第4章 第2节 科学测量：电源的电动势和内阻（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理必修第三册（鲁科版 福建专用）

该高中物理课件聚焦“科学测量：电源的电动势和内阻”实验，基于闭合电路欧姆定律，通过实验准备（原理、器材、装置）搭建学习支架，引导学生从理论公式推导过渡到实物操作，衔接前后电学知识脉络。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，通过实验操作细节（如滑动变阻器调节、数据处理的代数法与图像法）、误差分析（偶然误差和系统误差）培养学生严谨态度，创新考法（如水果电池探究电极参数影响）提升探究能力。训练评价结合高考题和变式练习，助力学生巩固迁移，教师可高效开展实验教学。

科学测量： 电源的电动势和内阻 (实验课——基于经典科学探究) 第 2 节 实验准备——原理、器材和装置 实验操作——过程、细节和反思 01 02 CONTENTS 目录 实验考法——基础、变通和创新 03 训练评价——巩固、迁移和发展 04 实验准备——原理、器材和装置 1.实物连线图 2.实验原理 如图所示，通过改变滑动变阻器R的阻值，测出两组U、I值。根据闭合电路欧姆定律，可得下列方程 E=U1+I1r E=U2+I2r 联立求解，可得E=，r=。 实验操作——过程、细节和反思 一、实验步骤 1.确定电流表、电压表的量程，按电路原理图把器材连接好。 2.把滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值最大的一端。 3.闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电流表的示数I和电压表的示数U，用同样的方法测量并记录几组I和U的值，并填入预先设计的表格中。 4.断开开关，整理好器材。 二、数据处理 1.代数法 运用方程E=U1+I1r，E=U2+I2r，求解E和r。 利用所测U、I值多求几组E和r的值，最后算出它们的平均值。 2.图像法 如图所示，建立U-I坐标系，将记录表中的U、I 值在坐标系中描出相应的点，再根据这些点画出直线， 延长该直线，使它分别与纵坐标轴和横坐标轴交于A、B两点。 由闭合电路欧姆定律可知，A、B所在直线的方程为U=E-Ir。 (1)直线与纵轴的交点表示电动势E。 (2)直线与横轴的交点表示短路电流I0。 (3)直线斜率的绝对值等于电源内阻的大小r=|k|= 。 三、注意事项 1.为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，宜选用旧电池和内阻较大的电压表。 2.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，读电表要快，每次读完后应立即断电。 3.电压表、电流表应选择合适的量程，使测量时指针偏转角大些，以减小读数时的相对误差。 4.若干电池的路端电压变化不明显，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。 5.画U-I图像时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧，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。 四、误差分析 1.偶然误差 (1)电压表和电流表的读数误差。 (2)由于导线与电池接触不好造成电池内阻不稳定产生误差。 (3)作U-I图线时描点、连线不准确产生误差。 2.系统误差 公式U=E-Ir中I是通过电源的电流，而本实验电 路是存在系统误差的，这是由于电压表分流IV，使 电流表示数I测小于电池的输出电流I真。因为I真=I测+IV，而IV=，U越大，IV越大，U趋于零时，IV也趋于零。所以它们的关系可用如图所示的U-I图线表示，由图线可看出r和E的测量值都小于真实值，即r测<r真，E测<E真。 1.如图所示，伏安法测电源电动势和内阻有两种接法，为什么我们会选择电流表外接(相对测量电源电路)的甲电路? 关键点反思 提示：由于电池内阻与电流表内阻接近，所以电流表应采用外接法(相对测量电源电路)，即一般选用误差较小的甲电路。 2.在上题甲电路中，在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于哪一端?为什么? 提示：最左端，以免闭合开关时，因电流过大，烧坏电流表。 3.电池的内阻r=，实验中为什么不直接测量出短路电流，从而得出电池的内阻r? 提示：电池短路时电流过大，不可以用电流表直接测量电池的短路电流。 实验考法——基础、变通和创新 考法(一)　实验原理与操作 [例1]　为了测定一电池的电动势和内阻，实验室中提供有下列器材： A.电流表G(满偏电流10 mA，内阻10 Ω) B.电流表A(0~0.6 A~3 A，内阻未知) C.滑动变阻器R(0~100 Ω，1 A) D.定值电阻R0(阻值990 Ω) E.开关与导线若干 (1)某同学根据现有的实验器材，设计了如图甲所示的电路，请按照电路图在图乙上完成实物连线。 [答案]　(1)见解析图 [解析]　(1)连接实物图时，注意电流由电源正极出发，由两电流表正接线柱流入，负接线柱流出，实物连线如图所示。 (2)图丙为该同学根据上述设计的实验电路利用实验测出的数据绘出的I1-I2图线，I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数，由图线可以得到被测电池的电动势E=_____V，内阻r=_____Ω。  9.0 10.0 [解析]　(2)电流表G与定值电阻R0串联，可等效为电压表使用，由欧姆定律可知，电流表G示数I与(R0+r)的乘积等于电源两端电压，故I1-I2图像实质为U-I图像，其纵截距为电源电动势，E=9.0 V，斜率绝对值为电源内阻，即r=10.0 Ω。 [微点拨] 连接实物电路图的基本方法 (1)先画出实验电路图。 (2)按电路图选择所需的器材，明确电表量程。 (3)画线连接各元件，一般先从电源正极开始，到开关，再到滑动变阻器等，按顺序以单线连接方式将主电路要串联的元件依次串联起来，然后再将要并联的元件并联到电路中。 (4)注意电源的正负极、电表的正负接线柱以及滑动变阻器接线柱的合理选用。 (5)还要注意连线不能交叉，开关要能控制电路。 考法(二)　数据处理与误差分析 [例2]　某实验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了如图(a)所示电路，所用器材如下： 电压表(量程0~3 V，内阻很大)； 电流表(量程0~0.6 A)； 电阻箱(阻值0~9 999 Ω)； 干电池一节、开关一个和导线若干。 (1)根据图(a)，完成图(b)中的实物图连线。 [解析] 　(1)实物连线如图所示。 [答案]　(1)见解析图 (2)调节电阻箱到最大阻值，闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻，记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的U-I图像如图(c)所示，则干电池的电动势为______V(保留3位有效数字)、内阻为______Ω(保留2位有效数字)。  1.58 0.64 [解析] (2)由闭合电路的欧姆定律可得U=E-Ir，由题图(c)可知E=1.58 V，内阻r= Ω≈0.64 Ω。 (3)该小组根据记录数据进一步探究，作出-R图像如图(d)所示。利用图(d)中图像的纵轴截距，结合第(2)问得到的电动势与内阻，还可以求出电流表内阻为______Ω(保留2位有效数字)。  2.5 [解析] (3)根据E=I(R+RA+r)，可得=·R+，由题图(d)可知=2，解得RA≈2.5 Ω。 (4)由于电压表内阻不是无穷大，本实验干电池内阻的测量值________ (填“偏大”或“偏小”)。  偏小 [解析] (4)由于电压表内阻不是无穷大，则实验测得的是电压表内阻与电源内阻的并联值，即实验中测得的电池内阻偏小。 [微点拨] 测电源电动势和内阻的图像处理方法 (1)用伏安法测电源电动势和内阻时，E=U+Ir，变形后可得U=E-Ir，作出U-I图像，图像的纵截距表示电源电动势，斜率的绝对值表示内阻。 (2)用安阻法时，E=I(R+r)，变形后可得R=E-r，可以作出R-图像，图像的斜率为电动势E，纵截距的绝对值为内阻r。 (3)用伏阻法时，E=U+r，变形后可得=·+，作出-图像，图像的斜率为，纵截距为。 考法(三)　源于经典实验的创新考查 [例3]　某实验小组准备用铜片和锌片作为2个电极插入苹果制成水果电池，探究电极间距、电极插入深度对水果电池的电动势和内阻的影响。实验小组在市场上购买了品种、大小和成熟程度几乎相同的苹果，成员设计了两个方案测量苹果电池的电动势E和内阻r，电路原理如图1所示。实验室可供器材如下： 电压表V(0~3 V，内阻约3 kΩ；0~15 V，内阻约15 kΩ)； 电流表A(0~0.6 A，内阻约0.125 Ω；0~3 A，内阻约0.025 Ω)； 微安表G(量程200 μA，内阻约1 000 Ω)； 滑动变阻器(额定电流2 A，最大阻值100 Ω)；电阻箱(最大阻值99 999 Ω)；开关、导线若干。 (1)查阅资料知道苹果电池的电动势约为1 V，内阻约为几千欧，经过分析后发现方案A不合适，你认为方案A不合适的原因是_____。  A.滑动变阻器起不到调节的作用 B.电流表几乎没有示数 C.电流表分压明显导致测量误差偏大 D.电压表示数达不到量程的三分之一 ABD [解析]　(1)滑动变阻器最大阻值只有100 Ω，而苹果电池的内阻约为几千欧，则滑动变阻器起不到调节的作用，故A正确；苹果电池的电动势约为1 V，内阻约为几千欧，由闭合电路的欧姆定律可知，电路最大电流不会超过0.001 A=1 mA，则电流表几乎没有示数，故B正确；电流表内阻远小于电源内阻，分压不明显，且电流表分压对实验结果无影响，故C错误；使用量程为0~3 V的电压表，电压表示数达不到量程的三分之一，故D正确。 (2)实验小组根据方案B进行实验，根据数据作出 -R图像(如图2所示)，已知图像的斜率为k，纵轴截距为b，微安表内阻为rg，可求得被测电池的电动势E=______，内电阻r=______。  [解析]　(2)根据闭合回路的欧姆定律有I=， 整理可得=·R+ 结合 -R图像有=k，=b，解得E=，r=-rg。 (3)改变电极间距、电极插入深度重复实验，测得数据如下表所示。 序号 电极插入 深度h/cm 电极间距 d/cm 电动势E/V 内阻r/Ω 1 4 2 1.016 5 981 2 4 4 1.056 9 508 3 2 2 1.083 11 073 分析以上数据可知电极插入越深，水果电池内阻越_____；电极间距越大，水果电池内阻越_____。  小 大 [解析]　(3)由表格中序号1、3数据可知，电极插入越深，水果电池内阻越小；由表格中序号1、2数据可知，电极间距越大，水果电池内阻越大。 [创新分析] 本题的创新之处在于以下两点： (1)实验目的的创新：探究电极间距、电极插入深度对水果电池的电动势和内阻的影响。 (2)实验原理的创新：实验采用微安表和电阻箱进行测量。 训练评价——巩固、迁移和发展 1.(2024·北京高考)某兴趣小组利用铜片、锌片和橘子制作了水果电池，并用数字电压表(可视为理想电压表)和电阻箱测量水果电池的电动势E和内阻r，实验电路如图1所示。连接电路后，闭合开关S，多次调节电阻箱的阻值R，记录电压表的读数U，绘出图像，如图2所示，可得：该电池的电动势E=______V，内阻r=_____kΩ。(结果保留两位有效数字)  1.0 3.3 解析：由闭合电路欧姆定律得E=U+r， 整理得U=-r+E，结合题图2可得E=1.0 V，r=|k|= Ω=3.3 kΩ。 2.在“测量干电池的电动势和内阻”实验中 (1)部分连线如图1所示，导线a端应连接到 _____(选填“A”“B”“C”或“D”)接线柱上。正确连接后，某次测量中电压表指针位置如图2所示，其示数为_____V。  B 解析： (1)电压表测量的电压应为滑动变阻器接入电路中电阻丝两端的电压，开关应能控制电路，所以导线a端应连接到B处；干电池电动势约为1.5 V，电压表选择0~3 V量程，分度值为0.1 V，题图2中电压表读数为1.20 V。 1.20 (2)测得的7组数据已标在如图 3 所示U-I坐标系上，用作图法求干电池的电动势E=______V和内阻 r=______Ω。(计算结果均保留两位小数)  1.50 1.04 解析： (2)作出U-I图像如图所示，根据闭合电路欧姆定律U=E-Ir，可知U-I图像纵轴截距为电源电动势E=1.50 V，U-I图像斜率的绝对值等于电源内阻r= Ω≈1.04 Ω。 3.(2024·黑吉辽高考)某探究小组要测量电池的电动势和内阻。可利用的器材有：电压表、电阻丝、定值电阻(阻值为R0)、金属夹、刻度尺、开关S、导线若干。他们设计了如图所示的实验电路原理图。 (1)实验步骤如下： ①将电阻丝拉直固定，按照图(a)连接电路，金属夹置于电阻丝的_____ (填“A”或“B”)端；  ②闭合开关S，快速滑动金属夹至适当位置并记录电压表示数U，断开开关S，记录金属夹与B端的距离L； ③多次重复步骤②，根据记录的若干组 U、L的值，作出图(c)中图线Ⅰ； A ④按照图(b)将定值电阻接入电路，多次重复步骤②，再根据记录的若干组U、L的值，作出图(c)中图线Ⅱ。 解析： (1)①为了保护电路，开关闭合前应将金属夹置于电阻丝接入电路电阻最大处，即A端； (2)由图线得出纵轴截距为b，则待测电池的电动势E=_____。 (3)由图线求得Ⅰ、Ⅱ的斜率分别为k1、k2，若=n，则待测电池的内阻r=_______(用n和R0表示)。    解析：(2)(3)设电阻丝的总电阻为R，总长度为x，对题图(a)根据闭合电路欧姆定律有E=U+r，可得=+·，对题图(b)有E=U+(r+R0)，可得=+·，结合题图(c)可知b=，k1=，k2=，又=n，解得E=，r=。 4.某同学用电压表和电流表测一节电池的电动势和内阻，并按照图甲所示的电路图进行实验，所用电压表可视为理想电压表。 (1)图乙为根据实验数据绘制的U-I图像，从图像中可知该电池电动势E=_____ V，内阻r=_____ Ω。(均保留到小数点后一位)  1.5 2.0 解析：(1)由题图乙可知，图像的表达式为U=E-Ir 所以图像与纵轴的交点为电池电动势，有E=1.5 V 图像的斜率绝对值为电池内阻，有r=|k|= Ω=2.0 Ω。 (2)该同学找资料查证量程为0~0.6 A的电流表内阻比较小，接近电池内阻，则该电池内阻的测量值____ (填“>”“<”或“=”)真实值。  > 解析：(2)题图甲电路下，实际测量的是电池和电流表等效成的新电源，即测量的电池内阻实质为电池的内阻加上电流表的电阻，所以电池内阻的测量值大于真实值。 (3)该同学放弃电压表，并且将滑动变阻器更换为电阻箱R，采用如图丙所示电路进行实验，经多次测量并记录电阻箱阻值R及对应的电流强度I，重新绘制出如图丁所示的-R图像(忽略电流表的内阻)，已知图线斜率为k，图线与纵坐标轴的截距为b，则电池电动势E=____，内阻r=______。(用k、b表示)  解析：(3)由公式U=E-Ir 变形为IR=E-Ir，整理有=R+ 所以有k==b，整理有E=，r=。 5.叠层电池的性质与普通干电池相同，但它具有体积小、输出电压高的特点。为测量某叠层电池的电动势E和内阻r，该同学利用下列器材设计了如图1所示的测量电路： A.待测电池 B.定值电阻R0(30.0 Ω) C.理想电压表V1(量程为15 V) D.理想电压表V2(量程为3 V) E.滑动变阻器R(最大阻值为500 Ω) F.开关一个，导线若干 回答下列问题： (1)闭合开关前，应将滑动变阻器R的触头置于_______(选填“最左端”或“最右端”)  最左端 解析：(1)为保护电压表，闭合开关前，应将滑动变阻器有效阻值调至最大，故R的触头置于最左端。 (2)实验中，调节R触头的位置，发现当电压表V1读数为6.0 V时，电压表V2读数为1.96 V，此时通过电源的电流为______mA；(结果保留3位有效数字)。  65.3 解析：(2)电压表为理想电压表，则电流为I== A≈0.065 3 A =65.3 mA。 (3)多次改变R接入电路的电阻，读出多组V1和V2的示数U1、U2，将(2)中的点描在图2中，连同已描出的点作出U1-U2的图像； 解析：(3)描出U1为6.0 V、U2为1.96 V的点如图所示，拟合已描出的点，让尽可能多的点分布在线上，或均匀分布在线的两侧，做出U1-U2的图像如图所示。 (4)由U1-U2图像可知该叠层电池的电动势E=_____V，内电阻r=_____　Ω。(结果保留3位有效数字)  14.0 122 解析：(4)根据闭合电路欧姆定律E=U1+r 整理得U1=E-U2 可知U1-U2图像纵轴截距等于电源电动势，则有E=14.0 V U1-U2图像的斜率绝对值为|k|== 解得电源内阻为r=×30 Ω≈122 Ω。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $