1.导学案 第十二章 电能 能量守恒定律 3.实验：电池电动势和内阻的测量（配套word）-【满分思维】2025-2026学年高中物理必修第三册（人教版）教师用书

该高中物理导学案聚焦“电池电动势和内阻的测量”实验，基于闭合电路欧姆定律，引导学生掌握实验原理、器材使用及数据处理方法，衔接电路分析等前期知识，通过实验步骤梳理和误差分析搭建学习支架。 资料以科学探究为主线，涵盖原理设计、公式与图像法数据处理及系统误差分析，典例结合原型实验与创新实验（如水果电池测量），通过问题辨析培养科学思维，提升学生实验操作与创新能力，符合新课标科学探究与科学思维素养要求。

3.实验:电池电动势和内阻的测量 必备知识·实验探究 一、实验目的 1.了解并掌握测量电池的电动势和内阻的原理和实验方法。 2.学习用图像法处理实验数据。 3.会对测量误差进行分析,了解测量中减小误差的方法。 二、实验器材 待测电池一节,电流表(0~0.6 A)、电压表(0~3 V)各一块,滑动变阻器一个,开关一个,导线若干。 三、实验原理与设计 实验电路如图所示,改变R的阻值,测出两组U、I的值,根据闭合电路的欧姆定律可列出两个方程: ⇒ 四、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,如图所示。 2.把滑动变阻器的滑片移到一端使阻值最大。 3.闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数,记录一组电流表和电压表的示数,用同样的方法测量并记录几组I和U的值。 4.断开开关,整理好器材。 [交流讨论] 测量电池电动势和内阻时,在什么情况选择电流表内接法,什么情况选择电流表外接法? 提示:外接法:当电压表内阻远大于待测电阻阻值时用外接法,此时流过电压表的电流很小,可忽略不计。 内接法:当电流表内阻远小于待测电阻阻值时用内接法,此时电流表分得的电压很小,可忽略不计。 五、数据处理 1.公式法:运用方程组,求解E和r。 为了减小实验的偶然误差,可以利用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,纵轴截距点是断路的路端电压,它的数值就是电源电动势E;横轴截距点是路端电压U=0时的电流,它的数值就是短路电流I短=。 (3)图线斜率的绝对值为电源的内阻r,即r=||=,如图所示。 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 (1)电流表内接时电路如图甲所示,主要原因是电压表的分流作用,使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏小一些。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,如图丙所示,可以得到E测<E真,r测<r真。 (2)电流表外接时电路如图乙所示,产生实验误差的原因是电流表的分压,测量值与真实值的关系为:E测=E真,r测>r真。 【辨析明理】 判断下列说法的正误 (1)为使电池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)为了得到多组数据,实验中可将电流调得尽量大些。 (　　) (3)电表读数要快,读完后立即切断电源。 (　　) (4)当干电池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。 (　　) (5)为了提高测量的精确度,在实验中I、U的变化范围要大一些。 (　　) 提示:(1)√　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√ 典例精研·创新思维 类型一 教材原型实验 角度1　实验原理和实验操作 [典例1](2025·郑州高二检测)现测量电源的电动势E(约为3 V)和内阻r。可以选用的器材有:滑动变阻器R(最大阻值为15 Ω),定值电阻R0(阻值4 Ω),电压表V(量程0~3 V,内阻很大),电流表A1(量程0~0.6 A)和A2(量程0~3 A),开关S,导线若干等。电路图如图1所示。 (1)根据图1中的电路图将图2中的实物图连接完整,其中电流表应选择　A1　(选填“A1”或“A2”)。  (2)实验中将滑动变阻器滑片置于两个不同位置时,电压表和电流表的示数分别为(U1,I1)、(U2,I2),则电源电动势E= 　,内阻r= -R0　(用U1、I1、U2、I2和R0表示)  【解析】(1)根据电路图可得实物连接图如图所示, 电路中的最大电流Imax== A=0.75 A,为了减小误差,电流表选择量程为0~0.6 A的A1。 (2)根据闭合电路欧姆定律有E=U1+I1(r+R0),E=U2+I2(r+R0),联立可得E=,r=-R0。 答案:(1)图见解析　A1　 (2)　-R0 角度2　数据处理和误差分析 [典例2](2025·北京高二检测)利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻,要求尽量减小实验误差,实验电路如图甲所示。 (1)现有电压表(0~3 V)、开关和导线若干,以及以下器材: 电流表A1:量程0~0.6 A,内阻约0.125 Ω 电流表A2:量程0~3 A,内阻约0.025 Ω 滑动变阻器R1:0~20 Ω,额定电流2 A 滑动变阻器R2:0~1 000 Ω,额定电流1 A 实验中电流表应选用　A1　,滑动变阻器应选用　R1　;(选填相应器材前的字母)  (2)某位同学根据记录的数据,作出如图乙所示的图线,根据所画图线可得,电动势E=　1.49　,(结果保留三位有效数字),内电阻r=　0.82　Ω(结果保留两位有效数字)。  (3)(多选)这位同学对以上实验进行了误差分析,其中正确的是　A、C　。  A.实验产生的系统误差,主要是由于电压表的分流作用 B.实验产生的系统误差,主要是由于电流表的分压作用 C.实验测出的电动势小于真实值 D.实验测出的内阻大于真实值 (4)实验中,随着滑动变阻器滑片的移动,电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化。下列各示意图中正确反映P-U关系的是　C　。  【解析】(1)一节干电池电动势约为1.5 V,电路中电流较小,电流表应选A1;为方便实验操作,使电表示数变化明显,滑动变阻器应选择阻值较小的R1。 (2)根据闭合电路欧姆定律可知E=U+Ir,结合图像可知E=1.49 V,电源内阻为r== Ω≈0.82 Ω。 (3)由图甲所示电路图可知,相对于电源来说电流表采用外接法,由于电压表分流作用,使所测电流小于电流的真实值,造成了实验误差,A正确、B错误;当外电路短路时,电流的测量值等于真实值,除此之外,由于电压表的分流作用,电流的测量值小于真实值,电源的U-I图像如图所示, 由图像可知电源电动势的测量值小于真实值,C正确;电源内阻为r=,由图像可知,电源内阻测量值小于真实值,D错误。 (4)由P=UI,I=,联立解得P=-U2+U,即P-U图像是一条开口向下的抛物线,故选C。 答案:(1)A1　R1　(2)1.49　0.82　(3)A、C　(4)C 类型二 创新型实验 [典例3](2025·晋中高二检测)某班物理兴趣小组测量水果电池的电动势和内阻,操作如下: ①用多用电表粗测: 将一个铜片、一个锌片分别插入一个苹果相距稍远的两个位置,用多用电表的直流电压挡测量铜片与锌片间的电压,示数为0.70 V;拔出锌片,在原位置插入另一个铜片,将多用电表选择开关拨到电阻表×1挡,欧姆调零后测量两铜片间的电阻,发现指针偏角太小(接近电阻表盘左侧∞位置),换到×10挡,再次欧姆调零,重新测量的结果为350 Ω。 ②设计电路精确测量,实验室中准备有如下器材: A.电流表A1(量程0~0.6 A,内阻为1 Ω) B.电流表A2(量程0~200 μA,内阻为450 Ω) C.电流表A3(量程0~600 μA,内阻为400 Ω) D.定值电阻R0(阻值50 Ω) E.电阻箱R(0~999 Ω) F.导线和开关 (1)根据粗测结果,考虑到苹果电池可能提供的最大电流,他们设计了如图1所示的电路图,图中电流表应选　B　(填器材前的序号)。  (2)根据电路图,用笔画线代替导线连接图2中实物图(铜片为正极)。 (3)调节电阻箱,得到多组电流表读数I、电阻箱读数R,作出IR-I图像如图3所示,根据图像数据求得苹果电池的电动势E=　0.73　V(结果保留2位有效数字),内电阻r=　361(355~366均可)　Ω(结果保留3位有效数字)。  【解析】(1)不计电流表电阻,当电流表直接与苹果电池串联时,I== A=0.002 A=200 μA,则通过电流表的电流必然小于200 μA,所以电流表选择A2,即选择B项。 (2)实物图连接如图 (3)由闭合回路欧姆定律可得E=(+I)(r+R)+IRA,将R0=50 Ω,RA=450 Ω代入得IR=-(r+45 Ω)I,结合IR-I图像可得=0.073 V,r+45 Ω= Ω,解得E=0.73 V,r=361 Ω。 答案:(1)B　(2)见解析　(3)0.73　361(355~366均可) [创新角度] (1)实验方法的创新:安阻法测电阻。 (2)实验器材的创新:用电阻箱、电流表测水果电池的电动势和内阻。 - 8 - 学科网（北京）股份有限公司 $