3.实验：电池电动势和内阻的测量-【金版新学案】2025-2026学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

本高中物理讲义聚焦电池电动势和内阻的测量，系统梳理伏安法原理（E=U+Ir）、器材选择、实验步骤，通过计算法与图像法处理数据，结合误差分析，拓展伏阻法、安阻法，构建完整实验方法学习支架。 资料以原理探究活动（如设计电路、讨论误差减小）引导科学探究，通过数据处理培养科学思维，结合例题与拓展实验深化物理观念。课中辅助教师实验教学，课后帮助学生巩固方法与误差分析，有效查漏补缺。

3．实验：电池电动势和内阻的测量 【素养目标】　1．知道伏安法测电源电动势和内阻的原理，进一步理解路端电压随电流变化的关系。2．会选用实验器材，能正确连接电路，并能进行实验数据的处理。3．掌握用伏阻法和安阻法测电源电动势和内阻的原理。 【原理探究】 活动1．用电压表和电流表测电源电动势和内阻的原理是什么？画出实验原理图。 活动2．仅测量两组U、I数据，联立方程解得E和r，这样求解得到的结果误差较大，如何减小误差？ 学生用书第101页 活动3．本实验中需要用到哪些实验器材？ 提示：活动1．原理：由E＝U＋Ir知，改变外电路的阻值可测出多组U、I的值，利用数学知识可求出E、r的值；实验电路如图所示。 活动2．应该使用滑动变阻器改变外电路电阻，进行多次测量，并对数据进行处理，才能减小误差。 活动3．待测电池一节，电流表(0～0.6 A)、电压表(0～3 V)各一只，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干。 【实验过程】 一、进行实验 1．电流表用0～0.6 A量程，电压表用0～3 V量程，按实验原理图(如图)连接好电路。 2．把滑动变阻器的滑片移到最左端，使其接入电路的阻值最大。 3．闭合开关，调节滑动变阻器接入电路的阻值，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I1、U1)。用同样的方法多测量几组U、I值。 4．断开开关，整理好器材。 二、数据处理 1．计算法：由E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r可解得E＝ 。应利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的平均值。 2．作图法 (1)以U为纵坐标，I为横坐标，建立平面直角坐标系。根据几组U、I的测量数据，在坐标系中描点，作U-I图像。 (2)将图线两侧延长，纵轴截距就是断路时的路端电压，它的数值就等于电源电动势E；横轴截距就是路端电压U＝0时的电流，它的数值就等于短路电流I短＝ 。 (3)U-I图像斜率的绝对值为电源的内阻，即r＝ ＝，如图所示。 【注意事项】 1．为使电源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，防止干电池因电流过大、放电时间过长导致内阻r发生明显变化。 3．当电源的路端电压变化不很明显时，作图像时纵轴起点可不从零开始。纵轴单位可取得小一些。如图所示，此时图线与纵轴交点值仍为电源电动势E，但图线与横轴交点值不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点，由r＝ 求出。 【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图像时描点不准确。 2．系统误差： 由于电压表分流IV，使电流表示数I小于电池的输出电流I真。I真＝I＋IV，而IV＝，U越大，IV越大，它们的关系如图所示。实测的图线为AB，经过IV修正后的图线为A′B，可看出AB的斜率绝对值和在纵轴上的截距都小于A′B的，即实测的E和r都小于真实值。 学生用书第102页 一　教材原型实验 (2025·甘肃省临夏高二上学期期末)某同学设计用图甲所示的实验电路测一节干电池的电动势与内阻。 供选用的器材有： A．电流表(量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω) B．电流表(量程0～3 A，内阻约为0.6 Ω) C．电压表(量程0～3 V，内阻约为5 kΩ) D．电压表(量程0～15 V，内阻约为10 kΩ) E．滑动变阻器(0～10 Ω，额定电流为1.5 A) F．待测电源(电动势E约为1.5 V，内阻r约为3 Ω) G．开关，导线若干 (1)实验中的电流表应选用________，电压表应选用________。(均选填器材前的字母代号) (2)在图乙中将各器材连接成正确的实验电路。 (3)实验中改变滑动变阻器滑片位置，得出两电表的多组示数U与I，用测量数据在U-I图像描点如图丙所示，则电源电动势E＝________ V，内阻r＝__________Ω。(结果均保留3位有效数字) (4)若仅考虑电表内阻的影响，本实验中电源电动势与内阻的测量值和实际值均有一定的偏差。引起这种偏差的原因是___________________________________ __________________________________________________________________。 答案：(1)A　C　(2)见解析图　 (3)1.52(1.48～1.56)　2.93(2.78～3.10)　(4)电压表分流导致电流表示数小于干路电流 解析：(1)待测干电池电动势E约为1.5 V，故电压表选C；电路中最大电流约为Im＝＝0.5 A，电流表选A。 (2)根据电路图连接实物图，如图1所示。 (3)将点连成直线如图2所示 由U＝E－Ir知，直线在纵轴上的截距表示电动势，即E＝1.52 V 图线斜率的绝对值表示内阻，即r＝k＝ Ω≈2.93 Ω。 (4)题图甲中，由于电压表分流的影响，电流表测得的电流比流过电源的电流小，故产生误差的原因为电压表分流导致电流表示数小于干路电流。 (2025·福建省漳州市高二上学期期末)如图a为某品牌电池，小文同学用图b或c所示电路测量此电池的电动势和内阻。他选用的器材为：电压表(0～15 V，内阻未知)，电流表(0～0.6 A，内阻0.5 Ω)，滑动变阻器R(0～100 Ω)。按正确操作测量的数据描绘UI图线如图d所示。完成下列几个问题。 (1)根据题中条件，本次实验应选择图________(选填“b”或“c”)测量更精确。 (2)闭合开关前，滑片P应置于滑动变阻器的______(选填“最左端”或“最右端”)。 (3)该电源电动势为________ V，内阻为______Ω。(结果均保留2位有效数字) 答案：(1)b　(2)最右端　(3)9.0　 0.50 解析：(1)根据题中条件，电流表内阻已知，故选择题图b没有系统误差，测量更精确。 (2)闭合开关前，滑片P应置于滑动变阻器阻值最大处，起保护电路作用，滑片P应置于最右端。 (3)根据题图d可得，该电源电动势为E＝9.0 V，内阻为r＝－RA＝ Ω－0.5 Ω＝0.50 Ω。 二　拓展创新实验 伏阻法测电源的电动势和内阻 1．实验电路如图所示。 学生用书第103页 2．实验原理：E＝U＋ r 3．数据处理 (1)计算法：由E＝U1＋ r，E＝ r可求出E、r。应多测几组数据分别求出E、r的值，再分别算出E、r的平均值。 (2)图像法：由E＝U＋ r变形有 ＝ · ，作出 - 图像，如图所示。由纵轴的截距a和直线的斜率k得E＝。 (2025·山东省威海市高二上学期期末)某兴趣小组做测量电源电动势和内阻的实验，设计的原理图如图甲所示，实验室提供的器材如下： A．待测电源(电动势约4.8 V，内阻约1 Ω) B．电压表V1(量程为0～15 V，内阻约为10 kΩ) C．电压表V2(量程为0～3 V，内阻约为3 kΩ) D．电阻箱R(0～99 Ω) E．定值电阻R1＝5 Ω F．定值电阻R2＝200 Ω G．开关和导线若干 (1)要准确测量电源的电动势和内阻，电压表应选择________，定值电阻应选择________。(选填实验器材前的序号) (2)为保证电压表的安全，电阻箱可调节的最大值约为________。 A．5 Ω B．10 Ω C．20 Ω D．30 Ω (3)在实验中多次改变电阻箱的阻值R，记录对应电压表的读数U，作出的图像如图乙所示，则可得该电池的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω。 答案：(1)C　E　(2)B　(3)5　1.2 解析：(1)要准确测量电源的电动势和内阻，电压表应选择量程为0～3 V的C；定值电阻应选择E。 (2)电路中的最小电流Imin＝ A＝0.3 A，电阻箱可调节的最大值约为R＝10 Ω。故选B。 (3)根据E＝U＋(R1＋r) 可得 结合题图乙可知＝0.20 V-1， A-1＝1.24 A-1 解得E＝5 V，r＝1.2 Ω。 安阻法测电源的电动势和内阻 1．实验电路如图所示。 2．实验原理：E＝I(R＋r) 3．数据处理 (1)计算法：由E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)可求出E、r。应多测几组数据分别求出E、r的值，再分别算出E、r的平均值。 (2)图像法：由E＝I(R＋r)得R像的斜率k＝，纵轴截距为(如图甲)；又R＝R图像的斜率k＝E，纵轴截距为－r(如图乙)。由图像的斜率和截距求解E、r。 (2025·江苏省扬州市高二上学期期末)甲同学将两节干电池串联，测量该电池组的电动势E和内阻r。 (1)甲同学采用的实验电路如图1所示，请用笔画线代替导线，按图1在图2中将实物电路连接完整。 (2)连接好电路，开关闭合前，请指出图2中在器材操作上存在的不妥之处：____________________________________________________________。 (3)某次实验中，电流表的指针位置如图3所示，示数为________ A。 学生用书第104页 (4)实验测得的电阻箱阻值R、电流表示数I以及计算的、U数据如表所示。 根据表中数据，甲同学在坐标纸上作出U-I图像，如图4。由图4可知该电池组的电动势E＝________ V(保留3位有效数字)。 (5)乙同学作出R-图像，由图像斜率求出电动势。丙同学认为乙同学测得的电动势比甲同学的更精确，因为R＝E·－r－rA，电流表内阻rA对图像斜率无影响。你是否同意他的观点？请简要说明理由：_______________________________ _________________________________________________________________。 答案：(1)见解析图　(2)电阻箱的阻值为0　(3)0.32　(4)2.94(2.92～2.95)　(5)不同意，理由见解析 解析：(1)根据电路图连接实物图如图所示。 (2)连接好电路，开关闭合前，题图2中电阻箱接入电路中的阻值为0，操作存在不妥，应该调至阻值最大。 (3)电流表分度值为0.02 A，则电流表示数为0.32 A。 (4)根据闭合电路欧姆定律有U＝E－I 根据U-I图像截距可知E＝2.94 V。 (5)不同意，根据U＝E－I求解电动势时，电流表内阻rA对图像的纵轴截距无影响，两同学测量电动势的值在理论上均不受电流表内阻rA的影响，乙同学测得的电动势不一定比甲同学的更精确。 学科网（北京）股份有限公司 $