物理实验册 重点9 恒定电流 实验提升3 电池电动势和内阻的测量-【名师带你过关】2026-2027学年高考物理一轮复习

实验提升三　电池电动势和内阻的测量 一　教材原型实验 实验技能储备 1.实验目的 (1)测定电源的电动势和内阻。 (2)深化对闭合电路欧姆定律的理解。 2.实验思路 如图甲或图乙所示,通过改变电阻R的阻值,从电压表和电流表中读取多组电压U和电流I的值,进而应用闭合电路的欧姆定律计算电动势E和内阻r。 3.实验器材 包括电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔和刻度尺。 4.进行实验 (1)根据实验电路图连接电路。 (2)将变阻器的滑片调整至接入电路阻值最大的位置。 (3)闭合开关,调节变阻器,记录多组电流I和电压U的值,并将数据填入表格。 (4)断开开关,拆卸电路,整理好实验器材。 5.数据处理 方法一:列方程组求解电动势和内阻的大小 (1); (2); (3) 根据以上三组方程分别求出E、r,再取其平均值作为电源的电动势E和内阻r。 方法二:用作图法处理数据,如图所示。 (1)图线与纵轴交点为E; (2)图线的斜率的绝对值表示r=。 6.误差分析 (1)由于读数不准和电表线性不良引起误差。 (2)用图像法求E和r时,由于作图不准确造成误差。 (3)实验时通电时间过长或电流过大,都会引起E、r变化。 (4)若采用图甲电路,由于电压表的分流作用造成误差,电压值越大,电压表的分流越多,对应的I真与I测的差值越大。其U-I图像如图丙所示。结论:E测<E真,r测<r真。 (5)若采用图乙电路,由于电流表的分压作用造成误差,电流值越大,电流表的分压越多,对应的U真与U测的差值越大。其U-I图像如图丁所示。结论:E测=E真,r测>r真。 1.某物理实验小组为测量充电宝的电动势和内阻,实验时使用了标志为“输出5 V”的某品牌充电宝,其内阻很小。除充电宝外,还准备了一些可能用到的器材: A.电压表V(量程3 V,内阻3.0 kΩ); B.电流表A(量程150 mA,内阻极小); C.定值电阻R0(阻值5.0 kΩ); D.定值电阻R1(阻值1.0 kΩ); E.定值电阻R2(阻值3.0 kΩ); F.滑动变阻器R(最大阻值200 Ω ); G.开关一个,导线若干。 完成下列问题: (1)根据实验电路如图甲,定值电阻Rx应选择　　　　(填“R1”或“R2”);电路中定值电阻R0的作用是　　　　。  (2)按电路图正确连接实验器材,进行实验测量,记录数据,并在坐标纸上描点如图乙,请在答题卡上绘制U-I图像。 (3)由图像和计算可得充电宝的电动势E　　　　V,内阻r　　　　Ω。(保留三位有效数字)  (4)机场规定“严禁携带额定能量超过160 W·h的充电宝搭乘飞机”;已知该充电宝的电池容量(电池放出的电量)为50 000 mAh,根据(3)中测得的数据,估算知该充电宝　　　　带上飞机。(填“能”或“不能”)  2.新能源汽车已经普遍走进了我们的生活,某校学生实验小组通过网络找到了比亚迪“秦”电池铭牌如图所示,电池采用的是比亚迪刀片电池技术.已知该车内的整块电池是由10块刀片电池串联而成,其中一块刀片电池又由10块电芯串联而成。现将一块电芯拆解出来,测量其电动势E和内阻r。 (1)实验前利用1 A恒流电源对一块电芯进行充电,充满时间要　　　　　　　h。  (2)为了能较准确地测量一块电芯的电动势E和内阻r,该同学设计了一个可以排除电流表A和电压表V内阻影响的实验方案,如图1所示,记录了单刀双掷开关S2分别接1、2对应的多组电压表的示数U和电流表的示数I,根据实验记录的数据绘制如图2中所示的A、B两条U-I图线,可以判断图线A是利用单刀双掷开关S2接　　　　　　　(选填“1”或“2”)中的实验数据描出的,由图线A得出的内阻测量值比真实值偏　　　　　　　　(选填“大”或“小”)。综合A、B两条图线,此电芯的电动势为　　　　　　,内阻r为　　　　　　　(后两空均用图中EA、EB、IA、IB表示)。  图1　图2 (3)考虑到刀片电池电芯的内阻较小,为了防止调节滑动变阻器电阻过小时由于电流过大而损坏器材,该同学在电路中用了一个保护电阻R0,如图3所示,除电芯、开关、导线外,可供选择使用的实验器材还有: 图3 A.电流表(量程0.6 A) B.电流表(量程3 A) C.电压表(量程3 A) D.电压表(量程15 A) E.定值电阻(阻值2 Ω,额定功率2 W) F.定值电阻(阻值20 Ω,额定功率20 W) G.滑动变阻器(阻值10 Ω) H.滑动变阻器(阻值100 Ω) 为了器材的安全、测量的准确和操作的方便,电流表应选　　　　　　　;电压表应选　　　　　　;定值电阻R0选　　　　　　 ;滑动变阻器R应选　　　　　　。(填仪器前的字母)  二　探索创新实验 考点1　实验方案的改进:安阻法和伏阻法测 电源电动势和内阻 - 考点2　实验装置的改进:水果电池 考点3　实验思路的改进:消除系统误差 1.某学习小组要测量一个电源的电动势及内阻。除该电源外还准备的器材有:一个电阻箱R(最大阻值为99.9 Ω),一个电流表A(量程0~200 mA,内阻为10 Ω),一个定值电阻R0(阻值为5 Ω),一个开关和若干导线。 (1)如果用多用电表粗测电流表的内阻,需要将红表笔与电流表　　　　(填“正”或“负”)接线柱相连。  (2)由于电流表A的量程较小,考虑到安全因素,同学们利用定值电阻R0将该电流表进行改装,改装后的量程为　　　　。  (3)根据器材在虚线框中画出设计的电路图(改装部分也要画出)。若实验中记录电阻箱的阻值R和电流表的示数I,并计算出,得到多组数据后描点作出R-图线如图所示,则该电源的电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω。(结果均保留两位有效数字)  2.一实验小组利用如图甲所示的电路测量一电池的电动势E(约1.5V)和内阻r(小于2 Ω),图中电压表量程为1V,内阻RV=19.0 Ω,电阻箱R的最大阻值为999.9 Ω,S为开关。根据实验完成下列问题: (1)为保护电压表,在闭合开关前,电阻箱接入电路的电阻值至少应是　　　　(填“5.0 Ω”“10.0 Ω”或“15.0 Ω”);  (2)闭合开关,多次调节电阻箱,记录下阻值R和电压表的相应读数U; (3)根据图甲所示电路,可得=　　　　(用R、RV、E和r表示);  (4)利用测量数据,作-R图线,如图乙所示,通过图乙可得E=　　　　V,r=　　　　Ω。(结果均保留两位小数)  学科网（北京）股份有限公司 $ 实验提升三 一　教材原型实验 基础过关 1.【答案】(1)R2　使电压表的读数有明显变化 (2)见详解(2) (3)4.98　0.862 (4)不能　【解析】(1)由于电压表量程较小,所以应串联阻值较大的定值电阻改装成较大量程的电压表,串联的分压电阻阻值为R≥= Ω=2 000 Ω=2 kΩ,故定值电阻Rx应选择R2; 由于电源的内阻较小,所以当回路中电流发生变化时,路端电压变化较小,所以电路中接入R0的作用是使电压表的读数有明显变化。 (2)用一条平滑的直线将坐标纸上的点进行连接,去除误差较大的点,绘制出U-I图像如图所示: (3)根据闭合电路欧姆定律,有E=I(R0+r)+(RV+R2),代入数据化简整理得U=E-I(5+r) 结合图线可得E=2.49;(5+r)=,所以E=4.98 V;r≈0.862 Ω (4)该充电宝储存的电能为W=UIt=4.98 V×50 000 mA·h=4.98×50×3 600 J=249 W·h>160 W·h 所以不能带上飞机。 2.【答案】(1)0.26　(2)1　大　EA　　(3)A　C　E　G　【解析】(1)由铭牌可知一块电芯额定容量为q==0.26 A·h,则用1 A恒流电源充电有t===0.26 h (2)当S2接1时,误差在于电流表的分压,所测内阻等于电源内阻与电流表内阻之和,所以内阻测量值比真实值偏大;当S2接2时,误差在于电压表的分流,所测内阻等于电源与电压表并联的总电阻,所以内阻测量值比真实值偏小.由于U-I图线斜率的绝对值表示内阻,即S2接1时的图线陡峭一些,可以判断图线A是利用单刀双郑开关S2接1中的实验数据描出的,内阻测量值比真实值偏大。 S2接1时,所测电动势为电流表与电源串联后整体的等效电源的电动势,即S2接1时的电动势的测量值等于真实值,即有E=EA,由于S2接2时,当电路短路时,电压表没有分压,即此时的电流的测量值与真实值相等,结合上述可知,电源的真实的U-I图线是A图线纵轴交点与B图线横轴交点的连线,可知r= (3)由题给器材R0只能选定值电阻(阻值2 Ω,额定功率2 W)或定值电阻(阻值20 Ω,额定功率20 W),根据P=UI可知为了保证R0的安全,最大电流不超过1 A,因此电流表应选A(量程0.6 A); 一块电芯的电动势为E=V=3.2 V,因此电压表应选C(量程3 V); 电压最高为3 V,如果选择20 Ω的定值电阻,最大电流低于0.15 A,电路电流太小,影响实验的准确性,所以定值电阻应选E(阻值2 Ω、额定功率2 W); 滑动变阻器如果选H(阻值100 Ω),调节很不方便,所以应选G(阻值10 Ω)。 二　探索创新实验 基础过关 1.【答案】(1)负　(2)0~0.6 A/0~600 mA　(3)电路图见解析6.0　2.7　【解析】(1)欧姆表测电阻时,电流从黑表笔流出,连接时要注意红表笔要与电流表的负接线柱相连。 (2)将定值电阻R0与电流表并联进行改装,改装后的量程为I=Ig+=0.2+=0.6 A (3)根据提供的器材,采用安阻法进行测量,电路图如下 根据电路可知,电流表读数为I时,总电流为3I,则E=IRg+3I(R+r)即R=·- 由图像可知==2;=6,解得E=6.0 V;r= Ω≈2.7 Ω 2.【答案】(1)10.0　(3)R++　(4)1.43　1.09　【解析】(1)电压表的读数为1 V时,电阻箱的阻值为R1,根据串联电路的特点有U=,解得R1=7.5 Ω,为保护电压表,在闭合开关前,电阻箱接入电路的所给电阻值至少应是10.0 Ω。 (3)根据闭合电路欧姆定律有E=U+R+v,整理得=R++ (4)由图像可得=Ω-1·V-1,+=7.04 V-1,解得E≈1.43 V,r≈1.09 Ω 学科网（北京）股份有限公司 $