新教材2023版高中物理课时素养评价16实验：测量电池的电动势和内阻教科版必修第三册

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课时素养评价16　实验：测量电池的电动势和内阻1．某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻，现备有下列器材：A．被测干电池一节(电动势约为1.5 V)B．电流表1：量程0～0.6 A，内阻约0.3 ΩC．电流表2：量程0～3 A，内阻约为10 ΩD．电压表1：量程0～3 V，内阻未知E．电压表2：量程0～15 V，内阻未知F．滑动变阻器1：0～10 Ω，2 AG．滑动变阻器2：0～1 000 Ω，1 AH．开关、导线若干伏安法测电池电动势和内阻的实验中，由于电流表和电压表内阻的影响，测量结果存在系统误差；在现有器材的条件下，要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻．(1)在上述器材中电流表应选________，电压表应选________，滑动变阻器应选________(填写选项前的字母)；(2)实验电路图应选择图中的________(填“甲”或“乙”)；(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U­I图像，则干电池的电动势E＝________ V，内电阻r＝________ Ω.(结果均保留两位有效数字)(4)E的测量值________E的真实值(填“大于”“等于”或“小于”).2．在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中备有如下器材：A．干电池1节(电动势约为1.5 V，内阻约为1 Ω)B．电压表 V(0～3 V，内阻约为20 kΩ)C．电流表A(0～0.6 A，内阻约为1.0 Ω)D．滑动变阻器R1(10 Ω，2 A)E．滑动变阻器R2(100 Ω，0.1 A)F．开关、导线若干(1)为减小实验误差和方便操作，连接图甲所示电路进行实验．实验中滑动变阻器应选用________(填“R1”或“R2”).(2)在实验中测得多组电压和电流值，得到如图乙所示的U­I图线，由图可较准确地求出该电源电动势E＝________ V；内阻r＝________ Ω.(结果均保留1位小数)3．为了测定电源电动势E的大小、内电阻r和定值电阻R0的阻值，某同学利用传感器设计了如图甲所示的电路，闭合开关S，调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，通过电压传感器1.电压传感器2(电压传感器可视为理想电压表)和电流传感器(可视为理想电流表)测得数据，用计算机分别描绘了如图乙所示的M、N两条U­I直线，请回答下列问题：(计算结果均保留三位有效数字)(1)根据图乙中的M、N两条直线可知，________(填选项).A．直线M是根据电压传感器2和电流传感器的数据绘得的B．直线M是根据电压传感器1和电流传感器的数据绘得的C．直线N是根据电压传感器2和电流传感器的数据绘得的D．直线N是根据电压传感器1和电流传感器的数据绘得的(2)根据图乙可以求得定值电阻R0＝ ________Ω.(3)电源电动势E＝________ V，内电阻r＝________Ω.(4)通过该实验测得电动势与电源实际电动势比较________(填“偏大”“偏小”或“相同”)，内阻与实际内阻比较________(填“偏大”“偏小”或“相同”)4．在某次物理实验探究课上，某学习小组想利用图甲所示电路来测量一个多用电表内电源的电动势E和电阻“×1 k”挡内部电路的总电阻R内，在实验室找到以下器材：①多用电表一只，预估内电源电动势约为6 V；②电压表：量程为0～15 V，内阻约为十几千欧；③电阻箱：最大阻值9 999 Ω；④导线若干．(1)该小组做实验之前想测出电压表内阻，进行了以下操作步骤：①将多用电表挡位调到电阻“×1 k”挡，红表笔和黑表笔短接，调零．②断开开关S，将图甲中多用电表的黑表笔和________(填“1”或“2”)端相连，红表笔连接另一端．③此时多用电表和电压表的读数分别为14.0 kΩ和3.00 V．从测量数据可知，电压表的内阻为________kΩ.(2)接下来为了完成实验目标，又进行了如下操作：①保持多用电表电阻挡位不变，闭合开关S，把电阻箱阻值调到适当值，记下多组电阻箱阻值R和电压表示数U，某次测量时电阻箱的读数如图乙所示，则该读数为________ Ω.②某同学以 eq \f(1,U)为纵坐标， eq \f(1,R)为横坐标，作 eq \f(1,U)­ eq \f(1,R)图线，如图丙所示；由图得E＝________V，R内＝________kΩ.(本小问结果均保留两位有效数字).5．在“测定电池电动势和内阻”的实验中，某同学所用电路图和测得的数据如下：(1)用给出的数据画出U­I图像；(2)由图像可得电池的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω.(均保留2位小数).6．某实验小组做“测量电池的电动势和内阻”的实验，他们在实验室里找到了以下器材：A.一节待测的干电池B.电流表A1(满偏电流为3 mA，内阻RA1＝10 Ω)C.电流表A2(量程为0～0.6 A，内阻RA2约为0.1 Ω)D.滑动变阻器R1(0～20 Ω，10 A)E.定值电阻R0(1 190 Ω)F.开关和导线若干某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但提供了两块电流表，于是他设计了如图甲所示的电路，并进行实验．该同学测出几组电流表A1、A2的示数I1、I2，利用测出的数据画出I1­I2的关系图像如图乙所示，则由图像可得被测干电池的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω.(结果均保留两位有效数字)7.某同学利用如图(a)所示的电路测量干电池的电动势E与内阻r，电流表的内阻为0.5 Ω，实验时改变电阻箱的阻值R，记录电流表的相应示数，相关数值在表中给出：(1)根据电路图(a)在实物图(b)中相应位置完成实物图连线；(2)根据所给实验数据，在图(c)的坐标纸上画出R­ eq \f(1,I)图线；(3)由R­ eq \f(1,I)图线可得E＝________ V，r＝________ Ω(结果均保留1位小数).8．在“测定电池的电动势和内阻”的实验中，备有如下器材：A.干电池1节B.电流表(量程0～0.6 A，内阻约0.1 Ω)C.灵敏电流计G(满偏电流Ig为200 μA，内阻rg为100 Ω)D.滑动变阻器(0～20 Ω)E.电阻箱R(0～9 999.9 Ω)F.开关、导线若干(1)由于没有电压表，需要把灵敏电流计G改装成量程为2 V的电压表，需串联一个阻值为________ Ω的电阻．(2)改装后采用如图甲所示电路进行测量．在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑片移动至________(填“a端”“中央”或“b端”).(3)图乙为该实验绘出的I1­I2图线(I1为灵敏电流计的示数，I2为电流表的示数)，由图线可求得被测电池的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω(结果保留两位小数).9．某同学想测量由两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r，实验器材有：一只电压表(测得的电压用U表示)，一只电阻箱(阻值用R表示)，一只开关和若干导线，该同学设计了如图甲所示的电路进行实验，图甲中a、b、c、d、e是导线的代号．　(1)该同学设计实验的原理表达式是E＝________(用r、U、R表示)；(2)该同学在闭合开关之前，应先将电阻箱调到________(选填“最大值”“最小值”或“任意值”)，闭合开关后，该同学发现电压表有示数，但改变电阻箱连入电路的阻值时，电压表示数却保持不变，原因可能是(写出一条即可)________，排除故障后再次闭合开关，实验的过程中，将电阻箱调至如图乙所示位置，则此时电阻箱接入电路的阻值为________ Ω；(3)该同学顺利完成实验后，根据测得的数据画出图丙所示的 eq \f(1,U)­ eq \f(1,R)图线，由图可知：电池组的电动势E＝________，内阻r＝________．( eq \f(1,U)­ eq \f(1,R)图中a1、a2、b1均为已知量)课时素养评价16　实验：测量电池的电动势和内阻1．解析：(1)一节干电池的电动势为1.5 V左右，故电压表应选D；为了使电压表读数变化大一些，滑动变阻器阻值不宜过大，故应选F；本实验通过干电池的电流不宜过大，故电流表应选B；(2)电流表的内阻和干电池的内阻比较接近，采用乙图电路图所产生的系统误差更小，故实验电路图应选择乙图；(3)U­I图像的纵轴截距表示电动势，斜率的绝对值表示内阻，则有E＝1.5 V，r＝ eq \f(1.5－1.0,0.50) Ω＝1.0 Ω；(4)实验电路乙图中的误差来源于电压表的分流，使得电流表的示数小于真正流过电源的总电流，测量图线与真实图线如图所示由图像可知电动势的测量值小于真实值．答案：(1)B　D　F　(2)乙　(3)1.5　1.0　(4) 小于2．解析：(1)干电池内阻约为1 Ω，滑动变阻器串联在电路中，用来调节两端电压和电路中的电流，为减小误差和方便调节，滑动变阻器的最大值应与电源内阻相差不多，故选择最大阻值为10 Ω的R1；(2)根据甲图电路连接方式，由闭合回路欧姆定律可得U＝E－Ir，由U­I图像可知，E为图像纵轴的截距，即E＝1.5 V，图像斜率的绝对值为r，即r＝ eq \f(1.5－0.8,0.8) Ω≈0.9 Ω.答案：(1)R1　(2)1.5　0.93．解析：(1)定值电阻的U­I图线是正比图线，一定经过原点，故图线M是根据传感器2和电流传感器的数据绘得的；而N图线电压随电流的增大而减小，故为电源的伏安特性曲线，是由传感器1和电流传感器的数据画出的，故选AD.(2)定值电阻的U­I图线是正比图线，斜率表示电阻R＝ eq \f(U,I)＝ eq \f(0.4,0.2) Ω＝2.00 Ω.(3)根据U＝E－Ir可知图线N的纵轴截距表示电动势，则有E＝1.46 V；斜率表示内电阻r＝ eq \f(1.46－0.8,0.4) Ω＝1.65 Ω.(4)根据U＝E－Ir可知，因电流传感器可视为理想电流表，故电流传感器不会分压，故电压传感器1测的就是路端电压，电流传感器测的就是干路电流，故通过该实验测得电动势与电源实际电动势相同，内阻与实际内阻相同．答案：(1)AD　(2)2.00　(3)1.46　1.65　(4)相同　相同4．解析：(1)②根据多用电表内部原理可知，电流流向为“红表笔流入，黑表笔流出”，故黑表笔应与电压表正极相连，故选“1”；③多用电表测电压表内阻时，示数即为电压表内阻，即为14.0 kΩ；(2)①根据电阻箱读数原理可知，题图乙中电阻箱读数应为2×1 000 Ω＋1×100 Ω＋1×10 Ω＋0×1 Ω＝2 110 Ω②根据闭合电路的欧姆定律E＝U＋ eq \f(U,R)R内可知 eq \f(1,U)＝ eq \f(R内,E) eq \f(1,R)＋ eq \f(1,E)，根据题图丙中图线的斜率和截距的含义可得E＝6.0 V，R内＝15 kΩ.答案：(1)1　14.0　(2)2 110　6.0　155．解析：(1)根据表格中数据描点连线，作出的U­I图像如下(2)由图示电源U­I图像可知，图像与纵轴交点坐标值是1.50，则电源电动势E＝1.50 V；电源内阻r＝ eq \f(ΔU,ΔI)＝ eq \f(1.50－1.00,0.28) Ω≈1.80 Ω答案：(1) 见解析　(2)1.50　1.80(1.60～1.90均可)6．解析：由图像可知，图线与纵轴的交点的纵坐标为I1＝1.25 mA，与横轴的交点的横坐标为I2＝0.5 A，则干电池的内阻为r＝ eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))＝ eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔI1（RA1＋R0）,ΔI2)))＝ eq \f(（1.25－1.0）×10－3×（10＋1 190）,0.5) Ω＝0.60 Ω，干电池的电动势为E＝I1(RA1＋R0)＝1.25×10－3×(10＋1 190) V＝1.5 V.答案： 1.5　0.607．解析：(1)根据电路图连接实物图如图(b)所示：(2)根据“描点法”作出的R­ eq \f(1,I)图像如图(c)所示：(3)根据闭合电路欧姆定律可得E＝I(R＋r＋RA)，解得R＝E· eq \f(1,I)－(r＋RA)，所以图像的斜率即为电源电动势E＝ eq \f(16.0－4.0,5.88－2.00) V≈3.1 V，图像与纵坐标的截距为－(r＋RA)＝－2.0 Ω，解得r＝1.5 Ω.答案：(1) 见解析　(2)见解析　(3)3.1　1.5 (1.3～1.7均可)8．解析：(1)把灵敏电流计G改装成量程为2 V的电压表，需串联一个阻值为R＝ eq \f(U,Ig)－rg＝ eq \f(2,200×10－6)－100 Ω＝9 900 Ω的电阻．(2)改装后采用如图甲所示电路进行测量．在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑片移动至a端电阻最大的位置．(3)由闭合电路欧姆定律得E＝I1(R＋rg)＋(I1＋I2)r，解得I1＝ eq \f(E,R＋rg＋r)－ eq \f(r,R＋rg＋r)I2，结合图乙得 eq \f(E,R＋rg＋r)＝1.48×10－4 A， eq \f(r,R＋rg＋r)＝ eq \f(（135－110）×10－6,0.45－0.15)，由以上两式解得E＝1.48 V，r＝0.83 Ω.答案：(1)9 900　(2)a端　(3)1.48　0.839．解析：(1)根据闭合电路欧姆定律，可得该同学设计实验的原理的表达式E＝ eq \f(U,R)(r＋R)＝U＋ eq \f(Ur,R).(2)为了保护电路，该同学在闭合开关之前，应先将电阻箱调到最大值，闭合开关后，该同学发现电压表有示数，但改变电阻箱连入电路的阻值时，电压表示数却保持不变，原因可能是导线a断路，根据图乙可得电阻箱接入的阻值为R＝2×10 Ω＋1×1 Ω＝21 Ω.(3)根据E＝U＋ eq \f(Ur,R)，整理得 eq \f(1,U)＝ eq \f(r,E)× eq \f(1,R)＋ eq \f(1,E)，结合 eq \f(1,U) ­ eq \f(1,R)图线可知 eq \f(1,E)＝a1，k＝ eq \f(r,E)＝ eq \f(a2－a1,b1)，解得E＝ eq \f(1,a1)，r＝ eq \f(a2－a1,a1b1).答案：(1)U＋ eq \f(Ur,R) 　(2)最大值　导线a断路　21　(3)  eq \f(1,a1)　 eq \f(a2－a1,a1b1)A组　合格性考试练序号123456U/ V1.421.361.081.211.141.07I/A0.040.080.120.160.200.24B组　选择性考试练R( Ω)4.07.010.013.016.0 eq \f(1,I)(A－1)2.002.943.954.905.88