝，内阻r＝－R0.(用k、b和R0表示)
解析：(1)电阻箱接入回路中的电阻越大，回路电流越小，起保护电源，防止烧坏电压表的作用．
(2)方案1中电阻箱接入电路的电阻太大，电压表示数太小，误差太大．因此采用方案2.
(3)由闭合电路欧姆定律可知＝，＝R＋，所以＝k，＝b，解之得：E＝，r＝－R0.
11．某兴趣小组的同学用一个光伏电池(俗称太阳能电池)在正常光照环境下给标有“U”的小灯泡供电，发现灯泡并不发光，检查灯泡、线路均没有故障．甲、乙同学对此现象的原因进行了猜想与分析后，均认为电池内阻可能太大．为了验证猜想，甲同学用欧姆表直接连接在电池的两极，欧姆表的示数为30 Ω；乙同学则先将灵敏电流表(内阻可忽略)直接连接在电池的两极，测得电流为0.74 mA，后将电压表(内阻约为50 kΩ)单独连接电池的两极，测得电压为1.48 V，解得r＝＝ Ω＝2×103 Ω.
(1)根据甲、乙两同学的测量所得数值判断，此光伏电池的内阻Rg大小应A.
A．略大于2 kΩ
B．等于2 kΩ
C．略小于2 kΩ
D．略大于30 Ω
E．略小于30 Ω
(2)若你是兴趣小组中的一员，为测定光伏电池的电动势和内阻，在上述甲、乙两同学测量结果的基础上，请设计一个合理且具备操作性的实验电路图．提供的实验器材有：
电流表A1(量程0～0.6 A，内阻r1＝1 Ω)；
电流表A2(量程0～1 mA，内阻r2＝100 Ω)；
电阻箱R1(0～99.99 Ω)；
电阻箱R2(0～9 999 Ω)；
导线若干、开关．
请在虚线框中画出测量光伏电池的电动势和内阻的实验电路图(所选用的器材请在图中用对应的符号标出)．
答案：见解析图
(3)多次改变电阻箱的阻值R，测出相应的电流表读数I.根据实验测得的数据描点，绘出的?R图象是一条直线．若直线的斜率为k，在坐标轴上的截距为b，则该电源的电动势E＝，内阻r＝－r2(用题中所给字母表示)．
解析：(1)由于用电压表直接测量时，所测得的电压值略小于电动势，因此由该值计算出来的电阻应偏小，故说明电源内阻应略大于测量值，故选A.
(2)因没有给出电压表，故应采用电流表和电阻箱串联的方式进行测量；由于内阻略大于2×103 Ω，而电动势约为1.5 V，故电流小于1 mA，故电流表选择A2，电阻箱选择R2，电路图如图所示．
(3)由图示电路图可知，电源电动势E＝I(r＋R＋r2)，则＝R＋，图象?R的斜率k＝，在纵轴的截距b＝，则电源电动势E＝，电源内阻r＝－r2.