12.3 实验：电池电动势和内阻的测量(Word学生用书)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中物理必修第三册（人教版)

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，通过伏安法原理连接电路分析与图像处理，引导学生掌握实验目的、步骤及数据处理方法，搭建从理论到实践的学习支架。 资料亮点在于实验原理与误差分析深度结合，采用公式法与图像法处理数据，设置教材原型实验与拓展创新实验（如太阳能电池、新能源汽车电池测量），培养学生科学探究能力和科学思维，提升实验操作与数据分析素养，助力联系实际应用的科学态度养成。

3.实验：电池电动势和内阻的测量 一、实验目的 1.掌握伏安法测定电池的电动势和内阻的原理。 2.学会用公式法、图像法处理实验数据。 3.学会对实验结果进行误差分析，寻找减小误差的方法。 二、实验电路及实验原理 　利用如图所示的电路，改变滑动变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出几组I和U的值，根据闭合电路的欧姆定律可知E=U1＋I1r，E=U2＋I2r，解得E=，r=。 为消除偶然误差，可依据数据作出U－I图像，根据图像求E和r。 三、实验器材 　待测电池一节，　　　　表、　　　　表各一个，　　　　一个，开关一个，导线若干，坐标纸。 四、实验步骤 　（1）确定电流表、电压表的　　　　，按电路图连接实验电路，开始将滑动变阻器的阻值调为最　　　　值。 （2）闭合开关S，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明显示数开始，记录一组电流表、电压表的读数。 （3）同样的方法，依次记录多组U、I值。 （4）断开开关S，拆除电路。 （5）以U为纵轴，I为横轴，将记录的电压值、电流值标在坐标图上，过这些点作一条　　　　，根据纵轴截距求出电池　　　　，根据　　　　　　求出内阻。 五、数据处理 　（1）公式法：把依次记录的多组数据（一般6组），分别记录在如下所示的表格中。 项目 第1组 第2组 第3组 第4组 第5组 第6组 U/V I/A 分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值E=、r=。 （2）图像法：把测出的多组U、I值，在U－I图像中描点画图像，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纵轴截距等于电池电动势E； ②因横轴截距等于外电路短路时的电流I短=　　　　，则直线斜率的绝对值等于电池的内阻r==　　　　。 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 由于电压表分流IV，使电流表示数I小于电池的输出电流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都小于A′B，即实测的E和r都小于真实值。 七、注意事项 　（1）为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池。 （2）电流不要过大，应小于0.5 A，读数要快。 （3）要测出不少于6组的（I，U）数据，变化范围要大些。 （4）若U－I图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，内阻应根据r=确定。 类型一　教材原型实验 （2026•吉林长春期中）实验小组同学利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻，实验电路如图甲所示。 现有开关和导线若干，以及如下器材： A．电流表A：量程0~0.6 A，内阻约为0.125 Ω B．电压表V：量程0~3 V，内阻约为3 kΩ C．滑动变阻器0~50 Ω D．滑动变阻器0~500 Ω （1）为了操作方便，尽量减小实验误差，滑动变阻器应选用　　　　（选填器材前的字母）。 （2）根据所画图线可得出干电池的电动势E=　　　　 V，内电阻r=　　　　 Ω（结果均保留到小数点后2位）。 （3）用该电路测得的电源电动势　　　　真实值。（选填“大于”“等于”或“小于”） 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　 （2026•江西萍乡联考）某学习小组在学习了相关课程后，来到实验室测量干电池的电动势和内阻。实验室可以提供的器材有：一节待测干电池，电压表V（量程为2 V，内阻未知），电流表A（量程为0.6 A，内阻未知），滑动变阻器R1（最大阻值为10 Ω），滑动变阻器R2（最大阻值为50 Ω），开关，导线若干。 （1）如图所示，同学们设计了甲、乙两种电路，经过讨论统一了意见，合适的实验电路为　　　　（选填“甲”或“乙”），滑动变阻器应选择　　　　（选填“R1”或“R2”）。 （2）根据选择的电路，正确连接电路并实验，根据实验测得的电压表U与电流表I的多组数据，作出U－I图像如图丙所示。进一步分析可知一节干电池的电动势E=　　　　 V、内阻r=　　　　 Ω。（结果均保留2位小数） 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 规律总结 项目 电流表外接 电流表内接 电路图 误差原因 由于电压表分流，使电流表的测量值偏小 由于电流表分压，使电压表的测量值偏小 理论图像与测量图像 结论 E测＜E真，r测＜r真 E测=E真，r测＞r真 类型二　拓展与创新实验 （2026•江苏南通期末）小李设计了如图甲所示的电路来研究太阳能电池，其中定值电阻R0=4 Ω。 （1）依据原理图甲用笔画线代替导线连接好电路； （2）光照一定时，调节滑动变阻器测得多组U、I数据，描绘U－I图像，如图乙所示，则电池电动势E=　　　　V，在电流0≤I≤150 mA时，电池的内阻r=　　　　 Ω。（均保留2位有效数字） （3）因电表的内阻影响，该实验中电动势测量值　　　　。（选填“偏大”“不变”或“偏小”） （4）当电流I＞150 mA时，随着电流增大，电池的电阻　　　　　（选填“增大”“减小”或“不变”）。当电压表的示数为1.0 V时，电池的输出功率为　　　　W。（保留2位有效数字） 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 创新分析 （1）实验器材的创新：用太阳能电池代替干电池，定值电阻R0充当保护电阻。 （2）数据处理的创新：①定值电阻R0等效为电源内阻的一部分。 ②利用U－I图像中在电流0≤I≤150 mA时，图线的斜率绝对值k==R0＋r，求解内阻r。 （2026•湖南郴州期末）某国产新能源汽车电池采用的是刀片电池技术，现将其中一块电芯拆解出来，测量其电池电动势E和内阻r。实验小组设计了如图甲、乙所示的实验电路图，已知电流表的内阻为RA = 1 Ω，电压表的内阻约3 kΩ，滑动变阻器的最大电阻为20 Ω、额定电流为1 A，定值电阻R0 = 2 Ω。 （1）为了减小误差，提高实验的精度，本实验应选择图　　　　（选填“甲”或“乙”）进行实验。 （2）闭合开关S前，将滑动变阻器的滑片P移至最　　　　端（选填“左”或“右”）。 （3）闭合开关S后，移动滑片P改变滑动变阻器的接入阻值，记录下几组电压表示数U和对应的电流表示数I，将实验记录的数据在坐标系内描点作出U－I图像如图丙所示，图中U0、I0已知。 （4）根据以上信息可知，该电源电动势E的准确值为　　　　　，内阻r的准确值为　　　　（均用已知量的字母表示）。 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 创新分析 （1）实验原理的创新：由于电流表内阻已知，电流表的分压误差可以避免，所以选图乙误差更小。 （2）实验器材的创新：定值电阻R0充当保护电阻，已知内阻的电流表既可以当电流表使用，同时可以当成电阻（或电压表U=IRA）使用。 （3）数据处理的创新：①定值电阻R0及电流表内阻RA都等效为电源内阻的一部分。 ②利用U－I图像，可得斜率绝对值k==R0＋RA＋r，求解电源内阻r。 完成课后作业　第十二章　3. 答案 3.实验：电池电动势和内阻的测量 【实验基础落实】 三、电流　电压　滑动变阻器 四、（1）量程　大　（5）直线　电动势　斜率绝对值 五、（2）②　 【实验技能培养】 【例 1】　（1）C　（2）1.50（1.49~1.51）　1.00（0.98~1.02）　（3）小于 解析：（1）本题测量的是干电池的电动势和内阻，内阻比较小，为了使电流表指针有明显偏转且为了调节方便，减小实验误差，所以选择电阻值较小的滑动变阻器C。 （2）U－I图像与纵轴交点代表干电池的电动势E=1.50 V 图像斜率的绝对值代表了电源的内阻r== Ω=1.00 Ω。 （3）本接法中采用相对电源的电流表外接法，因为电压表的分流作用，使电流表测量结果偏小，可知实际图像（虚线所示）和测量图像应如图所示；由图可知，用该电路测得的电源电动势小于真实值，内阻小于真实值。 【例 2】　（1）乙　R1　（2）1.56　0.80 解析：（1）由于一节干电池的内阻较小，远小于电压表的内阻，则电压表的分流很小，所以电流表相对于待测电源应采用外接法，则合适的实验电路为乙； 为了调节方便，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得E=U＋Ir 可得U=－Ir＋E 由图丙可知一节干电池的电动势为E=1.56 V 内阻为r== Ω=0.80 Ω。 【例 3】　（1）见解析图　（2）2.9　3.3　（3）偏小　（4）增大　0.44 解析：（1）电路连线如图所示。 （2）根据闭合电路欧姆定律得U=E－I（r＋R0） 结合图像可知电池电动势E=2.9 V 在电流0≤I≤150 mA时，电池的内阻r=－R0= Ω－4 Ω=3.3 Ω。 （3）因电压表分流导致电流表测干路电流偏小，作出测量图像和真实图像，如图所示， 可知实验中电动势测量值偏小。 （4）当电流I＞150 mA时，随着电流增大，图像斜率变大，电池的电阻增大。 当电压表的示数为1.0 V时，电池的输出功率为P=UI＋I2R0=0.44 W。 【例 4】　（1）乙　（2）左　（4）U0　－R0－RA 解析：（1）误差的原因主要是来源于电压表和电流表不是理想电表，但由于实验仪器中电流表内阻已知，所以选图乙误差更小。 （2）滑动变阻器限流接法从保护电路角度，闭合开关S前滑动变阻器的滑片应滑至最左端。 （4）由闭合电路欧姆定律得E=U＋I（R0＋RA＋r） 则U=E－I（R0＋RA＋r） 又因为U－I图像的纵轴截距为U0， 斜率绝对值k==R0＋RA＋r 所以电源电动势为U0，内阻为－R0－RA。 4 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $