第12章 12.3 实验 电池电动势和内阻的测量（正文）（Word版）-【未来密码】2026-2027学年高中物理必修第三册关键能力提升同步学案（人教版）

该高中物理导学案聚焦电池电动势和内阻的测量，通过伏安法、伏阻法、安阻法展开教学。以问题导入创设情境，如水果电池测量、缺少电表的假设，引导学生基于闭合电路欧姆定律推导实验原理，构建从基础到拓展的阶梯式学习支架。 资料以核心素养为导向，通过问题链驱动科学探究，结合图像法等数据处理培养科学思维，实验操作与误差分析深化物理观念，典例与对标训练提升解决问题能力，助力学生形成严谨的科学态度，适合教师开展实验教学与学生自主探究。

实验:电池电动势和内阻的测量 【定标—核心素养】 关键能力与核心素养 考情揭秘 直击能力 定标素养 基本考查点 掌握闭合电路欧姆定律的表达式，理解实验的核心原理；能正确识别和选择器材；会用两种核心方法（解析法、图像法）处理数据； 1. 实验操作与仪器使用能力：能识别电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线等仪器，明确其量程选择依据；掌握滑动变阻器的 “限流接法” 连接方式及初始位置调节。 2. 数据获取与处理能力：能通过调节滑动变阻器，改变外电阻，获取多组路端电压和对应电流数据，避免仅测一组数据导致的偶然误差；掌握两种核心处理方式（解析法、图像法）。 3. 逻辑推理与原理应用能力 4. 误差分析与实验改进能力 1. 物理观念：深化 “恒定电流” 核心概念的理解 2. 科学思维：培养逻辑推理与模型建构能力 3. 科学探究：体验完整的科学研究过程 4. 科学态度与责任：养成严谨、务实的科学品质 重点及难点 误差分析是本实验的难点，也是教学的重点要求，需明确 “误差来源” 并掌握 “减小误差的方法”。 题型及难度 实验、填空题为主，难度中等 【本课时主要内容】 闭合电路欧姆 定律实验探究 【答案】U+Ir　　E·　大于 探究1　伏安法测电池的电动势和内阻 【问题导入】 （教材内容改编） 用灵敏电流计、电阻箱、滑动变阻器测量水果电池的电动势和内阻。 【思考与讨论】 1. 试说明测量电动势和内电阻的实验原理； 2. 尝试写出实验步骤； 典例1 某同学用伏安法测一节干电池的电动势E和内电阻r,所给的其他器材有: 典例1 A. 电压表V:0~3 V~15 V B. 电流表A:0~0.6 A~3 A C. 滑动变阻器R1:20 Ω,1 A D. 滑动变阻器R2:1 000 Ω,0.1 A E. 电阻箱R:0~999.9 Ω F. 开关和导线若干 (1) 实验中电压表应选用的量程为　　　　(选填“0~3 V”或“0~15 V”),电流表应选用的量程为　　　　(选填“0~0.6 A”或“0~3 A”),滑动变阻器应选用　　　　(选填“R1”或“R2”).  (2) 根据实验要求在图甲虚线框中画出电路图,并将如图乙所示的实物连接成实验电路. (3) 测出几组电流、电压的数值,并画出图像如图丙所示,由图像知该电池的电动势E=　　　　V,内电阻r=　　　　Ω.  必备知识 闭合电路欧姆定律,伏安法测电动势和内阻. 关键能力　 【答案】(1) 0~3 V　0~0.6 A　R1　(2) 见图甲　见图乙 典例1答图 (3) 1.5　2.5　 【解题思路】 1. 单位统一:电流单位为A,电压单位为 V,计算结果内阻单位为 Ω. 2. 斜率符号:因U随I增大而减小,斜率为负值,需取绝对值. 3. 避免误差:选取的两点应覆盖图像大部分范围,不选偏离直线的异常点. 对标训练1 测量一节干电池的电动势和内阻,实验小组选用合适的同一组器材先后组成了如图甲、乙所示两种电路. 对标训练1 (1) 先用如图甲所示电路进行实验,闭合开关前,先将滑动变阻器的滑片移到最　　　　(选填“左”或“右”)端,闭合开关后,调节滑动变阻器测得多组电压表和电流表的示数U、I,某次测量时,电压表的示数如图丙所示,则测得的电压值为　　　　V,将测得的多组U、I作U-I图像,得到图像与纵轴的截距为b1,图像的斜率为k1.  (2) 再用如图乙所示电路重复实验,测得多组电压表和电流表的示数U、I.同样作U-I图像,得到图像与纵轴的截距为b2,图像的斜率为k2.要尽可能减小实验误差,根据两次实验的数值得到电源的电动势E=　　　　,电源的内阻r=　　　　.  (3) 实验测得的电动势　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值,实验测得的内阻　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值.  【答案】　(1) 右　1.10　(2) b1　-　(3) 等于　等于 【解题思路】 易错提醒 1. 电路接法选择错误:伏安法有电流表内接和外接两种接法.电流表内接时,由于电流表分压,会使电压表读数小于电源的实际路端电压,导致测得的内电阻偏大,一般不采用此接法;电流表外接时,由于电压表分流,会使电流表读数小于电源的实际干路电流,导致测得的内电阻和电动势均偏小,但相对误差较小,通常选用此接法. 2. 若 U-I 图像纵轴刻度不从零开始,则图像和横轴的交点不再是短路电流,内阻应根据r=确定,要在直线上任取两个相距较远的点来计算内阻,以减小误差. 探究2　伏阻法测电池的电动势和内阻 【问题导入】 我们先回顾闭合电路欧姆定律的核心表达式：电源电动势 E 等于路端电压 U 与内电压 Ir 之和，即E = U + Ir。在伏安法中，我们通过两个电表直接获取 U 和 I 的数据，但如果没有电流表，I 该如何表征？ 【思考与讨论】 1、若外电路接入一个电阻箱（可直接读出阻值 R），结合电压表测得的路端电压 U，能否推导出干路电流 I 的表达式？ 2、将推导的 I 表达式代入闭合电路欧姆定律，会得到怎样的新关系式？这个关系式中包含哪些可直接测量的物理量？ 3、尝试写出实验步骤； 典例2 某研究性学习小组利用如图甲所示的电路测量某电池的电动势E和内阻r.由于电池的内阻很小,因此在电路中接入了一个阻值为2.0 Ω的定值电阻R0,闭合开关S,调节电阻箱R的阻值,读出电压表相应的示数,得到了如下数据: 电阻箱读数R/Ω 40.00 20.00 12.00 8.00 6.00 5.00 电压表示数U/V 1.89 1.78 1.66 1.57 1.43 1.35 (1) 为了比较准确地得出实验结论,该小组的同学准备用图像来处理实验数据.图像的纵坐标表示电压表读数U,则图像的横坐标表示的物理量应该是　　　　　　.  (2) 计算出与该组数据对应的物理量并填在表格中. (3) 在如图乙所示的图像中作图,利用图像得出E=　　　　V,r=　　　　Ω.  典例2 必备知识 闭合电路欧姆定律,伏阻法测电动势和内阻的方法. 关键能力　 【答案】 (1) 电压U与电阻R的比值(或电流I)　(2) 表格中数据如下: 电阻箱读 数R/Ω 40.00 20.00 12.00 8.00 6.00 5.00 电压表示 数U/V 1.89 1.78 1.66 1.57 1.43 1.35 /A 0.047 0.089 0.138 0.196 0.238 0.270 (3) 图像见解析　2.0　0.4 【解题思路】 (1) 由闭合电路欧姆定律可得E=U+·(R0+r),所以有U=E-·(R0+r);显然,若用作为图像的横坐标,则图像是直线,图像与纵轴的交点表示电池的电动势,图像斜率的绝对值表示R0+r.　(2) 根据表中实验数据,找出电压表示数U与所对应电阻的阻值R,由欧姆定律I=可求出相应的电流.　(3) 根据(2)中所得数据,在坐标系中描出对应的点,然后根据坐标系中的点作直线,作出电源的路端电压与电流的关系图像如图所示;由图像可知,电源电动势E=2.0 V;由于图像斜率绝对值等于电源内阻与定值电阻阻值之和,所以k=r+R0==2.4 Ω,得电池的内阻r=k-R0=(2.4-2.0)Ω=0.4 Ω. 典例2答图 1. 伏阻法的本质就是伏安法,电流可以用来计算. 2. 把E=U+·(r+R0)变形,得到与的关系:=+,然后用图像的截距与斜率的意义进行求解. 对标训练2 为了测量由两节干电池组成的电源的电动势和内电阻,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 Ω为保护电阻. 对标训练2 (1) 按照图甲所示的电路图,将图乙所示的实物连接成实验电路. (2) 保持开关S断开,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.以为纵坐标,以为横坐标,画出-的关系图像(该图像为一直线),如图丙所示.由图像可求得电池组的电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω.(结果均保留两位有效数字)  【答案】(1) 如图所示 对标训练2答图 　(2) 2.9　1.1　 【解题思路】 易错提醒 1. 若采用图像法处理数据,如作出-图像,要注意坐标轴的刻度选择要合适,使图像能尽可能清晰地反映数据的变化规律. 2. 虽然伏阻法的误差主要来源于电压表的分流作用,但如果电压表内阻不是足够大,不能忽略其影响时,需要对测量结果进行修正. 探究3　安阻法测电池的电动势和内阻 【问题导入】 我们已经学习过伏安法测电池的电动势和内阻。但是如果我们没有电压表，只有电流表和一些定值电阻，还能不能测量电池的电动势和内阻呢？ 【思考与讨论】 1、若外电路接入一个电阻箱（可直接读出阻值 R），结合电流表测得的电流 I，能否推导出路端电压 U 的表达式？ 2、将推导的 U 表达式代入闭合电路欧姆定律，会得到怎样的新关系式？这个关系式中包含哪些可直接测量的物理量？ 3、尝试写出实验步骤； 典例3 一实验小组想要测量一个未知电源的电动势和内阻.可供选择的器材有: 电流表A(量程50 mA,内阻为0.45 Ω); 电阻箱R1(最大阻值为9.99 Ω); 电阻箱R2(最大阻值为99.9 Ω); 开关一个,导线若干. (1) 由于电流表A的量程较小,考虑安全因素,该实验小组计划将其量程扩大为原来的10倍,则应选用电阻箱　　　　(填“R1”或“R2”)与电流表A并联,电阻箱选用阻值为　　　　Ω.  (2) 请设计好电路,用笔画线代替导线,将实物图甲连接成完整电路. 典例3 (3) 实验中记录另一电阻箱的阻值R和电流表A的示数I,并计算出,得到多组数据后描点作出R-图像如图乙所示,则该电源的电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω.  必备知识 闭合电路欧姆定律,安阻法测电动势和内阻的方法. 关键能力　 【答案】(1) R1　0.05　(2) 如图所示　 典例3答图 (3) 2.5　0.58　 【解题思路】 对标训练3 对标训练3 某学习小组设计了如图甲所示的电路测量电源电动势E和内阻r.实验器材有:待测电源、电流表A(量程为0.6 A,内阻不计)、电阻箱R、开关S、导线若干.闭合S,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数R和对应电流I,由测得的数据绘出了如图乙所示的-R图像,则电源电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω.(结果均保留两位有效数字)  【答案】1.5　3.0 【解题思路】 易错提醒 1. 实物图连接错误:如导线连接在元件的非接线柱位置、导线交叉、电流表的正负极接反等. 2. 图像纵轴刻度不从零开始,则图像与横轴的交点不再是短路电流,应根据直线上任取两个相距较远的点来计算斜率和截距,以减小误差. 学科网（北京）股份有限公司 $