12.3.1实验：电池电动势和内阻的测量（一） 导学案-2025-2026学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

该高中物理导学案聚焦电池电动势和内阻的测量实验，围绕闭合电路欧姆定律展开，梳理实验原理、器材选择、内外接法电路设计、U-I图像数据处理及误差分析（图像修正法）等内容。通过知识梳理搭建从理论到实验操作的学习支架，衔接闭合电路规律与实验探究的前后知识脉络。 资料以科学探究为主线，通过对比内外接法适用条件、图像修正法分析误差，培养学生科学思维中的模型建构与推理能力。典型例题结合“水果电池”等实际情境，课后作业分层设计，助力学生掌握实验操作与数据处理技能，提升物理观念应用与科学探究素养。

第3节 实验：电池电动势和内阻的测量（一） 【知识梳理】 1．实验原理： 闭合电路欧姆定律：U=E-Ir 2．实验器材：电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干 3．实验电路图： 电流表外接法，电源内阻r较小时适用 电流表内接法，电源内阻r较大时适用 4．实验步骤： ①确定电流表、电压表的量程，电路把器材连接好； ②把变阻器的滑动片移到最左端使阻值最大； ③闭合开关，调节变阻器 ，使电流表有明显示数，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； ⑤以U为纵轴，I为横轴，将记录的电压、电流标在坐标图上，过这些点作一条直线，根据纵轴截距求出电动势，根据斜率大小求出内电阻。 5．数据处理：把测出的多组U、I值，在U－I图中描点画图象，使U－I图象的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧，如图所示： ①纵轴截距等于电源的电动势E； ②直线斜率的绝对值等于电源的内阻r。 6．误差分析：（图像修正法） 实验电路图 误差来源 电压表分流 电流表分压 误差修正 I真=IV+IA U真=UV+UA U-I图像修正对比 对比结果 E真>E测，r真>r测 E真=E测，r真<r测 【典型例题】 例1：实验器材的选择、过程的准确操作以及实验数据的处理是完成实验的保障。在测量一节干电池的电动势E和内电阻r的实验时，利用图中电路。实验室备有下列器材： A．电流表（0～3A，内阻约0.025Ω） B．电流表（0～0.6A，内阻约0.125Ω） C．电压表（0~3V，内阻约3kΩ） D．电压表（0～15V，内阻约15kΩ） E．变阻器R1（最大阻值20Ω，额定电流1A） F．变阻器R2（最大阻值100Ω，额定电流0.1A） G．待测干电池、电键S和导线若干 （1）实验中电流表应选_________，电压表应选_________（选填器材前的字母）； （2）请将实物图连线成为实验电路_________； （3）某小组实验测得的6组数据已在图中标出，如图所示。请你根据数据点位置画出图线，并利用图线计算出该电池的电动势E＝_______V，电阻r＝_______Ω。 例2：测量“水果电池”的电动势和内电阻：将一铜片和一锌片分别插入同一只苹果内，就构成了简单的“水果电池”，其电动势约为1.5V，可是这种电池并不能点亮额定电压为1.5V，额定电流为0.3A的手电筒上的小灯泡，原因是流过小灯泡的电流太小了，经实验测得电流约为3mA。现有下列器材： 待测“水果电池” 电流表：满偏电流3mA，内阻约10Ω 电压表：1.5V，内阻约1000Ω 滑动变阻器R1：0～30Ω 滑动变阻器R2：0～3kΩ 以及开关、导线等实验器材。 （1）实验中应该选用哪种规格的滑动变阻器？ （填写代号），并在虚线框中画出实验原理图。 （2）实验中根据电压表的示数U与电流表的示数I的值，经描点、连线得到U-I图象，如图所示，根据图中所给数据，则“水果电池”的电动势与内阻分别为E= V， r= Ω。 （3）不计测量中的偶然误差，用这种方法测量得出的电动势和内电阻的值与真实值相比，电动势E （填“偏大”、“相等”、“偏小”），内电阻r （填“偏大”、“相等”、“偏小”）。 【课后作业】 （ ）1．用伏安法测电池1和电池2的电动势E1、E2以及内阻r1和r2。由测得的数据在U-I图上分别作它们的图线直线1和直线2，如图所示，由图可以判断 A．E1 < E2，r1 < r2 B．E1 < E2，r1 > r2 C．E1 > E2，r1 > r2 D．E1 > E2，r1 < r2 （ ）2．如图甲所示为测量一节干电池的电动势和内电阻的实验电路图，根据测得的数据作出了如图乙所示的U-I图线，以下实验结论正确的是 A．电池电动势的测量是准确的，内电阻的测量值偏小 B．电池内阻的测量值为3.50 Ω C．外电路发生短路时的电流为0.40 A D．电压表的示数为1.20 V时，电流表的示数I′=0.20 A 3．利用如图1所示的电路可以测定一节干电池的电动势和内电阻。 （1）现有电压表（0~3V）、开关和导线若干，以及下列器材： A．电流表（0~0.6A） B．电流表（0~3A） C．滑动变阻器（0~20Ω） D．滑动变阻器（0~100Ω） 实验中电流表应选用________；滑动变阻器应选用________。（选填相应器材前的字母） （2）在图2中用笔画线代替导线，按图1将电路连线补充完整________。 （3）实验中，某同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图3的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出U-I图线。 序号 1 2 3 4 5 6 电压U（V） 1.35 1.30 1.25 1.20 1.15 1.10 电流I（A） 0.12 0.14 0.24 0.30 0.36 0.42 （4）根据图3可得出干电池的电动势E=______V，内电阻r=______Ω。 4．利用图所示的电路测定一节干电池的电动势和内阻，要求尽量减小实验误差．供选择的器材有： A．电流表A（0～0.6 A） B．电压表V1（0～3 V） C．电压表V2（0～15 V） D．滑动变阻器R1（0～20 Ω） E．滑动变阻器R2（0～200 Ω） F．定值电阻R0＝1 Ω G．开关一个，导线若干 （1）实验中电压表应选用________，滑动变阻器应选用_______（选填相应器材前的字母）． （2）闭合开关，电压表和电流表均有示数，但是无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电压表的读数变化都非常小．同学们讨论后，在原电路的基础上又加了一个定值电阻R0，问题得到解决．请你在虚线框内画出改进后的电路图． 某位同学记录了6组数据，对应的点已经标在坐标纸上．在坐标纸上画出U－I图线，并根据所画图线可得出干电池的电动势E＝______ V，内电阻r＝________ Ω。 5．在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材： ① 干电池E（电动势约为1.5V、内电阻大约为1.0） ② 电压表V（0~15V） ③ 电流表A（0~0.6A、内阻0.1） ④ 电流表G（满偏电流3mA、内阻Rg=10） ⑤ 滑动变阻器R1（0~10、10A） ⑥ 滑动变阻器R2（0~100、1A） ⑦ 定值电阻R3=990 ⑧ 开关、导线若干 （1）为了方便且能较准确地进行测量，其中应选用的滑动变阻器是_________（填写字母代号）； （2）请在线框内画出你所设计的实验电路图，并在图中标上所选用器材的符号。 （3）上图为某一同学根据他设计的实验，绘出的I1-I2图线（I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数），由图线可求得被测电池的电动势E =_____V，内电阻r =_____。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 实验：电池电动势和内阻的测量（一） 【知识梳理】 1．实验原理： 闭合电路欧姆定律：U=E-Ir 2．实验器材：电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干 3．实验电路图： 电流表外接法，电源内阻r较小时适用 电流表内接法，电源内阻r较大时适用 4．实验步骤： ①确定电流表、电压表的量程，电路把器材连接好； ②把变阻器的滑动片移到最左端使阻值最大； ③闭合开关，调节变阻器 ，使电流表有明显示数，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； ⑤以U为纵轴，I为横轴，将记录的电压、电流标在坐标图上，过这些点作一条直线，根据纵轴截距求出电动势，根据斜率大小求出内电阻。 5．数据处理：把测出的多组U、I值，在U－I图中描点画图象，使U－I图象的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧，如图所示： ①纵轴截距等于电源的电动势E； ②直线斜率的绝对值等于电源的内阻r。 6．误差分析：（图像修正法） 实验电路图 误差来源 电压表分流 电流表分压 误差修正 I真=IV+IA U真=UV+UA U-I图像修正对比 对比结果 E真>E测，r真>r测 E真=E测，r真<r测 【典型例题】 例1：实验器材的选择、过程的准确操作以及实验数据的处理是完成实验的保障。在测量一节干电池的电动势E和内电阻r的实验时，利用图中电路。实验室备有下列器材： A．电流表（0～3A，内阻约0.025Ω） B．电流表（0～0.6A，内阻约0.125Ω） C．电压表（0~3V，内阻约3kΩ） D．电压表（0～15V，内阻约15kΩ） E．变阻器R1（最大阻值20Ω，额定电流1A） F．变阻器R2（最大阻值100Ω，额定电流0.1A） G．待测干电池、电键S和导线若干 （1）实验中电流表应选_________，电压表应选_________（选填器材前的字母）； （2）请将实物图连线成为实验电路_________； （3）某小组实验测得的6组数据已在图中标出，如图所示。请你根据数据点位置画出图线，并利用图线计算出该电池的电动势E＝_______V，电阻r＝_______Ω。 答案：（1）B，C（2）略（3）1.47，0.52 例2：测量“水果电池”的电动势和内电阻：将一铜片和一锌片分别插入同一只苹果内，就构成了简单的“水果电池”，其电动势约为1.5V，可是这种电池并不能点亮额定电压为1.5V，额定电流为0.3A的手电筒上的小灯泡，原因是流过小灯泡的电流太小了，经实验测得电流约为3mA。现有下列器材： 待测“水果电池” 电流表：满偏电流3mA，内阻约10Ω 电压表：1.5V，内阻约1000Ω 滑动变阻器R1：0～30Ω 滑动变阻器R2：0～3kΩ 以及开关、导线等实验器材。 （1）实验中应该选用哪种规格的滑动变阻器？ （填写代号），并在虚线框中画出实验原理图。 （2）实验中根据电压表的示数U与电流表的示数I的值，经描点、连线得到U-I图象，如图所示，根据图中所给数据，则“水果电池”的电动势与内阻分别为E= V， r= Ω。 （3）不计测量中的偶然误差，用这种方法测量得出的电动势和内电阻的值与真实值相比，电动势E （填“偏大”、“相等”、“偏小”），内电阻r （填“偏大”、“相等”、“偏小”）。 答案：（1）R2，图略（2）E=1.5V，r=500Ω（3）相等，偏大 【课后作业】 （ ）1．用伏安法测电池1和电池2的电动势E1、E2以及内阻r1和r2。由测得的数据在U-I图上分别作它们的图线直线1和直线2，如图所示，由图可以判断A A．E1 < E2，r1 < r2 B．E1 < E2，r1 > r2 C．E1 > E2，r1 > r2 D．E1 > E2，r1 < r2 （ ）2．如图甲所示为测量一节干电池的电动势和内电阻的实验电路图，根据测得的数据作出了如图乙所示的U-I图线，以下实验结论正确的是D A．电池电动势的测量是准确的，内电阻的测量值偏小 B．电池内阻的测量值为3.50 Ω C．外电路发生短路时的电流为0.40 A D．电压表的示数为1.20 V时，电流表的示数I′=0.20 A 3．利用如图1所示的电路可以测定一节干电池的电动势和内电阻。 （1）现有电压表（0~3V）、开关和导线若干，以及下列器材： A．电流表（0~0.6A） B．电流表（0~3A） C．滑动变阻器（0~20Ω） D．滑动变阻器（0~100Ω） 实验中电流表应选用________；滑动变阻器应选用________。（选填相应器材前的字母） （2）在图2中用笔画线代替导线，按图1将电路连线补充完整________。 （3）实验中，某同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图3的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出U-I图线。 序号 1 2 3 4 5 6 电压U（V） 1.35 1.30 1.25 1.20 1.15 1.10 电流I（A） 0.12 0.14 0.24 0.30 0.36 0.42 （4）根据图3可得出干电池的电动势E=______V，内电阻r=______Ω。 答案：（1）A，C （2） （3）（4）1.45（1.43~1.47），0.83（0.80~0.86） 4．利用图所示的电路测定一节干电池的电动势和内阻，要求尽量减小实验误差．供选择的器材有： A．电流表A（0～0.6 A） B．电压表V1（0～3 V） C．电压表V2（0～15 V） D．滑动变阻器R1（0～20 Ω） E．滑动变阻器R2（0～200 Ω） F．定值电阻R0＝1 Ω G．开关一个，导线若干 （1）实验中电压表应选用________，滑动变阻器应选用________（选填相应器材前的字母）． （2）闭合开关，电压表和电流表均有示数，但是无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电压表的读数变化都非常小．同学们讨论后，在原电路的基础上又加了一个定值电阻R0，问题得到解决．请你在虚线框内画出改进后的电路图． 某位同学记录了6组数据，对应的点已经标在坐标纸上．在坐标纸上画出U－I图线，并根据所画图线可得出干电池的电动势E＝______ V，内电阻r＝________ Ω。 答案：（1）B，D （2）1.5，0.14（0.13～0.18） 5．在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材： ① 干电池E（电动势约为1.5V、内电阻大约为1.0） ② 电压表V（0~15V） ③ 电流表A（0~0.6A、内阻0.1） ④ 电流表G（满偏电流3mA、内阻Rg=10） ⑤ 滑动变阻器R1（0~10、10A） ⑥ 滑动变阻器R2（0~100、1A） ⑦ 定值电阻R3=990 ⑧ 开关、导线若干 （1）为了方便且能较准确地进行测量，其中应选用的滑动变阻器是_________（填写字母代号）； （2）请在线框内画出你所设计的实验电路图，并在图中标上所选用器材的符号。 （3）上图为某一同学根据他设计的实验，绘出的I1-I2图线（I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数），由图线可求得被测电池的电动势E =_____V，内电阻r =_____。 答案：（1）R1（2） （3）1.47（1.46~1.48均可），0.83（0.81~0.85均可） 学科网（北京）股份有限公司 $