高中物理 第二章 恒定电流 实验：测定电池的电动势和内阻复习练习 新人教版选修3-1

实验：测定电池的电动势和内阻
考纲要求：Ⅱ难易程度：★★★☆☆
用如图所示的电路测量一节蓄电池的电动势和内阻。

蓄电池的内阻非常小，为防止滑动变阻器电阻过小时因电流过大而损坏器材，电路中用了一个保护电阻R0。

除蓄电池、滑动变阻器、开关、导线外，可供使用的实验器材还有：
①电流表（量程0.6 A、3 A）
②电压表（量程3 V、15 V）
③保护电阻甲（阻值1 Ω、额定功率5 W）
④保护电阻乙（阻值10 Ω、额定功率10 W）
电流表应选_________量程，电压表应选________ 量程，保护电阻选_____________。

【参考答案】0.6 A 3 V 1 Ω
【试题解析】蓄电池内阻约为1 Ω，电路中接有保护电阻，电路电流不超过1 A，如果用量程为3 A的电流表，误差较大，因此电流表应选0.6 A量程；一节蓄电池电动势约为2 V，因此电压表应选3 V量程；选电池电动势为2 V，保护电阻应选甲（阻值1 Ω、额定功率5 W），如果选择乙，由于定值定值较大，电路电流较小，电流变化范围小，不能测多组实验数据。

【名师点睛】本题考查了实验器材的选取，要掌握实验器材的选取原则：安全性原则、精确性原则、方便性原则、经济（节能）性原则。

如图所示是甲、乙、丙三位同学设计的测量电源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
A．只有甲同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻
B．只有乙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻
C．只有丙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻
D．三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻
在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，滑动变阻器应使用_____连接方式（填“分压式”“限流式”）；在“测量干电池电动势和内阻”的实验中，滑动变阻器应选阻值_____（填“大的”“小的”）。

在“测定电池的电动势和内阻”实验中，通过改变滑动变阻器电阻大小，测量并记录多组电压和相应电流值，某同学的实验数据如下表所示，与预想的实验结果不一致。

（1）由实验数据来分析，他所连接的电路可能是图甲电路图中的________。

（2）某同学假如利用图甲中的原理图A来测量该电源的电动势，请根据所选的电路原理图A将实物电路图乙连接好。

实验后该同学根据实验数据作出的U–I图线如图丙所示，若实验中电阻R1=5 Ω，则由该图线可得被测电池的电动势E=________V，内阻r=________Ω。

某物理兴趣实验小组的同学为了测量电动势约为 3 V，内阻约为几欧的某电源的电动势和内阻，实验室可供选择的实验器材如下。

A．电压表 V1（0~3 V，R V1=10 kΩ） B．电压表 V2（0~15 V，R V2=50 kΩ）
C．电流表 A1（0~3 mA，R g=100 Ω） D．电流表 A2（0~3 A，内阻约为 0.5 Ω）
E．滑动变阻器R1（0~10 Ω） F．滑动变阻器R2（0~1 000 Ω）
G．定值电阻R3=0.5 Ω H．定值电阻R4=10 Ω
I．开关 S 以及导线若干，回答下列问题：
（1）在设计本实验时，为了减小实验误差，电压表应选________（填器材前的序号），为了操作方便，滑动变阻器应选________（填器材前的序号），通过分析可知电流表 A1的量程太小、电流表 A2的量程太大，该小组的同学想将电流表 A1改装成量程合适的电流表，则应将电流表 A1与定值电阻________（填器材前的序号）________（选填“串”或“并”）联，改装后的电流表的量程应为________A；（结果保留一位有效数字）
（2）请设计合适的电路图测量电源的电动势和内阻，画在如图甲所示的虚线框内；
（3）该实验小组的同学利用所设计的电路得到多组数据，以电流表 A1的示数为横坐标、电压表的示为纵坐标建立坐标系，并将各组数据描绘在该坐标系中，得到的U–I图象如图乙所示，则该电源的内阻r=______Ω。

（结果保留两位小数）
某同学设计了如图甲所示的电路来测量电源电动势E及电阻R1和R2的阻值。

实验器材有：待测电源E （不计内阻），待测电阻R1，待测电阻R2，电压表V（量程为3 V，内阻很大），电阻箱R（0~99.99 Ω），单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。

（1）先测电阻R1的阻值。

请将该同学的操作补充完整：
A．闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数R0和对应的电压表示数U1。

B．保持电阻箱示数不变，__________，读出电压表的示数U2。

C．则电阻R1的表达式为R1=__________。

（2）该同学已经测得电阻R1=3.2 Ω，继续测电源电动势E和电阻R2的阻值，其做法是：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和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图乙所
示的11
U R
图线，则电源电动势E=____ V，电阻R2=_____ Ω。

为了测定干电池的电动势和内阻，现有下列器材：
3
A．6.3 V蓄电池；
B．干电池一节；
C．电压表V（0~3 V~15 V，内阻约为3 kΩ，15 kΩ）；
D．电流表A（0~0.6 A~3 A，内阻约为10 Ω，2 Ω）；
E．电流表G（满偏电流3 mA，内阻R g=10 Ω）；
F．变压器
G．滑动变阻器（0~20 Ω）；
H．滑动变阻器（0~1 000 Ω）；
I．电阻箱（0~9 999 Ω）；
J．开关、导线。

（1）用电流表和电压表测量干电池的电动势和内阻时，应选用的变阻器是________（用代号回答）。

（2）根据实验要求，用笔画线代替导线在图甲上连线。

图甲
（3）某次实验记录如下：
图乙
根据表中数据在坐标图乙上画出U－I图线，由图可求得E=________V，r=________Ω。

（4）用你设计的电路做实验，测得的电动势与电池电动势的真实值相比________（填“偏大”“偏小”或“相等”）；测得的内阻与电池内阻的真实值相比________（填“偏大”“偏小”或“相等”）。

（5）如果实验中电压表坏了，选用其他器材进行实验，请画出相应的电路图。

【参考答案】
D 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
，E=U2
求得电源的电动势和内电阻，而图丙中可用E=I1(R1+r)，E=I2(R2+r)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项正确。

分压小的
（2）由电路图连接实物图如下图所示。

根据U–I图象的物理意义可知电源的电动势为E=1.42 V，将R1
看成电源的内阻，则等效电源的内阻为
r=r0–R1=7.9 Ω–5 Ω=2.9 Ω。

【名师点睛】本题考查测量电动势和内电阻的实验，要注意掌握数数处理的方法，注意在计算内阻时要减去等效保护电阻的阻值。

（1）A E G 并 0.6
（2）如图所示
5
（3）1.68
（1）电源电动势约为3 V ，故在设计本实验时，为了减小实验误差，电压表应选A ；为了操作方便，滑动变阻器应选E ；通过分析可知电流表 A 1 的量程太小、电流表 A 2 的量程太大，该小组的同学想将电流表 A 1 改装成量程合适的电流表，则应将电流表 A 1 与定值电阻G 并联，改装后的电流表的量程应
为
（2）电路图如图所示
（3）当电流表读数为 2.5 mA 时，电路的总电流
为A ，该电源的内
阻
（1）将S 2切换到b
21
01
U U R U - （2）
2 0.8
【名师点睛】（1）利用题目中给出的电路及步骤的提示，同时结合闭合电路的欧姆定律可得出实验的步骤； （2）再由原理可得出实验中数据处理的方法及公式，结合图象可求得电动势和内电阻。

（1）G （2）
（3）
1.50 0.80 （4）偏小偏小
（5）
（1）滑动变阻器作限流用，电路中的电流应较大，故滑动变阻器用阻值小的即可满足实验要求，故变阻器选G。

（2）由于电流表内阻和电源内阻相接近，所以采用电流表内接法，如图（a）所示
（3）描点作图如图（b）所示，图线与纵轴的交点即为电源的电动势E
=1.50 V
7。