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配套课件（人教版）

该高中物理课件聚焦“电池电动势和内阻的测量”实验，涵盖伏安法、伏阻法、安阻法原理及操作，通过问题链导入（如“仅两组数据误差大如何改进”），衔接闭合电路欧姆定律，搭建从理论到实验的学习支架。 其亮点是以科学探究为主线，通过多次测量、图像法处理数据（如U-I图像求E和r）培养科学思维，结合伏阻法1/U-1/R图像等拓展实验体现模型建构。实例丰富，助力学生提升实验技能，教师可直接用于教学，提高效率。

3．实验：电池电动势和内阻的测量 　　　　 第十二章　电能　能量守恒定律 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。 素养目标 探究过程　梳理要点 1 合作交流　应用拓展 2 内容索引 课时测评 3 2 3 4 5 6 1 探究过程　梳理要点 返回 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。 提示：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．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？ 提示：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．本实验中需要用到哪些实验器材？ 提示：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。 返回 合作交流　应用拓展 返回 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) 例1 A C　 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)在图乙中将各器材连接成正确的实验电路。 答案： 根据电路图连接实物图，如图1所示。 (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) 1.52(1.48～1.56)　 2.93(2.78～3.10) 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)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__________________________ ______________。 电压表分流导致电流表示数小于干路电流 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U-I图线如图d所示。完成下列几个问题。 例2 (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。 b　 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应置于滑动变阻器的_______(选填“最左端”或“最右端”)。 最右端 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)该电源电动势为______V，内阻为_____Ω。(结果均保留2位有效数字) 9.0 0.50 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 考向1　伏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＝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 例3 (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) C　 E　 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)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 B　 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)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。 5 1.2 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。 考向2　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。 例4 答案： 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，请指出图2中在器材操作上存在的不妥之处：________________。 电阻箱的阻值为0　 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)某次实验中，电流表的指针位置如图3所示，示数为______ A。 0.32　 电流表分度值为0.02 A，则电流表示数为0.32 A。 (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)。 2.94(2.92～2.95)　 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)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：__________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 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 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。 返回 课时测评 返回 1．(4分)下列给出了多种用伏安法测电池电动势和内阻的数据，处理方法既能减小偶然误差，又直观、简便的方法是 A．测出两组I、U的数据，代入方程组E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r，求出E和r B．多测几组I、U的数据，求出几组E、r，最后分别求出其平均值 C．测出多组I、U的数据，画出U-I图像，再根据图像求出E、r D．多测几组I、U的数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即电动势E，再用闭合电路的欧姆定律求出电池内阻r √ 2 3 4 5 6 1 A项只测量两组数据求出E、r，偶然误差较大；B项计算E、r的平均值虽然能减小误差，但太繁琐；D项求E、r的方法是错误的；C项处理方法即能减小偶然误差，又直观、简便。故选C。 2 3 4 5 6 1 2．(8分)(2025·福建省福州市高二上期末)某小组同学采用如图甲所示的电路测定一节干电池电动势E和内阻r。 (1)实验操作步骤如下： ①按图甲所示的电路图，将图乙中的器材实物连线补充完整； ②将滑动变阻器的滑片P滑到______(选填“a”或“b”)端，闭合开关S； 答案： b 2 3 4 5 6 1 ①按题图甲所示的电路图，将题图乙中的器材实物连线补充完整，如图1所示。   ②为了保护电路安全，闭合开关前，将滑动变阻器的滑片P滑到b端。 2 3 4 5 6 1 ③调节滑动变阻器，记录6组数据，如下表所示； ④断开开关，整理实验仪器。 次数 1 2 3 4 5 6 电压U/V 1.34 1.30 1.26 1.22 1.17 1.12 电流I/A 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 2 3 4 5 6 1 (2)根据实验测得的6组数据，在图丙所示的U-I图像中描点作图。 答案： 2 3 4 5 6 1 描点作图，如图2所示。 2 3 4 5 6 1 (3)根据图丙中作出的图线求出电源电动势E＝__________________ V，内阻r＝__________________ Ω。(结果均保留2位小数) 1.43(1.42～1.45)　 0.88(0.87～0.91) 根据闭合电路欧姆定律U＝E－Ir 结合(2)中作出的图线可得E＝1.43 V，r＝≈0.88 Ω。 2 3 4 5 6 1 3．(8分)(2025·山东省菏泽市高二上期末)移动电源作为手机伴侣，很多人外出都会随身携带。某兴趣小组测试移动电源在电量100%时的电动势，其电动势E约为5 V，内阻较小。为精确测量该移动电源的电动势和内阻，实验室可供选择的实验器材如下： A．电量为100%的移动电源 B．电流表A1(0～3 mA，Rg＝100 Ω) C．电流表A2(0～3 A，内阻未知) D．滑动变阻器R1(0～10 Ω) E．滑动变阻器R2(0～1 000 Ω) F．定值电阻R3＝1 900 Ω G．定值电阻R4＝900 Ω H．开关S以及导线若干 2 3 4 5 6 1 请回答下列问题： (1)图甲为本实验的设计电路，为了减小实验误差和操作方便，滑动变阻器应选_____，定值电阻应选_____。(均填器材前的序号) D　 F　 2 3 4 5 6 1 滑动变阻器采用限流式接法，电源内阻较小，为了减 小误差便于操作，使测量数据连续性强一些，滑动变 阻器应选择总阻值与电源内阻相差不太大的，可知滑 动变阻器选择D；电路中将电流表A1与定值电阻串联 改装成电压表，由于电源电动势约为5 V，若改装的电 压表量程为5 V，则串联电阻为R＝ Ω－100 Ω≈1 566.7 Ω，可知定值电阻选择R3＝1 900 Ω，此时改装电压表的量程UV＝3× 10-3× V＝6 V，即定值电阻选择F。 2 3 4 5 6 1 (2)某实验小组的同学利用所设计的电路得到多组数据，以电流表A1的示数为纵坐标、电流表A2的示数为横坐标建立坐标系，并将各组数据描绘在该坐标系中，得到的I1-I2图线如图乙所示。则该移动电源的电动势E＝________ V，内阻r＝______ Ω。(结果均保留2位小数) 5.02　 0.23 2 3 4 5 6 1 根据闭合电路欧姆定律有I1r 变形有I1＝I2 结合题图乙有＝2.51×10-3 A， 解得E≈5.02 V，r≈0.23 Ω。 2 3 4 5 6 1 4．(10分)(2025·江西省上饶市高二上期末)某同学要测量“水果电池”的电动势和内阻，提供下列仪器： A．待测“水果电池”(电动势E约为4 V，内阻r约为180 Ω) B．毫安表(量程0～5 mA，内阻为Rg＝60 Ω) C．电压表(量程0～4 V，内阻约5 kΩ) D．电阻箱R1 E．滑动变阻器R F．开关、导线若干 (1)由于毫安表的量程太小，该同学用电阻箱R1与毫安表并联，可使其量程扩大，取R1＝Rg，则改装后的电流表量程为毫安表量程的____倍。 4　 2 3 4 5 6 1 由于毫安表的量程太小，该同学用电阻箱R1与毫安表并联，可使其量程扩大，取R1＝Rg，则有Im＝Ig＋＝Ig＋＝4Ig，可知改装后的电流表量程为毫安表量程的4倍。 2 3 4 5 6 1 (2)用改装后的电流表完成实验，应该选择的实验电路是图_____(填“甲”或“乙”)。 乙　 由于改装后的电流表内阻已知，因此电流表相对电源应采用内接法，应该选择的实验电路是题图乙。 2 3 4 5 6 1 (3)根据实验数据画出U-I图线(U是电压表读数，I是改装后电流表的读数)，如图丙所示。由图线可得，“水果电池”的电动势E＝______ V，内阻r＝______ Ω。(结果均保留3位有效数字) 3.80 172 2 3 4 5 6 1 改装后电流表的内阻为RA＝ Ω＝15 Ω 由闭合电路欧姆定律可得E＝U＋I(RA＋r) 可得U＝－I(RA＋r)＋E U-I图像的纵轴截距等于电动势，则有E＝3.80 V U-I图像斜率的绝对值为RA＋r＝ Ω 解得内阻为r≈172 Ω。 2 3 4 5 6 1 5．(10分)为研究“猕猴桃电池”的电动势和内阻，进行如下实验。 (1)如图1和图2所示，先后用电压表(量程为0～3 V)和数字多用电表直流电压2 V挡(其内阻远大于电压表内阻)直接测量了“猕猴桃电池”两端的电压，则该电池的电动势更接近______________(选填“电压表”或“数字多用电表”)测量的值，其值为______V。 数字多用电表　 0.660　 2 3 4 5 6 1 由于数字多用电表内阻远大于电压表内阻，根据E测＝E可知“猕猴桃电池”电动势更接近数字多用电表的测量值，数字多用电表的示数为0.660 V。 2 3 4 5 6 1 (2)该小组又以一节内阻不计、电动势为E1＝1.5 V的干电池与水果电池同向串联组成电源，测量电路如图3所示，改变电阻箱的阻值R，并读出电压表的读数U，作出 -图像如图4所示，则水果电池的电动势为_______，内阻为______。(均用图4中所给字母和E1表示) －E1　 2 3 4 5 6 1 根据闭合电路欧姆定律得E＋E1＝U＋r 整理得 图像斜率为k＝ 图像纵轴截距为－b＝－ 解得E＝。 2 3 4 5 6 1 6．(10分)(2025·陕西省渭南市高二上期末)某科技活动小组利用铜片、锌片和橙子制作了橙子电池。考虑到实验室提供的器材，该小组采用如图(a)所示的实验电路测量橙子电池的电动势E和内阻r。在正确连接电路后，调节电阻箱R的阻值，得到的测量数据如下表所示。 R/kΩ 9 8 7 6 5 4 3 I/μA 92 102 115 131 152 180 220 2 3 4 5 6 1 (1)在U-I图像得出电动势和内阻的启发下，该小组根据实验数据作出的IR-I图像如图(b)所示，则从图像可得出该橙子电池的电动势为E＝________ V，内阻为r＝________ kΩ。 0.950　 1.25　 2 3 4 5 6 1 根据题图(a)可得E＝IR＋Ir 变形得IR＝－Ir＋E 可知IR-I图像的纵轴截距为电源电动势，由题图(b)可得E＝0.950 V IR-I图像斜率的绝对值表示电源内阻，由题图(b)可得r＝ Ω＝1.25 kΩ。 2 3 4 5 6 1 (2)另有人根据闭合电路中I与R的关系，建议作出像。若由实验数据作出的图像如图(c)所示，已知图像的斜率k和纵轴截距b，则该橙子电池的电动势为E＝ _____，内阻为r＝______。(均用k和b表示) 2 3 4 5 6 1 根据E＝IR＋Ir 变形得 可知像的斜率为k＝ 解得E＝ 纵轴截距为b＝ 解得r＝。 2 3 4 5 6 1 (3)结束测量后，该小组将四个这样的水果电池串联起来给“2.5 V　0.5 A”的小灯泡供电，观察到小灯泡不发光，检查后确定电路无任何故障。则灯泡不发光的原因是____________________________________________ _____________________________________。 橙子电池的内阻太大，回路中电流太小，路端电压太小，灯泡实际功率太小，灯泡不发光 橙子电池的内阻太大，回路中电流太小，路端电压太小，灯泡实际功率太小，灯泡不发光。 返回 2 3 4 5 6 1 谢 谢 观 看 第十二章　电能　能量守恒定律 2 3 4 5 6 1 $