4.2 科学测量：电源的电动势和内阻（PPT同步课件）-【学而思】2026-2027学年高二物理必修第三册（鲁科版）

该高中物理课件围绕“科学测量:电源的电动势和内阻”展开，涵盖实验目的、器材、原理、步骤、数据处理及误差分析等核心内容，通过联系闭合电路欧姆定律导入，搭建从理论到实验操作的学习支架，帮助学生理解实验设计逻辑。 其亮点在于结合科学思维与科学探究，通过知识辨析（正误判断）强化概念理解，数据处理采用代数法与图像法结合（如U-I图线斜率求内阻），误差分析深入系统（电压表分流、电流表分压）与偶然误差，培养学生模型建构和论证能力。学生能提升实验操作与数据处理技能，教师可借助辨析题和误差分析优化教学，提高课堂效率。

第2节　科学测量:电源的电动势和内阻 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。 知识点 1 实验目的 知识 清单破 电流表、电压表、滑动变阻器、待测干电池、开关、导线等。 知识点 2 实验器材 第1讲　描述运动的基本概念 1.原理图如图所示   2.实验原理 改变滑动变阻器接入电路的阻值,测出两组I、U数据,代入方程E=U+Ir,可得到方程组   解此方程组可求得电动势E= , 知识点 3 实验原理与设计 第1讲　描述运动的基本概念 内阻r= 。 第1讲　描述运动的基本概念 1.确定电流表、电压表的量程,按照电路图连接好电路,且使滑动变阻器阻值调到最大。 2.闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表和电压表有明显的读数,记录一组U、I值。 3.用同样的方法,多测几组U、I值。 4.断开开关,整理好器材。 5.利用代数法或图像法进行数据处理。 知识点 4 实验步骤 第1讲　描述运动的基本概念 知识辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。 1.在用伏安法测电源的电动势和内阻的实验中,应选用新的干电池作为被测电源,以使电压表 读数变化明显。 ( ) 2.在用伏安法测电源的电动势和内阻的实验中,偶然误差主要来源于电压表、电流表的读数 以及作U-I图线时描点不准确。 ( ) 3.图像法处理实验数据的优点是直观、方便以及减小偶然误差。 ( ) 4.只能用电压表和电流表完成测量电动势与内阻的实验。 ( )     ✕         √         √         ✕     第1讲　描述运动的基本概念 讲解分析 1.代数法 　　运用方程组 ,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 以纵轴表示路端电压,横轴表示总电流,建立直角坐标系,将所测多组对应的U、I值进行描点, 然后用平滑的曲线将各点连接起来。由U=E-Ir知,U-I图像是一条斜向下的直线,如图所示。 疑难 情境破 疑难1 实验数据处理 第1讲　描述运动的基本概念   (1)直线与纵轴的交点表示电源的电动势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的内阻r=|k|= 。 第1讲　描述运动的基本概念 　 讲解分析 1.实验注意事项 (1)为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些。可选用已使用过一段时间的干电 池。 (2)干电池在大电流放电时,电动势会明显下降,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,每次读完应立即断 电。 (3)要测出不少于6组I、U数据,且变化范围要大些。用方程组求解时,要将测出的I、U数据, 第1次和第4次为一组,第2次和第5次为一组,第3次和第6次为一组,分别解出E、r值再取平均 值。 疑难2 实验注意事项及误差分析 第1讲　描述运动的基本概念 (4)在画U-I图线时,要使较多的点落在一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。 (5)干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小,即不会比电动势小很多,这时,在画U-I图线时, 纵轴的刻度可以不从零开始,而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开 始)。这时图线和横轴的交点不再是短路电流,不过直线斜率的绝对值仍是电源的内阻。 2.误差分析 (1)系统误差 　　产生系统误差的原因有两种:电压表分流和电流表分压。 ①电流表相对于待测电阻(电源内阻)外接,如图甲所示。 第1讲　描述运动的基本概念   a.由于电压表分流IV,故电流表示数I小于电源的输出电流I真,I真=I+IV,而IV= ,U越大,IV越大,它 们的关系可用图乙表示。实测的图线为AB,经过IV修正后的图线为A'B,可看出AB的斜率绝对 值和在纵轴上的截距小于A'B,即实测的E和r都小于真实值。 b.对此也可由电路来解释:若把图甲中的R和电流表看成外电路,则电压表可看成内电路的一 第1讲　描述运动的基本概念 部分,故实测的是电源和电压表这个整体等效的r'和E'。电压表和电源并联,故等效内阻r小于 电源内阻r真,即r测<r真;外电路断开时,a、b两点间电压Uab即等效电动势,此时电压表与电源构 成回路,故Uab<E真,即E测<E真。测量值实际上是等效电源的电动势E'和内阻r',当把等效电源外 电路短路时,电压表不再分流,短路电流等于通过电源的实际电流,所以两图线相交于相同的 短路电流处(乙图中的B点)。 ②电流表相对于待测电阻(电源内阻)内接,如图甲所示。   第1讲　描述运动的基本概念 　　由于电流表的分压作用,故电压表的读数比路端电压小,电流表测得的电流等于流过电 源的电流,所以在流过电流相同的情况下,U测<U真,依照分析可绘制出图乙所示图线,可以从图 线的意义得E测=E真,r测>r真。对此也可由电路来解释,若把图甲中的RA看成内阻的一部分,故实 测的是电源和电流表这个整体的等效电动势E'和内阻r',r测=r'=r真+RA>r真;由电动势等于外电路 断路时的路端电压可知,把电路从A、B处断开,E测=UAB=E真,所以两图线交于纵轴上的同一点, 即电源的电动势处。 综合上述,任一种电路都存在系统误差,若电源内阻较小时,不能采用②中的测量电路,尽管电 动势的测量值准确,但内阻的测量误差很大,因此要选用①中的测量电路。 (2)偶然误差 ①由于读数视差或电表接线柱接触不良引起的误差。 ②每次读完电表示数没有立即断电,而是长时间闭合开关S,甚至改变滑动变阻器阻值的全过 第1讲　描述运动的基本概念 程中始终通电,造成电池电动势E下降,内电阻r增大。 ③用图像法求E和r时,由于作图不准确造成的偶然误差。 第1讲　描述运动的基本概念 $