第8章 第3讲 第3课时 重点实验——测量电源的电动势和内阻(课件PPT)-【新高考方案】2027年高考物理一轮总复习（江苏专版）

该高中物理高考复习课件聚焦“测量电源的电动势和内阻”实验专题，依据高考评价体系梳理了闭合电路欧姆定律应用、图像法数据处理、误差分析等核心考点，通过近五年真题统计明确图像分析占45%、误差分析占30%的高频分布，归纳出公式法、等效电源法等常考题型。 课件亮点在于“真题情境+模型建构+科学推理”的备考策略，如以2025年海南高考题为例，用U-I图像斜率求内阻、等效电源法分析电压表分流误差，培养科学思维与探究素养。设“易错警示”专栏，指导学生规避标度选择不当等问题，教师可通过课时跟踪检测精准突破考点，助力学生高效冲刺。

重点实验——测量电源的电动势和内阻 第 3 课时 一、实验知能/系统归纳 二、实验关键/重点解读 01 02 CONTENTS 目录 课时跟踪检测 03 一、实验知能/系统归纳 一、理清原理与操作 原理 装置图 操作 要领 (1)原理：闭合电路的欧姆定律E=U+Ir。 (2)电路：滑动变阻器采用限流式接法。 (3)连接电路：按实验电路图连接好电路。 (4)测量与记录：闭合开关，改变滑动变阻器的阻值，测量出多组I、U值，填入对应的表格中。 (5)画图像：画U-I图像。 续表 二、掌握数据处理方法 1.公式法 解方程组⇒⇒多求几组，取平均值 2.图像法 画出电源的U-I图像，如图所示 由U=-rI+E可知： (1)图线与纵轴交点为电动势E； (2)图线与横轴交点为短路电流I短=； (3)图线的斜率的绝对值表示电源的内阻r=。 三、注意实验细节 1.可选用旧电池：为了使电路的路端电压变化明显。 2.电流不要过大，读数要快：干电池在大电流放电时，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大。 3.合理选择标度：为使图线分布空间大，如图所示，纵坐标可以不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，电源内阻应根据r=确定。 四、做好误差分析 偶然误差 (1)电流表、电压表读数产生误差。 (2)用图像法描点、作图不准确。 系统误差 由于电流表的分压或电压表的分流存在系统误差。 二、实验关键/重点解读 1.(2025·海南高考)如图甲是“测量电源的电动势和内阻”的实验电路。 有如下器材： 电源E(电动势约为3 V，内阻未知) 电压表V(0~3 V，RV约为3 kΩ) 电流表A(0~0.6 A，RA约为1 Ω) 定值电阻R0=3 Ω 关键点(一) 测量电路的选择及误差分析 题点训练 滑动变阻器R1(0~50 Ω) 滑动变阻器R2(0~500 Ω) 开关S 导线若干 (1)为了提高测量精度，电路图中滑动变阻器应选_______。  答案： R1 解析：为了提高测量精度，方便调节电路，滑动变阻器选择最大阻值较小的R1。 (2)闭合开关S，多次调节滑动变阻器，记录U、I，如下表。 根据表中数据作出U-I图像。 U/V 1.00 1.30 1.70 2.00 2.50 I/A 0.38 0.32 0.24 0.18 0.08 答案：见解析图 解析：作出U-I图像如图所示。 (3)由U-I图像可求出电动势E=_______V，内阻r=_______ Ω(均保留三位有效数字)。  答案：2.90(2.88~2.92均可)　2.18(2.00~2.21均可) 解析：根据闭合电路欧姆定律有U=E-I(R0+r)，结合图线可得E=2.90 V，R0+r= Ω，解得r≈2.18 Ω。 (4)考虑电压表分流引起的误差，则E测_______E真(选填“大于” “等于”或“小于”)；r测与真实值r真之间的关系式为_______ (用RV、R0、r测、r真表示)。  答案：小于　r测=-R0 解析：由于电压表的分流作用，干路电流的真实值I真=I测+，路端电压真实值U真=U测，根据闭合电路欧姆定律有E真=U真+I真(r真+R0)=U测+(r真+R0)，即=U测+I测，对比测量值的闭合电路欧姆定律表达式E测=U测+I测(r测+R0)，则有E测=，r测+R0=，可知E测<E真，r测=-R0。 2.用如图甲、乙所示的两种方法测量某电源的电动势和内阻(约为1 Ω)。其中R为滑动变阻器，电流表的内阻约为0.1 Ω，电压表的内阻约为3 kΩ。　 (1)利用图甲实验电路测电源的电动势和内阻，所测得的实际是图丙中虚线框所示“等效电源”的电动势E'和内阻r'，若电源的电动势为E、内阻为r、电流表内阻为RA，则所测得的E'=_________，r'= _________。(请用E、r、RA表示)  答案： E　r+RA　 解析：“等效电源”的电动势还是E，等效内阻变为r+RA。 (2)某同学利用图像，分析甲、乙两种方法由于电表内阻引起的实验误差。在选项图中，实线是根据实验数据描点作图得到的U-I图像，虚线是该电源的路端电压U随电流I变化的U-I图像(没有电表内阻影响的理想情况)。在选项图中，对应图乙电路分析的U-I图像是________，并据此分析可得电源电动势和内阻的真实值E真、r真与测量值E测、r测的大小关系为E真______E测、r真_________r测(填“>”“=”或“<”)。  答案：A　>　>　 解析：题图乙中通过电源的真实电流比测量值多一个电压表的电流，电流表示数为零时，通过电源的真实电流不为零，因此U<E，故选A。通过图线斜率的绝对值等于电源内阻，可知电源内阻的真实值大于测量值。通过纵截距可知电动势的真实值大于测量值。 (3)综合上述分析，为了减小由电表内阻引起的实验误差，本实验应选择图中的_________ (填“甲”或“乙”)。  答案：乙 解析：由于电源内阻较小，题图甲的电动势尽管更精确，但是电源内阻测量值误差较大，为了减小电表内阻造成的误差，因此选择题图乙方案进行实验。 1.若采用图甲电路，电压表的分流作用造成误差，电压值越大，电压表的分流越多，对应的I真与I测的差越大，IV=，其U-I图像如图乙所示。 归纳建模 结论 E测<E真，r测<r真 等效电源法 如图甲所示，E测=E真<E真，r测=<r真 2.若采用图丙电路，电流表的分压作用造成误差，电流越大，电流表分压越多，对应U真与U测的差越大，UA=I·RA，其U-I图像如图丁所示。 3.电路选择： (1)电源内阻一般较小，选图甲电路误差较小。 (2)当电流表内阻已知时选图丙电路，此时r=r测-RA，没有系统误差。 结论 E测=E真，r测>r真 等效电源法 如图丙所示，E测=E真，r测=r+RA>r真 1.(2025·泰州模拟)为了测量电池的电动势和内阻，某同学设计了如图甲所示的电路，图中c为金属夹，5个阻值相同的未知电阻Rx，R0为阻值已知的定值电阻。 关键点(二) 不同实验方案的图像分析 题点训练 (1)该同学首先测量未知电阻Rx的阻值，步骤如下： ①断开S2，S3接b，c夹在0处，闭合S1，此时电压表示数为U0。 ②断开S1，闭合S2，S3接a，将金属夹c夹在位置1，闭合S1，电压表示数仍为U0；则未知电阻Rx的阻值为________。(用R0表示)  答案： R0　 解析：断开开关S2，S3接b，c夹在0处，闭合S1，此时电压表示数为U0，由电路图可知此时外电路只有R0；断开开关S1，闭合S2，S3接a，将金属夹c夹在位置1，闭合S1，电压表示数也为U0，由电路图可知此时外电路只有一个Rx，则有Rx=R0。 (2)该同学继续测量电池的电动势和内阻，步骤如下： ①断开S2，S3接b，闭合S1； ②将金属夹依次夹在位置编号1、2、3、4、5处，记录对应的电压表示数U； ③作出电压表示数U与位置编号n的-n关系图像，如图乙所示； ④求出图乙中图线斜率为k，纵轴截距为b，则电池电动势为________，内阻为________。(用b、k和R0表示)  答案：　-R0　 解析：根据闭合电路欧姆定律可得E=U+(nRx+r)，整理可得=n+，根据题意可得k=，b=，解得电动势和内阻分别为E==，r=-R0。 (3)该实验中电动势的测量值______ (选填“大于”“等于”或“小于”)真实值，可能引起该误差的主要原因是________________________。  答案：小于　电压表分流 解析：由电路图可知，实验误差来源于电压表的分流，根据等效电源法可知E测=E真<E真，则该实验中电动势的测量值小于真实值。 2.(2025·如皋调研)干电池用久后通常电动势会减小，内阻增大。某同学利用DIS系统、定值电阻R0、电阻箱R等实验器材分别研究新、旧两节干电池的电动势和内阻，实验装置如图甲所示。首先测量电池a的电动势和内阻，实验时多次改变R的阻值，用电流传感器测得对应的电流值I，在计算机上显示出如图乙所示的-R的关系图线a，重复上述实验方法测量电池b的电动势和内阻，得到图乙中的图线b。 (1)某次实验电阻箱调节后如图丙所示，则此时电阻箱的读数为_______Ω。  答案：12.0　 解析：由电阻箱的读数规则有R=0×100 Ω+1×10 Ω+2×1 Ω+ 0×0.1 Ω=12.0 Ω。 (2)若定值电阻R0=1.0 Ω，令y=，x=R，由图乙中实验图线a的拟合方程可得，电池a的电动势Ea=_______V，内阻ra=_______Ω。  答案：　2.0 解析：由闭合电路欧姆定律有I=，整理有=R+，结合题中图线a的解析式，有0.75=，2.25=，解得E= V，ra=2 Ω。 (3)根据图乙可以判断，图线____对应的是新电池(选填“a”或“b”)。  答案：b 解析：由上述分析可知，图像的斜率为电池的电动势的倒数，由题图乙可知，其图线a的斜率大，所以图线a的电动势小。根据题意，旧电池的电动势减小，所以图线a对应的是旧电池，图线b对应的是新电池。 (4)根据实验测得的电池a的R、I数据，若令y=I2(R+R0)，x=R+R0，则由计算机拟合得出的y-x 图线如图丁所示，则图线最高点A的坐标值应为x=_______Ω，y=_______W(结果均保留2位有效数字)。  答案：2.0　 0.22 解析：分析题图甲中电路可知，外电路的用电器为电阻箱R和定值电阻R0，结合题意可知，题图丁的y轴为电池的输出功率，x轴为外电路的电阻。对电池有P=I2R外=R外 = =， 结合题图丁有y=，当x=ra， 即外电路电阻等于电池内阻时，取得最大值，所以x=2.0 Ω，y≈0.22 W。 不同实验方案的图像分析及误差分析 1.安阻法 (1)由E=I(R+r)可得 ①=R+，可作-R图像(如图甲) -R图像的斜率k=，纵轴截距为。 ②R=E·-r，可作R-图像(如图乙) 归纳建模 R-图像的斜率k=E，纵轴截距为-r。 (2)误差分析 误差来源 电流表有电阻，导致内阻测量不准确 结论 E测=E真，r测>r真(r测=r真+rA) 2.伏阻法 (1)由E=U+r得：=+·。故-图像的斜率k=，纵轴截距为，如图所示。 (2)误差分析 误差来源 电压表有内阻，干路电流表达式不准确，导致电动势测量不准确 结论 E测<E真，r测<r真 课时跟踪检测 1 2 3 4 1.(12分)(2025·湖北高考)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 2 3 4 (1)R0在电路中起_________(填“保护”或“分流”)作用。(2分)  答案：保护 解析：R0与电阻箱串联，可知R0在电路中起保护作用。 1 2 3 4 (2)与E、r、R、R0的关系式为=_________。(3分)  答案：+ 解析：根据闭合电路欧姆定律有E=I， 整理可得=+。 1 2 3 4 (3)根据记录数据作出-R图像，如图(b)所示。已知R0=9.0 Ω，可得E=_________V(保留三位有效数字)，r=_________Ω(保留两位有效数字)。(4分)  答案：1.47　1.3 解析：根据=+，结合题图(b)有= V-1，=7 A-1，解得E≈1.47 V，r≈1.3 Ω。 1 2 3 4 (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。(3分)  答案：有 解析：所测得的电源内阻r测=r真+r传，当电流传感器有内阻时，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。 1 2 3 4 2.(15分)某实验小组发现一款智能手机内部使用的电池是一块扁平电池，如图甲所示，外壳上标有电动势4.50 V，为了测定该电池的实际电动势和内阻，小组成员利用身边的仪器，设计方案对其进行测量。 A.待测手机电池 B.电压表(量程0~3.00 V，内阻约4 000 Ω) C.电流表(量程0~100 mA，内阻为1 Ω) D.电阻箱(阻值范围0~99.99 Ω) E.电阻箱(阻值范围0~999.9 Ω) F.电阻箱(阻值范围0~9 999 Ω) 1 2 3 4 G.滑动变阻器(阻值范围0~10 Ω，额定电流0.2 A) H.滑动变阻器(阻值范围0~50 Ω，额定电流0.2 A) I.滑动变阻器(阻值范围0~1 000 Ω，额定电流0.2 A) J.开关，导线若干 1 2 3 4 (1)实验室所提供的电表的量程都不够大，需要进行改装才能使用。 ①如果将电流表量程增大到原来的5倍，则应_______(填“串联”或者“并联”)一个阻值为________Ω的电阻，将改装后的电流表记为 ；(4分)  ②为将电压表的量程扩大为0~4.50 V，小组成员采用了以下的操作：按图乙连接好实验器材，检查电路无误后，将开关S2接b，将R1的滑片移至_______ (填“最上端”或“最下端”)，将电阻箱R2调为零，闭合开关S1，保持开关S3断开，适当移动R1的滑片，使电压表示数为3.00 V；保持R1接入电路中的阻值不变，改变电阻箱R2的阻值，当电压表示数为_______V时，完成扩大量程，断开S1；(4分)  1 2 3 4 ③小组成员按照图乙所示的实验电路图完成了该实验。图中滑动变阻器R1应选________，电阻箱R2应选________。(均填写器材前面字母标号)(3分)  答案：①并联　0.25　②最上端　2.00　③H　F 解析：①将电流表量程增大到原来的5倍，应并联一个电阻，根据欧姆定律可知并联电阻的阻值为R并==Rg=×1 Ω=0.25 Ω。 1 2 3 4 ②电压表支路与R1上端并联，接通电路前要保证其分压为零，故滑动变阻器滑片应移至最上端。电压表示数为3.00 V且保持R1接入电路的阻值不变时，电压表和R2电压之和可认为始终等于3.00 V；当电压表的示数为2.00 V时，说明电阻箱R2两端电压为1.00 V，由串联电路分压原理可知，此时R2的电阻为电压表内阻的一半，电压表的量程被扩大为1.5倍，即为0~4.50 V。 ③滑动变阻器I阻值过大，不方便调节，滑动变阻器G取最大值时接入电路，会超过额定电流，故选择滑动变阻器H；由实验步骤可知电压表要扩大量程为0~4.5 V，则串联的电阻箱R2的阻值应能调节为电压表内阻的一半，即电阻箱能调节到约2 000 Ω，故选电阻箱F。 1 2 3 4 (2)用改装好的电表测量该电池的电动势和内阻，步骤如下：保持电阻箱R2的阻值不变，开关S2接a，闭合S1、S3，从下到上移动R1的滑片，读出电压表(量程0~3.00 V，内阻约4 000 Ω)的读数U和电流表(量程0~100 mA，内阻为1 Ω)的读数I，并作出U-I图像如图丙所示，可得该电池的电动势为________V，内阻为________Ω。(结果保留三位有效数字)(4分)  1 2 3 4 答案：4.20　1.90 解析：改装后电流表的阻值为rA== Ω=0.2 Ω，根据闭合电路欧姆定律可得E=U+5I(r+rA)，则有U=E-I，根据图像斜率和截距有E=2.80 V，= Ω，解得E=4.20 V，r=1.90 Ω。 1 2 3 4 3.(15分)(2025·苏州高三质检)某实验小组要测量电池组的电动势E和内阻r，实验器材如图甲所示，其中电压表内阻约1 kΩ，电流表内阻约0.5 Ω。 1 2 3 4 答案：见解析图1 解析：因为电源是两节干电池，故电压表选择3 V量程。电路如图1所示。 (1)将电路补充完整。(3分) 1 2 3 4 (2)表格中数据是该小组的测量结果，请根据数据在方格纸上描点作图。(2分)   1 2 3 4 5 U/V 2.90 2.80 2.70 2.60 2.50 I/A 0.08 0.20 0.32 0.44 0.57 1 2 3 4 答案：见解析图2 解析：根据表格数据描点连线，如图2所示。 1 2 3 4 (3)根据图像求得电池组的电动势和内阻分别为E=________ V，r=________Ω(均保留两位小数)。(4分)  答案：2.96　0.82(0.80~0.84均可) 解析：根据U-I图像的纵截距得出，电源电动势为E=2.96 V，斜率的绝对值为电源内阻r=≈0.82 Ω。 1 2 3 4 (4)关于本实验误差原因和误差结果说法正确的有________。(多选)(3分)  A.电流表分压，电动势测量值偏大 B.电流表分压，内阻测量值偏大 C.电压表分流，电动势测量值偏小 D.电压表分流，内阻测量值偏小 1 2 3 4 答案：CD 解析：根据电路结构可知，因为电压表的分流作用，使得通过电源的电流大于电流表读数，故测量得出的电源电动势偏小，内阻偏小，故选C、D。 1 2 3 4 (5)该小组在实验后发现所用电压表未调零，在未加电压时指针指在零刻度右侧。该小组将电压表调零后重复上述实验，新测得的电动势E'和内阻r'与原测量结果E、r相比应有何变化?请阐述理由________________________。(3分)  答案：E'<E，r'=r　见解析 解析：根据新测量数据绘制图像相对于电压表调零之前向下平移而斜率不变，则电动势测量值变小，即E'<E，内阻不变，即r'=r。 1 2 3 4 4.(13分)某兴趣小组为了测量金属丝的电阻率和电源的电动势与内阻，设计了如图甲、乙所示的实验电路，其中Rx为待测电阻，定值电阻的阻值R0已知。 1 2 3 4 (1)测量金属丝的电阻时，要求通过金属丝的电流从零开始连续变化，实验电路图应选_______(选填“甲”或“乙”)。(2分)  答案：甲　 解析：要求通过金属丝的电流从零开始连续变化，滑动变阻器应选择分压接法，故选甲。 1 2 3 4 (2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径如图丙所示，测量时，使用螺旋测微器的A、B、C三部分的先后顺序是_______。(2分)  答案：BCA　 解析：用螺旋测微器测量金属丝的直径时，应先将金属丝置于测砧与测微螺杆之间，之后调节旋钮B进行粗调，当测微螺杆快靠近金属丝时，改为调节微调旋钮C，当听到“喀喀”声时停止，拨动锁紧装置A使测微螺杆固定，然后读数，故使用顺序为BCA。 1 2 3 4 (3)测量金属丝电阻时，选择正确的电路，按照规范操作，调节滑动变阻器，得到电压表V1、V2的示数U1、U2的多组数值。作出U2-U1图像，如图丁中直线a所示，斜率为k，则金属丝的电阻为_______ (用k和R0表示)。(2分)  答案：R0 解析：由欧姆定律得Rx==R0=R0。 1 2 3 4 (4)测量电源的电动势与内阻时，选择正确的电路，按照规范操作，调节滑动变阻器，得到电压表V1、V2的示数U1、U2的多组数值。作出U2-U1图像，如图丁中直线b所示，图线中的U0、Um均已知，不考虑两电压表内阻的影响，则电源电动势E=_____ (用U0或Um表示)。(2分)  答案：U0 解析：用题图乙进行测量电源电动势和内阻，根据乙电路，则有E=U2+r，可得U2=E-U1，则图线与纵轴截距表示电源电动势，即E=U0。 1 2 3 4 (5)在上述(3)、(4)实验中，接通电路前，滑动变阻器的滑片P应分别置于_______ (选填下列选项的序号)，并简述你的理由___________。(5分)  A.最左端、最左端 B.最右端、最右端 C.最左端、最右端 D.最右端、最左端 答案：A　保护电路 解析：接通电路前，为了保护电路，电压表示数应为最小值，所以滑动变阻器的滑片P都应置于最左端，故选A，原因是保护电路。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $