7. 实验：测量电池的电动势和内阻（讲义）物理教科版必修第三册

本高中物理讲义聚焦“测量电池的电动势和内阻”实验，以闭合电路欧姆定律为核心，系统梳理实验原理、步骤、数据处理（公式法与U-I图像法）及误差分析，构建“理论-方案-操作-分析”的学习支架，衔接伏安法、安阻法、伏阻法等拓展方案。 资料通过“随学随练”“活学活用”等模块强化科学探究，结合U-I图像分析培养科学思维，融入高考真题的迁移创新环节提升问题解决能力。课中辅助教师实验教学，课后助力学生分层巩固，有效落实物理观念与科学态度的培养。

第二章 电路及其应用 7.实验：测量电池的电动势和内阻 课标要点 1.理解闭合电路的欧姆定律,会应用闭合电路的欧姆定律求解电源的电动势及其内阻；会应用路端电压与电流的关系图像分析问题。 2.通过应用闭合电路的欧姆定律论证实验方案,推导电动势和内阻的函数表达式,并进一步理解闭合电路的欧姆定律;能用科学推理分析实验过程中出现的问题,并提出解决问题的方案;能设计实验数据的处理方法,推理分析测量值与真实值的关系;根据不同的实验方案获取数据并对同一组电池的电动势、内阻的测量结果进行分析。 3.根据不同实验条件,结合闭合电路的欧姆定律的知识,完成测量电池的电动势及内阻的实验方案设计;通过实验,学会规范操作、正确读数、记录原始数据;通过交流、讨论,学会质疑和释疑,从而不断完善实验方案;通过小组成员间的讨论、交流,解决实验过程中遇到的电路故障问题;会设计测量水果电池的电动势及内阻的实验方案并完成实验;能结合自己的实验方案分析实验结果与真实值的关系,并能正确分析系统误差的来源。 学习重难点 重点：掌握伏安法测电源电动势和内阻的方法。 难点：学会用U-I图线处理数据的方法及误差分析 知识点1 实验原理 由E＝U＋Ir知，只要测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r，电路图如图所示。 三随学随练 2．为了测定电池的电动势和内阻，现有待测电池、开关和导线，为了达到测定目的，还需要的仪器是（　　） A．一个电流表和一个滑动变阻器 B．一个电压表和一个滑动变阻器 C．一个电流表和一个定值电阻 D．一个电压表和一个电阻箱 【答案】D 【详解】测定电池内阻和电动势，采用电压表、电流表和滑动变阻器，或电阻箱和电流表，或电阻箱和电压表，然后通过图像求解或联立解方程组求解，故选D，ABC错误。 故选D 。 知识点2 实验步骤 （1）按原理图连接实物图； （2）把变阻器的滑片移到一端使其阻值最大； （3）闭合电键,调节变阻器,使电流表的读数有明显示数,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U、I值； （4）断开电键,整理好器材。 随学随练 ．测定电源的电动势和内阻”的实验中，下列注意事项中错误的是（  ） A．应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表示数的变化比较明显 B．应选用内阻较小的电压表和电流表 C．移动变阻器的触头时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载 D．根据实验记录的数据作U–I图象时，应通过尽可能多的点画一条直线，并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧 【答案】B 【详解】A．旧干电池内阻较大，故应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表读数变化明显，故A正确； B．应选用内阻较小的电流表和内阻较大的电压表，以避免电流表和电压表自身阻值的影响，减小实验误差，故B错误； C．移动滑动变阻器的滑片时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载而发生危险，故C正确； D．作图时，应通过尽可能多的点画一条直线并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，这样作图误差最小，故D正确； 本题选择错误的，故选B． 知识点3 数据处理与误差分析 1.数据处理：为减小测量误差，本实验常选用以下两种数据处理方法： （1）公式法：利用依次记录的多组数据，根据闭合电路欧姆定律，联立方程组解出E和r，求出它们的平均值作为测量结果。 （2）图像法：把测出的多组U、I值，在U－I图中描点画图像，使U－I图像的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧，如图所示，由U＝E－Ir可知： ①纵轴截距等于电源的电动势E，横轴截距等于外电路短路时的电流Im＝。 ②图线斜率的绝对值等于电源的内阻r＝||＝。 2.误差分析 （1）偶然误差 ①电表读数不准和电表线性不良引起的误差。 ②U－I图像时描点不准确造成误差。 ③测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变化。 （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。理论上E＝U＋（IV＋IA）r，U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越 随学随练某实验小组通过如图甲所示的实验电路来“测量一节干电池的电动势和内电阻”，根据测得的数据作出了如图乙所示的U-Ⅰ图线，下列说法正确的是（　　） A．实验误差来源于电压表分流 B．实验误差来源于电流表分压 C．干电池内阻的测量值为3Ω D．干电池电动势的测量值偏大 【答案】A 【详解】ABD．由图甲可知，因电压表的分流作用，电流的测量值小于流过电源的真实值，当外电路短路时电流的测量值等于真实值，修正后的U-Ⅰ图像如图所示 可知电池电动势的测量值小于真实值，故A正确，BD错误； C．由图乙可知，干电池内阻的测量值为 故C错误。 故选A。 题型1 安阻法测量电池电动势和内阻 某实验小组欲测量某一型号电源的电动势和内阻，实验室提供的实验器材如下： A．待测电源 B．电流表（量程为，内阻） C．定值电阻 D．定值电阻 E．定值电阻 F．电阻箱（阻值范围为） G．开关、导线若干 实验步骤如下： （1）实验时需要把电流表的量程改装为，定值电阻应选 （选填“”或“”）。 （2）根据电路图甲连接电路，连接前开关断开。 （3）闭合开关，适当调节电阻箱，并记下电阻箱的阻值及对应电流表的示数，然后断开开关。 （4）重复（3）的操作，得到多组的数据。 （5）以为横轴，为纵轴，建立平面直角坐标系，作出的图像如图乙所示，则待测电源的电动势 V，内阻 （结果均保留两位有效数字）。 （6）若不考虑偶然误差，上述测量值与真实值相比： ， （均填“>”“<”或“=”）。 【答案】 12 2.1 = = 【详解】（1）[1]电流表扩大量程，量程扩大10倍，则并联的电阻为电流表内阻的九分之一，故应选择； （5）[2][3]由图甲 得 由图乙斜率、截距得， 解得 （6）[4][5]本实验已经考虑了电流表的内阻，根据第（5）的计算过程，得出电源电动势和内阻的测量值和真实值均相等。 活学活用 1.某同学利用如图所示的电路测定干电池的电动势和内电阻，在是否可忽略电流表内阻这种情况下，以电阻箱读数R为横坐标，电流表读数的倒数为纵坐标。下图中实线代表电流表内阻可忽略的情况，虚线代表电流表内阻不可忽略的情况，这四幅图中，能正确反映相关物理量之间关系的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】若不考虑电流表的内阻则 则 考虑电流表的内阻 则 两种情况斜率相同，截矩不同，电流表内阻不可忽略时截矩大，虚线在实线的上方。 故选B。 2.．用如图甲所示的电路测量电源的电动势和内阻，电流表A为理想电表，改变电阻箱R的阻值，测得多组数据，根据测得数据描绘的图线如图乙所示。将该电源、电阻箱R、表笔a和b与量程为10mA、内阻为50Ω的毫安表连成如图丙所示的电路，将毫安表改装成欧姆表，下列说法正确的是 A．电源电动势，内电阻 B．甲图中，当电阻箱R接入电路的阻值为时，电源的输出功率为12W C．丙图中，表笔a和b短接，当电阻箱R接入电路的阻值为时，毫安表满偏 D．丙图中，欧姆调零后，表笔a和b间接入阻值为的电阻，毫安表的示数为4mA 【答案】D 【详解】A．由闭合电路欧姆定律得 化简得 结合图线可得，电源电动势为 内电阻为 A错误； B．甲图中，当电阻箱R接入电路的阻值为时，流过电源的电流和电源的输出功率为 B错误； C．丙图中，表笔a和b短接，由闭合电路欧姆定律得 解得 C错误； D．丙图中，欧姆调零后，由闭合电路欧姆定律得 解得 D正确。 故选D。 题型2 伏阻法测量电池电动势和内阻 如图甲、乙是利用电压表（可看作理想电表）和电阻箱测定电池的电动势和内电阻的原理图及实验数据图像，可得电动势和内电阻分别是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】根据 可得 由图乙知，图像斜率 截距 解得 故选D。 活学活用 1.实验小组用如图1所示的电路来测量电源的电动势E和内阻r以及定值电阻的阻值。图1中的电压表为理想电压表，现把电阻箱调到最大值，闭合开关，调节电阻箱的阻值，读出电压表的示数U，改变电阻箱的阻值R，测得多组U与R对应值；再断开开关，调节电阻箱的阻值，读出电压表的示数U，改变电阻箱的阻值R，测得多组U与R对应值，以为纵轴、为横轴建立直角坐标系，在该坐标系中画出图像，得到的甲、乙两条图线如图2所示，回答下列问题： (1)按照图1所示的实验原理电路图在下列方框中完成实物图连线。 (2)闭合、断开，对应图2中的倾斜直线 （选填“甲”或“乙”），理论上甲、乙两条倾斜直线的交点 （选填“在”或“不在”）横轴上。 (3)若图线乙的纵截距为，则电源的内阻 ，若甲与乙的斜率之比为n，则与r的比值为 。 【答案】(1) (2)甲 在 (3) 【详解】（1）根据电路图可得实物连接图如图所示 （2）[1]闭合开关、，由闭合电路欧姆定律可得 则有 闭合开关，断开，同理可得 甲的斜率小于乙，则对应倾斜直线甲，对应倾斜直线乙； [2]根据计算可知两条图线与横轴的交点坐标均为，可知理论上甲、乙两条倾斜直线的交点在横轴上。 （3）[1]根据 其图线纵截距为 可得 [2]根据题意有 可得 2.因电动汽车充电比燃烧汽油更便宜，故电动汽车更受到市场的欢迎。某兴趣小组为了测量某电动汽车上安装的电池的电动势（）和内阻（），利用实验室现有器材进行了如下实验。 (1)实验室只有一个量程为100V、内阻为的电压表，现把此电压表改装成量程为400V的电压表，需串联一个阻值为 的电阻，然后再测量电池的电动势和内阻。 (2)该兴趣小组将电阻箱和改装后的电压表（电压表的表盘没有改变，示数记为）连接成如图甲所示的电路，来测量该电池的电动势和内阻，根据电阻箱接入电路的阻值和电压表的示数作出图像，如图乙所示，则该电池的电动势 V、内阻 。（结果保留三位有效数字） (3)由实验可知，电池电动势的测量值 （选填“大于”“等于”或“小于”）真实值；内阻的测量值 （选填“大于”“等于”或“小于”）真实值。 【答案】(1)15 (2)360 9.00 (3)等于 等于 【详解】（1）根据电表改装原理可知，将小量程电压表改装成大量程电压表需要串联较大电阻，根据欧姆定律可知该串联电阻阻值为 代入题中数据，解得 （2）[1][2]根据闭合电路欧姆定律可得 整理可得 结合图像可得， 联立解得， （3）[1][2]由于电压表内阻已知，理论上可以精确计算出电池电动势及内阻，则在理论上测量值和真实值大小相等，故电池电动势的测量值等于真实值；内阻的测量值等于真实值1.关于该多用电表的使用， 基础通关 1．测定一节蓄电池的内阻r比较小，为了实验的方便，电路中串联了一个定值电阻R0。采用如图所示电路测量电动势和内阻，产生系统误差的主要原因是（　　） A．电压表的分流作用 B．电流表的分流作用 C．电流表的分压作用 D．电压表的分压作用 【答案】A 【详解】由电路图可知，根据闭合电路欧姆定律解得由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比实际的电路总电流小，从而造成实验误差，故A正确，B、C、D错误。故选A。 2．某同学利用实验器材设计了如图所示的测量电路，电阻R的阻值以及电源的电动势和内阻均未知，电压表左端的接线位置待定。不管接哪个接线柱，都可以通过改变滑动变阻器接入电路的阻值，获得多组数据，描绘出关系图像（U、I分别为电压表和电流表的示数）。下列说法正确的是（　　） A．若接a，利用该电路可测量电阻R的阻值，且测量值偏大 B．若接a，利用该电路可测量电源的电动势和内阻，且内阻测量值偏大 C．若接b，利用该电路可测量电阻R的阻值，且测量值偏大 D．若接b，利用该电路可测量电源的电动势和内阻，且电动势测量值偏大 【答案】C 【详解】A．若接a，此时电压表并联在滑动变阻器和定值电阻两端，电压表测量滑动变阻器和定值电阻两端的电压，无法测出定值电阻阻值，故A错误； B．若接a，电压表测量滑动变阻器和定值电阻两端的电压，即电源路端电压，根据作出的图象可求电源电动势和内阻，且测量值均偏小，故B错误； C．若接b，此时电压表并联在定值电阻两端，电压表测量定值电阻两端的电压，根据欧姆定律可求出定值电阻的阻值，但由于电流表分压作用，测量值会偏大，故C正确； D．若接b，电压表并联在定值电阻两端，滑动变阻器视为电源内阻的一部分，作出的图象无法可得到电源的电动势和内阻，故D错误。故选C。 3．如图所示的“测定电池的电动势和内阻”的实物连线图中，有一根线连接的是错误的，这根错误的线是（ ） A．a B．b C．c D．d 【答案】C 【详解】图中c导线的下端不应该与电源的负极相连，而应该连接到电键的右端，这样电键就能控制整个电路了故选C。 4．某同学在测量电源电动势和内阻时，按如图所示的甲、乙两种电路分别连接实验器材，测量记录实验数据，并根据所测实验数据在丙图中作出两条图线与。实验各环节均正确。下列说法正确的是（　　） A．根据甲电路实验数据作出的是图线 B．由图线可得出电源电动势的测量值为，内阻的测量值为 C．采用甲电路测量的电源电动势更准确些，采用乙电路测量的电源内阻更准确些 D．b图线对应的实验误差主要是由于电压表的分流引起的 【答案】D 【详解】ACD．甲电路实验误差是由于电压表分流引起，流经电源的电流比电流表测得的电流大E测＝E真<E真，r测＝<r真故电动势和内阻的测量值均小于实际值。乙电路实验误差是由于电流表分压引起E测＝E真，r测＝r＋RA>r真电动势的测量值等于实际值，内阻测量值大于真实值。根据甲电路实验数据作出的是图线，采用乙电路测量的电源电动势更准确些。因为电压表内阻比电源内阻大的多，电流表内阻和电源内阻相差不多，采用甲电路测量的电源内阻更准确些，故AC错误，D正确； B．由图线可得出电源电动势的测量值为纵轴截距，为，内阻的测量值故B错误。故选D。 5．某实验小组在测量电源电动势和内阻的实验中，采用如图甲所示的电路进行实验，待测电源的电动势约2V，内阻约。（　　） A．在闭合开关S前，滑动变阻器滑片应置于端 B．这个实验的系统误差是由于电流表分压造成的 C．电源的内阻为 D．为了让实验误差更小，同量程的电压表，应该选择内阻更大的那一个 【答案】D 【详解】A．在闭合开关S前，为防止烧坏电表，滑动变阻器滑片应置于a端，A错误； C．根据闭合电路的欧姆定律整理得可知图像的斜率大小表示电源的内阻大小，有，C错误； BD．根据电路图分析，电流表测的是滑动变阻器的电流不是干路电流，未计入电压表支路的电流，所以误差主要是电压表的分流作用。电压表与滑动变阻器并联，根据并联电路分流特点，电阻越大，分流越小，故为了让实验误差更小，同量程的电压表，应该选择内阻更大的那一个，B错误，D正确。 故选D。 6．如图甲、乙是利用电压表（可看作理想电表）和电阻箱测定电池的电动势和内电阻的原理图及实验数据图像，可得电动势和内电阻分别是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】根据可得由图乙知，图像斜率截距解得，故选D。 7．某同学用电流传感器和电阻箱测量电源的电动势和内阻，电路如图甲所示。实验测得电阻R以及相对应的电流I的多组数据，得到如图乙所示的图线。该同学在处理实验数据时，误将电阻箱阻值作为外电路总电阻的阻值，漏算了，下列说法正确的是（　　） A．该电源的电动势为1V B．该电源的内阻为2Ω C．内阻的测量值偏小 D．电动势的测量值偏大 【答案】A 【详解】AB．根据题意，由闭合回路欧姆定律有整理可得结合图像可得，即该电源的内阻故A正确，B错误； CD．结合上述分析可知，若漏算了图像斜率不变，则电动势的测量值和真实值相比是相同的，内阻的测量值偏大，故CD错误。 故选A。 8．某同学利用如图甲所示电路测量电池a的电动势Ea和内阻ra，实验时多次改变电阻箱的阻值，记录电阻箱阻值R，用电压传感器（可视为理想电表）测得路端电压U，并在计算机上显示出如图乙所示的关系图线a，重复上述实验方法测量电池b的电动势Eb和内阻rb，得到图乙中的图线b。由图线可知（　　）　 A．Ea=Eb B．Ea > Eb C．ra= rb D．ra > rb 【答案】C 【详解】根据闭合电路欧姆定律有变形得令图线与纵轴截距为y，图线与横轴的截距为-x，则有，解得，根据图乙可知，图像a与纵轴的截距大于图像b与纵轴的截距，而图像a与横轴的截距等于图像b与横轴轴的截距，可知Ea <Eb，ra= rb故选C。 9．用图甲所示的电路。测定一节旧干电池的电动势和内阻。 (1)闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应位于电阻R 端（左/右）； (2)通过多次测量并记录对应的电流表示数I和电压表示数U，利用这些数据在图中画出了图线。由图像可以得出，此干电池的电动势 V，内阻 Ω； (3)引起该实验的系统误差的主要原因是 。 A．由于电流表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流小 B．由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流小 C．由于电流表的分压作用造成电压表读数总是比路端电压小 D．由于电流表的分压作用造成电压表读数总是比路端电压大 【答案】(1)左(2) 1.45 1.3(3)B 【详解】（1）为保护电路，实验开始前应将滑动变阻器阻值调至最大，故打在最左侧。 （2）[1][2]由闭合回路欧姆定律可知U=E-Ir 根据U-I图线的纵截距和图像与I轴交点坐标可以得出E=1.45V， （3）该实验要求同时测出路端电压和干路电流，故造成误差的原因是电压表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流小，故选B。 10．小李设计了图甲所示的实验电路，利用该电路测量电源的电动势和内阻。电路中的各个器材元件的参数为∶电池组、电流表（量程0~0.6A，内阻）、电阻箱、定值电阻、开关及导线若干。 (1)请完善实验步骤： A．闭合开关前，调节电阻箱至 （填“最大值”或“最小值”）； B．闭合开关，调节电阻箱，得到一系列电阻值和电流的数据； C．断开开关，整理实验器材。 (2)根据实验原理，写出以为自变量，为因变量的函数表达式 （用表示）。 (3)图乙是根据实验数据绘出的图像，则电源电动势 V，内阻 。（结果均保留两位有效数字） (4)本实验电源电动势的测量值 （填“大于”、“小于”或“等于”）真实值。 【答案】(1)最大值(2)(3) 3.0 1.6(4)等于 【详解】（1）为了保证电路的安全，闭合开关前，调节电阻箱至最大值； （2）由闭合电路欧姆定律 变形得 （3）[1][2]图象纵轴截距与电源电动势的乘积代表，图象斜率为，即 解得 由 解得 （4）由上分析可知，电动势等于图象斜率的倒数，所以本实验电源电动势的测量值等于真实值 素养提升 11．利用电压表、电阻箱可以测量电源电动势和内电阻，图1和图2分别是本实验的电路图和实物连线图。定值电阻为保护电阻，防止电阻箱调整过程中有可能造成的电源短路。 (1)请根据电路图把实物连线图补充完整 。 (2)实验过程中，每次改变电阻箱阻值，电压表都有一个相应的读数，利用图像法处理这些实验数据就可以得到电源电动势和电源内阻，根据闭合电路欧姆定律，若以为纵坐标、 （填“”“”或“”）为横坐标，根据实验数据在坐标系描点、连线，就能使作出的图像为一条直线。 (3)测得（2）中所得到的直线纵截距，斜率，则被测电源电动势 ；已知，则内电阻 。（结果均保留2位有效数字） (4)由于电压表的分流作用，使得该实验中存在系统误差，导致电动势的测量值 （填“偏大”或“偏小”）。 【答案】(1)见解析(2)(3) 3.0 0.75(4)偏小 【详解】（1）电路连线如图 （2）由电路可知解得即应该做图像可得到一条直线； （3）[1][2]由题意可知， 解得E=3.0V，r=0.75Ω （4）若考虑电压表内阻，则实际R0+r的测量值为 即内阻测量值偏小。 12．某学习小组通过查阅资料了解到，将铜、锌电极插入水果中所构成的水果电池，电动势在1V左右，内电阻在几百至上千欧，于是他们用橙子和金属电极做了两个水果电池并串联成电池组，测量其总电动势和总内阻。 (1)首先用多用电表直流2.5V挡粗测水果电池的电动势，如图1所示，读数为 V； (2)然后用伏安法精确测量水果电池的电动势和内阻，器材有：电压表，电流表，滑动变阻器，开关及导线若干。在图2所示电路图中，比较合理的是 （填“甲”或“乙”），请按此将图3电路连接完成 。 (3)连接好电路后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，记录电压表和电流表的读数，作图像如图4所示，则水果电池总电动势 ，总内阻 （此空保留2位有效数字）。 【答案】(1)1.60/1.61/1.62 (2) 乙 (3) 【详解】（1）多用电表直流2.5V挡最小刻度为0.05V，则读数为1.60V； （2）[1][2]在图2所示电路图中，因电流表内阻远小于水果电池的内阻，可知比较合理的是乙，按此将图3电路连接完成如图； （3）[1][2]根据U=E-IR 由图像可知水果电池总电动势1.94V 总内阻 13．某实验小组在“测定干电池的电动势和内阻”的实验中，实验器材如下： A．被测干电池（电动势约为1.5V，内阻约为1Ω） B．电流表A（量程0~0.6A，内阻约为0.1Ω） C．电流表（量程0~10mA，内阻为10Ω） D．定值电阻（阻值为150Ω） E.定值电阻（阻值为1000Ω） F.滑动变阻器R G.开关S、导线若干 (1)因无电压表，故需用电流表 和定值电阻 改装电压表（均选填器材前面的序号字母）； (2)将实验电路画在方框中，并标出器材代号 ； (3)利用实验测得的数据做出图像，如图所示，其中为示数，I为A示数，由图像可知电源的电动势 内阻 Ω。（均保留2位有效数字） 【答案】(1) C D (2)见解析 (3) 1.4 1.2 【详解】（1）因电流表A内阻未知和量程较大，故选用mA，即用C，根据 可得若定值电阻用，可将电流表改装为量程为1.6V的电压表；故选用D； （2）实验电路如图 （3）根据闭合电路欧姆定律有 整理得 其中 由图像及上式可知，斜率为 纵截距为 联立解得 迁移创新 1．（2024·辽宁·高考真题）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）、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； 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。 (2)由图线得出纵轴截距为b，则待测电池的电动势 。 (3)由图线求得Ⅰ、Ⅱ的斜率分别为、，若，则待测电池的内阻 （用和表示）。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）为了保护电路，闭合开关前，金属夹置于电阻丝的最大阻值处，由图可知，应该置于端。 （2）对于电路图（a），根据闭合电路欧姆定律有 设金属丝的电阻率为，横截面积为，结合欧姆定律和电阻定律 联立可得 整理可得 对于电路图（b），根据闭合电路欧姆定律有 结合欧姆定律和电阻定律 联立后整理 可知图线的纵轴截距 解得 （3）由题意可知 又 联立解得 2．（2025·湖北·高考真题）某实验小组为测量一节干电池的电动势E和内阻r，设计了如图（a）所示电路，所用器材如下：干电池、智能手机、电流传感器、定值电阻R0、电阻箱、开关、导线等。按电路图连接电路，将智能手机与电流传感器通过蓝牙无线连接，闭合开关S，逐次改变电阻箱的阻值R，用智能手机记录对应的电流传感器测得的电流I。回答下列问题： (1)R0在电路中起______（填“保护”或“分流”）作用。 (2)与E、r、R、R0的关系式为______。 (3)根据记录数据作出图像，如图（b）所示。已知R0=9.0Ω，可得E= V（保留三位有效数字），r= Ω（保留两位有效数字） (4)电流传感器的电阻对本实验干电池内阻的测量结果 （填“有”或“无”）影响。 【答案】(1)保护 (2) (3) 1.47 1.3 (4)有 【详解】（1）R0与电阻箱串联，可知，R0在电路中起保护作用。 （2）根据闭合电路欧姆定律 化简可得 （3）[1][2]结合上述有 结合图（b）有， 解得， （4）当电流传感器有内阻时，所测的电源内阻 导致电源内阻测量值偏大，即电流传感器的电阻对本实验干电池内阻的测量结果有影响。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二章 电路及其应用 7.实验：测量电池的电动势和内阻 课标要点 1.理解闭合电路的欧姆定律,会应用闭合电路的欧姆定律求解电源的电动势及其内阻；会应用路端电压与电流的关系图像分析问题。 2.通过应用闭合电路的欧姆定律论证实验方案,推导电动势和内阻的函数表达式,并进一步理解闭合电路的欧姆定律;能用科学推理分析实验过程中出现的问题,并提出解决问题的方案;能设计实验数据的处理方法,推理分析测量值与真实值的关系;根据不同的实验方案获取数据并对同一组电池的电动势、内阻的测量结果进行分析。 3.根据不同实验条件,结合闭合电路的欧姆定律的知识,完成测量电池的电动势及内阻的实验方案设计;通过实验,学会规范操作、正确读数、记录原始数据;通过交流、讨论,学会质疑和释疑,从而不断完善实验方案;通过小组成员间的讨论、交流,解决实验过程中遇到的电路故障问题;会设计测量水果电池的电动势及内阻的实验方案并完成实验;能结合自己的实验方案分析实验结果与真实值的关系,并能正确分析系统误差的来源。 学习重难点 重点：掌握伏安法测电源电动势和内阻的方法。 难点：学会用U-I图线处理数据的方法及误差分析 知识点1 实验原理 由E＝U＋Ir知，只要测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r，电路图如图所示。 三随学随练 2．为了测定电池的电动势和内阻，现有待测电池、开关和导线，为了达到测定目的，还需要的仪器是（　　） A．一个电流表和一个滑动变阻器 B．一个电压表和一个滑动变阻器 C．一个电流表和一个定值电阻 D．一个电压表和一个电阻箱 知识点2 实验步骤 （1）按原理图连接实物图； （2）把变阻器的滑片移到一端使其阻值最大； （3）闭合电键,调节变阻器,使电流表的读数有明显示数,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U、I值； （4）断开电键,整理好器材。 随学随练 ．测定电源的电动势和内阻”的实验中，下列注意事项中错误的是（  ） A．应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表示数的变化比较明显 B．应选用内阻较小的电压表和电流表 C．移动变阻器的触头时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载 D．根据实验记录的数据作U–I图象时，应通过尽可能多的点画一条直线，并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧 知识点3 数据处理与误差分析 1.数据处理：为减小测量误差，本实验常选用以下两种数据处理方法： （1）公式法：利用依次记录的多组数据，根据闭合电路欧姆定律，联立方程组解出E和r，求出它们的平均值作为测量结果。 （2）图像法：把测出的多组U、I值，在U－I图中描点画图像，使U－I图像的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧，如图所示，由U＝E－Ir可知： ①纵轴截距等于电源的电动势E，横轴截距等于外电路短路时的电流Im＝。 ②图线斜率的绝对值等于电源的内阻r＝||＝。 2.误差分析 （1）偶然误差 ①电表读数不准和电表线性不良引起的误差。 ②U－I图像时描点不准确造成误差。 ③测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变化。 （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。理论上E＝U＋（IV＋IA）r，U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越 随学随练某实验小组通过如图甲所示的实验电路来“测量一节干电池的电动势和内电阻”，根据测得的数据作出了如图乙所示的U-Ⅰ图线，下列说法正确的是（　　） A．实验误差来源于电压表分流 B．实验误差来源于电流表分压 C．干电池内阻的测量值为3Ω D．干电池电动势的测量值偏大 题型1 安阻法测量电池电动势和内阻 某实验小组欲测量某一型号电源的电动势和内阻，实验室提供的实验器材如下： A．待测电源 B．电流表（量程为，内阻） C．定值电阻 D．定值电阻 E．定值电阻 F．电阻箱（阻值范围为） G．开关、导线若干 实验步骤如下： （1）实验时需要把电流表的量程改装为，定值电阻应选 （选填“”或“”）。 （2）根据电路图甲连接电路，连接前开关断开。 （3）闭合开关，适当调节电阻箱，并记下电阻箱的阻值及对应电流表的示数，然后断开开关。 （4）重复（3）的操作，得到多组的数据。 （5）以为横轴，为纵轴，建立平面直角坐标系，作出的图像如图乙所示，则待测电源的电动势 V，内阻 （结果均保留两位有效数字）。 （6）若不考虑偶然误差，上述测量值与真实值相比： ， （均填“>”“<”或“=”）。 活学活用 1.某同学利用如图所示的电路测定干电池的电动势和内电阻，在是否可忽略电流表内阻这种情况下，以电阻箱读数R为横坐标，电流表读数的倒数为纵坐标。下图中实线代表电流表内阻可忽略的情况，虚线代表电流表内阻不可忽略的情况，这四幅图中，能正确反映相关物理量之间关系的是（　　） A． B． C． D． 2.．用如图甲所示的电路测量电源的电动势和内阻，电流表A为理想电表，改变电阻箱R的阻值，测得多组数据，根据测得数据描绘的图线如图乙所示。将该电源、电阻箱R、表笔a和b与量程为10mA、内阻为50Ω的毫安表连成如图丙所示的电路，将毫安表改装成欧姆表，下列说法正确的是 A．电源电动势，内电阻 B．甲图中，当电阻箱R接入电路的阻值为时，电源的输出功率为12W C．丙图中，表笔a和b短接，当电阻箱R接入电路的阻值为时，毫安表满偏 D．丙图中，欧姆调零后，表笔a和b间接入阻值为的电阻，毫安表的示数为4mA 题型2 伏阻法测量电池电动势和内阻 如图甲、乙是利用电压表（可看作理想电表）和电阻箱测定电池的电动势和内电阻的原理图及实验数据图像，可得电动势和内电阻分别是（　　） A． B． C． D． 活学活用 1.实验小组用如图1所示的电路来测量电源的电动势E和内阻r以及定值电阻的阻值。图1中的电压表为理想电压表，现把电阻箱调到最大值，闭合开关，调节电阻箱的阻值，读出电压表的示数U，改变电阻箱的阻值R，测得多组U与R对应值；再断开开关，调节电阻箱的阻值，读出电压表的示数U，改变电阻箱的阻值R，测得多组U与R对应值，以为纵轴、为横轴建立直角坐标系，在该坐标系中画出图像，得到的甲、乙两条图线如图2所示，回答下列问题： (1)按照图1所示的实验原理电路图在下列方框中完成实物图连线。 (2)闭合、断开，对应图2中的倾斜直线 （选填“甲”或“乙”），理论上甲、乙两条倾斜直线的交点 （选填“在”或“不在”）横轴上。 (3)若图线乙的纵截距为，则电源的内阻 ，若甲与乙的斜率之比为n，则与r的比值为 。 2.因电动汽车充电比燃烧汽油更便宜，故电动汽车更受到市场的欢迎。某兴趣小组为了测量某电动汽车上安装的电池的电动势（）和内阻（），利用实验室现有器材进行了如下实验。 (1)实验室只有一个量程为100V、内阻为的电压表，现把此电压表改装成量程为400V的电压表，需串联一个阻值为 的电阻，然后再测量电池的电动势和内阻。 (2)该兴趣小组将电阻箱和改装后的电压表（电压表的表盘没有改变，示数记为）连接成如图甲所示的电路，来测量该电池的电动势和内阻，根据电阻箱接入电路的阻值和电压表的示数作出图像，如图乙所示，则该电池的电动势 V、内阻 。（结果保留三位有效数字） (3)由实验可知，电池电动势的测量值 （选填“大于”“等于”或“小于”）真实值；内阻的测量值 （选填“大于”“等于”或“小于”）真实值。 基础通关 1．测定一节蓄电池的内阻r比较小，为了实验的方便，电路中串联了一个定值电阻R0。采用如图所示电路测量电动势和内阻，产生系统误差的主要原因是（　　） A．电压表的分流作用 B．电流表的分流作用 C．电流表的分压作用 D．电压表的分压作用 2．某同学利用实验器材设计了如图所示的测量电路，电阻R的阻值以及电源的电动势和内阻均未知，电压表左端的接线位置待定。不管接哪个接线柱，都可以通过改变滑动变阻器接入电路的阻值，获得多组数据，描绘出关系图像（U、I分别为电压表和电流表的示数）。下列说法正确的是（　　） A．若接a，利用该电路可测量电阻R的阻值，且测量值偏大 B．若接a，利用该电路可测量电源的电动势和内阻，且内阻测量值偏大 C．若接b，利用该电路可测量电阻R的阻值，且测量值偏大 D．若接b，利用该电路可测量电源的电动势和内阻，且电动势测量值偏大 3．如图所示的“测定电池的电动势和内阻”的实物连线图中，有一根线连接的是错误的，这根错误的线是（ ） A．a B．b C．c D．d 4．某同学在测量电源电动势和内阻时，按如图所示的甲、乙两种电路分别连接实验器材，测量记录实验数据，并根据所测实验数据在丙图中作出两条图线与。实验各环节均正确。下列说法正确的是（　　） A．根据甲电路实验数据作出的是图线 B．由图线可得出电源电动势的测量值为，内阻的测量值为 C．采用甲电路测量的电源电动势更准确些，采用乙电路测量的电源内阻更准确些 D．b图线对应的实验误差主要是由于电压表的分流引起的 5．某实验小组在测量电源电动势和内阻的实验中，采用如图甲所示的电路进行实验，待测电源的电动势约2V，内阻约。（　　） A．在闭合开关S前，滑动变阻器滑片应置于端 B．这个实验的系统误差是由于电流表分压造成的 C．电源的内阻为 D．为了让实验误差更小，同量程的电压表，应该选择内阻更大的那一个 6．如图甲、乙是利用电压表（可看作理想电表）和电阻箱测定电池的电动势和内电阻的原理图及实验数据图像，可得电动势和内电阻分别是（　　） A． B． C． D． 7．某同学用电流传感器和电阻箱测量电源的电动势和内阻，电路如图甲所示。实验测得电阻R以及相对应的电流I的多组数据，得到如图乙所示的图线。该同学在处理实验数据时，误将电阻箱阻值作为外电路总电阻的阻值，漏算了，下列说法正确的是（　　） A．该电源的电动势为1V B．该电源的内阻为2Ω C．内阻的测量值偏小 D．电动势的测量值偏大 8．某同学利用如图甲所示电路测量电池a的电动势Ea和内阻ra，实验时多次改变电阻箱的阻值，记录电阻箱阻值R，用电压传感器（可视为理想电表）测得路端电压U，并在计算机上显示出如图乙所示的关系图线a，重复上述实验方法测量电池b的电动势Eb和内阻rb，得到图乙中的图线b。由图线可知（　　）　 A．Ea=Eb B．Ea > Eb C．ra= rb D．ra > rb 9．用图甲所示的电路。测定一节旧干电池的电动势和内阻。 (1)闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应位于电阻R 端（左/右）； (2)通过多次测量并记录对应的电流表示数I和电压表示数U，利用这些数据在图中画出了图线。由图像可以得出，此干电池的电动势 V，内阻 Ω； (3)引起该实验的系统误差的主要原因是 。 A．由于电流表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流小 B．由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流小 C．由于电流表的分压作用造成电压表读数总是比路端电压小 D．由于电流表的分压作用造成电压表读数总是比路端电压大 10．小李设计了图甲所示的实验电路，利用该电路测量电源的电动势和内阻。电路中的各个器材元件的参数为∶电池组、电流表（量程0~0.6A，内阻）、电阻箱、定值电阻、开关及导线若干。 (1)请完善实验步骤： A．闭合开关前，调节电阻箱至 （填“最大值”或“最小值”）； B．闭合开关，调节电阻箱，得到一系列电阻值和电流的数据； C．断开开关，整理实验器材。 (2)根据实验原理，写出以为自变量，为因变量的函数表达式 （用表示）。 (3)图乙是根据实验数据绘出的图像，则电源电动势 V，内阻 。（结果均保留两位有效数字） (4)本实验电源电动势的测量值 （填“大于”、“小于”或“等于”）真实值。 素养提升 11．利用电压表、电阻箱可以测量电源电动势和内电阻，图1和图2分别是本实验的电路图和实物连线图。定值电阻为保护电阻，防止电阻箱调整过程中有可能造成的电源短路。 (1)请根据电路图把实物连线图补充完整 。 (2)实验过程中，每次改变电阻箱阻值，电压表都有一个相应的读数，利用图像法处理这些实验数据就可以得到电源电动势和电源内阻，根据闭合电路欧姆定律，若以为纵坐标、 （填“”“”或“”）为横坐标，根据实验数据在坐标系描点、连线，就能使作出的图像为一条直线。 (3)测得（2）中所得到的直线纵截距，斜率，则被测电源电动势 ；已知，则内电阻 。（结果均保留2位有效数字） (4)由于电压表的分流作用，使得该实验中存在系统误差，导致电动势的测量值 （填“偏大”或“偏小”）。 12．某学习小组通过查阅资料了解到，将铜、锌电极插入水果中所构成的水果电池，电动势在1V左右，内电阻在几百至上千欧，于是他们用橙子和金属电极做了两个水果电池并串联成电池组，测量其总电动势和总内阻。 (1)首先用多用电表直流2.5V挡粗测水果电池的电动势，如图1所示，读数为 V； (2)然后用伏安法精确测量水果电池的电动势和内阻，器材有：电压表，电流表，滑动变阻器，开关及导线若干。在图2所示电路图中，比较合理的是 （填“甲”或“乙”），请按此将图3电路连接完成 。 (3)连接好电路后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，记录电压表和电流表的读数，作图像如图4所示，则水果电池总电动势 ，总内阻 （此空保留2位有效数字）。 13．某实验小组在“测定干电池的电动势和内阻”的实验中，实验器材如下： A．被测干电池（电动势约为1.5V，内阻约为1Ω） B．电流表A（量程0~0.6A，内阻约为0.1Ω） C．电流表（量程0~10mA，内阻为10Ω） D．定值电阻（阻值为150Ω） E.定值电阻（阻值为1000Ω） F.滑动变阻器R G.开关S、导线若干 (1)因无电压表，故需用电流表 和定值电阻 改装电压表（均选填器材前面的序号字母）； (2)将实验电路画在方框中，并标出器材代号 ； (3)利用实验测得的数据做出图像，如图所示，其中为示数，I为A示数，由图像可知电源的电动势 内阻 Ω。（均保留2位有效数字） 迁移创新 1．（2024·辽宁·高考真题）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）、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； 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。 (2)由图线得出纵轴截距为b，则待测电池的电动势 。 (3)由图线求得Ⅰ、Ⅱ的斜率分别为、，若，则待测电池的内阻 （用和表示）。 2．（2025·湖北·高考真题）某实验小组为测量一节干电池的电动势E和内阻r，设计了如图（a）所示电路，所用器材如下：干电池、智能手机、电流传感器、定值电阻R0、电阻箱、开关、导线等。按电路图连接电路，将智能手机与电流传感器通过蓝牙无线连接，闭合开关S，逐次改变电阻箱的阻值R，用智能手机记录对应的电流传感器测得的电流I。回答下列问题： (1)R0在电路中起______（填“保护”或“分流”）作用。 (2)与E、r、R、R0的关系式为______。 (3)根据记录数据作出图像，如图（b）所示。已知R0=9.0Ω，可得E= V（保留三位有效数字），r= Ω（保留两位有效数字） (4)电流传感器的电阻对本实验干电池内阻的测量结果 （填“有”或“无”）影响。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $