4.3 测量电源电动势与内阻 课件 -2026-2027学年高二上学期物理粤教版必修第三册

该高中物理课件聚焦“测量电源的电动势和内阻”核心知识点，通过果汁与牛奶电池点亮灯泡的对比实验导入，引出内阻的重要性，衔接闭合电路欧姆定律，搭建从理论到实验设计的学习支架。 其亮点在于实验设计层层递进，从直接测量到多组数据平均再到图像法，结合等效电源法等进行误差分析，涵盖伏安法、安阻法等多种测量方法及典例练习，培养科学探究和科学思维能力。学生能提升实验操作与数据处理能力，教师可获得系统的教学资源支持。

第四章 闭合电路 粤教版 必修三 第三节 测量电源的电动势和内阻 1 1. 如图所示，用果汁电池接上一小灯泡时，灯泡不亮，而用牛奶电池接同一小灯泡时，灯泡却亮了。果汁电池的电动势较大，但能使灯泡发光的却是牛奶电池，这是为什么？ 0 0.96 0.75 使用电源的时候，不仅要关注它的电动势，也要关注其内阻！ 如何通过实验测量电池电动势和内阻呢？ → I=0 → U断=E 实验方案设计 能否直接将电压表连接到电池两端测量电池电动势？ U=E-Ir → I≠0 → U＜E r 较小 粗测(U≈E) r 较大 不适用 如何精确测量？ U=E-Ir 3 实验方案设计 在上述方法的基础上,如何减小因测量所带来的偶然误差呢？ —— 多组数据取平均！ E = U2 + I2 r E = U1 + I1 r 如何精确测量？ 通过改变电流（滑动变阻器的阻值），测出两组外电压、电流，联立方程求解得电动势E和内阻r。 4 (U3 I3) (U4 I4) (U5 I5) (U6 I6) (U1 I1) (U2 I2) 多组数据取平均的方法，误差减小了，但处理起来比较复杂。在上述方法的基础上，有没有更简便、直观的方法呢？ 实验方案设计 E=U2+I2r E=U1+I1r E=U4+I4r E=U3+I3r E=U6+I6r E=U5+I5r 5 多组数据取平均的方法，误差减小了，但处理起来比较复杂。在上述方法的基础上，有没有更简便、直观的方法呢？ 实验方案设计 图像法 误差减小了，处理起来比较简便、直观 6 A V S E, r · · · 电流表外接法 这里“外、内接法”是相对于电源来说的，而不是滑动变阻器。 A V S E, r · · · 电流表内接法 实验方案设计 实验：伏安法测量电源的电动势和内阻 思考：控制电路采取分压式还是限流式接法？ 7 实验方案设计 干电池(电动势约为1.5V)、开关、导线、滑动变阻器(10Ω)、电压表(0-3V)、电流表(0-0.6A) 实验器材： 实验步骤： （1）根据原理图连接实物 注意电表量程及滑动变阻器滑片位置 （2）闭合开关，调节滑动变阻器，读取并记录多组电流表、电压表的示数I、U （3）断开开关，整理器材 （4）处理数据，得出结论 记录数据时断开开关 （1）仪器的选择：电流表量程选择0-0.6A，电压表量程选择0-3V。 （2）实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完立即断电，以免干电池E 和 r 出现明显变化。 8 进行实验与数据处理 注意：在画 U-I 图线时，要使较多的点落在这条直线上，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。 I / A 0.092 0.110 0.130 0.160 0.190 0.220 U / V 1.35 1.33 1.30 1.27 1.25 1.24 测量数据只分布在坐标系的一小部分区域问题，误差大！ 实验数据处理 如何解决测量数据只分布在坐标系的一小部分区域问题？ 调整纵轴起点和比例，使数据大致布满整个坐标区域。 调整后的直线与纵坐标轴的交点值是否发生了改变？直线斜率是否发生改变？ 电压差值所对应的电流差值并没发生变化，所以斜率并没有改变 纵轴交点值不变 横轴交点不再是短路电流值了！ E=1.45V E=1.45V 10 误差分析 如何从测量的U-I图像进行修正得到真实的U-I图像？ 11 1.误差来源：电压表分流。 U I O 测量值 真实值 电流表外接法 A V S E, r · · · E测<E真 r测<r真 适用 情况 ①内阻 r 很小(干电池) ②滑动变阻器R阻值要小 方法一：U – I 图像修正法 路端电压越大，电压表分流越多 电流表外接法 说明 ① 电压表内阻越大，电压表分流越小，系统误差越小。 ② 电压表内阻已知，可求流过电压表的电流，可消除系统误差。 12 1.误差来源：电流表分压。 E测=E真 r测>r真 适用 情况 ①内阻 r很大(水果电池) ②滑动变阻器R阻值要大 方法一：U – I 图像修正法 通过电源的电流越大，电流表分压越多 电流表内接法 说明 ①电流表内阻越小，电流表分压越小，系统误差越小 ②电流表内阻已知，可求电流表两端电压，可消除系统误差。 A V S E, r · · · 电流表内接法 U I O 测量值 真实值 13 r 测 < r E测 < E 把电源和电压表看成一个整体，这样测得的就是这个整体的路端电压和通过这个整体的电流，计算出的就是这个整体的电动势和这个整体的内电阻。这个整体的电动势相当于开路时电压表所分得的电压，整体的电阻相当于电源和电压表并联的阻值。即： 电流表外接法 A V S E, r · · · 方法二：等效电源法 14 把电流表和电源等效为一新电源，如图虚线框所示， 等效电源的电动势为电流表和电源串联后的路端电压，也就是测量值，即 E测 = E A V S E, r · · · 电流表内接法 方法二：等效电源法 这个等效电源的内阻r测为r和RA的串联总电阻，也就是测量值，即 　　 知识小结 电流表外接法 A V S E, r · · · U I O 测量值 真实值 E测<E真 r测<r真 A V S E, r · · · 电流表内接法 U I O 测量值 真实值 E测=E真 r测>r真 16 【典例1】在测量电源电动势和内阻的实验中，两组同学分别设计了不同的电路来进行实验． (1)第一组同学设计了如图甲所示的电路，多次测量并记录对应的电压表示数U和电流表示数I，并绘制了如图乙所示的U-I图线． ①由图乙可得出电源的电动势E＝_______V，内阻r＝______Ω． (结果均保留两位小数) 1.50 0.83 ②下图中实线为某同学根据测量数据绘制的图线，虚线为在没有系统误差的情况下，电压表两端电压与通过电源电流的关系图线，能正确反映两者关系的是________． A　　　　　 　B C　　　　　　　D D (2)第二组同学设计了如图丙所示的电路，单刀双掷开关S2分别接1、2时记录电压表示数U和电流表示数I，并绘制出图丁所示的A、B两条U-I图线(其中开关S2接1时对应图线A)．分析A、B两条图线可知，此电源的电动势E＝______，内阻r＝______．(均用图中EA、EB、IA、IB表示) EA 【典例2】图a为某同学测量一节干电池的电动势和内阻的电路图。 （1）虚线框内是用毫安表改装成电流表的电路。已知毫安表表头的内阻为10 Ω，满偏电流为100 mA，电阻R1＝2.5 Ω，由此可知，改装后电流表的量程为________ A。 （2）实验步骤如下，请完成相应的填空： ①将滑动变阻器R的滑片移到________端（选填“A”或“B”），闭合开关S； ②多次调节滑动变阻器的滑片，记下电压表的示数U和毫安表的示数I；某次测量时毫安表的示数如图b所示，其读数为________ mA； ③以U为纵坐标，I为横坐标，作U­-I图线，如图c所示； ④根据图线求得电源的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω。（结果均保留到小数点后两位） 21 没有电压表、滑动变阻器， 只有电池、开关、电流表、电阻箱 如何测量电源电动势E和内阻r？ 想一想 U =IR 22 U =IR E=IR +Ir E=U +Ir U =IR 二、安阻法 】 23 若电流表内阻已知，可消除系统误差 E测=E真 r测>r真 安阻法误差分析 U =IR IR I 误差来源：电流表的分压 U I O 测量值 真实值 没有电流表、滑动变阻器， 只有电池、开关、电压表、电阻箱 如何测量电源电动势E和内阻r？ 想一想 假如：没有电流表、滑动变阻器， 只有电压表、电阻箱、电池、开关 那么：我们可否改造方案中的电路图， 依然实现目标呢？ 有的同学提出，虽然没有电压表直接测外电压，但是电阻箱可以直接测外电阻，根据U =IR 总电流和外电阻的乘积来替代直接测外电压。于是电路图可以变为如图所示。让我们来看一下实验设计过程。 25 E=U +Ir 三、伏阻法 26 若电压表内阻已知，可消除系统误差 E测＜E真 r测＜r真 伏阻法误差分析 U 误差来源：电压表的分流 U I O 测量值 真实值 知识小结 伏安法 安阻法 伏阻法 28 【例1】小明用如图甲所示的电路测量电池组的电动势和内阻． 作出 -图线如图丙所示，根据图中数据可得电池组的电动势E＝______V，内阻r＝________Ω(保留两位小数)． 2.98 0.49 【例2】一个物理兴趣小组的同学准备测定某电池的电动势和内阻，实验室可供选用的实验器材有：电流表A1、A2，滑动变阻器R，电阻箱R0，待测电池E，开关S，导线等 (1)兴趣小组的同学设计了如图甲所示的电路来测定电流表A1的内阻：将电阻箱的阻值调整到R0＝50 Ω，调节滑动变阻器的阻值，得到多组电流表A1、A2的读数I1、I2，并用描点法得到I2-I1图像为过原点的倾斜直线，如图乙所示，可得电流表A1的内阻RA1＝________Ω． 5 (2)兴趣小组的同学利用上述实验器材设计了如图丙所示的电路来测定电池的电动势和内阻．实验中，他们通过改变R0的阻值，记录了多组数据(电阻箱阻值R0和电流表A1示数I)． (3)甲同学以IR0为纵坐标U，以I为横坐标作图像处理数据；乙同学以I(R0＋RA1)为纵坐标U，以I为横坐标作图像处理数据，他们在同一坐标纸上画出图像如图丁所示．由图可知，甲同学绘制的图线为________(选填“a”或“b”)，电源电动势E＝______V，内阻r＝________Ω． a 1.5 10 (4)丙同学以为纵坐标，以为横坐标作-R0图像处理数据．请根据(1)、(3)的计算结果，在图戊所示的坐标系中绘出图像． 电源电动势E＝1.5V，内阻r＝10Ω． 采用一个定值电阻、两块电流表、一个电键和导线若干, 测量一节使用过的干电池的电动势和内阻。 原理：E=U+Ir A2 S E,r R A1 A2 S E,r R A1 四、安安法 采用一个定值电阻、两块电压表、一个电键和导线若干, 测量一节使用过的干电池的电动势和内阻。 S E,r R V2 V1 S E,r R V2 V1 五、伏伏法 原理：E=U+Ir 巩固提升 PART 06 【练习1】（2022·宁夏·银川唐徕回民中学高二期中）(多选)在测电源电动势和内阻的实验中（  ） A．图（2）所示电路内阻测量比图（1）准确 B．图（1）所示电路电动势测量准确 C．图（2）所示电路，电动势测量准确 D．图（1）所示电路，内阻测量值比真实值偏小 【参考答案】CD 课堂练习 【练习2】某同学利用DIS，定值电阻R0、电阻箱R1等实验器材测量电池a的电动势Ea和内阻ra，实验装置如图甲所示，实验时多次改变电阻箱的阻值，记录外电路的总电阻阻值R，用电压传感器测得路端电压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，ra＞rb B．Ea＜Eb，ra＜rb C．Ea＝Eb，ra＜rb D．Ea＜Eb，ra＝rb 【参考答案】D 课堂练习 【练习3】（2022·广东·佛山实验中学高二学业考试）某小组为了测量手机锂电池的电动势（约3.7V）与内阻（约0.1Ω），在实验室寻找到了下列器材：电压表V1（量程0～15V）；电压表V2（量程0～3V）；电流表A（量程0～0.6A）；滑动变阻器（阻值范围0～20Ω）； 定值电阻R0=2.0Ω、导线、开关若干。 （1）本实验选用的电压表为___________（选“V1”或“V2”）； （2）小组先测得电流表的内阻为5.09Ω， 为了更精确测量电源电动势与内阻， 应该选用的实验电路是图___________ （选“A”或“B”）； B 课堂练习 V2 【练习4】（3）改变滑动变阻器的滑片位置，获得多组数据，根据数据可以得出该电池的电动势为___________V（保留3位有效数字），内阻为___________Ω（保留2位有效数字） 3.60   课堂练习 0.11 电流表的内阻为5.09Ω 为了测量由两节干电池组成的电池组的电动势和内电阻，某同学设计了如图甲所示的实验电路，其中R为电阻箱， R0=5.0Ω为保护电阻。 断开开关S，调整电阻箱的阻值，再闭合开关S，读取并记录电压表的示数及电阻箱接入电路中的阻值。多次重复上述操作，可得到多组电压值U及电阻值R。 R0 甲 并以 为纵坐标，以 为横坐标，画出 的关系图线（该图线为一直线）如图乙所示。由图线可求得电池组的电动势E = V，内阻r = Ω。（保留两位有效数字） 拓展训练 R0 甲 U =IR 由 斜率 纵截距 .35 【练习5】（2022·广东·博罗县教师发展中心高二期中）如图甲所示为测量一节干电池的电动势和内电阻的实验电路图，根据测得的数据作出了如图乙所示的U-I图线，以下实验结论正确的是（　　） A．电池内阻的测量值为3.50Ω B．电池电动势为1.40V C．外电路发生短路时的电流为0.40A D．电压表的示数为1.20V时，电流表的示数 【参考答案】B 课堂练习 【练习6】（2022·福建·莆田华侨中学高二阶段练习）某同学利用一只电流表和一个电阻箱测定电源的电动势和内电阻，使用的器材还有开关一个、导线若干，实验原理如图甲所示。 （1）在图乙的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成其余电路的连接。( ) 课堂练习 【练习6】（2）调节电阻箱，示数如图丙所示，读得电阻值是______Ω。 （3）接通开关，多次改变电阻箱的阻值R，同时读出对应的电流表的示数I，并作记录，画出 关系图线，如图丁所示。则图线斜率的物理意义是________；若电流表内阻RA=0.2Ω,由图线求得电源的电动势E＝______V，内阻r＝______Ω。 【参考答案】2.3     电源电动势     1.4     0.5 课堂练习 【练习7】（2022·山西·晋城市第二中学校高二阶段练习）为了测量一节干电池的电动势和内阻，某同学在实验室选择合适的器材，设计了如图甲所示的实验电路图，请完成下列问题： （1）请根据图甲所示的电路图，用笔画线替代导线补全图乙的实物图_____； 课堂练习 【练习7】（2）改变电阻箱的阻值，测得多组实验数据绘出如图丙所示的 图线，由图丙可得，电源电动势E=______，内阻r=______。（均用图丙中a、b表示） （3）实验误差分为系统误差和偶然误差，则造成该实验结果系统误差的主要原因是______。 【参考答案】电压表的分流作用 课堂练习 b $