高二物理人教版必修第三册同步课时作业：12.3实验：电池电动势和内阻的测量

2020-2021学年高二物理人教版（2019）必修第三册同步课时作业（20）实验：电池电动势和内阻的测量

1.用伏安法测一节干电池的电动势和内阻r,实验中可供选择的电压表有两个,量程分别为

CΩ、(0~20)

DΩ,应选用B,滑动变阻器两个,规格分别为(0~1000)

(0~2V)

A、(0~5V)

的电压表和滑动变阻器分别为( )

A.,A C

B.,A D

C.,B C

D.,B D

2.王羽同学在测量电源电动势及内阻的实验中,把实物分别连成如图所示的甲、乙两种电路,然后在同一坐标系中分别作出如图丙所示的两条图线a与b,则下列说法正确的是( )

A.由甲电路所描绘的图线是a

B.由乙电路所描绘的图线是b

C.由a图线测得电源电动势约为1.50V,内阻约为3.0Ω

D.由b图线测得电源电动势约为1.45V,内阻约为0.9Ω

3.为了测出电源的电动势和内阻,除待测电源、开关和导线以外,配合下列哪组仪器,不能达到实验目的( )

A.—个电流表和一个电阻箱

B.—个电压表、一个电流表和一个滑动变阻器

C.一个电压表和一个电阻箱

D.—个电流表和一个变阻器

4.用如图所示电路测电源的电动势和内阻,关于误差的说法正确的是( )

A.由于电流表的分压作用,使内阻的测量值小于真实值

B.由于电压表的分流作用,使内阻的测量值小于真实值

C.测出的电动势等于真实值

D.测出的电动势比真实值小

5.用如图所示的电路测量电池电动势和内阻时,若有两只电压表12V V 、量程相同,内阻分别为

12V V R R 、,且12V V R R >;两只电流表12A A 、量程相同,内阻分别为12A A R R >,且12A A R R >,在

实验中,为了使E r 、的测量值更精确一些,选择的电表应该是( )

A.1V 与1A

B.1V 与2A

C.2V 与1A

D.2V 与2A

6.在测量干电池电动势E 和内阻r 的实验中，小明设计了如图甲所示的实验电路，2S 为单刀双掷开关，定值电阻04R =Ω。合上开关1S ，2S 接图甲中的1位置，改变滑动变阻器的阻值，记录下几组电压表示数和对应的电流表示数；2S 改接图甲中的2位置，改变滑动变阻器的阻值，再记录下几组电压表示数和对应的电流表示数。在同一坐标系内分别描点作出电压表示

数U 和对应的电流表示数Ⅰ的图象，如图乙所示，两直线与纵轴的截距分别为3.00V 、

2.99V ，与横轴的截距分别为0.5A 、0.6A 。

(1)2S 接1位置时，作出的U I -图线是图乙中的______(选填“A ”或“B ”)线；测出的电池电动势

E 和内阻r 存在系统误差，原因是______。

(2)由图乙可知，干电池电动势和内阻的真实值分别为E =真______，r =真______。 (3)根据图线求出电流表内阻A R =______。

7.某实验小组设计了如图甲所示的电路来测量一蓄电池的电动势和内阻，接入电路中的电阻箱只用“1⨯”倍率（单位Ω，如图乙所示）。闭合开关S ，改变电阻箱接入电路的阻值，使旋钮沿顺时针方向旋转，分别指向1、2、3、4、5、6，读出6组对应的电压值。然后以1

U

（电压表读数的倒数）为纵轴、

1

R

（电阻箱接入电路的阻值的倒数）为横轴建立坐标系，根据实验记录数据描点连线，得到如图丙所示的图象。

回答下列问题：

（1）该小组设计的电路中，接入定值电阻0R 有何作用？________________________。 （2）用E 和r 分别表示蓄电池的电动势和内阻，则

1U 与1

R

的关系式为_____________。 （3）根据图丙求得蓄电池的电动势E =_______V ，内阻r =________Ω。（用0a b R 、、表示） （4）该小组通过此电路测得的蓄电池的电动势的值与真实值相比_________（填“偏大”“偏小”或“不变”）

8.实验室为某实验小组提供了下列器材。 A.干电池（电动势E 和内阻r 待测） B.电阻箱R （0~999.9Ω） C 定值电阻x R （阻值未知）

D.电压表（量程为3 V ，内阻为3k Ω）

E.单刀单掷开关和单刀双掷开关各一个，导线若干

该实验小组想利用这些器材测定干电池的电动势E 和内阻r ，及定值电阻x R 的阻值，设计和连接出了如图（a ）所示的实验电路。

（1）在图（b ）的虚线框内将与图（a ）对应的电路图补充完整；

（2）闭合开关1S ，将单刀双掷开关2S 接a ，调节电阻箱到合适阻值，读出电阻箱的阻值R 及电压表示数1U ；然后保持R 不变，将2S 接b ，读出电压表示数2U ；多次调节电阻箱接入电路的阻值，每次调节后单刀双掷开关2S 分别接a b 、一次，得出多组电阻箱对应的阻值R 及对应的电压表示数12U U 、；以电压表示数1U 或2U 为纵轴、以

21

U U R

-为横轴作图处理实验数据，得到如图（c ）所示I 、Ⅱ两条图线，其中能读出或求出电源电动势和内阻的图线是______________，电源电动势E =_______V ，内阻为r =_______Ω； （3）由图（c ）还可以求得定值电阻的阻值x R =__________Ω。

9.用电流表、电压表测电源(两节干电池)的电动势E 和内阻r ,所给的器材有: A.电压表V(0~3V ~15V) B.电流表A(0~0.6A ~3A) C.滑动变阻器1R (最大阻值为20Ω) D.滑动变阻器2R (最大阻值为1000Ω) E.开关S 和导线若干

1.实验中电压表量程应选择___________(填“0~3”或“0~15”)V ,电流表量程应选择___________(填“0~0.6”或“0~3”)A,滑动变阻器应选择__________(填选项前的字母).

2.学生选择合适的量程和器材,按图甲所示连接电路,作出了如图乙所示U I -的图线,根据图线求得电源的电动势E =_________V ,内阻r =__________Ω(结果保留两位有效数字)

10.某同学采用图甲所示的电路测定电源电动势和内阻.已知干电池的电动势约为1.5V ,内阻约为1Ω,实验室提供的器材有电压表(0～3V ,内阻约3kΩ)、电流表(0～0.6A,内阻约1Ω),滑动变阻器有1R (0～10Ω)和2R (0～100Ω)各一只.

1.实验中滑动变阻器应选用___________(填“1R ”或“2R ”).

2.在实验中测得多组电压和电流值,得到图乙所示的U I -图线,由图可较准确地求出该电源电动势E =_________V ,内阻r =____________Ω.(结果保留3位有效数字) 11.在“测定电源电动势和内阻”的实验中:

1.若根据实验数据作出图甲所示的图象,则该电池的电动势E=________V,内阻r=_________Ω.

2.若实验电路如图乙所示,由于电压表、电流表均不是理想电表,则电源电动势的测量值将__________真实值,内阻的测量值将___________真实值.(均填“大于”“等于”或“小于”)

3.请根据电路图在图丙中连接实物图.

12.在“测电池的电动势和内阻”的实验中,测量对象为一节新的干电池.

1.某实验小组先采用图甲所示电路测量时,在较大范围内调节滑动变阻器阻值,发现电压表示数虽然有变化,但变化不明显,主要原因是( )

A.滑动变阻器与电路接触处断路

B.滑动变阻器与电路接触处短路

C.电池内阻太大

D.电池内阻太小

2.为了提高实验精度,他们最终采用了图乙所示电路,实验提供的器材如下:

电压表V:量程0～3V,内阻可视为无穷大;

R(已知);

电流表A:量程0～0.6A,内阻

A

R:阻值未知,约几欧姆;

定值电阻

R:0～10Ω;

滑动变阻器

1

滑动变阻器2R :0～200Ω;

单刀单掷开关1S 、单刀双掷开关2S ,导线若干.

①电路中,接入电阻0R 有两方面的作用,一是方便实验操作和数据测量,二是防止滑动变阻器接入的电阻过小时,电路损坏;

②为方便实验调节且能较准确地进行测量,滑动变阻器应选_________(填“1R ”或“2R ”); ③由于0R 未知,需先测出其阻值,故在开始实验之前,1S 、2S 都处于断开状态. 3.下面是他们的部分实验操作.请根据要求填空.

①闭合1S ,将2S 打向1,测得电压表的示数0U ,电流表的示数0I ,则0R =___________;

②再将2S 打向2,改变滑动变阻器的阻值,当电流表示数为1I 时,电压表示数为1U ;当电流表示数为2I 时,电压表示数为2U .则该电池电动势的表达式为E =___________,内阻的表达式为

r =_______________.(用012012I I I U U U 、、、、、表示)

答案以及解析

1.答案：B

解析：干电池的电动势约为1.5V,因此电压表应选用的量程为0~2V ;干电池内阻约为几欧,为了调节方便并减小误差,滑动变阻器应选用最大阻值为20Ω的,故选B. 2.答案：D

解析：甲图的电压表测量电源的路端电压,则其U I -图象的斜率绝对值表示电源内阻和电压表内阻并联之后的阻值,而乙图中U I -图象的斜率绝对值表示电源内阻与电流表内阻之和,所

以乙图对应的图象斜率绝对值大些,故由甲电路所描绘的图线是b,由乙电路所描绘的图线是a,故A、B错误;电源的U I

-图象与纵轴的交点坐标值是电源的电动势,图象斜率的绝对值是电源的内阻,则由a图线测得电源电动势约为1.50V,内阻约为

1.5 1.0

1

0.5

r

-

=Ω=Ω,由b图线测得电源电动势约为1.45V,内阻约为

1.45 1.0

0.9

0.5

r

-

=Ω=Ω,故C错误,D正确.

3.答案：D

解析：测定电源的电动势和内阻的原理是闭合电路欧姆定律,用电压表测量路端电压U,用电流表测量电流I,利用滑动变阻器调节外电阻,改变路端电压和电流,实现多次测量,即由一个电压表、一个电流表和一个滑动变阻器组合可测量电源的电动势和内阻.也可以在没有电压表的情况下,用一个电流表和一个电阻箱组合测量,电阻箱可以读出阻值,由U IR

=可求出路端电压,或用电压表和电阻箱组合,由电压表读数U与电阻箱读数R之比求出电流.故A、B、C能达到实验目的,D不能.本题选不能测电源电动势和内阻的,故选D.

4.答案：BD

解析：由图示可得,电压表测路端电压,但由于电压表的分流作用,使电流表的测量值小于真实值,实验误差是由于电压表的分流造成的;当外电路短路时,电压表不分流,故短路电流相同;而测量的电流值要小于真实值,故作出测量值和真实值的图象如图所示.由图象可知,电源电动势测量值小于真实值,电源内阻测量值小于真实值,故B、D正确,A、C错误.

5.答案：AB

解析：根据闭合电路欧姆定律应有:

V

()

E U I I r

=++,所以为减小误差,要求电压表的分流应

尽量小,由

V

V

U

I

R

=可知,电压表内阻应尽量大,即电压表应选

1

V,电流表内阻对实验没有影响,

选择

12

A A

、均可以,故A、B正确.

6.答案：（1）B；电压表分流；（2）3.00V；1.0Ω；（3）1.0Ω。

解析：(1)当

2

S接1位置时，可把电压表与电源看做一个等效电源，根据闭合电路欧姆定律：

E U =断可知，电动势和内阻的测量值均小于真实值，所以作出的U I -图线应是B 线；测出的电池电动势E 和内阻r 存在系统误差，原因是电压表分流造成。 (2)当2S 接2位置时，可把电流表与电源看做一个等效电源，

根据闭合电路欧姆定律E U =断可知电动势测量值等于真实值，U I -图线应是A 线，即

3.00V A E U ==真；

由图示图象可知，A E U =真，由于2S 接接1位置时，U I -图线的B 线对应的短路电流为B I I =短，所以00 3.00

4 1.00.6

A B E U r R R I I =

-=

-=Ω-Ω=Ω真真短

； (3)开关2S 接2位置时，U I -图象如图A 所示，此时：A

A A

U r R I +=真，电流表内阻：3.00 3.00

1.00.50.6

A A A A

B U U R I I =

-=Ω-Ω=Ω； 7.答案：（1）使实验中电压表示数变化明显，同时又保护电路 （2）0111r R U E R E +=⋅+ （3）

055;(1)66a

R b a b a

-+-- （4）偏小

解析：（1）要使实验中电压表示数变化明显，同时又保护电路，电路中需接入适当阻值的定值电阻0R 。

（2）根据闭合电路欧姆定律可知0()U E U r R R =+

+，变形可得0111r R U E R E

+=⋅+。 （3）根据图丙有111100111V ,V 16r R r R b a E E E E

----++=

+⋅Ω=+⋅Ω，解得055V,[(1)]66a

E r R b a b a

=

=-+Ω--。 （4）由于电压表的分流，通过此电路测得的蓄电池电动势的值比真实值小。 8.答案：（1）如图所示

（2）Ⅱ；1.50；3.0 （3）4.5

解析：（2）横轴物理量为通过回路的电流，电源的路端电压随回路电流变化的U I -图象为图线Ⅱ，图线Ⅱ与纵轴的交点的纵坐标等于电源电动势，即 1.50V E =，电源内阻

1.50 3.00.50E r I =

=Ω=Ω短；（3）当回路电流为0.20A I =时，由图（c ）可得2

1.50V 1.50V 0.50A 0.20A

U -=，即20.90V U =，所以20.90

4.50.20

x U R I =

=Ω=Ω。 9.答案：1.0~3;0~0.6;C

2.3.0;3.6

解析：1.由于电源电动势约3V ,电压表的量程应选择0~3V ;实验中,电流不宜过大,电流表的程应选择0~0.6A ;干电池内阻一般为几欧姆,不太大,为调节电压、电流方便,滑动变阻器应选择最大阻值为20Ω的C.

2.根据闭合电路欧姆定律E U Ir =+,可得U E Ir =-.电源U I -图线与纵轴的交点等于电源电动势,故电源电动势等于

3.0V;电源U I -图线斜率的绝对值等于电源内阻,则

3.0 1.5

3.60.42

r -=

Ω=Ω.

10.答案：1.1R

2.1.48(1.46～1.49均可) 1.79(1.74～1.82均可)

解析：1.电源的内阻约为1Ω,故为了易于调节,准确测量,滑动变阻器应选最大阻值与之接近的

1R .

2.由闭合电路欧姆定律得U E Ir =-,则U I -图线在纵轴的截距为电源的电动势,图线的斜率的绝对值表示电源内阻,故由图可知电动势 1.84V E =,0.8 1.48

|| 1.790.380

r -=Ω=Ω-.

11.答案：1.1.50;0.50

2.小于;小于

3.见解析

解析：1.根据U E Ir =-,则U I -图象与纵轴交点纵坐标值表示电源电动势,则 1.50V E =;图象斜率绝对值表示电源内阻,则 1.0 1.5

|

|0.501.00

r -=Ω=Ω-.

知识决定格局，格局影响命运

2.由题图乙所示电路图可知,当外电路短路时,电流的测量值等于真实值,除此之外,由于电压表的分流作用,电流的测量值均小于真实值,电源的U I -图象如图甲所示,由图象可知,电源电动势的测量值小于真实值,电源内阻测量值小于真实值.

3.如图乙所示.

12.答案：1.D 2.②1R 3.①0A 0U R I -;②122121U I U I I I --;012210

U U U I I I --- 解析：1.较大范围调节滑动变阻器的阻值,电表有示数但变化不大,说明其阻值始终相对于电池内阻很大,即电池内阻太小,D 正确.

2.②滑动变阻器应选用最大电阻较小的1R ,方便调节且测量误差较小.

3.①根据闭合电路欧姆定律可知,可以测出的物理量是定值电阻0R 的电阻和电流表内阻之和,即00A 0U R R I +=,故00A 0

U R R I =-. ②根据闭合电路欧姆定律得110A ()E U I R R r =+++,220A ()E U I R R r =+++,

联立解得122121U I U I E I I -=-,012120A 21210()U U U U U r R R I I I I I --=-+=---.