12.3 实验：电池电动势和内阻的测量 课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理课件聚焦“测定电源电动势和内阻”实验，基于闭合电路欧姆定律，系统衔接电路分析与能量守恒知识，通过实验思路解析、规范操作步骤、数据处理方法（公式法与图像法）及判断题巩固，构建完整实验认知支架，助力学生理解实验原理与核心物理观念。 其亮点在于深度融合新课标核心素养，科学探究体现在伏安法、安阻法、伏阻法等多方案设计与操作训练；科学思维通过U-I图像斜率截距分析、误差模型建构（如电压表分流导致E测<E真）强化推理；物理观念突出能量转化与守恒的理解。例题结合图像法求解（如U-I图像纵截距得E=1.5V，斜率求r=1Ω），随堂检测巩固关键技能。资料分层清晰（基础落实、重难探究、达标检测），教师可直接用于教学，有效提升学生实验能力与科学态度，落实素养目标。

第十二章　电能　能量守恒定律 3. 实验：电池电动势和内阻的测量 学 习 目 标 1.理解测定电源的电动势与内阻的实验原理。(物理观念) 2.在理解实验原理的基础上,能完成测电源的电动势与内阻的规范实验操作。(科学探究) 3.学会利用U-I图像处理数据并得出电源电动势和内阻,进一步体会利用图像进行数据处理的方法。(科学思维) 4.尝试分析电源电动势和内阻的测量误差,了解实验中减小误差的方法。(科学态度与责任) 基础落实·必备知识全过关 一、实验思路 如图所示,根据闭合电路的　　　　　　,电源电动势E、内阻r,与路端电压U、电流I的关系可以写成E=U+Ir,测出U、I的两组数据,就可以列出两个关于E、r的方程,从中解出E和r。因此,用　　　　、　　　　　加上一个　　　　　　R,就能测定电源的电动势E和内阻r。 欧姆定律 电压表 电流表 滑动变阻器 二、物理量的测量 1.选用合适的量程,按实验原理图连接好电路。 2.把滑动变阻器的滑片移到一端,使其接入电路的阻值最大。 3.闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显的示数,记录一组数据(I1,U1),用同样的方法测量几组U、I值。 4.断开开关,整理好器材。 5.处理数据,用公式法和作图法求出电源的电动势和内阻。 偶然误差较大 保护电路元件 易错辨析 (1)测干电池的电动势和内阻时,选的滑动变阻器阻值越大越好。 (　　) (2)测干电池的电动势和内阻时,选的电流表和电压表量程越大越好。 (　　) (3)只要测量一组(I,U)的数值,就可计算出电源电动势和内阻的大小。 (　　) (4)利用U-I图像处理实验数据时,纵截距就是电源的电动势。 (　　) 提示:干电池的内阻比较小,为使电路中的电流大范围调节,滑动变阻器的阻值比干电池的内阻大几倍就可以。 提示:干电池的电动势为1.5 V,因此选用3 V的电压表就可精确测量,量程过大会增大误差。 提示:最少测量两组(I,U)的数值,联立方程组计算出电源电动势和内阻的大小。 × × √ × 重难探究·能力素养全提升 探究点一　伏安法测E、r的仪器选择与数据处理 知识归纳 1.数据分析 (1)求平均值法:由E=U1+I1r,E=U2+I2r可解得E=,r=。 可以利用U、I的值多求几组E、r的值,算出它们的平均值。 (2)作U-I图像法 ①本实验中,为了减小实验误差,一般用图像法处理实验数据,即根据多次测出的U、I值,作U-I图像; ②将图像两侧延长,纵轴截距意味着断路情况下的电压,它的数值就是电源电动势E的数值; ③横轴截距(路端电压U=0)意味着短路情况下的电流,它的数值就是短路电流I短= ④图像斜率的绝对值即电源的内阻r,即 r= = ,如图所示。 2.误差分析 (1)偶然误差 ①由于读数不准引起误差。 ②用图像法求E和r时,由于作图不准确造成误差。 (2)系统误差 ①如图甲所示,E=U+(IV+IA)r,其中电压表示数U是准确的电源两端电压。而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差。 从电路的角度看,电压表应看成内电路的一部分,故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r测和E测),如图乙所示,因为电压表和电池并联,所以r测小于电池内阻r真,因为外电阻R断开时,a、b两点间电压Uab等于电动势E测,此时电源与电压表构成回路,所以Uab<E真,即E测<E真。 结论: a.当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,短路电流测量值=真实值; b.E测<E真; c.因为r测=,所以r测<r真。 ②若采用如图丙所示的电路,IA为电源电流真实值,理论上有E=U+UA+IAr,其中UA不可知,而造成误差,而且电流表示数越大,UA越大,当电流为零时,UA=0,电压为准确值,等于E。 结论: a.E为真实值; b.I短测<I短真; c.因为r测=,所以r测>r真,r测为r真和RA的串联值,由于通常情况下电池的内阻较小,所以这时r测的测量误差非常大。 3.注意事项 (1)为使干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,读完后立即切断电源,防止干电池大电流放电时内阻r发生明显变化。 (3)若干电池的路端电压变化不明显,作图像时,纵轴单位可取的小一些,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两点用 r= 求出。 典例剖析 【例1】在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中。 (1)备有如下器材 A.干电池1节 B.滑动变阻器(0~20 Ω) C.滑动变阻器(0~1 kΩ) D.电压表(0~3 V) E.电流表(0~0.6 A) F.电流表(0~3 A) G.开关、导线若干 其中滑动变阻器应选　　　　,电流表应选　　　　。(选填字母)  B E (2)为了最大限度地减小实验误差,请在虚线框中画出该实验最合理的电路图。 　　　　　　　　　　　　　         　　　　　　　　　　　　　         　　　　　　　　　　　　　         　　　　　　　　　　　　　               　　　　　　　　　　　　　         　　　　　　　　　　　　　   答案:见解析图 (3)某同学根据实验数据画出的U-I图像如图所示,由图像可得电池的电动势为　　　　 V,内阻为　　　　Ω。 (4)写出该实验误差的原因:____________;电动势的测量值　　　　真实值,内阻的测量值　　　　真实值。(后两空均选填“大于”“等于”或“小于”) 1.5　 1 电压表的分流 小于 小于 解析:(1)滑动变阻器的最大值为待测电阻的几倍时较好,在该实验中因干电池内阻比较小,故滑动变阻器选择较小一点的即可,故滑动变阻器应选B。电流表的量程要大于电源允许通过的最大电流,对于干电池来讲,允许通过的最大电流一般是0.5 A,且为便于读数,故需要选择0~0.6 A,所以电流表应选E。 解析:(2)电路图如图所示。 解析:(3)由U-I图像可知纵截距为1.5 V,故干电池的电动势为1.5 V;内阻r= Ω=1 Ω。 解析:(4)由于电压表的分流作用,电流表读数总是比干路电流小,造成E测<E真,r测<r真。 【例2】(2025北京四中期中)在用电流表和电压表测量电池的电动势和内阻的实验中,所用电流表和电压表的内阻分别为0.1 Ω和1 kΩ,如图甲为实验原理图及所需器材。 (1)在图中将器材按实验原理图连接实物图。 (2)一位同学记录的6组数据见下表,试根据这些数据在图乙中画出U-I图像,根据图像读出电池的电动势E=___________________V,根据图像求出电池的内阻r=__________________ Ω。 I/A 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57 U/V 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05 答案:见解析图(a) 1.46(1.45~1.47均可) 0.71(0.69~0.73均可) 解析:(1)按照实验原理图将实物图连接起来,如图(a)所示。 (a) 解析:(2)根据表格中数据在U-I坐标系上描点画图,如图(b)所示,然后将直线延长,图线交U轴于U1=1.46 V,即为电池电动势;图线交I轴于I=0.65 A,此时U2=1.00 V,由闭合电路的欧姆定律,得I=,则r= Ω≈0.71 Ω。 (b) I/A 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57 U/V 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05 探究点二　安阻法和伏阻法测电池电动势和内阻 知识归纳 1.安阻法 (1)实验原理:由E=IR+Ir可知,只要能得到I、R的两组数据,列出关于E、r的两个方程,就能解出E、r,用到的器材有干电池、开关、电阻箱、电流表,电路图如图所示。 (2)数据处理 ①计算法:由解方程组可求得E、r。 ②图像法:由E=I(R+r)得R+-R图像的斜率k=,纵轴截距为(如图甲所示),又R=E·-r,R- 图像的斜率k=E,纵轴截距为-r(如图乙所示)。 2.伏阻法 (1)实验原理:由E=U+r知,如果能得到U、R的两组数据,列出关于E、r的两个方程,就能解出E、r,用到的器材是干电池、开关、电阻箱、电压表,电路图如图所示。 (2)数据处理 ①计算法:由解方程组可求得E、r。 ②图像法:由E=U+r得,故图像的斜率k=,纵轴截距为,如图所示,由图像的斜率和截距求解。 典例剖析 角度1安阻法测电池电动势和内阻 【例3】(2025河南濮阳高二期末)某实验小组为测量干电池的电动势和内阻,设计了如图所示的电路,实验室提供的器材如下: A.干电池一节; B.电流表(量程为0~10 mA,内阻rA=10 Ω); C.电阻箱(阻值为0~999.9 Ω); D.定值电阻; E.开关一个和导线若干。 (1)实验小组成员根据实验室提供的器材组成如图所示电路,其中定值电阻接入电路后,将电流表的量程扩大为0.6 A,则定值电阻R0=　　　　 Ω(可用分数表示),请用笔画线将下面的实物图连接完整。 答案:见解析图 (2)闭合开关前,将电阻箱接入电路的阻值调到　　　　(选填“最大”或“最小”),闭合开关,多次调节电阻箱,得到多组电流表的示数I及电阻箱的阻值R,作-R图像,如果图像与纵轴的截距为b,图像的斜率为k,则电池的电动势E=_________(用R0、rA、k表示),内阻r=____________ (用R0、rA、k和b表示)。 最大 解析:(1)为使电流表的量程扩大为0.6 A,则有IArA=(I-IA)R0,代入数据解得R0= Ω;实物图如图所示。 解析:(2)为保护电表,闭合开关前,将电阻箱接入电路的阻值调到最大;由闭合电路欧姆定律得E=IrA+(R+r),得,即-R图像与纵轴的截距为b=,图像的斜率为k=,解得E=,r=。 角度2伏阻法测电池电动势和内阻 【例4】某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻,使用的器材还包括定值电阻(R0=5 Ω)一个,开关两个,导线若干,实验原理图如图甲所示。 (1)在图乙的实物图中,已正确连接了部分电路,请完成余下电路的连接。 乙 甲 答案:见解析 (2)请完成下列主要实验步骤: ①检查并调节电压表指针指零;调节电阻箱,示数如图丙所示,读得电阻值是　　　　;  ②将开关S1闭合,开关S2断开,电压表的示数是1.49 V; ③将开关S2　　　,电压表的示数是1.16 V;断开开关S1。 (3)使用测得的数据,计算出干电池的内阻是　　　　(计算结果保留两位有效数字)。 20Ω 闭合 0.69Ω 解析:(1)如图所示。 解析:(2)由题图丙读得电阻箱阻值为R=20 Ω;将S1闭合,S2断开,电压表示数为电源电动势E=1.49 V,将S2再闭合,电压表示数为电阻箱R两端电压。将电压表视为理想电表,则干路电流I= A=0.058 A。 解析:(3)因为I= 所以r=-R0-R= Ω=0.69 Ω。 学以致用·随堂检测全达标 1.(伏安法注意事项)(多选)用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中,下列说法错误的是(　　) A.应选用旧的干电池作为被测电源,以使电压表读数变化明显 B.应选用内阻较小的电压表和电流表 C.移动滑动变阻器的滑片时,不能使滑动变阻器短路造成电流表过载 D.使滑动变阻器阻值尽量大一些,测量误差才小 BD 解析:伏安法测电池的电动势和内阻实验中,应选用内阻较大的电压表和内阻较小的电流表,滑动变阻器阻值不能太大,如果太大不便于调节。 2.(安阻法测电池电动势和内阻)一同学测量某干电池的电动势和内阻。 (1)如图所示,该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之 　　　　　　　　　　。 处　　　　　　　　　　; 开关未断开 电阻箱阻值为零 (2)实验测得的电阻箱阻值R和理想电流表示数I,以及计算的数据见下表: R/Ω 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 I/A 0.15 0.17 0.19 0.22 0.26 /A-1 6.7 5.9 5.3 4.5 3.8 根据表中数据,在下图方格纸上作出R- 关系图像。 由图像可计算出该干电池的电动势为_____________________V(结果保留三位有效数字);内阻为__________________ Ω(结果保留两位有效数字)。 答案:见解析图 1.33(1.30~1.36均可) 1.2(1.0~1.4均可) 解析:(1)在电学实验中,连接电路时应将开关断开,电阻箱的阻值调为最大,确保实验仪器、仪表的安全。 解析:(2)根据闭合电路欧姆定律,得E=I(R+r) 即R=-r=E·-r 即R- 图像为直线 描点连线后图像如图所示 根据图像可知r=1.2 Ω,图像的斜率为电动势E 在R-图像上取两点(2,1.60),(5,5.60), 则E= V=1.33 V。 $