第12章 3. 实验：电池电动势和内阻的测量-【新课程能力培养】2024-2025学年高中物理必修第三册同步练习（人教版2019）

第十二章 电能 能量守恒定律 练 知识点 1 实验方案设计 1. （多选） 为测定电池的电动势和内阻， 待 测电池、 开关、 导线配合下列仪器可达 到实验目的的是 （ ） A. 一只电流表和一只电阻箱 B. 一只电压表和一只电阻箱 C. 一只电流表和一个滑动变阻器 D. 一只电压表和一个滑动变阻器 2. （多选） 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 阻值为 0～20 Ω ， 连接电路的实物图如图 所示。 该学生接线中错误的和不规范的 做法是 （ ） A. 滑动变阻器不起变阻作用 B. 电流表接线有错 C. 电压表量程选用不当 D. 电压表接线不妥 3. （多选） 在 “电池电动势和内阻的测量” 实验的实物连接图中， 电流表和电压表 的正接线柱都尚未连接， 为了做这个实 验， 应该把 （ ） A. 电流表的正接线柱与 c 点相连 B. 电流表的正接线柱与 b 点相连 C. 电压表的正接线柱与 a 点相连 D. 电压表的正接线柱与 c 点相连 知识点 2 实验操作与实验数据的处理 4. （多选 ） 如图所示是 根据某次实验记录数 据画出的 U-I 图像， 下列关于这个图像的说 法中正确的是 （ ） A. 纵轴截距表示待测电源的电动势， 即 E=3 V B. 横轴截距表示短路电流， 即 I 短 =0.6 A C. 根据 r= E I 短 ， 计算出待测电源内阻为 5 Ω D. 根据 r= ΔU ΔI ， 计算出待测电源内阻 为 1 Ω 5. 在 “电池电动势和内阻的测量” 实验中， 所用电流表和电压表的内阻分别为 0.1 Ω 和 1 kΩ ， 如图甲为实验原理图及所需器 材图。 3.实验： 电池电动势和内阻的测量 第 2 题图 第 3 题图 a b c d 第 4 题图 U/V I/A 3.0 2.8 2.6 2.4 0.4 0.60.20 基 础 练 习 A V 乙甲 - + 91 练 高 中 物 理 必 修 第三册 （人教版） （ 1 ） 在图乙中用笔画线代替导线将器件按 原理图连接成实验电路。 （ 2 ） 一位同学记录的 6 组数据见下表： 试根据这些数据在图丙中画出 U－I 图 像， 根据图像读出电池的电动势 E= V ， 求出电池内阻 r= Ω 。 6. （多选） 用图像法计算电动势和内电阻 时， 先要描点， 就是在 U-I 坐标系中描 出与每组 I 、 U 值对应的点， 以下说法正 确的是 （ ） A. 这些点应当准确地分布在一条直线上， 即 U-I 图线应通过每个点 B. 这些点应当基本上在一条直线上， 由 于偶然误差不能避免， 所以 U-I 图线 不可能通过每一个点 C. 不在 U-I 图线上的点应当大致均衡地 分布在图线两侧 D. 个别偏离直线太远的点， 应当舍去 7. 同学们知道， 将两个金属电极插入任何一 个水果中就可以做成一个水果电池， 但日 常生活中我们很少用 “水果电池”， 这是 为什么呢？ 某学习小组的同学准备就此问 题进行探究。 （ 1 ） 同学们通过查阅资料知道将锌、 铜两 电极插入水果中， 电动势大约会有 1 V 多一点 。 晓宇同学找来了一个土豆 做实验， 当用量程为 0～3 V 、 内阻约 50 kΩ 的伏特表测其两极时读数为 0.96 V 。 但当他将四个这样的水果电 池串起来给标值为 “ 3 V 0.5 A ” 的 小灯泡供电时， 灯泡并不发光。 检查 灯泡、 线路均没有故障， 而用伏特表 测量其电压确实能达到 1 V 多。 据你 猜想， 出现这种现象的原因是 （不要求写分析、 推导过程）。 （ 2 ） 若实验室除了导线和开关外， 还有以 下一些器材可供选择： A. 电流表 A 1 （量程为 0～0.6 A ， 内阻 为 1 Ω ）； B. 灵敏电流表 A 2 （量程为 0～0.6 mA ， 内阻为 800 Ω ）； C. 灵敏电流表 A 3 （量程为 0～300 μA ， 内阻未知）； D. 滑动变阻器 R 1 （最大阻值约 10 Ω ）； E. 滑动变阻器 R 2 （最大阻值约 2 kΩ ）； F. 定值电阻 （阻值 2 kΩ ）； G. 变阻箱 （ 0～9999 Ω ）。 ① 为了尽可能地准确测定 “土豆电池” 的电动势和内阻， 实验中应选择的 器材是 （填字母）。 ② 画出应采用的电路。 I/A 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57 U/V 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05 丙 第 5 题图 0.20.1 0.3 0.60.4 0.70.50 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 U/V I/A 提 升 练 习 92 第三册 （人教版）高 中 物 理 必 修 度已经减为 0 返回了， 故 B 错误； 将滑动变阻器的滑片 上移， 分压增加， 故电容器的电压增加， 故如果能到达 小孔 N ， 重力做功小于电场力做功， 可知未达到小孔 N 时速度已经减为 0 返回了， 故 C 错误； 断开开关 S ， 场 强不变， 故小球恰好能运动至小孔 N 处， 故 D 正确。 9． D 【解析 】 灯 L 1 亮 ， 所以 L 1 无问题 ， A 、 B 错 误； 若 L 2 短路， 则 L 1 灯亮， L 2 不亮， 电流表有示数， 电压表测 L 1 两端电压， D 正确。 10． B 【解析】 若 R 1 短路， 则 R 2 被短路， 电流表的 读数变为 0 ， 通过 R 3 的电流增大， 则 R 3 的电压增大， 故电压表读数增大， 故 A 错误； 若 R 2 短路， 则 R 1 被短 路没有电流通过， 电流都通过电流表， 并联部分电阻为 0 ， 电压表和电流表示数均增大， 故 B 正确； 若 R 3 短 路， 电压表示数为 0 ， 电流表示数增大， 故 C 错误； 若 R 1 断路， 则 R 1 与 R 2 并联阻值增大， 外电路总电阻增 大， 总电流减小， 则流过 R 3 的电流减小， 故电压表示 数减小， 故 D 错误。 故选 B 。 11． C 【解析】 闭合开关稳定后， 电容器相当于断 路， 则外电路的等效电阻为 R 等 = 10×5 10+5 Ω= 10 3 Ω ， 干路 电流为 I= E R 等 +r = 12 10 3 +2 A=2.25 A ， 故 A 错误； R 3 两端 电压即为路端电压， 根据闭合电路欧姆定律有 U=E-Ir= （ 12-2×2.25 ） V=7.5 V ， 故 B 错误； 闭合开关稳定后， 电 容器两端电压为 R 1 两端电压 ， I 1 = R 3 R 3 +R 2 +R 1 I= 1 3 I= 0.75 A ， U 1 =I 1 R 1 =0.75×5 V=3.75 V ， 电容器所带电荷量 为 Q=U 1 C=3.75×6×10 -3 C=2.25×10 -2 C ， 断开开关后， 电 容器相当于电源对外放电， 在任一时刻， R 1 这一支路的 电流都是 R 2 、 R 3 支路的 2 倍， R 1 这一支路的电荷量也 是 R 2 、 R 3 支路的 2 倍， 故通过 R 1 的电荷为 Q 1 = 2 3 Q= 2 3 × 2.25×10 -2 C=1.5×10 -2 C ， 通过 R 2 的电荷为 Q 2 = 1 3 Q= 1 3 × 2.25×10 -2 C=0.75×10 -2 C ， 故 C 正确， D 错误。 故选 C 。 12. 12 V 减少 0.36×10 4 C 【解析】 在电路中， C 1 、 C 2 的作用是断路， 当 S 断 开时， 全电路无电流， B 、 C 等势， A 、 D 等势， 则 U AB = U AC =U CD =18 V 。 C 1 所带的电量为 Q 1 =C 1 U CD =6×10 -6 ×18=1.08×10 -4 （ C ）， S 闭合时， 电路由 R 1 、 R 2 串联， C 1 两端的电压即 R 1 上两端的电压， U AC = U R 1 +R 2 R 1 = 18 6+3 ×6=12 （ V ）， C 1 的带电量 Q 1 ′=C 1 U AC =6×10 -6 ×12=0.72×10 -4 （ C ）， 故 C 1 的带电量改变了 ΔQ=Q 1 ′-Q 1 =0.72×10 -4 -1.08× 10 -4 =-0.36×10 -4 （ C ）， 负号表示减少。 3.实验： 电池电动势和内阻的测量 1． AB 【解析】 由 E＝IR＋Ir 知测 E 、 r 用一只电流表 测电流， 用电阻箱改变外电阻并可读出阻值， 只要获得 两组 I 、 R 数据即可求得 E 、 r ， 用滑动变阻器无法确定 接入电路的电阻， 故 A 可行， C 不可行； 由 E＝U＋ U R r 知测 E 、 r 用一只电压表和一只电阻箱可获得两组 U 、 R 值求出 E 、 r ， 故 B 可行； 若用一只电压表和一个滑动变 阻器不可以， 因滑动变阻器接入电路的阻值无法确定， 故 D 不可行。 2． AD 【解析】 实物图中， 滑动变阻器的两个固定 端被接入电路， 滑片移动时， 变阻器不起变阻作用， A 正确； 电流表和电压表只允许从电表的正接线柱流入， 负接线柱流出， 故图中电压表接线错误， 电流表接线正 确， 故 D 正确， B 错误； 一节干电池的电动势为 1.5 V ， 电压表选用 0～3 V 量程是正确的， 故不选 C 项； 图中电 压表直接和电池并联， 即使开关断开， 电压表仍有示 数， 开关不能控制整个电路， 故选 D 项。 3． AC 【解析】 电流表的正接线柱与 c 点相连， 就是 和滑动变阻器左侧串联， 与 b 点相连则整个滑动变阻器 都连接进去了。 电压表的正接线柱与 a 点相连， 电压表 测路端电压。 4. AD 【解析 】 纵轴截距表示待测电源的电动势 ， 0.6 A 不表示短路电流， 斜率大小表示电源内阻。 5. （ 1 ） 见解析图甲 （ 2 ） 见解析图乙 1.46 （ 1.45～ 1.47 ） 0.71 （ 0.69～0.73 ） 【解析】 （ 1 ） 按照实验原理图将实物图连接起来， 如图甲所示。 甲 - + 0.20.1 0.3 0.60.4 0.70.50 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 U/V I/A 乙 第 5 题答图 34 参考答案与解析 （ 2 ） 根据 U 、 I 数据 ， 在 U－I 坐标系中找点描迹 ， 如图乙所示， 然后连线并将直线延长 ， 交 U 轴于 U 1 ＝ 1.46 V ， 此即为电源电动势； 由闭合电路欧姆定律得 r＝ ΔU ΔI ＝ 1.37－1.05 0.57－0.12 Ω≈0.71 Ω 。 6． BCD 【解析】 用描点法画图像时， 应使这些点基 本在一条直线上， 且大致均衡地分布在图线两侧， 个别 偏离直线太远的点是由于偶然误差造成的， 应当舍去。 7. （ 1 ） 水果电池的内阻太大 （ 2 ） ①BG ② 如下 图所示 4.能源与可持续发展 1. C 【解析】 能量耗散是指能量在转化过程中扩散 到周围环境中无法再收集起来的， 满足能量守恒定律， 能量在数量上并未减少， 但在可利用的品质上降低了。 能量耗散反映了涉及热运动的宏观过程都具有方向性。 C 正确。 2. C 【解析】 能量可以相互转化， A 错误； 自然界 的能量是守恒的， B 错误； 在利用能量的过程中有能量 耗散， 有些能量转化的过程都有单一方向， 不可逆性， C 正确； 同理 D 错误。 3. C 【解析】 不同形式的能量可以相互转化， 机械 能可以转化为内能， 在一定的条件下， 内能也能转化为 机械能， 能量的转化都是通过做功来实现的。 4. CD 【解析】 能量转化具有方向性是指自发地转 化而不引起其他变化是有方向性的， 但在一定外在条件 下也可以发生反向的转化 ， 所以 A 、 B 错误 ， C 、 D 正确。 5. D 【解析】 能量在转化和转移过程中， 总量是守 恒的， 故 A 、 B 错误； 能量在转化和转移过程中， 总量 保持不变， 但我们要注意节约能源， 故 C 错误， D 正确。 6. ABC 【解析】 水流能和风能都能再生， A 正确； 太阳能属于清洁能源， B 正确； 沼气属于新能源， C 正 确； 核能属于清洁能源， D 错误。 7. CD 【解析】 能源是人可以开发利用的能量 ， A 错误； 石油是一种不可再生能源， B 错误； 使用沼气排 放出二氧化碳， 会导致环境的温室效应， C 正确； 利用 水能实质是间接使用太阳能， D 正确。 8. C 【解析】 煤、 石油、 天然气是古代生物遗体经 若干年复杂变化形成的 ， 不可再生 ， 属于化石燃料 ； 煤、 石油和天然气是化石能源， 不可再生， 生物能来自 植物， 可以再生， 但两者共同的一点是它们的能量最初 都来自太阳辐射， 故 C 正确。 9. ABC 【解析】 轻核的聚变和重核的裂变相比， 具 有产能效率高， 聚变燃料储量丰富， 聚变更安全、 清 洁， 废料容易处理， 发生故障反应自动终止的特点， 故 选 A 、 B 、 C 。 10. BC 【解析】 核能是一种很重要的新型能源， 核 能的利用对环境产生的影响小于化石能源的影响， 故 A 错误； 大量消耗常规能源增加了大气中二氧化碳含量， 由此会产生 “温室效应”， 故 B 正确； 煤炭中常常含有 较多的硫， 大量燃烧形成的二氧化硫等物质使雨水中酸 度升高， 形成 “酸雨”， 故 C 正确； 能量守恒定律是无 条件成立的， 能量耗散现象反映了自然界的宏观热现象 的方向性， 说明虽然能量守恒， 但能量可利用的品质降 低了， 依然要节约能源， 故 D 错误。 11. BC 【解析】 能量耗散的过程中能量向品质低的 大气内能转变， 但是总的能量是守恒的， 能量不能凭空 产生， 也不能凭空消失， 但有方向性， 故 A 错误， C 正 确； 能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏 观过程具有的方向性， 故 B 正确； 能量耗散是从能量转 化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性， 机 械能可以自发地转化为内能， 但内能不可能全部转化为 机械能而不引起其他变化， 故 D 错误。 12. AD 【解析】 热传导只能自发地从高温到低温， 但在一定条件下， 热传导也可以由低温物体向高温物体 进行， 故 A 正确； 由能量守恒定律可知， 各种形式的能 量之间可以相互转化， 并且总能量守恒， 故 B 错误； 能 量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程 具有的方向性， 机械能可以自发地转化为内能， 但内能 不可能全部转化为机械能而不引起其他变化， 故 C 错 误， D 正确。 情境题专项 1. C 【解析】 由手机电池外壳上的文字说明可知， 4.2 V 是充电电压， 电池的电动势是 3.7 V ， 1700 mAh 是电池的容量， 即放电电流与待机时间的乘积， 所以待 机状态下平均工作电流 I＝ 1700 mAh 116 h ≈14.66 mA ， 故 C 正确。 2. D 【解析】 由题中所给信息知： 额定电流 I＝ P U ＝ 900 W 220 V ＝4.1 A ， 故 A 错误； 保温时电流 I′＝ P′ U ＝ 30 W 220 V ＝0.14 A ， 故 B 错误； 每次煮饭消耗电能 E 1 ＝900×10 －3 kW× 1 2 h＝0.45 kW · h ， 故 C 错误； 一年因煮饭而产生的电费 0.45×2×365×0.54 元 ＝177.39 元， 故 D 正确。 3. BC 【解析】 根据能的转化与守恒定律， EI＝I 2 R＋ kmgv ， 所以电动机的内阻为 R＝ E I － kmgv I 2 ， 故 B 正确， A 第 7 题答图 35