12.3 实验：电池电动势和内阻的测量-【创新大课堂系列】2025-2026学年高中物理必修第三册同步辅导与测试(人教版)

物理必修第三册 小灯泡，当R2所在位置温度升高时 ( A.保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变大 A.R1两端的电压减小 B.保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变小 B.小灯泡的亮度变暗 C.保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变大 C.电流表的示数减小 D.保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变小 D.通过R2的电流减小 5.如图所示，电源E(内阻不计)输出恒定电压 3.如图所示，小灯泡的规格为“6V3W”,R3=: 12V,定值电阻R1=R2=82,电动机M的内 42,电源内阻r=12.闭合开关S,灯泡L正常： 阻为R3=12,当开关S闭合，电动机转动稳定 发光，电压表示数为零，电流表示数为1A,电： 后，理想电压表的读数为U1=4V.若电动机除 表均为理想电表，则电源电动势E和电源的输 了内阻外不计其他损耗，求： 出功率P分别为 R ⑧L E E,§① (1)电动机输出的机械功率P1; A.E=8 V,P=6 W (2)电路消耗的总功率P. B.E-8 V,P=7 W C.E=9 V,P-8 W D.E=9 V,P=9 W 4.如图所示，M、N是平行板 电容器的两个极板，R。为定 值电阻，R1、R2为可调电 阻，用绝缘细线将质量为 m、带正电的小球悬于电容 器内部.闭合开关S,小球静 止时受到悬线的拉力为F.调节R1、R2,关于F : 的大小判断正确的是 温馨提示 请做课时分层检测（十八） 3实验：电池电动势和内阻的测量 实验必备·自主探究 一、实验目的 :2.原理：通过改变滑动变阻器的阻值，用电压表和 1.进一步熟练电压表、电流表、滑动变阻器的： 电流表测出每种状态（最少两种）下的U、I值， 使用. 列出两个方程，即可求出电动势E和内阻 2.学会用伏安法测电池的电动势和内阻. 即E=U+1, 3.学会利用图像处理实验数据. E=U2+12r 二、实验原理 E- I2U-IU2 1.原理图如图所示 联立求解可得 12-I1 U1-U2 r= I2-I1 三、实验器材 被测电池（干电池）、电流表、电压表、滑动变阻 器、开关、导线、坐标纸和刻度尺等. 102 第十二章电能能量守恒定律 四、实验步骤 :2.实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完 1.确定电流表、电压表的量程，按电路原理图把器； 后立即切断电源，防止干电池大电流放电时内 材连接好，如图所示 阻r出现明显变化 ; 3.若干电池的路端电压变化不很明显，作图像时， 纵轴单位可取得小一些，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，内围要在直线上取较远的两点用一会智 2.把变阻器的滑动片移到一端使其接入电路的阻： 求出. 值最大， UNV 3.闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示 1.5 数，记录一组电流表和电压表的示数，用同样的： 1.4 1.3 方法测量并记录几组I和U的值， 1.2 1.1 4.断开开关，整理好器材 五、数据处理 1.000.20.40.614 :4.为了提高测量的精确度，在实验中I、U的变化 1.代数法：运用方程组 E=U+I'求解E和r E=U2+I2r 范围要大一些，计算E、r时，U1和U2、I1和I2 为了减小实验的偶然误差，应该利用U、I值多： 的差值要大一些。 求几组E和r的值，算出它们的平均值. ;七、误差分析 2.图像法：对于E、r一定的电源，路端电压U与1.偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数 通过干路的电流I的U-I图像是一条直线，这： 误差以及作U-I图像时描点的误差。 条直线与纵轴U的交点表示电源的电动势E,2.系统误差 与横轴I的交点表示短路电流，图线斜率的绝 (1)电流表内接时电路如图甲所示，产生实验误 对值表示电源的内阻r.在读图时应注意图像的 差的原因是由于电压表的分流造成的，测量值 纵坐标是否是从零开始的，若从零开始的，如图 与真实值的关系为： 甲所示，则（一号若不是从零开始的：如国乙所 E测<E真r测<r真· 示，则r= E-U I U U E E r 甲 乙 (2)电流表外接时电路如图乙所示，产生实验误 差的原因是由于电流表的分压造成的，测量值 六、注意事项 与真实值的关系为： 1.为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻 E测=E真，r测>T真· 较大的旧干电池和内阻较大的电压表 实验研析·创新学习 题型1实验操作与实物连线 C.电压表（量程0~3V,0~15V) [典例1]在“用电流表和电压表测电池的电动 D.开关S和若干导线 势和内电阻”的实验中，提供的器材有： E.滑动变阻器R(最大阻值202，允许最大电 A.干电池一节 流2A) B.电流表（量程0~0.6A,0~3A) 103 物理必修第三册 甲 乙 R (1)为使测量尽可能精确，请根据原理图甲用笔 画线代替导线将如图乙所示的实物图连成实验 ④H R E 电路 C D (2)完成下列实验步骤中所缺的内容： (1)甲同学想要测量马铃薯电池的电动势（约 ①按实验要求连接好电路，使滑动变阻器接人 1.0V)和内阻（约5002）.选用合适器材后，应 电路的阻值 (选填“最大”或“最小”). 选择最优电路 (填写参考电路对应的 ②闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电压表： 字母)进行测量： 和电流表的指针有明显偏转，读取电压表和电： (2)乙同学想要测量一节新干电池的电动势和内 流表的示数 阻.选用合适器材后，应选择最优电路 ③继续移动 ,并再次读取电压表和电： (填写参考电路对应的字母)进行测量： 流表的示数.用同样方法测量多组数据. (3)乙同学将测得的数据在坐标纸上描点如图.请 ④断开开关，整理好器材，进行实验数据处理. 画出U-I图象，并求出电动势E为 V, [听课记录] 内阻r为 Ω（小数点后保留2位） U/V 1.5 1.4 1. 1.0 0.10.20.30.40.50.61/A [听课记录] 题型2数据处理与分析 [典例2]在测量电源电动势和内阻的实验中， 实验室提供了如下器材和参考电路： 电压表V1(量程3V,内阻约6k2) 电压表V2(量程1V,内阻约6k2) 题型3实验拓展与创新 电流表A1(量程0.6A,内阻约0.12) [典例3]某同学要测量一电源的电动势E和内 电流表A2(量程2mA,内阻约12) 阻r,实验器材有：一只DIS电流传感器（可视为 滑动变阻器R1(最大阻值3k2) 理想电流表，测得的电流用I表示)、一只电阻 滑动变阻器R2(最大阻值102) 箱（阻值用R表示）、一只开关和导线若干.该同 定值电阻R3(阻值12) 学设计了如图甲所示的电路进行实验和采集 开关，导线若干 数据 104 第十二章电能能量守恒定律 (3)该同学根据实验采集到的数据作出如图丙 @ 电流传感器 所示的}R图像，则由图像可求得，该电源的 电动势E= V,内阻r= 2. ×1000 ×100 电源 (结果均保留两位有效数字) 甲 ×10 [听课记录] ■■■■■ 田电电出出用 10 20 30R/2 丙 …/创新归纳/… (1)该同学设计实验的原理表达式是E= 本题的创新点体现在两处： (用r、I、R表示) (1)实验器材创新，应用电阻箱和传感器组合 (2)该同学在闭合开关之前，应先将电阻箱调到 替代电压表、电流表和滑动变阻器。 (选填“最大值”“最小值”或“任意 (2)数据处理创新，应用子R图像巷代U-1 值”)，实验过程中，将电阻箱调至如图乙所示的位 图像分析数据 置，则此时电阻箱接入电路的阻值为 2 素养演练·提升技能 达标训练素养提高 1.为了测出电源的电动势和内阻，除待测电源和： 实验中电流表应选用 ；电压表应选用 开关、导线以外，配合下列哪组仪器，不能达到： ；滑动变阻器应选用 (选填相 实验目的 ( 应器材前的字母) A.一个电流表和一个电阻箱 3.某实验小组选用 B.一个电压表、一个电流表和一个滑动变阻器 以下器材测定电 C.一个电压表和一个电阻箱 池组的电动势和 D.一个电流表和一个滑动变阻器 内阻，要求测量 2.“利用电流表和电压表测定一节干电池的电动： 结果尽量准确. 2 势和内阻”，要求尽量减小实验误差， 电压表（量程 (1)应该选择的实验电路是图中的 (选 0~3V,内阻约 填“甲”或“乙”) 为3k2) A 电流表（量程0一0.6A,内阻约为12） 滑动变阻器(0~20，额定电流1A) A 待测电池组（电动势约为3V,内阻约为12） 甲 乙 开关、导线若干 (2)现有开关和导线若干，以及以下器材： (1)该小组连接的实物电路如图所示，经仔细检 A.电流表(0一0.6A) 查，发现电路中有一条导线连接不当，这条导线 B.电流表(0~3A) 对应的编号是 C.电压表(015V) (2)改正这条导线的连接后开始实验，闭合开关 D.电压表(0~3V) 前，滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的 E.滑动变阻器(0~102) (选填“a”或者“b”)端。 F.滑动变阻器(0~5002) 105 物理必修第三册 (3)实验中发现调节滑动变阻器的阻值时，电流： (1)为了把灵敏电流计G改装成量程0~2V的电 表读数变化明显但电压表读数变化不明显.为了： 压表继续实验，电阻箱R应调整至 2. 解决这个问题，在电池组负极和开关之间串联一！ (2)探究小组中一个同学用灵敏电流计和电阻 个阻值为52的电阻，之后该小组得到了几组电： 箱设计了如图乙所示的实验电路，同样测出了 压表读数U和对应的电流表读数I,并作出U-I 干电池的电动势和内阻. 图像，如图所示.根据图像可知，电池组的电动势： ①多次调节电阻箱，记录灵敏电流计G的示数 为 V,内阻为 2(结果均保 I和电阻箱的阻值R,电源的电动势和内阻分别 留2位有效数字). ↑U/V 用E和r表示，则片和R的关系式为 3.0 ②然后以子为纵坐标，以 2.0 R为横坐标，作出的子R 图线为一直线，如图丙所 1.0 示，测得直线在纵轴上的 R/2 截距b=134A1,直线的 丙 0 0.200.400.601/A 斜率k 号则该电池的 4.有一特殊电池，它的电动势约为9V,内阻约为 电动势E= V,内阻r= 2. 402,已知该电池允许输出的最大电流为50mA.6.某小组要测量电源的电动势E(约3V)、内电阻 为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用 r(约1)和电阻R,(约52)的阻值.已经提供 如图甲所示电路进行实验，图中电流表的内阻RA 的器材有：待测电源E、待测电阻R,、电压表 =52,R为电阻箱，阻值范围0~999.9Ω，Ro为 (量程1.5V,内阻Ry=1500)、电阻箱R 定值电阻，对电源起保护作用， (0~99.992)、开关S1、单刀双掷开关S2及导 1/A- 线若干 40 30 20 10 0 12345(R+R)/(1022) 乙 甲 (1)本实验中的R。应选 (填字母) (1)实验时需要将电压表的量程扩大一倍，应该 A.102 B.502 再选用一个阻值为 2的定值电阻与电 C.1502 D.5002 压表 (选填“串联”或“并联”)；设计好 (2)该同学接人符合要求的R。后，闭合开关S, 的电路如图甲所示，图中V为改装后的电压表 调整电阻箱的阻值，读取电流表的示数，记录多 (以下实验中可看成理想电压表). 组数据，作出了如图乙所示的图线，则根据图线 可求得该电池的电动势E= V,内阻 (2)为了测量R,的电阻，闭合S1,将S2与a连 接，调节电阻箱，读出其电阻值R和电压表的示 2. 数U1;保持电阻箱阻值不变，将S2与b连接， 5.某探究小组采用如图甲所示的电路测定一节干 读出电压表的示数U2,则电阻R,的表达式为 电池的电动势和内阻时，发现量程0~3V的电： 压表出现故障不能正常使用，实验台上的其他器 (3)为了测量电源的电动势和内电阻，闭合S1, 材还有一个量程0~500uA、内阻R.=2002的 将S2与a连接，多次调节电阻箱，读出多组电 灵敏电流计G和一个电阻箱R(0~99992). 阻箱示数R和对应的电压表示数U,由测得的 A R 数据，绘出如图乙所示的京图像，若图像的 斜率为k,纵轴截距为l,则电动势E的表达式 E 为 ,内电阻r的表达式为 甲 (用k、l和Rx表示) 1063实验：电池电动势和内阻的测量 因为电压表的内阻远大于滑动变阻器的电阻，故电压表分流很小， 测量引起的误差小，故选择甲电路， 实验研析·创新学习 (2)一节千电池的电动势约为1.5V,因此电压表量程选择0 题型1 3V,故选D:因千电池允许通过的电流较小，电流表量程选择0 典例1」[解析](1)根据电源的电动势的大小，可以确定电压表} 0.6A,故选A:为使电流表有较大角度的偏转，需选用最大阻值小 的量程，因通过电源的电流不易过大，故电流表选0~0.6A量程.！ 的滑动变阻器，故选E. 根据电路图连接线路即可 答案(1)甲(2)ADE (②)闭合开关前，应使滑动变阻器以最大阻值接入电路中，这样在：3.解析(1)应用伏安法测电源电动势和内阻，电压表应测量电源两 闭合开关时，电流最小，改变滑动变阻器的大小，再次读取电压表！ 端的电压，故导线5接滑动变阻器的一端应改接到电源的正极. 和电流表的示数，用同样方法测量多组致据，根据电流和电压的数 (2)滑动变阻器起保护电路的作用，因此闭合开关前，应将其接入 值，作出图像， 电路的电阻值调为最大，故滑片P应置于a端 (3)在电池组负极和开关间串联一个阻值为5的电阻，由闭合电 [答案](1)如图所示 路的欧姆定律有U=E一I(r十R),所以U一I图线的纵裁距表示 电源电动势，E=2.9V,图线斜率的绝对值表示电源内阻与定值 电程联的总电，所以电源内阻为一（很船-5）n=0,80n 答案(1)5(2)a(3)2.90.80 :4,解析(1)当电阻箱接入电路的阻值为零时，电路中的电流不能超 过50mA,即电路中电阻的最小值约为180且，徐去电源内阻（约 为40Q)、图中电流表的内阻(RA=52),C选项最为合适， (2)①最大③滑动变阻器的滑片 题型2 (2》由U=E1得1优+R+R)=E-,变形得子_R E [典例2][解析](1)因为电池的内阻较大，所以应该电流表分压！ +十R 不显著，定值电阻为】欧姆，对电路起不到保护作用，故没必要使！ E 用定值电阻R,应采用A电路. 结合题图可得E=10V,r=452. (2)新干电池内阻较小，电流表分压作用明显，所以应外接，又因为 答案(1)C(2)1045 5.解析(1)将灵敏电流计改装成电压表，应串联一个大电阻，根据 千电池电动势为1.5V,为了保护电路，应使用定值R,故电路应！ 串联电路的规律，可知 选用C. 2 (3)将描点进行连线，根据U=E-1(R?十r),得电池的电动势为！ R=500x100-200n=3800n. E=1.49V,内阻r= R,-&碧n-1n=a.1n (2)0根据闭合电路的欧姆定律，可知I一R,十十R变形可得 [答案](1)A(2)C(3)1.490.11 1 ↑UV 1.55 1.4 @分折可知bRk可得E.5V=10卫小 1.3 答案(1380208+数@151.0 1.2 :6.解析(1)实验时需要将电压表的量程扩大一倍，应串联一个定值 1.1 电阻，它的阻值为R= U-U=15000. 10 0.12030.40567 Ry 题型3 (2)当S2接a时，电压表测电阻箱R两端的电压，当S2接b时，电 [典例3][解析](1)根据闭合电路欧姆定律知，该同学设计实验 压表测R,及电阻箱R两端的电压，则R,两端的电压为U2一U1, 的原理表达式是E=I(R十r). 此时流进R,的电流为费，由欧母定律可得R,心R (2)根据实验的安全性原则，在闭合开关之前，应先将电阻箱调到 U 景大值.根据电阻箱读数规则知，电阻箱接入电路的阻值为2< (3)由同合电路欧母定律可知E只(R叶R十)，变形可得亡 102+1×1=212. (8)由E=1(R十)可得十言R十它.十R图像针阜等于它 ·京+日由线等知议可得1=日R中E=宁 E E E=6.3V,图惊在织轴上的藏距等于宝一2.5n r= k一Rx [答案](1)I(R+r)(2)最大值21 答案()1500串联(2)R,-U,一LR U (3)6.3(6.1-6.4)2.5(2.4~2.6) 素养演练·提升技能 k一R 1.D[根据E=I(R十r)知，由电流表测出电流，用电阻箱读出外电 4 能源与可持续发展 阻的阻值，可以求出E、r,A能达到实验目的：根据E=U十Ir知，} 由电流表测出电流，由电压表测出电压，可以求出E、,B能达到：必备知识·自主梳理 实验用的：根据E=U+货知，由电压表测出电压，用电阻箱读出 、1.一种形式转化转移到别的物体能量的总量2.不可逆 3.(1)内能光能内能(2)能量转化 外电阻的阻值，可以求出E、r,C能达到实验日的：因为滑动变阻；二1.化石化石2.太阳能3.核能发电 器不能读出电阻的数值，所以只有一个电流表和一个滑动变阻器，三、1.石油时期2.物质基础3.(1)化石能源(2)当代人子孙 测不出电动势和内阻，D不能达到实验目的.] 后代(3)节能可再生能源 2.解析(1)如果用乙电路，误差来源于电流表的分压，测量时将电！即学即用 流表内阻当成电源内阻的一部分，而电流表内阻与电源内阻很接！1.(1)×(2)×(3)/(4)× 近，故电源内阻测量误差大：用甲电路，误差来源于电压表的分流，2.水能、风能、潮汐能、太阳能、核能等， 230