资源简介

12.3 实验：电池电动势和内阻的测量 分层作业
人教版高中物理必修第三册
1. (多选)在测定电池电动势和内阻的实验中，除电池、导线、开关外，进行实验时还需选择的一组材料可以是(　 　)
A.电压表、电流表和滑动变阻器
B.电压表和滑动变阻器
C.电流表和电阻箱
D.电压表和电阻箱
2. 在“测定干电池的电动势和电阻”的实验中，实验器材有被测干电池、电流表(0～0.6 A，内阻约为0.1 Ω)、电压表(0～3 V，内阻约为3 kΩ)、开关、滑动变阻器(0～20 Ω)、导线等。
(1)画出优选的实验电路图。
(2)实验过程中测得干电池的路端电压与相应的输出电流的多组数据，描得图像如图所示，则干电池的电动势为________V，内电阻为 __________Ω。(保留三位有效数字)
3. 某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围为0~20 Ω，连接电路的实物图如图所示。
(1)关于该学生的接线，存在的错误有　 　。(多选)
A.滑动变阻器不起变阻作用
B.电流表量程选用不当
C.电压表量程选用不当
D.电压表接线不妥
(2)请在虚线框中画出这个实验的正确电路图。
4. 某同学用伏安法测一节干电池的电动势E和内阻r，所给的其他器材如下：
A.电压表V(0~3 V，0~15 V)
B.电流表A(0~0.6 A，0~3 A)
C.变阻器R1(20 Ω，1 A)
D.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　 　(填“0~3 V”或“0~15 V”)；电流表应选用的量程为　 　(填“0~0.6 A”或“0~3 A”)；变阻器应选用　 　。
(2)根据实验要求连接实物电路图。
甲
(3)实验测得的6组数据已在U－I图像中标出，如图所示，请你根据数据点的位置完成U－I图像，并由图像求出该电池的电动势E=　 　V，电阻r=　 　Ω。
乙
5. 小卓同学做了一个马铃薯电池，准备测量其电动势和内阻。他用较粗的铜丝和铁丝相隔一定距离插入马铃薯中，就制成了一个马铃薯电池(铜丝是电池的正极，铁丝是电池的负极)。然后去实验室找来实验器材按如图甲所示的电路进行实验。
(1)请在图乙的虚线框内完成小卓同学的实验电路图。
(2)改变滑动变阻器的滑片的位置，测出多组的U、I，画出U－I图像如图丙所示，则该马铃薯电池的电动势E=　 　V，内阻r=　 　Ω。(结果均保留3位有效数字)
甲 乙
丙
6. 在“测定电池的电动势和内阻”实验中：
(1)用如图甲所示的电路图测量，得到的一条实验数据拟合线如图乙所示，则该电池的电动势E=　 　V(保留3位有效数字)；内阻r=　 　Ω(保留2位有效数字)。
甲 乙
丙
(2)现有如图丙所示的实验器材，照片中电阻箱阻值可调范围为0~9 999 Ω，滑动变阻器阻值变化范围为0~10 Ω，电流表G的量程为0~3 mA、内阻为200 Ω，电压表的量程有0~3 V和0~15 V。请在图丙中选择合适的器材，在方框中画出两种测定一节干电池的电动势和内阻的电路图。
7. 在测定电源的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：
A.待测干电池一节；
B.电流表A1(量程0~3 mA，内阻Rg1=10 Ω)；
C.电流表A2(量程0~0.6 A，内阻Rg2=0.1 Ω)；
D.滑动变阻器R1(0~20 Ω，1.0 A)；
E.电阻箱R0(0~9 999.9 Ω)；
F.开关和导线若干。
甲
(1)某同学发现上述器材中没有电压表，他想将其中的一个电流表和电阻箱改装成一个电压表，其量程为0~3 V，并设计了如图甲所示的a、b两个参考实验电路(虚线框内为改装电压表的电路)，其中合理的是　 　(填“a”或“b”)电路，此时R0的阻值应取　 　Ω。
乙
(2)图乙为该同学根据合理电路所绘出的I1－I2图像(I1为电流表A1的示数，I2为电流表A2的示数)，根据该图像可得被测干电池的电动势E=　 　V，内阻r=　 　Ω。
8. (1)某同学用螺旋测微器测量一物体的直径，图甲中读数为________mm。
(2)在测量电源电动势和内电阻的实验中，有电压表V(量程为3 V，内阻约3 kΩ)；电流表A(量程为0.6 A，内阻约0.70 Ω)；滑动变阻器R(10 Ω，2 A)。为了更准确地测出电源电动势和内阻设计了如图乙所示的电路图。
①如图乙所示在闭合开关S之前为防止电表过载，滑动变阻器的滑片P应放在________(选填“a”或“b”)处；
②在实验中测得多组电压和电流值，得到如图丙所示的U I图线，由图可得该电源电动势E＝______V，内阻r＝________Ω。
(3)某同学在设计电压表改装时，将一个内阻为60 Ω，满偏电流为0.5 mA的电流表表头改成量程为3 V的电压表，需要________(选填“串”或“并”)联一个阻值________Ω的电阻。
9. 某实验小组为测量一节干电池的电动势E和内阻r，设计了如图甲所示电路，所用器材如下：干电池、智能手机、电流传感器、定值电阻R0、电阻箱、开关、导线等。按电路图连接电路，将智能手机与电流传感器通过蓝牙无线连接，闭合开关S，逐次改变电阻箱的阻值R，用智能手机记录对应的电流传感器测得的电流I。请回答下列问题：
甲
乙
(1)R0在电路中起　 　(填“保护”或“分流”)作用。
(2)与E、r、R、R0的关系式为= 　。　
(3)根据记录数据作出－R图像，如图乙所示。已知R0=9.0 Ω，可得E=　 　V(结果保留3位有效数字)，r=　 　Ω(结果保留2位有效数字)。
(4)电流传感器的电阻对本实验干电池内阻的测量结果　 　(填“有”或“无”)影响。
10. 某研究性学习小组利用图甲所示的电路测量某电池的电动势E和内阻r。由于该电池的内阻r较小，因此在电路中接入了一阻值为2.00 Ω的定值电阻R0。
(1)按照图甲所示的电路图，将图乙所示的实物连接成实验电路。
(2)闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读出电压表相应的示数，并计算出通过电阻箱的电流数值，如下表所示。在图丙所示的坐标纸中作出U I图线。
R/Ω 40.00 12.00 8.00 6.00
U/V 1.90 1.66 1.57 1.43
I/A 0.048 0.138 0.196 0.238
丙
(3)根据图线得到E＝________V，r＝________Ω。
参考答案与解析
1. 答案：ACD
伏安法测U、I；安阻法测I、R；伏阻法测U、R，均可利用闭合电路关系在不同状态下联立求参数。普通滑动变阻器不能直接读出接入阻值，只有电压表和滑动变阻器不足以测定两参数。
2. 答案：（1）见解析图；（2）1.50 V，0.250 Ω
解析：(1)滑动变阻器采用限流式接法，电路连接如图所示。
(2)根据闭合电路欧姆定律可知U＝E－Ir，在U I图像中，图像在纵轴的截距等于干电池电动势，图像斜率的绝对值等于干电池内阻，因此可得E＝1.50 V，r＝0.250 Ω。
答案：(1)见解析图　(2)1.50　0.250
3. 答案：（1）ACD；（2）见解析图
【答案】如图所示
【解析】 要使滑动变阻器起变阻的作用，则必须使接入电路的两根导线中有一条接在下面的接线柱上，另一条接在上面的金属杆的一端，图中滑动变阻器起不到变阻的作用；电流表和电压表接入电路时，选择好恰当的量程后，要特别注意“＋”“－”接线柱的接线是否正确，不然的话，极易损坏电表，图中电压表的“＋”“－”接线柱的接线出现错误；干电池的电动势为1.5 V，电压表量程选用不适当，且本题接法使开关断开后电压表仍跨接电源，应按正确电路图调整，因为开关断开后，电压表仍有示数。
4. 答案：（1）0～3 V，0～0.6 A，R ；（2）见图；（3）1.5 V，0.5 Ω
(1)实验中，电压表应选用的量程为　0~3 V　(填“0~3 V”或“0~15 V”)；电流表应选用的量程为　0~0.6 A　(填“0~0.6 A”或“0~3 A”)；变阻器应选用　R1　。
【答案】如图甲所示
甲
(3)实验测得的6组数据已在U－I图像中标出，如图所示，请你根据数据点的位置完成U－I图像，并由图像求出该电池的电动势E=　1.5　V，电阻r=　0.5　Ω。
【答案】如图乙所示
乙
5. 答案：（1）见图；（2）0.639 V，232 Ω
【答案】如图所示
【解析】 (1)由于马铃薯电池的电动势较小，而内阻较大，所以为了尽量减小系统误差，电流表相对电池应采用内接法，电路图如图所示。
(2)U－I图像的纵截距表示电动势，斜率的绝对值表示内阻，所以E=0.639 V，r= Ω≈232 Ω。
6. 答案：（1）1.46 V，0.65 Ω；（2）见图
【答案】如图所示
【解析】 (1)根据闭合电路欧姆定律可知，该电池的电动势为1.46 V，通过求图乙中图线的斜率的绝对值可知，其内阻为0.65 Ω。
(2)在(1)基础上，可以通过电压表和变阻箱来实现电流的测量，即E=U＋r，可以实现测量电动势和内阻；或者通过电流表G和电阻箱改装为电流表，从而测得电流，由闭合电路欧姆定律得E=U＋Ir，可以绘制U－I图像，求解电动势和内阻。
7. 答案：（1）b，990 Ω；（2）1.48 V，0.84 Ω
(1)某同学发现上述器材中没有电压表，他想将其中的一个电流表和电阻箱改装成一个电压表，其量程为0~3 V，并设计了如图甲所示的a、b两个参考实验电路(虚线框内为改装电压表的电路)，其中合理的是　b　(填“a”或“b”)电路，此时R0的阻值应取　990.0　Ω。
(2)图乙为该同学根据合理电路所绘出的I1－I2图像(I1为电流表A1的示数，I2为电流表A2的示数)，根据该图像可得被测干电池的电动势E=　1.48(1.46~1.49均可)　V，内阻r=　0.84(0.82~0.87均可)　Ω。
【解析】 (1)实验提供的器材中虽然没有电压表，但给出了已知内阻的两个电流表，电路中电流最小约为I==75 mA，应选择0~0.6 A量程的电流表A2，应将电流表A1串联电阻箱改装成较大量程的电压表使用，即合理的是b；要改装成量程为0~3 V的电压表，由欧姆定律有U=Ig1(Rg1＋R0)，解得R0=990.0 Ω。
(2)延长题图乙中图像，可得图像与纵轴的交点的纵坐标为1.48 mA，由闭合电路欧姆定律得E=I1(Rg1＋R0)＋I2r，即I1=·I2，故I2=0时，=1.48 mA，解得E=1.48 V，将(0.45 A，1.1 mA)代入可得r=0.84。
8. 答案：（1）1.705 mm；（2）a，1.5 V，1.0 Ω；（3）串，5940 Ω
解析：(1)用螺旋测微器测量一物体的直径读数为1.5 mm＋20.5×0.01 mm＝1.705 mm。
(2)①在闭合开关S之前为防止电表过载，滑动变阻器的滑片P应放在a处；
②由题图丙可得该电源电动势E＝1.5 V，内阻r＝ Ω＝1.0 Ω。
(3)某同学在设计电压表改装时，将一个内阻为60 Ω，满偏电流为0.5 mA的电流表表头改成量程为3 V的电压表，需要串联一个电阻，根据U＝IG(RG＋R)，
可得R＝5 940 Ω，即串联的电阻阻值为5 940 Ω。
答案：(1)1.705　(2)①a　②1.5　1.0　(3)串　5 940
9. 答案：（1）保护；（2）见关系式；（3）1.47 V，1.3 Ω；（4）有
(1)R0在电路中起　保护　(填“保护”或“分流”)作用。
(2)与E、r、R、R0的关系式为= 　。　
(3)根据记录数据作出－R图像，如图乙所示。已知R0=9.0 Ω，可得E=　1.47　V(结果保留3位有效数字)，r=　1.3　Ω(结果保留2位有效数字)。
(4)电流传感器的电阻对本实验干电池内阻的测量结果　有　(填“有”或“无”)影响。
【解析】 (1)R0与电阻箱串联，可知，R0在电路中起保护作用。
(2)根据闭合电路欧姆定律E=I(R＋R0＋r)，化简可得。
(3)结合上述有，结合图乙有 V－1，
=7 A－1，解得E≈1.47 V，r≈1.3 Ω。
(4)当电流传感器有内阻时，所测的电源内阻r测=r真＋r传，导致电源内阻的测量值偏大，即电流传感器的电阻对本实验干电池内阻的测量结果有影响。
10. 答案：（1）（2）见图；（3）2.0 V，0.4 Ω
解析：(1)根据电路图连接实物电路如图所示：
(2)根据表中实验数据在坐标纸中描出对应点，然后作出图像如图所示：
(3)由图示电源U I图像可知，图像与电压坐标轴的交点坐标值为2.0 V，则电源电动势E＝2.0 V；图像斜率的绝对值等于电源内阻与保护电阻阻值之和，则k＝r＋R0＝＝ Ω＝2.4 Ω，电源的内阻r＝k－R0＝2.4 Ω－2.0 Ω＝0.4 Ω。
答案：(1)实物图见解析中图
(2)U I图线见解析中图
(3)2.0　0.4

展开更多......

收起↑