7.实验：测量电池的电动势和内阻-【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（教科版）

该高中物理课件聚焦“测量电池的电动势和内阻”实验，围绕闭合电路欧姆定律，系统梳理实验原理、器材选择、步骤操作及数据处理（公式法与图像法），通过回顾欧姆定律建立理论基础，搭建从理论到实验操作的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，结合科学思维中的模型建构与科学论证，如通过U-I图像分析电动势和内阻，深入探讨系统误差来源。设置伏阻法、安阻法等拓展实验，培养学生创新能力，教师可依托此资料高效开展实验教学，学生能在实践中深化物理观念，提升实验探究与数据分析能力。

7．实验：测量电池的电动势和内阻 　　　　 第二章　电路及其应用 1.知道E和r的测量原理，进一步领会U随I变化的关系。 2.会用图像处理实验数据。 3.能进行误差分析。 素养目标 探究过程 梳理要点 1 合作交流 应用拓展 2 课时测评 3 内容索引 2 3 4 5 6 1 探究过程 梳理要点 返回 一、实验目的 1．测量电源的电动势和内阻。 2．学习通过计算和作图分析处理实验数据。 二、实验器材 待测干电池、电流表(0～0.6 A)、电压表(0～3 V)、滑动变阻器、开关、导线若干。 三、实验原理与设计 　　实验电路如图所示，根据闭合电路的欧姆定律，改变R的阻值，测出两组U、I的值，根据闭合电路欧姆定律可列出两个方程： 四、实验步骤 1．选定电流表、电压表的量程，按照电路图把器材连接好。 2.把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端(图中左端)。 3．闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，读出电压表示数U和电流表示数I，并填入事先绘制好的表格(如下表)。 实验序号 1 2 3 4 5 6 I/A             U/V             4.多次改变滑片的位置，读出对应的多组数据，并一一填入表中。 5．断开开关，整理好器材。 五、数据处理 1．公式法 把测量的几组数据分别代入E＝U＋Ir中，然后两个方程为一组，解方程组求出几组E、r的值，最后对E、r分别求平均值作为测量结果。 2．图像法 (1)以I为横坐标，U为纵坐标建立直角坐标系，根据几组I、U的测量数据在坐标系中描点。 (2)用直尺画一条直线，使尽量多的点落在这条直线上，不在直线上的点均衡地分布在直线两侧。 (3)U-I图线如图所示 ①图线与纵轴交点为E。 ②图线与横轴交点为I短＝ (图像纵坐标从零开始)。 ③图线的斜率大小表示为r＝ 。 六、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：主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些。U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大。将测量结果与真实情况在U-I坐标系中表示出来，如图所示，可见E测<E真，r测<r真。 七、注意事项 1．器材和量程的选择 (1)电池：为了使路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用一段时间的干电池。 (2)电压表的量程：实验用的是一节干电池，因此电压表量程在大于1.5 V的前提下，越小越好，实验室中一般采用量程为0～3 V的电压表。 (3)电流表的量程：对于电池来讲允许通过的电流最大为0.5 A，故电流表的量程选0～0.6 A的。 (4)滑动变阻器：干电池的内阻较小，为了获得变化明显的路端电压，滑动变阻器选择阻值小一点的。 2．电路的选择：伏安法测量电源电动势和内阻有两种接法，如图甲、乙所示，由于电流表内阻与干电池内阻接近，所以一般选择误差较小的甲电路图。 3．实验操作：电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3 A，短时间放电不宜超过0.5 A。因此，实验中不要将I调得过大，读电表示数要快，每次读完后应立即断电。 4．数据处理 (1)当路端电压变化不是很明显时，作图像时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点可以不从零开始，把纵坐标的比例放大。 (2)画U-I图像时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均衡分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。 返回 合作交流 应用拓展 返回 在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中，供选用的器材有： A．电流表(量程：0～0.6 A，RA约为1 Ω) B．电流表(量程：0～3 A，RA约为0.6 Ω) C．电压表(量程：0～3 V，RV约为5 kΩ) D．电压表(量程：0～15 V，RV约为10 kΩ) E．滑动变阻器(0～10 Ω，额定电流为1.5 A) F．滑动变阻器(0～2 kΩ，额定电流为0.2 A) G．待测电源(一节一号干电池)、开关、导线若干 例1 (1)请在框中画出能使本实验测量精确程度较高的实验电路图。   电源内阻较小，故电流表相对于电源采用外接法，电路图如图所示。 (2)电路中电流表应选用___，电压表应选用___，滑动变阻器应选用___。(用字母代号填写) A C E 考虑到待测电源只有一节干电池，所以电压表应选C；放电电流不能太大，一般不超过0.5 A，所以电流表应选A；从允许的最大电流和减小实验误差角度来看，滑动变阻器不能选择太大的阻值，应选择电阻较小而额定电流较大的滑动变阻器E，故器材应选A、C、E。 (3)如图为实验所需器材，请按原理图连接出正确的实验电路。 实验连接图如图所示。注意闭合开关前，要使滑动变阻器接入电路的电阻最大，即滑片应滑到左端。 (4)引起该实验系统误差的主要原因是：_________________。 电压表的分流作用 系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的，该实验中的系统误差是由于电压表的分流作用，使得电流表读数(即测量值)总是比干路中真实电流值小，造成E测＜E真，r测＜r真。 (2025·四川内江高二统考期末)用如图甲所示的电路图测量两节干电池的电动势E和内阻r。在下列实验器材中选出适当的实验器材进行实验。 例2 A.电压表V(量程0～3 V，内阻约为3 kΩ) B．电流表A1(量程0～0.6 A，内阻约为0.125 Ω) C．电流表A2(量程0～3 A，内阻约为0.025 Ω) D．定值电阻R0＝5 Ω E．滑动变阻器R(阻值约为15 Ω) F．电源E(二节干电池，电动势约为3.0 V) G．开关S一个，导线若干 (1)实验中为了提高精度，电流表应选用____(选填器材代号)。 A1 实验中，滑动变阻器从最大阻值开始调节，电源电动势为3 V，干电池的内阻较小，可以忽略，电路中最小电流为I＝ A＝0.2 A，为了提高精度，电流表应选用A1。 (2)选择适当的器材连接好实验电路后，闭合开关S，通过调节滑动变阻器R的阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，结果发现电压表示数的变化范围较小，出现该现象的主要原因是____ ________________。 ①结合提供的实验器材，将电路进行改进，请在虚线框中画出改进后的电路图(其中部分电路已画出)。 干 电池的内阻较小 根据闭合电路欧姆定律可得U＝E－Ir，可知电压表示数的变化范围较小主要原因是电源内阻较小。 ①改进后的电路图如图所示 ②根据改进后实验中记录的电流表的示数I和电压表的示数U，得到了如图乙所示的U-I图像，根据图像可知，电源的电动势E＝_______ V，内阻r＝_____ Ω(结果均保留2位小数)。 2.95 0.50 根据图像可知，电源的电动势为图线的纵轴截距，即E＝2.95 V 图像中图线斜率的绝对值为保护电阻与电源内阻之和，即R0＋r＝ ＝ Ω，解得r＝0.50 Ω。 1．安全性原则，即一定要保证仪器的安全，对电表来讲不超量程，对滑动变阻器来讲不能超其额定电流。 2．精确性原则，即要保证测量时读数精确，对电表来讲在不超量程的前提下，尽量选用小量程的，对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近。 3．方便性原则，此原则主要针对滑动变阻器来讲，在滑动变阻器控制电路时，电路的电压、电流的变化范围要尽可能大，以便获取多组测量值。 选择仪器时注意掌握的原则 探究归纳 针对练.(2025·福建莆田第一中学高二期末)某同学用伏安法测一节干电池的电动势E和内电阻r，所给的其他器材有： A．电压表V：0～3 V～15 V B．电流表A：0～0.6 A～3 A C．变阻器R1：(20 Ω，1 A) D．变阻器R2：(1 000 Ω，0.1 A) E．电阻箱R：0～999.9 Ω F．开关和导线若干 (1)实验中电压表应选用的量程为_________(选填“0～3 V”或“0～15 V”)，电流表应选用的量程为___________(选填“0～0.6 A”或“0～3 A”)，变阻器应选用_____(选填器材代号“R1”或“R2”)； 0～3 V 0～0.6 A R1 由题图丙可知，电流小于0.6 A，故电流表应选用的量程为0～0.6 A；而电池的电动势为1.5 V，故电压表应选用的量程为0～3 V；为了调节方便并能减小误差，故变阻器应选用R1。 (2)根据实验要求在图甲虚线框中画出电路图，并连接实物电路图乙； 画出电路图并对照电路图连接实物图，如图所示。 (3)测出几组电流、电压的数值，并画出图像如图丙所示，由图像知该电池的电动势E＝_____V，内电阻r＝____ Ω。 1.5 2.5 图像的纵轴截距表示电动势，故电动势为E＝1.5 V；斜率的绝对值表示电源内电阻，故r＝ Ω＝2.5 Ω。 二　拓展创新实验 1．伏阻法测量电动势和内阻 电路原理图 数据处理 公式法 E＝U1＋ r，E＝U2＋ r，由此可求出E和r 图像法 误差 分析 此方法造成误差的原因是电压表的分流，与如图所示电路造成误差的原因相同，结果也相同，即电动势和内阻均偏小。 2.安阻法测量电动势和内阻 电路原理图 数据 处理 公式法 E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，由此可求出E和r 图像法 误差 分析 此方法造成误差的原因是电流表的分压，与如图所示电路造成误差的原因相同，结果也相同，即电动势无偏差，内阻偏大；若已知电流表A的阻值可消除测量内阻的系统误差。 某同学想要测量一个电池的电动势和内阻，准备的器材有电流表A(0～100 mA，内阻为30 Ω)、电阻箱R(最大阻值99.9 Ω)、开关和若干 导线。 (1)由于电流表A的量程较小，考虑到安全因素，同学们需将一个定值电阻和电流表A进行___(选填“串”或“并”)联，若要使连接后的电流表A可测量电流的最大值变为原来的6倍，则定值电阻的阻值R0＝___ Ω。 例3 改装电流表需要并联电阻进行分流；由并联电路规律可知，并联部分电 压相等，要使量程扩大为原来的6倍，则R0＝ ＝6 Ω。 并 6 (2)如图甲所示，虚线框中同学设计了实验电路的一部分，请将电路图补充完整。 测量原理图如图所示。 (3)实验中记录了若干组电阻箱的阻值R和电流表A的示数I，并用记录的实验数据描绘出R- 图像如图乙所示，则该电源的电动势E＝______ V，内阻r＝______ Ω。(结果均保留2位有效数字) 12 1.0 为保护电路安全，闭合开关前，应将电阻箱的电阻调到最大值。 在测量电源的电动势和内阻的实验中，该电源的电动势约为9 V，内阻约为5 Ω。某同学设计了如图所示的实物电路。 例4 (1)实验时，应先将电阻箱的电阻调到______。(选填“最大值”“0”或“任意值”) 最大值 (2)改变电阻箱的阻值R，用电压表(量程0～3 V)分别测出阻值R0＝10 Ω的定值电阻两端的电压U。下列三组电阻箱的调节范围取值方案中，比较合理的方案是___。 A．30 Ω～80 Ω B．300 Ω～800 Ω C．3 000 Ω～8 000 Ω A (3)根据实验数据描点，绘出的 -R图像是一条直线。若直线的斜率为k， 在 坐标轴上的截距为b，则该电源的电动势E＝______。(用字母表示) (4)用这个方法测得的内阻与真实值比较______(选填“偏大”“相等”或“偏小”)。 返回 偏小 课 时 测 评 返回 1．(10分)某研究性学习小组利用如图甲所示电路测量某电池的电动势E和内阻r。根据实验数据绘出如图乙所示的R- 图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到E＝______，r＝______。 3.0 V 1.0 Ω 2 3 4 5 6 1 由闭合电路欧姆定律可知E＝I(R＋r)，整理得R＝E· －r，R- 图像的斜率为E＝3.0 V，纵截距的绝对值为r＝1.0 Ω。 2 3 4 5 6 1 2．(10分)用电流表和电压表测定干电池的电动势和内阻的实验中，有两种电路可供选择，若所测干电池内阻较小，为减小内阻测量的误差，实验电路应选择图___(选填“甲”或“乙”)所示电路，若根据某次实验记录数据画出的U-I图像如图丙所示，下列关于这个图像的说法正确的是____。 A．纵轴截距表示待测干电池的电动势，即E＝3.0 V B．横轴截距表示短路电流，即I短＝0.6 A C．根据r＝ ，计算出待测干电池的内阻为5 Ω D．根据r＝ 计算出待测干电池的内阻为1.0 Ω 甲 AD 2 3 4 5 6 1 所测干电池的内阻较小，电路图应设计为电流表相对于干电池外接，故应选题图甲所示的电路图，U-I图像的纵截距为I＝0时的路端电压，其大小等于待测干电池的电动势，故E＝3.0 V，A正确；横轴截距表示路端电压为2.4 V时的电流，并非短路电流，B错误；U­-I图像斜率的绝对值表示干电池的内阻，故r＝ ＝ Ω＝1.0 Ω，C错误，D正确。 2 3 4 5 6 1 由于电压表的量程为0～3 V，且又是理想电压表，因此不能将电压表直接跨接在电动势为4.5 V 的电源上。要想用此电压表来测量电压，有两种方案可参考，一是将电压表进行改装，扩大量程；二是将测定电动势和内阻的基本电路进行改造。由固定电阻为4 Ω，理想电压表的电阻为无穷大可知， 3．(10分)测定电源的电动势E及内阻r(E约为4.5 V，r约为1.5 Ω)，可选用的器材如下：量程为0～3 V的理想电压表、量程为0～0.5 A的电流表(有一定内阻)、固定电阻R＝4 Ω、滑动变阻器R′、开关S、导线若干。 (1)画出实验原理电路图，图中各元件需用题目给出的符号或字母标出。 2 3 4 5 6 1 固定电阻不能和理想电压表串联来扩大量程，所以只能对测定电源电动势和内阻的基本电路进行改造。其实验电路如图所示。 2 3 4 5 6 1 根据闭合电路的欧姆定律，当电流表的读数为I1、电压表的读数为U1时，有E＝U1＋I1(R＋r) 当电流表的读数为I2、电压表的读数为U2时，有 E＝U2＋I2(R＋r) (2)实验中，当电流表的读数为I1时，电压表的读数为U1，当电流表的读数 为I2时，电压表的读数为U2，则可求出E＝____________，r＝_________。(用I1、I2、U1、U2及R表示) 2 3 4 5 6 1 电路连接如图所示。 4．(10分)在“测定电池的电动势和内阻”的实验中，已连接好部分实验电路。 (1)按图甲所示的实验电路，把图乙中剩余的电路连接起来。 2 3 4 5 6 1 闭合开关前，滑动变阻器接入电路中的阻值应该最大，故滑片应置于 B端。 (2)在图乙的电路中，为避免烧坏电表，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于___(选填“A”或“B”)端。 B 2 3 4 5 6 1 由题图丙可知，电源电动势为1.5 V，内阻r＝ Ω＝1.0 Ω。 (3)如图丙是根据实验数据做出的U-I图像，由图可知，电源的电动势E＝____ V，内阻r＝____ Ω。 1.5 1.0 2 3 4 5 6 1 5．(10分)(2025·湖南长沙期末)某实验小组利用电压表和电阻箱测量电源的电动势和内阻。所用器材有：待测电源、电压表、电阻箱、开关和导线 若干。 (1)请在虚线框中画出实验的电路图。           2 3 4 5 6 1 根据伏阻法测电源电动势和内阻的原理，画出实验电路如图所示。 2 3 4 5 6 1 (2)实验的主要步骤如下： ①检查电压表并调零，按照电路图连线。 ②调节电阻箱R的阻值至______。 ③将开关S闭合，调节电阻箱的阻值使电压表指针有足够的偏转，记下此时电阻箱的阻值R和电压表的示数U。 ④改变电阻箱的阻值，测出几组U及R的数据，做出 - 的图线，如图 所示。 最大值 2 3 4 5 6 1 为了保护电路，初始时，电阻箱的阻值应调为最大值。 2 3 4 5 6 1 (3)由做出的 - 图线可求得电动势E＝____ V，内阻r＝____ Ω。(结果均保留2位有效数字) 3.3 1.0 2 3 4 5 6 1 6．(10分)(2025·四川凉山高二统考期末)小明为测量“遥控船载蓄电池”的电源电动势和内阻，利用电压表和电阻箱设计了如图甲所示的测量电路。已知该电池的电动势E约为10 V，内阻r约为50 Ω，且允许通过的最大电流为150 mA；电压表量程为0～15 V，内阻约2 kΩ；R为电阻箱，阻值范围为0～9 999 Ω；R0是定值电阻，起保护电路的作用。 根据以上所给条件，完成下列各小题： 2 3 4 5 6 1 (1)实验室备有的定值电阻R0有以下几种规格，该实验应选用___(填入相应的字母)。 A．2 Ω B．20 Ω C．200 Ω D．2 002 Ω B 2 3 4 5 6 1 电路中的总电阻的最小值为R总0＝ Ω≈66.67 Ω，为了确保安全，保护电阻至少应接入的电阻为66.67 Ω－50 Ω＝16.67 Ω，可知给出的电阻中20 Ω符合要求。故选B。 2 3 4 5 6 1 (2)在图乙中，已正确连接了部分电路，请完成余下的电路连接。 根据题图甲连接实物图，如图所示。 2 3 4 5 6 1 (3)该同学连接好实验电路后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值R，读出电压表的示数U；再改变电阻箱阻值，取得多组数据，以 为横坐标，以 为纵坐标，代入数据可画出如图丙所示的图像，对应的函数方程表达 式为______________________(用所给物理量的字母表示)。 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 (4)由图丙可得该电源电动势的测量值为____V，内阻测量值为____ Ω。(结果均保留2位有效数字) 返回 10 50 2 3 4 5 6 1 谢 谢 观 看 ！ 第二章　 　 电路及其应用 2 3 4 5 6 1 ⇒ 由E＝U＋r变形得＝＋·，可见-图像为一条直线，如图所示，直线在纵轴上的截距为b，斜率为k，则有k＝，b＝，由此解得E＝，r＝ 由E＝I(R＋r)变形得＝＋R，则-R图像是一条如图所示的直线，直线在纵轴上的截距为b，斜率为k，则有E＝，r＝ －R 由闭合电路欧姆定律可得E＝U＋r，变换可得＝·－，由图像在纵轴上截距的绝对值可得内阻r＝1.0 Ω，由图线斜率可得电动势E≈ 3.3 V。 ＝＋·　 根据上述表达式，结合题图丙有＝0.1 V－1，＝ Ω/V 解得E＝10 V，r＝50 Ω。 $