2.7 实验：测量电池的电动势和内阻-【志鸿优化训练】2025-2026学年高中物理必修第三册(教科版)

7.实验：测量电池 实验基础 ·梳理 一、实验目的 1.进一步熟练电压表、电流表、滑动变阻器的 使用。 2.学会用伏安法测电池的电动势和内阻。 3.学会利用图像处理实验数据。 二、实验原理 1.原理图如图所示。 2.原理：通过改变滑动变阻器的阻值，用电压表 和电流表测出每种状态（最少两种）下的U、I 值，列出两个方程，即可求出电动势E和内 阻r。 E-LU-IU, (E=U+r I2-I1 联立求解可得 E=U,+Ir U-U2 r=12-1 三、实验器材 被测电池（干电池）、电流表、电压表、滑动变 阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺等。 四、实验操作 1.确定电流表、电压表的量程，按电路原理图把 器材连接好，如图所示。 2.把变阻器的滑动片移到右端使阻值最大。 3.闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示 O第二章 电路及其应用 的电动势和内阻 数，记录一组电流表和电压表的示数，用同样 的方法测量并记录几组I和U的值。 4.断开开关，整理好器材。 五、数据处理 E=U+Ir 1.代数法：运用方程组 求解E和 E-U2+12x r。为了减小实验的偶然误差，应该利用U、I 值多求几组E和r的值，算出它们的平均值。 2.图像法：对于E、r一定的电源，路端电压U 与通过干路的电流I的U-I图像是一条直 线，这条直线与纵轴U的交点表示电源的电 动势E,与横轴I的交点表示短路电流，图线 斜率的绝对值表示电源的内阻，。在读图时 应注意图像的纵坐标是否是从零开始的，若 从零开始，如图甲所示，则=，若不是从 零开始，如图乙所示，则r= E-U。 六、注意事项 1.为使电池的路端电压有明显变化，应选取内 阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表。 2.实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读 完后立即切衔电源，防止干电池大电流放电 时内阻r有明显变化。 3.若干电池的路端电压变化不是很明显，作图 像时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可 不从零开始。如图所示，此时图线与纵轴交 点仍为电池的电动势E,但图线与横轴交点 不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的 954 物理必修第三册 教科版 两点用r= △I 求出。 UN 3.0 2.8 2.6 2.41 2.2 2.06广oo406im 4.为了提高测量的精确度，在实验中I、U的变 化范围要大一些，计算E、r时，U1和U2、I 和I2的差值要大一些。 七、误差分析 1.偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读 数以及作U-I图像时描点不是很准确。 实验探究·提升 要点一 实验器材和原理 1.太阳能电池是一种利用太阳光直接发电的光 电半导体薄片，只要光照达到一定的强度，瞬 间就可输出电压。某兴趣小组利用下面的器 材测量某光电池的电动势和内阻（已知相同 光照强度下该光电池的电动势不变)。 /mA 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 用I/mA 0 50100150200250300 (1)一同学在某次实验中，连接好电路（如图 甲所示)，闭合开关后，发现无论怎么移动滑 动变阻器的滑片，电压表有示数但不变，电流 .4e96 2.系统误差 (1)电流表内接时电路如图甲所示，产生实验 误差的原因是电压表的分流，测量值与真实 值的关系为：E测<E真，r满<r真。 (2)电流表外接时电路如图乙所示，产生实验 误差的原因是电流表的分压，测量值与真实 值的关系为：E测=E真，r测>r真。 答案见P3341 表始终没有示数。为查找故障，在其他连接 不变的情况下，他将电压表连接a位置的导 线端分别试触b、c、d三个位置，发现试触b、 c时，电压表有示数；试触d时，电压表没有 示数。若电路中仅有一处故障，则 (填字母)。 A导线ab断路 B.滑动变阻器断路 C.导线cd断路 D.滑动变阻器短路 (2)另一同学缺少电压表，根据下面所给器材 设计合理的实验电路： 待测光电池（电动势约为3V、内阻约为 10),电流表A(量程为0~3mA):电流表 A2(量程为0~600mA),定值电阻R,= 10002,定值电阻R2=2002;滑动变阻器 R(0~2002),开关S,导线若干 ①定值电阻应选 (选填“R,”或 “R2”),在图乙所示方框中补全合理的电 路图。 ②实验[：该同学用一定强度的光照射该电池， 闭合开关S,调节滑动变阻器R的阻值，读出 电流表A1的读数I1和电流表A2的读数I2, 得到该电池的I1-I2曲线为图丙中曲线a。 图可知，该电池的电动势为 V 要点口实验数据处理 2.现有一节干电池（电动势约为1.5V),电压 表V(量程为3V,内阻约3k2),电流表A (量程为0.6A,内阻为2)，滑动变阻器R (102,2A),电键一个及导线若干。 1.6ty 1.5 1.4 13 12 10 00.10.20.30.40.5ia R 两 (1)为了更准确地测出电源电动势和内阻，某 组同学用如图甲所示的电路测得多组电压和 电流值，并作出了如图乙所示的U-I图线 的倾斜直线，由此可得该电源电动势E V,内阻r= 2(结果 均保留两位小数)： (2)乙图中所示曲线为一个小灯泡的U-I曲 线，用这个小灯泡与(1)中所述电源串联起来组 成闭合回路，小灯泡的电阻为 2,灯 泡发光过程中欧姆定律 (选填“适 用”或“不适用”)； (3)另一小组在实验时，发现电流表坏了，于 是不再使用电流表，仅用电阻箱替换掉了滑 动变阻器，电路图如图丙所示。他们在实验 中读出几组电阻箱的阻值R2和电压表的示 数U,摄绘出日京的关系图像，得到的函数 图像是一条直线。若该图像的斜率为k,纵轴 0第二章 电路及其应用 截距为b,则此电源电动势E= ,内阻 r= 。 (用题中所给字母表示) 要点创新实验设计 3.为测量水果电池的电动势和内阻，某同学用 到如下实验器材：待测水果电池、电阻箱、数 字式万用表（内阻远大于普通电压表）、开关、 导线若干。实验操作步骤如下： ①按图甲连接电路，多用电表调到“直流电压 档”； ②调节电阻箱阻值，闭合开关，记录电阻箱的 阻值R和多用电表的示数U,再断开开关； ③调节电阻箱的阻值，重复步骤②； ④根据所记录数据，精点作出号只图像，如 图乙中直线b所示。 水果电池 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 01.02.03.04.05.01 k0) 完成下列问题： (①根据闭合电路欧蝎定律，可以得到号与是 关系表达式为行 (用E、r和R 表示)： (2)不考虑多用电表内阻对电路的影响，由图 乙中直线b可计算出，该水果电池的电动势 97 物厘必修第三册教科版 E= V,内阻r= kO; (结果均保留2位有效数字) (3)若用普通的电压表代替万用电表进行实 随堂演练·达标 1.电学实验中可将电源E1与电源E2及灵敏 电流计G连成如图甲所示电路，若灵敏电流 计G示数为O,说明此时两电源的电动势相 等。根据这一原理，某同学设计如图乙所示 电路，测量某电源C的电动势E。其中A 为工作电源（内阻不计），B为电动势恒定的 标准电源，其电动势为EB。R1、R2为电阻 箱，R3为滑动变阻器，G为灵敏电流计，S、 S为单刀单掷开关，S2为单刀双掷开关。实 验过程如下： 甲 ①实验开始之前，将R1和R2的阻值限定在 10002到30002之间： ②将S2置于1处。闭合开关S、S,通过调 节R1、R2,使Rg阻值为0时，灵敏电流计G 示数为0。记录此时的R1与R2的阻值，分 别为R1、R2; ③先将R,滑动变阻器滑片滑到最 端，再将开关S2置于2处，调节R1、Rz,并保 持通过R1,R2的电流不变，重复上述操作， 使R,的阻值为0时，灵敏电流计G的示数 为0，记录此时的R1与R2的数值，分别为 R'、R2'。根据上述实验过程回答问题： (1)实验步骤③中，滑动变阻器R,触头应滑 到最 端（填“左”或“右”）； (2)在步骤③中，为保持实验过程中流过R 4e98 验，得到的图线可能是图乙中的 (选填“a”“b”“c”或“d”")。 答案见P3351 与R2的电流不变，调整R,、R2时需要使 R1、R2与R,'、R2'满足的关系是 (用题中所给物理量符号表示)； (3)待测电源C的电动势E= (用题中所给物理量符号表示)； (4)若工作电源A的内阻不可忽略，则待测 电源C的电动势E测量值将 (填 “偏大”或“不变”或“偏小”)。 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查到某品牌电动汽 车的铭牌如图所示，已知该车电池采用的是 刀片电池技术，整块电池是由15块刀片电池 串联而成，其中一块刀片电池由8块电芯串 联而成。现将一块刀片电池拆解出来，测量 其中一块电芯的电动势E和内阻，实验中 除了导线和开关外，还可利用的器材有： ×××汽车有限公司制造 品牌×X× 制造国中国 整车型号BYD6470ST6HEV2乘坐人数5 制造年月2021年03月 发动机排量1498mL发动机型号BYD472QA 发动机最大净功率78kW 驱动电机型号TZ220XYF 弥动电机蜂值功率132kW 动力电池系统额定电压320V 动力电池系统额定容量26A山最大允许总质量1875g A.直流电压表V1、V2,量程均为1V,内阻 约为3k2: B.定值电阻R。,阻值为7： C.最大阻值为8kΩ的电阻箱； D.滑动变阻器R1最大阻值约为10D: E.滑动变阻器R2最大阻值约为5kΩ。 (1)实验前利用1A恒流电源对电芯进行充 电，充满的时间约为 h(保留三位 有效数字)： (2)电压表量程不够，需要改装，但是又不知 道电压表内阻的准确值，小刚打算将V1改 装成量程为3V的电压表。他先将电阻箱与 电压表V1串联后，连成图甲所示的电路，其 中RI应选用 (选填“R,”或 “R2")。 8.焦耳定律 电 学业目标·定位 课标要求 1,理解电功、电功率、焦耳热、热功率及它们之间的关系 2.应用焦耳定律解决相关问题。 3.区分电功和电热，会正确计算非纯电阻电路中的电 电热。 必备知识 梳理 国知识梳理 一、电功电功率 1.电功 (1)内容：电场力在一段电路上所做的功等于 这段电路两端的电压U与电路中的电流I、 通电时间t三者的乘积。 。第二章电路及其应用 将滑动变阻器滑片P移至最右端，同时将电 阻箱阻值调为零，再闭合开关，将滑动变阻器 的滑片P调到适当位置，使电压表刚好 满偏。 (3)保持滑片P的位置不变，调节电阻箱，使 电压表示数为 V,不改变电阻箱 的阻值，电压表和电阻箱的串联组合，就是改 装好的量程为3V的电压表。 (4)小刚利用改装后的电压表，连接成图乙所 示的电路测量电芯的电动势和内阻，这里的 Rp2应选用 (选填“R”或“R2”)。 移动滑动变阻器滑片，读出电压表V1、V2的 多组数据U1、U2,描绘出U1-U2图像如图 丙所示，图中直线斜率为k,纵轴截距为a, 则电芯的电动势E= ,内阻 。(均用k、a、R。表示) 路中的能量转化 核心素养 1.理解电功、电功率、焦耳定律。（物理观念） 2.区分电功和电热，对比不同电路中的能量转 化。（科学思维） 功和 3.能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象。 (科学态度与责任) 答案见P3361 (2)实质：导体中的恒定电场对自由电荷的 所做的功。 (3)公式：W= (4)国际单位： ,符号为 (5)意义：电功是 转化为其他形式的 能的量度，即电功是多少就有多少 转 化为其他形式的能。 99【关键能力·探究】 探究 [情境探究] 提标：l.L5JL.5J 2.37J:87J. 3.怎？V的干机电德做功的本领大些 [典例精析1 [典例1门C电动势是反院电聊通过卡静电力最功 济其佳形式的衡转化为电势能本领的物理量，电尚势超 大说明这种转化本衡体强，但不能说明储存的电衡越 多，故A,B情误，C正晚：闭合电路中电源两骑电压大 小等于外电压大小，放D情阀，数寇C 〔针对润练]日电功势的大小由事静电力柱因 谗定，与外电路及电泡体积无美，放A情误，日正确：电 动势在数慎上等于®近1亡电到量时其他聪式的篚转 化为电饱的数值.由于设瑞定多少电有量，放C情误： 电动势是表任电腺无其他形式的能转化为电值的本领 的物理量，表示非静电力做动，面电压与电势差表示静 电力做功，物理宣复不同，被D错谈。故选B 探究日 [情境探究】 提示：(1》电异席低(2电身开高 [典例精析】 C典例2]【箐案水1DL.8A(2》18V2口 【解析】1R与R,并联值为 R--器a-40 数假据欧鳄定律得 1后-平A18A 甲此时电瓷表的读数为L8A (2)电阳箱调节首，根据闭合电路就博定律得 E-U+1(R:+r） 民人数据得E一？.2V+1.8×4++) 再将电阻箱R调可6刀，电旋表读数为 -2A R与R,并碳值为 3V,电阳r=0,G0,A正确：由直线Ⅱ可得R=1, R'-k--39 书正确，两图线的交点表乐电幕和电阻R连接无成网 合电路，由两图线交点的半标可知U一？V,「一2A,C 眼据闭合电路批舞定律得 正确，D错误。故选AC E='(Ra'十R,+r) 【随堂演结·达标】 代人数然得E2×3十4十，) L,D电村势表征电幕起其他形式的衡转化为电能的 联立解得E=18V,r=20. 本领大小，与外电降的结构无关，哉A正确：电源电 【针对酒华】①电图的值为R艺-青口 动势在数值上等于外电路斯开时丙做闻的电压，用 4.当开关接a时，有E=十Jr,义队=5V, 内阻较大的电压表直接测量电源正，负极之同的电 -是-号A-区5当开芙楼6时：有 压值钓等于电兼的电动势，外电降的总电目越大，则 路端电压越娑近电源的电动势，数B,C正确，D随 E-队十r,又U=4V,,=1A,联立解得E-6V, 民。战选D。 r2.故AC.D正确.故选AD. 2.A四由因可每该电胞的容量为420mA·h 探究三 42A,h:故A正端：该电跑的比动势为3？V,做B 情境探究] 正魂，“420⊙mA·h“的物官义是.若电池以1A 1.提示：(1》由E-U+r期U-E-r,说用U-1 的电液工作，大约可用=2A:=42h,版D正 图线是一条直线，直线的斜率为负氧 IA (》旧电油内阻变大，表现在了-J图像上图线斜 确，C错误，截这AD. 率的地对值大。 玉AC当s斯开时，Ux与Ux花等于电颜电动势，A 1提示：丽线与队始的交点表示电服的电动费，图 正确D错视：当5阳合时，心e=UmR车R=,5 馊与属转的交点表示短路电流，图线斜率的论对值表承 V,Ue一0，B错阀，C正确，战这AC 电蕊的内寇，甲，=罗 4AD虽然该电灏的U-1图像的纵辅坐标不是从C [典例精桥] 开始的，但娱箱上的根距仍为电限的电对势，围至一丘 [典例3]AD 山闭合电路欧期定律U一￡ 0V,核精上的魏距Q5A不是电额的抛路电流，数内阻 知。 应料华给对值计：甲一当引-一· 当了w0时U=E=L4V, 一8①：由雨合电路做斯定律可得电液1一Q8A时， )-」图线的斜*表示电澜的内阻，则 -器-n-1n 外电阳R-号-r一格口查A.D正确.放迹AD. 5A当开关S连接位置1时，由周合电路欧缚定律可 )轴的电压刻度不是从雾开始的，口一」图线的情 转截肥不再表示U=心时的起路电流，面是表示路得电 得1R电压表的示数为一1，R,新相， 压为1V时的于德他流是8《A出为器，=雪数。 4。当开关S地接位置2时，设电压表的示数为 :,回路中约电流为，出闭合电驿武姆是律可得 以图中号知人4与2_上二0所似了-68A 04 U一E一【，由题意可得1生一U',解得A [针对调隧3】AC由直线I可知，电源电功势E 化5A·V。若把R1,R,事我直接接在电第的两 端，设R,两滚的电玉为巧，由闭合电路做辉定律可 得U=E一1(R,+》,题意可得I-U,可得回 路中的电覆「为1一25以1一J)。故选A. 6C当5闭合时，有花-1(R。十r,t中1一辰 吉A1A=十R,=5当S款开 广 时，有E-rRm+P,t中r-R-Q8AR, R,+R,-20,解得E-2V,C正端。故选C. 7.【若案1)150(2)12V10 【制桥】1)s两合时，R:两端电挥 D:-I:R-G V 所以，R:背深电压 以，-U-U,=反4V 流过R,的电流 1-是-6A 流过电阻R,的电藏 1=I1-106A-0,2A=04A 所以电阻R,的阻值 R-尝-品a-5a 2)由闭合电路赋解定律得 当s周合时E一U+1 当s期开时E一/R:+R:++) 代人数围，联立解得E=12V,r=1 7,实验：测量电池的电动势和内阻 【实验探究+规升】 要点一 1.【答案】K1)C2)①R1见解析②2,0 【解析】(》精息压表姓接g仅至的是机端分朝试酸 6F、d三个量置，发现试融6时，电压表有币数，即电 压不为,d时，电压表混有示，中电逼为0，则电 感中岭城障是要风d斯母。状域C (2少内于缺少电压表，特洞无电地电动号的为3 V,特A与定值电雅R1-100的0◆联，装成爱 为多V的电压表，故觉值电阻点进R,:实费电路周如圈 所 ②根括闲合电琳的歌解发律可停E=民：十12 写得1，-后，+虎，可如遥丙中有线：的城格我严 为6一气-20A解得位化老的电诗学务E一 29V. 要点二 2.【答案】1)1501.00(2)4适用 a 【解析】1)制据闭合电路的做姆定律可知 U=E一r,由函的U一1图像可得电源电动路E一 上0v,内阻一智-a-1oa ()共正线交点处的电反和电流为队=12V,:= Q3A放小灯省的电黑为风一若器-4n灯随得于科 电元件，灯泡发光过型中大标定律适用： (3)由图内所示电路图可年，由闭合电路做蝇定律 像的鳞率居一言，联编然距一言放电海电动势E。 名：电源内阻一存 要点旦 3【答1G·反十定(21.，0a胸3a 【解标)根刻阳合电路做垢定律U-E衣·， 童斑可时一最·套+它· (2)则可如图线6的煮面一宝，图饺斜书k一正： 由围线6可知6-10，k-8600-Q8,商以E 25 无满的时约的为1一号-5得7： 1.0 V.r-0.80 kf. (》不知道电反表内阻的堂确值，还墨扩大电压表的 (3》若用著通的电压表代帮万用电表进行实酸，由 量程，就浅要设置征定的电压，因此图甲中分压闭的 于电压表内阳不是无穷大，会绿致测量结果存在议差， 滑动变园器匠选用电阻冠小于电压表内阻的R,以 由阀合电路放舞定律有E一U十r-U十RRT行 减小电压表分流带案的误素： R,十取 (3》当电阻葡阳催为零，滑请变阻器的滑片P调到电 十十官可见附线斜率不变，阳然距变化， 压表刚好端偏，说用分压为1V,促持滑片P的位置 不变，即分压保背为1V,当新节电阻箱，使电压表的 所以额到图线可佳是图乙中的￥ 【随堂演练·达标】 示数为}V时，电压表和电阻箱的申联短合的电压 1【答案11)左(21R十R,=R,+R 为1V,这说明当电压表的示数为1V时，电压表和 aE.（不 电阳髓的中联组合的电压为3V,这戴是政装好的3 V电压表： 【解桥】1)图乙中滑动变器果用了限瓷接法，为保 (4》由于定值电阻我。阻算为70，为了让V,表能尽 护灵址电德计，开始时滑动变阻善的滑片应滑到最 可能攻荐合透的数值，院选用圆值登小的帝动变圈 左路： (2)开关气置于2处时，特测电源替换了标座电原， R,:根据街合地路政鹅定排可得北，-E-一凸 要保持实验过程中流其R与R,的电流不查，则电 ER 氧A的输出电压围定不变，根帮做鲜定律可知，R FR 与R的阻值之和应绿持不度，即R十R:一 R:+R 3a 8R. ③根基军分电路物欧好定律，有受-民千是局 EE. -r-话 8焦耳定律电路中的能量转化 R中k经由于R,+R:一R,'+R解得E, 【必备知识·梳理】 【如识魔理】 E ()若考虑工作电图的内阻：则有尽，R十R:+干 1.电场力角耳丁电情电角 工.时间W快慢 E “+R+,由于R+R影我'十R',解得 二 民，一是甲测量值不变 1.电流！的二次方电阻R通电时司：集 塔热 2【塔秦1a2172R8号《40R, 2,单拉时间发携快慢 三 1收 1- L.PaPa十Pa 【解新】1)实验的利用1A恒慎电源对电花进行充电： 2.内能题路 [料学思地] 一，思考判断 1,×1/345,X6/ 二思推探宽 提示：1，不同.220V0W”的白炽灯泡通电时 将电能几平全花球化为内能，面“22如V40W的电动 机通电后情耗的电能大部分共化为机城能，利余的小常 分才韩化为内能。 2《们)电吹风工作时，将电腹转化为机械能和内能。 (2)电熨斗工作时，算电能转化为内能。 【关键能力·保究】 保究一 [情境规究 慢示：1)不能 但唐及-号可知尼，>R:两灯泡单联时，由刀 =PR可知，P。>P,敢A灯更先一些 [典例精新] [典例1【答案32】8V 【解析】量电里止的电阻为R,将W一U=h得 U一4V,在相明时同内通过的电膏量史为原来的 幅1-？知1-2L, 又福欧蜂定体一长得山一现一8V 电减的功W=U1=4W,=32. [针对调练1们D由灯布正常发光可年，R,中电 浓是R:中电流的二答，&，丙端电压是R:两网电压约 二分之一，两变图深销花的功水相等，闲电路中精托约 总功水相等，D正确，A,B,C错误、故违D, 保究二 [情境探究】 慢示：《1)不可以，因为有电动机工作的电路不是埔 电阴的电。 P---U)-1w.