必修 第三册 第2单元 实验3 电源电动势和内阻的测量（Word教参）-【百汇大课堂】2026年高考物理总复习下册·第1轮（浙江专用）

实验3　电源电动势和内阻的测量 实验目的 1.理解测量电源电动势和内阻的原理，能正确连接电路和进行实验操作。2.会用图像法处理数据。3.掌握伏阻法和安阻法测电动势和内阻的实验方法。 [对应学生用书P41] 一、实验原理与操作 实验原理图 (1)电路图 (2)原理：改变滑动变阻器的电阻，测多组U、I值，根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir计算E、r 实验器材 电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、刻度尺、铅笔等 操作原理 (1)选量程、连线路：按原理图连接电路，注意电压表、电流表的量程和正、负接线柱。 (2)滑动变阻器滑片移到阻值最大一端。 (3)测量：闭合开关，改变滑动变阻器阻值，测多组U、I值。 (4)求解：利用公式法或图像法求E、r 二、数据处理与分析 1．设计表格，将测得的六组U、I值填入表格中 第1组 第2组 第3组 第4组 第5组 第6组 U/V I/A 2.处理方法 方法1：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2：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内阻r，r＝||。 三、误差分析 1．偶然误差 (1)读数不准引起的误差。 (2)用图像法求E和r时，由于作图不准确造成的误差。 2．系统误差 (1)若采用图甲所示的电路，由于电压表的分流作用，电压值越大，电压表的分流越多，则对应的I真与I测的差越大。其U－I图像如图乙所示。 结论：E测<E真，r测<r真。 (2)若采用图丙所示的电路，由于电流表的分压作用，电流越大，电流表分压越多，则对应U真与U测的差越大。其U－I图像如图丁所示。 结论：E测＝E真，r测>r真。 四、注意事项 1．为了使电路的路端电压变化明显，应选内阻大些的电池(选用已使用过一段时间的干电池)。 2．在实验中不要将I调得过大，每次读完U和I的数据后应立即断开电源，以免干电池在大电流放电时，E和r明显变化。 3．要测出不少于6组的I、U数据，且变化范围要大些。 4．画U－I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，根据测得的数据从某一恰当值开始，横坐标I必须从零开始，但这时图线与横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的交点仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为内阻。 [对应学生用书P42] 命题点一　教材原型实验 考向1实验原理与操作 [典例1] (2024·辽宁卷)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R0)、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，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，作出图丙中图线 Ⅰ； ④按照图乙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，作出图丙中图线 Ⅱ。 (2)由图线得出纵轴截距为b，则待测电池的电动势E＝________。 (3)由图线求得 Ⅰ、Ⅱ 的斜率分别为k1、k2，若＝n，则待测电池的内阻r＝________(用n和R0表示)。 答案：(1)①A　(2)　(3) 解析：(1)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，由题图可知，应该置于A端。 (2)对于题图甲，根据闭合电路欧姆定律有U＝E－Ir 设金属丝的电阻率为ρ，横截面积为S，结合欧姆定律和电阻定律I＝，R＝ρ 联立可得U＝E－r 整理可得＝＋· 对于电路图乙，根据闭合电路欧姆定律有U＝E－I(r＋R0) 结合欧姆定律和电阻定律I＝，R＝ρ 联立后整理＝＋· 可知图线的纵轴截距b＝ 解得E＝。 (3)由题意可知k1＝，k2＝ 又＝n 联立解得r＝。 考向2数据处理与分析 [典例2] (2024·台州统考)某实验小组为尽量准确测定电池组的电动势和内阻，实验室提供以下器材： A．待测电池组(电动势约为3 V，内阻约为1 Ω) B．电压表(量程0～3 V，内阻约为3 kΩ) C．电流表(量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω) D．电流表(量程0～3.0 A，内阻约为0.2 Ω) E．滑动变阻器(0～20 Ω，允许通过的最大电流为2 A) F．滑动变阻器(0～1 kΩ，允许通过的最大电流为0.5 A) G．开关、导线若干 (1)电流表应选用______(填“C”或“D”)，滑动变阻器应选用______(填“E”或“F”)。 (2)该小组连接的实物电路如图甲所示，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__________。 (3)该小组在电池组正极和开关之间串联一个阻值为3 Ω的电阻，重新测量后得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I，并作出U－I图像，如图乙所示。根据图像可知，电池组的电动势为______V(保留3位有效数字)，内阻为________Ω(保留2位有效数字)。 答案：(1)C　E　(2)④　(3)2.90(2.88～2.92均可)　0.80(0.78～0.82均可) 解析：(1)从题图乙可看出电流变化范围0～0.5 A，所以电流表选择 C。根据I＝，以及电流表的量程可知，20 Ω的滑动变阻器足够用，而且方便操作，所以选E。 (2)由于电源内阻较小，应该采用电流表分压接法，如图所示，所以导线④连接不当。 (3)因为在电池组正极和开关之间串联一个阻值为3 Ω的电阻，根据闭合电路欧姆定律，有U＝E－I(r＋R)，所以可知U－I图像中，图线的纵轴截距表示电源的电动势，图线斜率的绝对值表示r＋R，将图线连接完整，如图所示，可得出E＝2.90 V，R＋r＝＝3.80 Ω，所以电源的内阻为r＝3.80 Ω－3 Ω＝0.80 Ω，由于误差，电源的电动势为2.88～2.92 V均可，电源内阻为0.78～0.82 Ω均可。 命题点二　实验拓展与创新 考向1实验器材、数据获取上的创新 实验方案 安阻法测电动势和内阻 伏阻法测电动势和内阻 实验电路 实验原理 E＝I1(R1＋r) E＝I2(R2＋r) E＝U1＋r E＝U2＋r 图像 [典例3] (2023·湖北卷)某实验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了如图甲所示电路，所用器材如下： 电压表(量程0～3 V，内阻很大)； 电流表(量程0～0.6 A)； 电阻箱(阻值0～999.9 Ω)； 干电池一节、开关一个和导线若干。 　 (1)根据图甲，完成图乙中的实物图连线。 (2)调节电阻箱到最大阻值，闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻，记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的U－I图像如图丙所示，则干电池的电动势为________V(保留3位有效数字)、内阻为________Ω(保留2位有效数字)。 (3)该小组根据记录数据进一步探究，作出－R图像如图丁所示。利用图丁中图像的纵轴截距，结合(2)问得到的电动势与内阻，还可以求出电流表内阻为__________Ω(保留2位有效数字)。 (4)由于电压表内阻不是无穷大，本实验干电池内阻的测量值____________(填“偏大”或“偏小”)。 考向2巧用电表的改装原理进行创新 1．定值电阻可以作为保护电阻。 2．定值电阻结合电流表可以当电压表使用。 3．定值电阻结合电压表可以当电流表使用。 4．内阻已知的电压表可以当小量程的电流表使用。 答案：(1)见解析图　(2)1.58　0.64　(3)2.5 (4)偏小 解析：(1)实物连线如图所示。 (2)由电路结合闭合电路的欧姆定律可得U＝E－Ir，由图像可知E≈1.58 V，内阻r＝ Ω≈0.64 Ω。 (3)根据E＝I(R＋RA＋r)，可得＝·R＋，由图像可知＝2，解得RA≈2.5 Ω。　 (4)由于电压表内阻不是无穷大，则实验测得的是电压表内阻与电源内阻的并联值，即实验中测得的电池内阻偏小。 [典例4] (2024·嘉兴期中联考)某同学要测量一节干电池的电动势和内阻。他根据老师提供的以下器材，画出了如图所示的原理图。 ①电压表V(量程3 V，内阻RV约为10 kΩ) ②电流表G(量程3 mA，内阻RG＝100 Ω) ③电流表A(量程3 A，内阻约为0.5 Ω) ④滑动变阻器R1(0～20 Ω，2 A) ⑤滑动变阻器R2(0～500 Ω，1 A) ⑥定值电阻R3 ⑦开关S和导线若干 (1)该同学发现电流表A的量程太大，于是他将电流表G与定值电阻R3并联，实际上是进行了电表的改装，要求改装后的电流表量程是0.6 A。则R3＝______________(保留2位有效数字)。 (2)为了能准确地进行测量，同时为了操作方便，实验中应选用的滑动变阻器是________。(填写器材编号) (3)该同学利用上述实验原理图测得数据，以电流表G读数为横坐标，以电压表V的读数为纵坐标绘出了如图乙所示的图线，根据图线可求出电源的内阻r＝__________ Ω(保留2位有效数字)，电压表某次测量如图丙所示，则其读数为__________V，理论上利用该电路测量结果与电池实际内阻相比__________(填“偏大”“偏小”或“相等”)。 　 答案：(1)0.50　(2)④　(3)1.0　1.30　偏小 解析：(1)根据欧姆定律有R3＝＝ Ω≈0.50 Ω。 (2)实验中为方便调节，滑动变阻器的阻值与电源内阻接近，所以应选用的滑动变阻器是④。 (3)电流表G与R3并联，则有Irg＝I3R3，解得I3＝200I，根据闭合电路欧姆定律有E＝U＋201Ir，整理得U＝E－201Ir，题目图像的斜率201r＝ Ω，解得r≈1.0 Ω；0～3 V量程的最小分度值为0.1 V，则电压表读数为1.30 V；理论上利用该电路测量结果实际是电源内阻和电压表内阻的并联后的电阻，所以测量结果与实际内阻相比偏小。 学科网（北京）股份有限公司 $$