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

该高中物理课件聚焦“电池电动势和内阻的测量”实验，属第十二章“电能 能量守恒定律”内容。课堂导入从回顾闭合电路欧姆定律切入，通过实验目的、原理、器材等基础落实，搭建从理论到实践的学习支架，衔接前后知识脉络。 其亮点在于以科学探究为核心，融合科学思维中的模型建构（U-I图像分析）与科学推理（误差分析及电路对比），通过干电池测量等原型实验和太阳能电池等创新实验，培养学生物理观念。丰富例题与规律总结助力学生掌握数据处理，教师可借此提升教学效果。

3.实验：电池电动势和内阻的测量 第十二章　电能　能量守恒定律 1 目 录 CONTENTS 实验基础落实 实验技能培养 课时作业 2 实验基础落实 目 录 3 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。 目 录 物 理·必修第三册 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。 目 录 物 理·必修第三册 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。 电流　 电压　 滑动变阻器　 目 录 物 理·必修第三册 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。 量程　 大　 直线　 电动势　 斜率 绝对值　 目 录 物 理·必修第三册 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＝。 目 录 物 理·必修第三册 （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＝＝ 　　。 　 　 目 录 物 理·必修第三册 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。 目 录 物 理·必修第三册 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。 目 录 物 理·必修第三册 实验技能培养 目 录 12 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。 目 录 物 理·必修第三册 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）。 解析：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。 C　 现有开关和导线若干，以及如下器材： 目 录 物 理·必修第三册 （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）。 解析： 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。 1.50（1.49～1.51）　 1.00（0.98～1.02）　 目 录 物 理·必修第三册 （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”） 解析：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。 小于　 目 录 物 理·必修第三册 （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。 目 录 物 理·必修第三册 （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”）。 解析：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。 乙　 R1　 目 录 物 理·必修第三册 （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） 解析：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。 1.56　 0.80　 目 录 物 理·必修第三册 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 目 录 物 理·必修第三册 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。 目 录 物 理·必修第三册 （1）依据原理图甲用笔画线 代替导线连接好电路； 答案：见解析图　 解析：电路连线如图所示。 目 录 物 理·必修第三册 （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） 解析：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。 2.9　 3.3　 目 录 物 理·必修第三册 （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”） 解析：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。 偏小　 目 录 物 理·必修第三册 （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） 解析：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。 增大　 0.44　 目 录 物 理·必修第三册 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。 目 录 物 理·必修第三册 （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。 目 录 物 理·必修第三册 （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。 解析：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）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”）。 解析：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。 （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。 乙　 左　 目 录 物 理·必修第三册 （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）。 解析：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。 U0　 －R0－RA　 目 录 物 理·必修第三册 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。 目 录 物 理·必修第三册 课时作业 目 录 31 1. （2026·河南郑州月考）测定电源的电动势和内电阻的实验电路如图甲 所示，请回答下列问题： 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 （1）现备有以下器材： A. 干电池1个； B. 滑动变阻器（0～20 Ω）； C. 滑动变阻器（0～1 750 Ω）； D. 电压表（0～3 V）； E. 电压表（0～15 V）； F. 电流表（0～0.6 A）； G. 电流表（0～3 A） 其中电压表应选 ，电流表应选 。（以上均填字母代号） 解析： 由于一节干电池的电动势约为1.5 V，所以电压表应选择D； 通过干电池的电流不能太大，一般不超过0.6 A，故电流表选择F。 D　 F　 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 （2）图乙是根据实验数据画出的U-I图像。由此可知这个干电池的内阻r ＝ Ω，电动势E＝ V。（以上结果均保留2位有效数字） 解析： 根据闭合电路欧姆定律可得U＝E－Ir 由图乙可知这个干电池的内阻r＝＝ Ω＝1.0 Ω 电动势为E＝1.5V。 1.0　 1.5　 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 2. 在“测量干电池的电动势和内阻”实验中 （1）部分连线如图甲所示，导线a端应连接到 （选填 “A”“B”“C”或“D”）接线柱上。正确连接后，某次测量中电压表 指针位置如图乙所示，其示数为 V。 B　 1.20　 解析：根据利用电压表和电流表测量干电池电动势和内阻的实验原理，可知导线a应该连接到B接线柱上，测外电路的总电压；根据电压表读数规则可知，电压表示数为1.20 V。 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 （2）测得的7组数据已标在如图丙所示的U-I坐标系上，用作图法求干 电池的电动势E＝ V和内阻r＝ Ω。（计算结果均保 留2位小数） 1.50　 1.04　 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 解析：将坐标系上的点用直线拟合，使 尽可能多的点分布在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，离直线较远的点舍去，如图所示，则干电池的U-I图线的纵轴截距等于电池的电动势，即E＝1.50 V；斜率的绝对值等于干电池的内阻，即r＝ Ω≈1.04 Ω。 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 3. （2026·江苏淮安期中）如图甲所示，小王同学准备按该电路图选择合 适的器材连接好后用来测量电源电动势和内阻。 （1）根据图甲电路，开关闭合前滑动变阻器R的滑片应滑到 ⁠ （选填“最左侧”或“最右侧”）。 解析：开关闭合前，为了保护电路，滑动变阻器应接入最大阻值。 由电路图甲可知，开关闭合前滑动变阻器R的滑片应滑到最右侧。 最右侧　 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 （2）根据图甲电路，完成图乙中的实物图连线。 答案：见解析图 解析：根据电路图甲连接实物图，如图所示 。 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 （3）根据实验测得的几组I、U数据作出U-I图像如图丙所示，由图像可确 定：该电源的电动势为 V，电源的内电阻为 Ω（结果保留2 位有效数字）。 解析： 根据闭合电路欧姆定律可得E＝U＋Ir，整理可得U＝－r·I＋ E，则U-I图线的斜率的绝对值表示电源的内阻r＝＝ Ω＝1.0 Ω， 纵截距表示电源电动势E＝1.5 V。 1.5　 1.0　 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 （4）采用该电路，E测 E真 （选填“大于”“小于”或“等 于”）。 解析： 考虑电压表的分流作用，根据闭合电路欧姆定律E＝U＋ r，变形得U＝－·I，结合U-I图像纵截距和斜率的含义，电动 势E测＝E＜E，因此电动势的测量值偏小。 小于　 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 4. （2026·江苏常州月考）某实验小组用电流表和电压表测一电池的电动 势和内阻，实验电路如图所示。电池的电动势约为3 V，内阻约为1 Ω，为 了防止在调节滑动变阻器过程中造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保 护作用。可供使用的实验器材有： A. 待测电池1个 B. 电流表（0～0.6 A） C. 电压表（0～3 V） D. 定值电阻R0（阻值为4 Ω） E. 滑动变阻器（0～50 Ω） F. 滑动变阻器（0～500 Ω） G. 开关和导线若干 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 （1）要正确完成实验且方便调节，滑动变阻器R应选 。（填字 母代号） E　 解析：为便于调节，则滑动变阻器应选择最大阻值较小的E。 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 （2）实验小组由实验数据作出的U-I图像如图所示，由图像可求得电源电 动势为 V，内电阻为 Ω。（保留2位有效数字） 2.8　 0.79　 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 解析： 根据闭合电路欧姆定律E＝U＋I（R0＋r） 整理得U＝－（R0＋r）I＋E 根据作出的U-I图像可得电源电动势为E＝2.8 V 图像的斜率的绝对值为＝R0＋r＝ Ω≈4.79 Ω 电源内阻为r＝0.79 Ω。 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 （3）该实验小组设计的电路中，定值电阻R0所起的作用是 ⁠ ⁠。 增大等效电 阻，使得调节滑动变阻器时，电压表示数变化比较明显，减少误差　 解析： 定值电阻R0所起的作用是增大等效内阻，使得调节滑动变阻器时，电 压表示数变化比较明显，减少误差。 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 （4）某同学对以上实验的系统误差进行了分析，其中正确的是 ⁠。 （填选项前的字母） A. 系统误差主要是由电压表的分流引起的 B. 系统误差主要是由电流表的分压引起的 C. 电动势测量值小于真实值 D. 内阻测量值大于真实值 AC　 解析： 根据电路图，电压表的读数是路端电压值，而电流表的读数不是通 过电源的电流，电流表的读数与通过电压表的电流之和等于通过电源的电 流，所以产生误差的原因是电压表的分流作用引起的，故A正确，B错误； 此实验中电动势和内阻的测量值均小于真实值，故C正确，D错误。 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 5. （2026·河南开封期末）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。电路原理图如图甲所示。 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 （1）将图乙中的实物图连接完整，其中电流表应选择 。（填 “A1”或“A2”） A1　 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 解析：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 为了减小实验误差，电流表选择量程为0～0.6 A的A1。 答案：见解析图 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 （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＝ 。（用U1、I1、U2、I2和R0表示） 解析：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。 　 －R0　 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 6. （2026·云南玉溪期末）某兴趣学习小组为测量玩具电瓶车上蓄电池的 电动势和内阻，现有如下实验器材： A. 电压表V（0～3 V，内阻约为3 kΩ） B. 电流表A（0～0.6 A，内阻约为2 Ω） C. 电阻箱R（0～999.9 Ω） D. 待测蓄电池 E. 开关S、导线若干 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 （1）该小组同学设计了甲、乙两个电路图，为使测量结果尽量准确，应 该选择 （选填“甲”或“乙”）电路图。 解析： 由于玩具电瓶车上蓄电池的内阻较小，则图甲电压表的分流 影响很小，而图乙电流表的分压作用造成电源内阻测量误差相对较大，故 实验应该选择甲电路。 甲　 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 （2）由（1）中选择的电路图测得的电动势比真实值 （“偏大” 或“偏小”），原因是 ⁠。 解析： 由（1）中选择甲电路图，误差来源于电压表的分流作用；将 电压表和蓄电池看成一个等效电源，则甲电路图测得的电动势为等效电源 的电动势，即测得的电动势比真实值偏小。 偏小　 电压表的分流作用造成的误差　 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 （3）该小组同学选择（1）中误差小的电路图测量，将电阻箱接入电路的 阻值调到最大，闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻，记录其阻值R、相应 的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的U-I图像如图a所示， 则蓄电池的电动势为 V，内阻为 Ω（此空结果保留2位有 效数字）。 1.58　 0.64　 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 解析：根据闭合电路欧姆定律可得U＝E－Ir 可知图a中U-I图像的纵轴截距等于电动势，则有 E＝1.58 V U-I图像的斜率绝对值等于内阻，则有r＝ Ω≈0.64 Ω。 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 （4）该实验还可以测量电流表的内阻，根据记录数据进一步探究，作出- R图像如图b所示。利用图b中图像的纵轴截距，结合（3）问得到的电动势 与内阻，还可以求出电流表内阻为 Ω（保留2位有效数字）。 2.5　 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 解析： 根据闭合电路欧姆定律可得E＝I 可得＝R＋ 由图b可知＝2 A－1 解得电流表内阻为RA＝2×1.58 Ω－0.64 Ω≈2.5 Ω。 1 2 3 4 5 6 目 录 物 理·必修第三册 $