高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 实验：电池电动势和内阻的测量优秀同步测试题

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 实验：电池电动势和内阻的测量优秀同步测试题，文件包含人教版2019高中物理必修第三册123实验电池电动势和内阻的测量分层练习原卷docx、人教版2019高中物理必修第三册123实验电池电动势和内阻的测量分层练习解析卷docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共36页， 欢迎下载使用。
1．用如图所示电路测量电源的电动势和内阻，实验器材：待测电源（电动势约3V，内阻约2Ω），保护电阻R1（阻值10Ω）和R2（阻值5Ω），滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干。
实验主要步骤：
（i）将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；
（ii）逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；
（iii）以U为纵坐标，I为横坐标，作图线（U、I用国际单位）；
（iv）求出图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a。
回答下列问题：
(1)电压表最好选用 ：电流表最好选用 。
A．电压表（0~3V，内阻约15kΩ）
B．电压表（0~3V，内阻约3kΩ）
C．电流表（0~200mA，内阻约2Ω）
D．电流表（0~30mA，内阻约2Ω）
(2)选用k、a、R1、R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E= ，r= ，代入数值可得E和r的测量值。
【答案】(1) A C
(2)
【详解】（1）[1]由于待测电源的电动势约3V，为了减小电压表分流的影响，电压表最好选用内阻较大的A。
[2]由于保护电阻R1（阻值10Ω）和R2（阻值5Ω），则最大电流大约为
所以电流表最好选用C。
（2）[1][2]根据闭合电路欧姆定律可得
由于图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a；则有
，
解得
，
2．某课题研究小组准备测量一个锂电池的电动势和内阻，实验室提供的器材有：
A．待测锂电池（电动势E约3.9V，内阻r约2Ω，最大电流=0.6A）；
B．理想电压表（量程0~3V）；
C．电阻箱R1（0∼99.9Ω）；
D．定值电阻R0=4.5Ω；
E．开关S一个，导线若干。
(1)课题小组设计了如图1和图2所示的两套方案，若要求电压表能够达到满偏，你认为合理的是图 （填“1”或“2”），原因是 。
(2)若某同学在实验过程中，发现调节电阻箱时电压表有示数，但示数不变，则可能的原因是______（填选项序号）。
A．连接定值电阻的导线断开
B．连接电阻箱的导线将电阻箱短路
C．电阻箱调节旋钮失效，调节过程中其电阻恒定不变
(3)故障排除后，多次改变电阻箱的阻值R1，读出对应的电压U，根据测得的数据作出图像，如图3所示，则电源电动势 ，内阻 （结果均保留2位有效数字）。
【答案】(1) 1 见解析
(2)C
(3) 4.0 1.9
【详解】（1）[1][2]采用图1方案，当电压表接近满偏时，回路内的电流约为
可以使用；采用方案2，电压表示数最大值为
不可以使用，故合理的是1方案。
（2）A．若连接定值电阻的导线断开，则电压表不会有示数，故A错误；
B．若连接电阻箱的导线将电阻箱短路，则电压表亦被短路，电压表没有示数，故B错误；
C．若电阻箱调节旋钮失效，调节过程中其电阻恒定不变，则电阻箱两端的电压一定，电压表的示数即为电阻箱两端的电压，即此时调节电阻箱时电压表有示数，且示数不变，故C正确。
故选C。
（3）[1]根据欧姆定律
整理得
图像的纵截距为
解得
[2]图像的斜率为
解得
3．某小组同学设计了如下实验来测量苹果电池的电动势和内电阻，请回答以下问题：
(1)甲同学为了粗略测量苹果电池的电动势，使用3V量程的电压表直接测量苹果电池两极间的电压，测试结果如图甲所示，则电压表的读数为 V；
(2)乙同学为精确测量苹果电池的电动势，找到如下器材：定值电阻、电流计（内阻不计）、一根均匀电阻丝（配有可在电阻丝上移动的金属夹）、开关和导线若干。他将电阻丝绕在一个绝缘的圆形钟表盘上，如图乙所示。用对应的格子数n表示接入电路中的电阻丝长度，记录不同n对应的电流计读数I，描点作图得到如图丙所示图线。已知每小格对应的电阻丝阻值为，由图丙可求得电源的电动势 V（保留两位有效数字），内阻 （保留到整数）；
(3)甲同学与乙同学测量的苹果电池的电动势明显不同，原因是： 。
【答案】(1)0.40V
(2) 0.80 1400
(3)甲同学用电压表直接测量的示数为闭合电路的路端电压，且电压表内阻与电源内阻接近，则电压表示数接近电动势的一半
【详解】（1）3V的量程精确度为0.1V，估读到0.01V，则电压表读数为0.40V；
（2）[1][2]由闭合电路的欧姆定律得
变式可得
根据图象斜率和截距分别为
，
解得
，
（3）甲同学用电压表直接测量的示数为闭合电路的路端电压，电压表内阻与电源内阻接近，则电压表示数接近电动势的一半，故电压表示数明显小于电动势。
4．某课外科技活动小组利用铜片、锌片和橙子制作了橙汁电池，他们用如图1所示的实验电路测量该电池的电动势E和内阻r。图中电流表的量程为300μA；电阻箱阻值R的变化范围为0-9999.9Ω。连接电路后，调节电阻箱R的阻值，得到一系列测量数据如下表所示。
(1)以IR为纵轴，以I为横轴建立坐标系，将实验点描在图2的坐标纸中。做出图线 。
(2)根据图线求得电池的电动势 V（保留两位有效数字）。
(3)图线的斜率 （保留两位有效数字）。
(4)若电流表内阻，则电池内阻为 （用k和表示）。
【答案】(1)见解析
(2)0.83
(3)
(4)
【详解】（1）做出图线如图所示
（2）由闭合电路欧姆定律，有
结合图像可知
（3）图线的斜率
（4）若电流表内阻，则电池内阻为
解得
数据处理
5．某实验小组选用以下器材测定一节干电池的电动势和内阻。
待测干电池一节（电动势约1.5V，内阻小于）；
电压表V（内阻约）；
电流表A（内阻约）；
滑动变阻器R（最大阻值为）；
定值电阻（阻值）；
定值电阻（阻值）；
开关一个，导线若干。
(1)该小组连接的实物电路如图a所示，经仔细检查，发现电路中有一条导线连接不当，这条导线对应的编号是 ；
(2)改正这条导线的连接后开始实验，闭合开关前，滑动变阻的滑片P应置于滑动变阻器的 （选填“a”或者“b”）端；
(3)该小组按照图a改正后的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在坐标纸上描点，如图b所示。结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现这种现象的主要原因是___________；（单选，填正确答案标号）
A．电压表内阻较大B．电流表内阻较小
C．滑动变阻器最大阻值较小D．干电池内阻较小
(4)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组再利用实验室提供的一个定值电阻改进了实验方案，重新正确连接电路后，调整滑动变阻器共测得7组电流和电压的数据，如下表。在如图c所示的坐标纸上已标出5组数据对应的坐标点，请在坐标纸上标出剩余2组数据对应的坐标点，并画出图像 ；
(5)根据图像和所选的定值电阻，可得该节干电池的内阻约为 （结果保留两位小数）。
【答案】(1)2
(2)b
(3)D
(4)
(5)
【详解】（1）实验中电压表测量路端电压，故电路中2导线连接不当。
（2）实验时把滑动变阻器的滑片移动到使接入电路阻值最大的一端。故滑动变阻的滑片P应置于滑动变阻器的“b”端。
（3）根据闭合电路的欧姆定律知
得
电压表变化范围小是因为图线的斜率较小，而图线斜率的绝对值表示干电池内阻，故出现该现象的主要原因是干电池内阻较小，D正确；
故选D。
（4）将前面2个点描绘在坐标纸上，将尽可能多的点描绘在一条直线上，由于（0.32，0.71）偏离直线较远，所以应舍弃，画出图像如图所示；
（5）进实验时，为了使电压表示数变化明显，需要把定值电阻与电源串联，共同作为等效电源，根据图线求得斜率绝对值为
可知等效电源内阻大于则定值电阻大于小于，所以定值电阻选择；可得该节干电池的内阻约为
6．某同学用图1所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内电阻r，R为电阻箱。实验室提供的器材如下：电压表（量程0~3V，内阻约），电阻箱（阻值范围）；开关、导线若干。
(1)请根据图1的电路图，在图2中画出连线，将器材连接成实验电路 。
(2)实验时改变电阻箱R的值，记录下电压表的示数U，得到如下表所示的若干组R、U的数据。
根据实验数据在图3描点如图所示，请在图像里描出图线 。由图像得出电池组的电动势 V，内电阻 。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）如图
（2）[1]如图
[2][3]由闭合电路欧姆定律可得
则
故图像斜率
截距
结合图像数据得
误差分析
7．某实验小组的同学利用实验室提供的实验器材，进行测量电池组电动势和内阻实验。可用器材如下：
A．电池组（电动势约为3V，内阻约为1Ω）
B．表头A（量程0~200μA，内阻）
C．电阻箱（阻值调节范围0~99.9Ω）
D．电阻箱（阻值调节范围0~999.9Ω）
E．开关1个、导线若干
(1)该小组同学设计的实验电路分别如图（a）中的甲、乙所示，结合器材规格可知，电路图 （填“甲”或“乙”）较合适，且在实验过程中应将电阻箱 （填“”或“”）的阻值调为 Ω，使改装后电表的量程为表头初始量程的100倍来完成实验。
(2)结合所选电路图，在图（b）中用笔画线代替导线将实物图连接完整。
(3)连接电路后，通过改变另一电阻箱接入回路的阻值R，记录多组电表示数I和R的值，作出的关系图像如图（c）所示，则电池组的电动势 V，内阻 Ω。（结果均保留2位小数）
(4)不考虑实验操作和读数带来的误差，电池组电动势的测量值 真实值，内阻的测量值 真实值。（均填“大于”“小于”或“等于”）
【答案】(1) 乙 2
(2)
(3) 3.00 1.02
(4) 等于 等于
【详解】（1）[1][2]结合所给器材规格可知，若采用电路图甲，电阻箱的阻值全部接入回路时，该回路中的电流约为
大于表头的量程，不能完成实验。电路图乙较合适。结合电表改装原理，有
则应将电阻箱接入回路的阻值调为2Ω。
（2）
（3）[1][2]由闭合电路欧姆定律得
整理得
又结合图像得
，
解得
，
（4）[1][2]结合上述分析可知，在不考虑实验操作和读数带来的误差时，不存在实验误差，故电池组电动势的测量值和内阻的测量值均等于真实值。
8．（物理学习小组通过实验测量一节干电池的电动势和内阻。
(1)同学们按照如图1所示的电路进行实验，发现无论如何调节滑动变阻器的阻值，电压表的示数变化很小（不为零），于是在电路中接入一个定值电阻（阻值为1Ω），之后电压表示数变化正常，的作用是______（填正确答案标号）。
A．增大电流表的量程B．增大电压表的量程
C．增大滑动变阻器的阻值范围D．增大电源的等效内阻
(2)小明同学通过查阅说明书，得知电流表的内阻，于是又对接入后的电路进行了改进，请在图2方框中画出改进后的电路图（仍包含） 。
(3)根据改进后的实验方案，测得多组电压、电流，作出图像如图3所示，由图线可得电池的电动势 ， 。
(4)根据改进后的实验方案完成实验，电池内阻的测量值 真实值（填“大于”“等于”或“小于”）。
【答案】(1)D
(2)
(3) 1.5 0.2
(4)等于
【详解】（1）根据闭合电路欧姆定律可得
可得
可知电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是电源的内阻较小引起的。在电路中接入一个定值电阻，之后电压表示数变化正常，则的作用是增大电源的等效内阻。
故选D。
（2）电流表的内阻已知，为准确求出电池的电动势和内阻，电流表应相对于电源内接，出改进后的电路图如图所示。
（3）[1]根据闭合电路欧姆定律可得
可得
图像的纵截距表示电池的电动势，为
[2]图像的斜率为
解得
（4）实验处理数据时，已考虑了电表内阻，根据改进后的实验方案完成实验，电池内阻的测量值等于真实值。
9．“圆梦”小组同学在物理实验室进行电学实验探究，老师给出的实验器材如下：
电流表G（量程1mA，内阻约为几十欧）
电阻箱（最大阻值999.9Ω）
电阻箱（最大阻值99.9Ω）
滑动变阻器R（最大阻值4kΩ）
电池组（电动势约3V，内阻未知）
导线、开关若干
(1)有同学设计了如图所示的电路测量电流表G的内阻，请完成以下实验内容：
①把滑动变阻器R滑片调到 端（选填“a”或“b”）；
②闭合开关，断开开关，调节滑动变阻器R的阻值，使电流表满偏；
③保持滑动变阻器的滑片不动，闭合开关，调节电阻箱的阻值，当时，电流表G的指针恰好指在满偏刻度的处，由此可知电流表G的内阻测量值为 ，该测量值与真实值相比 （选填“偏大”“相等”或“偏小”）。
(2)小组同学利用该电路图测量电源的电动势和内阻，先把电阻箱的阻值调到较小值，把滑动变阻器换成电阻箱，闭合开关，改变的阻值，记录电流表G的示数I，得到一系列的数据，作出图像，若得到图像的斜率为k，纵截距为b，则电源电动势 内阻 （均用、、b、k表示）
【答案】(1) 80.0 偏小
(2)
【详解】（1）①[1]电流表G的量程很小，为了保护电流表，主干电路电流就必须较小，根据欧姆定律得滑动变阻器连入电路中电阻要较大，故滑动变阻器滑片调到端。
③[2][3]根据并联电路特点，有
解得
实验操作过程保持滑动变阻器的滑片不动，认为闭合开关前后回路中电流不变，实际上回路中总电阻会变小，总电流会变大，电阻箱中流过的电流大于测量值小于真实值。
（2）[1][2]根据闭合电路欧姆定律，有
变形得
结合题意有
解得
10．在“测量一节干电池的电动势和内阻”实验中，电路图如图，可选用的实验器材有：
电压表V1（量程3V）；电压表V2（量程15V）；
电流表A1（量程0.6A）；电流表A2（量程3A）；
滑动变阻器R1（最大阻值20Ω）；滑动变阻器R2（最大阻值300Ω）；
干电池；开关S；导线若干；
(1)选择合适的器材：电压表应选 ，电流表应选 ，滑动变阻器应选 （填写所选器材前的符号）
(2)测得的7组数据已标在如图所示坐标系上，用作图法求干电池的电动势 V和内阻 Ω。（注意纵坐标未从0开始）
(3)两个实验小组用不同的电池完成了上述的实验后，发现各电池电动势相同，只是内阻有差异．同学们选择了内阻差异较大的甲、乙两个电池进一步探究电池的内阻热功率P随路端电压U变化的关系，画出了图3所示的P－U图像。已知甲电池组的内阻较大，则下列各图中可能正确的是 。
(4)按照图1的测量方法，某同学利用图像分析由电表内电阻引起的实验误差。在图4中，实线是根据实验数据描点作图得到的U-I图像；虚线是该电源的路端电压U随电流I变化的U-I图像（没有电表内电阻影响的理想情况）。下列图像中哪一个是该实验的分析
(5)图4中虚线U(I)的函数解析式是，如果考虑电表内阻影响，图4实线U(I)的函数解析式是U=( )·I+( )。（解析式中可能用到的物理量：电源电动势E，内阻r，电压表内阻RV，电流表内阻RA）
【答案】(1)
(2) 1.50 1.04
(3)B
(4)A
(5)
【详解】（1）[1]一节干电池的电动势大约1.5V，电压表应选择量程为3V的；
[2]一节干电池的内阻大约，为了精确测量电路中电流，电流表应选择量程为的；
[3]电路中的最大电阻约为
为了便于调节电路，滑动变阻器选择。
（2）[1][2]根据图中的点迹作图
根据闭合电路欧姆定律可得
根据图像可知干电池的电动势
干电池的内阻
（3）由焦耳定律可得，电源内阻热功率
P与U为二次函数关系，开口向上，由于电动势相同，当U=0时，纵轴截距为，内阻越大，截距越小，已知甲电池组的内阻较大，则甲的纵轴截距较小，故B正确，ACD错误。
故选B。
（4）图1的实验误差来自于电压表的分流作用，当电压表示数为零时无电流通过电压表，此时测量值等于真实值，电压表的示数越大，实际流过外电路的电流与理论上流过外电路电流的差值越大，故对应图4的U-I图像是A。
（5）由闭合电路欧姆定律可知
解得
11．（2024·北京·高考真题）某兴趣小组利用铜片、锌片和橘子制作了水果电池，并用数字电压表（可视为理想电压表）和电阻箱测量水果电池的电动势E和内阻r，实验电路如图1所示。连接电路后，闭合开关S，多次调节电阻箱的阻值R，记录电压表的读数U，绘出图像，如图2所示，可得：该电池的电动势E = V，内阻r = kΩ。（结果保留两位有效数字）
【答案】 1.0 3.3
【详解】[1][2]由闭合电路欧姆定律得，解得
结合题图2可得
，
12．（2024·甘肃·高考真题）精确测量干电池电动势和内阻需要考虑电表内阻的影响。可用器材有：电压表（量程1.5V，内阻约为）、电流表（量程0.6A）、滑动变阻器、开关、干电池和导线若干。某小组开展了以下实验。
(1)考虑电流表内阻影响
①用图1所示电路测量电流表的内阻。从图2电压表和电流表读数可得电流表内阻 （保留2位有效数字）。
②用图3所示电路测量干电池电动势和内阻。电压表读数、电流表读数、干电池内阻和电流表内阻分别用U、I、r和表示。则干电池电动势 （用I、r和表示）。
③调节滑动变阻器测得多组电表读数，作出图4所示的图像。则待测干电池电动势 V（保留3位有效数字）、内阻 （保留1位小数）。
(2)考虑电压表内阻影响
该小组也尝试用图5所示电路测量电压表内阻，但发现实验无法完成。原因是______（单选，填正确答案标号）。
A．电路设计会损坏仪器B．滑动变阻器接法错误
C．电压太大无法读数D．电流太小无法读数
【答案】(1) 1.0 1.40 1.0
(2)D
【详解】（1）[1]由图2可知，电压表读数为
电流表读数为
根据欧姆定律可得电流表内阻为
[2]由闭合电路欧姆定律可知，干电池电动势的表达式为
[3][4]根据变形为
根据图像可知，纵截距
斜率的绝对值
所以待测干电池电动势为
电源内阻为
（2）由于将电压表串联接在电路中，电压表内阻很大，电路中电流太小，故无法完成实验的原因可能是电流太小无法读数。
故选D。
13．（2024·辽宁·高考真题）某探究小组要测量电池的电动势和内阻。可利用的器材有：电压表、电阻丝、定值电阻（阻值为）、金属夹、刻度尺、开关S、导线若干。他们设计了如图所示的实验电路原理图。
(1)实验步骤如下：
①将电阻丝拉直固定，按照图（a）连接电路，金属夹置于电阻丝的 。（填“A”或“B”）端；
②闭合开关S，快速滑动金属夹至适当位置并记录电压表示数U，断开开关S，记录金属夹与B端的距离L；
③多次重复步骤②，根据记录的若干组U、L的值，作出图（c）中图线Ⅰ；
④按照图（b）将定值电阻接入电路，多次重复步骤②，再根据记录的若干组U、L的值，作出图（c）中图线Ⅱ。
(2)由图线得出纵轴截距为b，则待测电池的电动势 。
(3)由图线求得Ⅰ、Ⅱ的斜率分别为、，若，则待测电池的内阻 （用和表示）。
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】（1）为了保护电路，闭合开关前，金属夹置于电阻丝的最大阻值处，由图可知，应该置于端。
（2）对于电路图（a），根据闭合电路欧姆定律有
设金属丝的电阻率为，横截面积为，结合欧姆定律和电阻定律
联立可得
整理可得
对于电路图（b），根据闭合电路欧姆定律有
结合欧姆定律和电阻定律
联立后整理
可知图线的纵轴截距
解得
（3）由题意可知
又
联立解得
14．（2010·重庆·高考真题）（2）在探究小灯泡的伏安法测电阻实验中，所用器材有灯泡L，量程恰当的电流表A和电压表V，直流电源的E，滑动变阻器R、电键S等，要求灯泡两端电压从0开始变化。

①实验中滑动变阻器应采用 接法（“分压”或“限流”）
②某同学已连接如图Ⅰ所示的电路，在连接最后一根导线的c端到直流电源正极之前，请指出其中仅有的2个不当之处，并说明如何改正A： B：
③分别测得两只灯泡L1和L2的伏安特性曲线如图Ⅱ中Ⅰ和Ⅱ所示，然后将灯泡L1、L2与电池组（电动势和内阻均恒定）连成题图Ⅲ所示电路。多次测量后得到通过L1和L2的电流平均值分别为0.30A和0.60A。
A．在图Ⅱ画出电池组路端电压U和电流I的关系曲线 。
B．由该曲线可知电池组的电动势为 V，内阻为 Ω（取两位有效数字）
【答案】 分压 见解析 见解析 4.6 2.7
【详解】（2）①[1]探究小灯泡的伏安特性曲线要求电压从0到额定电压变化，所以滑动变阻器必须采用分压解法。
②A[2]在连接线路时必须将每个开关断开，而图中是闭合的这是第一个错误。
B[3]连好线路后在闭合开关前需要将限流滑动变阻器调到阻值最大而图中滑片在中间一点，则应将分压滑动变阻器调到输出为0端，在图中是b端，以保护电源和电表。
③AB[4][5]描绘电源的伏安特性曲线要求外电阻变化测定对应的多组路端电压和电流，本实验中用两个小灯泡来改变外电阻获得两组电流值，然后在小灯泡的伏安特性曲线上查出对应的电压，用两个坐标点描绘图像。为描绘准确可以先进行理论计算，首先查出两坐标为（0.30A，3.8V）和（0.60A，3.0V），则内阻为
电动势为E = 4.6V，然后作出准确图像如图
R/kΩ
8
7
6
5
4
3
I/μA
102
115
131
152
180
220
IR/
816
805
786
760
720
660
序号
1
2
3
4
5
6
7
I/A
0.08
0.14
0.20
0.26
0.32
0.36
0.40
U/V
1.30
1.13
1.00
0.82
0.71
0.60
0.49
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
电阻
60.5
35.2
20.0
13.7
9.9
5.8
4.3
3.5
2.9
2.5
电压U/V
2.58
2.43
2.22
2.00
1.78
1.40
1.18
1.05
0.93
0.85