12.3 实验：电源电动势和内阻的测量 分层作业 -2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

**基本信息** 高中物理新授课同步练，聚焦电源电动势和内阻测量，分层递进设计覆盖实验原理到综合应用，适配知识巩固与核心素养培养。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A层|基础实验原理、误差分析|基础选择与填空，巩固伏安法测电动势等物理观念| |B层|多步骤实验、图像数据处理|综合计算与图像分析，培养科学推理与论证能力| |C层|器材改装、复杂情境应用|创新实验设计（如电流表改装），提升科学探究与创新能力|

12.3实验：电源电动势和内阻的测量 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．测量电源的电动势和内阻的实验中，为了消除电流表和电压表内阻对实验结果的影响，某实验小组设计了如图甲所示的实验。先将单刀双掷开关接1，闭合，调节滑动变阻器，得到多组电压U和电流I，断开，作出图像；再将开关接2，重复上述操作。最终作出的两条图线如图乙所示。 (1)仅利用开关接1测得的数据，得出电动势和内阻，系统误差来源于（　　） A．电压表分流 B．电流表分压 (2)已知开关接1进行实验，作出的图像为图乙中A图线，开关接2进行实验，作出的图像为图乙中B图线，消除电流表和电压表内阻对实验结果的影响，用图乙中物理量的符号表示出电动势。________，内阻________。 2．某同学要测量两节干电池串联组成的电池组的电动势和内阻（约为2Ω），设计了如图甲所示的电路。图中电压表的量程为3V，电流表量程为0.6A、内阻约为1Ω，滑动变阻器的最大阻值为15Ω，R0为未知的定值电阻。 (1)将滑动变阻器接入电路的电阻调到最大，闭合开关S1、开关S2合向2，调节滑动变阻器，使滑动变阻器接入电路的电阻逐渐减小，当滑动变阻器接入电路的电阻为零时，电流表的指针指在0.5A左右，则R0的阻值约为 。 A．1Ω B．3Ω C．5Ω D．7Ω (2)若在（1）中，R0阻值已知，当滑动变阻器接入电路的电阻调为零时，记录电压表和电流表的示数分别为U0、I0，则电流表的内阻RA=__________（用U0、I0、R0表示）。 (3)将开关S2合向1，多次调节滑动变阻器的滑片位置，记录每次调节后电压表和电流表的示数U、I，某次电流表的指针指在如图乙所示的位置，这时电路中电流为__________A；若RA已知，根据记录的多组U、I，作U-I图像，得到图像的斜率大小为k，图像与纵轴的截距为b，则电池的电动势E=_________，电池的内阻r=_________。（后两空用b、k、RA表示） 3．某探究小组要测量电池的电动势和某电阻的阻值，可利用的器材有： A．电流表（内阻为）； B．电阻丝（单位长度电阻值为）； C．待测电阻； D．金属夹； E．刻度尺； F．开关S及导线若干。 他们设计了如图甲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，按照图甲连接电路，金属夹置于电阻丝的_______（填“A”或“B”）端； ②闭合开关S，滑动金属夹至适当位置并记录电流表示数I，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I、L的值，作出图线如图乙所示。 (2)测得图线的斜率为k，则待测电池的电动势_______（用题中所给字母表示）。 (3)若电池的内阻为r，测得图线在纵轴的截距为b，则待测电阻的阻值_______（用题中所给字母表示）。 4．在测量一节干电池的电动势和内阻实验中，提供如下器材：电流表（量程），电压表（量程），滑动变阻器，开关、导线若干。 (1)此电压表是由量程为，内阻为的表头改装而成，改装时所用的串联电阻的阻值为________。 (2)用图甲所示电路进行实验得到图乙中线①，则干电池的电动势________（结果保留3位有效数字），内阻________（结果保留2位有效数字）。 (3)现有一小灯泡伏安特性曲线如图乙中线②，将其与上述干电池组成串联电路时，干电池的输出功率________（结果保留3位有效数字）。 B层 5．为了测量电池的电动势和内阻，某同学设计了如图甲所示的电路，图中c为金属夹，5个阻值相同的未知电阻，为阻值已知的定值电阻。 (1)该同学首先测量未知电阻的阻值，步骤如下： ①断开，接，夹在0处，闭合，此时电压表示数为； ②断开，闭合，接，将金属夹夹在位置2，闭合，电压表示数仍为；则未知电阻的阻值为____________；（用表示） (2)该同学继续测量电池的电动势和内阻，步骤如下： ①断开，接，闭合； ②将金属夹依次夹在位置编号1、2、3、4、5处，记录对应的电压表示数U； ③作出电压表示数U与位置编号n的关系图像，如图乙所示； ④求出图乙中图线斜率为k，纵轴截距为b，则电池电动势为____________，内阻为____________；（用b、k和表示） (3)该实验中电动势的测量值____________（填“大于”、“等于”或“小于”）真实值，可能引起该误差的主要原因是____________。 6．某同学设计了如图甲所示的电路来测量电源电动势E和内阻r及电阻的阻值。实验器材有：待测电源，待测电阻，电压表V（量程0~3V，内阻很大可视为理想表），电阻箱R（0~99.99Ω），单刀单掷开关，单刀双掷开关，导线若干。 (1)先测电阻的阻值。请将该同学的操作补充完整： A．闭合，将切换到a，调节电阻箱，读出其示数和对应的电压表示数； B．保持电阻箱示数不变，_____________，读出电压表的示数； C． 电阻的表达式为=__________。 (2)该同学已经测得电阻，继续测电源电动势E和内阻r，其做法是：闭合，将切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数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图线，则电源电动势E=__________V，内阻r=________Ω。（结果保留两位有效数字） C层 7．小明同学通过实验测量某电池的电动势和内阻，除了待测电池、开关、导线外，还提供的器材有： A．毫安表（量程10mA，内阻） B．电压表（量程4V，内阻约为） C．滑动变阻器R（0~20Ω）     D．定值电阻 (1)小明同学利用定值电阻，将毫安表的量程扩大，改装后的电流表内阻约为____。（结果保留两位小数） (2)请在图甲的方框内画出设计的实验电路，要求尽量减小系统误差 (3)根据设计的电路记录多组电压表的示数U和毫安表的示数I，作出图像如图乙所示，则电池的电动势________V，内阻________。（结果均保留两位小数） 8．嫦娥五号太阳能电池光电转换率可达31%以上，太阳能电池在有光照时，可将光能转化为电能，在没有光照时，可视为电阻。 (1)实验小组想测某一被黑纸包住的太阳能电池的特性曲线。若要使测量范围尽可能大，那么他们应选用图________（选填“甲”或“乙”）电路，实验前滑动变阻器的滑片应该调到最________（选填“左”或“右”）端，通过实验得到了如图丙的特性曲线。 (2)现将该太阳能电池与一个电动势为3V（内阻忽略不计）的电源和阻值为的定值电阻串联在一起，则太阳能电池消耗的电功率约为________。 (3)该实验小组想测出某一光照强度下太阳能电池的电动势和内阻。电路图如图丁所示。已知电阻阻值为，电流表为理想电表，多次改变并记录电阻箱的阻值和电流表示数I，绘制出关系如图戊所示，图线斜率为k，纵轴截距为b。根据绘制的图像，可得该太阳能电池的电动势________，内阻________。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《12.31》参考答案 1．(1)B (2) UA 【详解】（1）由图甲所示实物图可知，S2接1时相对于电源，电流表采用内接法，由于电流表的分压作用导致电压的测量值大于真实值造成实验误差。 故选B。 （2）结合上述分析可知，开关S2接1时，电源电动势的测量值等于真实值，图线为A，则电源电动势E=UA [2]开关S2接2时短路电流的测量值与真实值相等，由图线B可知，短路电流为IB，则电源内阻 2．(1)B (2) (3) 0.30 b 【详解】（1）根据闭合电路的欧姆定律有 代入数据解得 故选B。 （2）根据 解得 （3）[1]由图乙，可知电流表的示数为0.30A； [2][3]根据闭合电路的欧姆定律 可得 根据题意，可得， 解得 3．(1)A (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，由题图甲可知，应该置于A端。 （2）根据闭合电路欧姆定律有 整理得 图像的斜率为 解得 （3）由题意可知，图像的截距为 解得 4．(1)1450 (2) 1.48 0.80 (3)0.264 【详解】（1）由题知，将量程为，内阻为的表头改装成量程为3V的电压表，根据电压表改装原理，可得 解得 （2）[1][2]根据闭合电路欧姆定律有 可知图像的纵截距表示电源的电动势，由图乙可得 图像斜率的绝对值表示电源的内阻，由图乙可得 （3）将上述干电池与一个小灯泡组成串联电路时，小灯泡的实际功率等于干电池的输出功率，大小等于小灯泡伏安特性曲线与电源伏安特性曲线的交点电压、电流的乘积，由图乙可知交点对应的电流、电压分别为，，则干电池的输出功率 5．(1) (2) (3) ＜ 电压表分流 【详解】（1）断开开关S2，S3接b，c夹在0处，闭合S1，此时电压表示数为，由电路图可知此时外电路只有，断开开关S1，闭合S2，S3接a，将金属夹c夹在位置2，闭合S1，电压表示数也为，由电路图可知此时外电路有，则有 （2）[1][2]根据闭合电路欧姆定律可得 整理可得 根据题意可得， 解得电源的电动势为 电源的内阻为 （3）[1][2]由电路图可知，实验误差来源于电压表的分流；根据等效电源法可知 则该实验中电动势的测量值小于真实值。 6．(1) 将切换到b (2) 【详解】（1）[1][2]因电压表V内阻很大可视为理想表，保持电阻箱示数不变，将切换到b时，电路中的电流保持不变，由欧姆定律可知， 联立解得 （2）[1][2]根据闭合电路的欧姆定律可知，电压表的示数满足 对比图乙化简得 结合图像，截距，斜率 解得电源电动势，内阻 7．(1)0.98 (2) (3) 3.20 2.35 【详解】（1）将毫安表的量程扩大，需将定值电阻与毫安表并联，改装后的电流表内阻为 （2）改装后电流表的内阻已知，要尽量减小系统误差，将电流表接在干路中，可消除系统误差。电路连接如图所示 （3）根据闭合电路的欧姆定律，有 整理可得 纵截距为电动势，即， 解得 8．(1) 乙 左 (2)/ / // (3) 【详解】（1）[1][2]实验目的是描绘太阳能电池被不透光黑纸包住时的伏安特性曲线，电压需要从0开始调节，则控制电路需要采用滑动变阻器的分压式接法，应选图乙，实验前滑动变阻器的滑片应调到最左端。 （2）将其电动势为3V（内阻忽略不计）的电源和阻值为的定值电阻等效为一个新电源，其内阻为，根据在图丙中作出电源的图像，如图所示 两图像交点坐标为（2V，），则太阳能电池消耗的电功率约为 （3）[1][2]由闭合电路的欧姆定律可得 整理可得 解得， 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $