12.3 实验：电池电动势和内阻的测量（表格式）课时教案-2025--2026年人教版高中物理必修第三册

12.3《 实验：电池电动势和内阻的测量》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 人教版（2019）高中物理必修第三册 授课类型 实验探究课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于人教版高中物理必修第三册第十二章《电路及其应用》的第三节，是电学实验的重要组成部分。教材通过引导学生利用闭合电路欧姆定律设计实验方案，测量电池的电动势和内阻，强化理论与实践的结合。本实验不仅是对前两节“电源与电流”“闭合电路欧姆定律”的深化应用，也为后续学习复杂电路分析打下基础，具有承上启下的作用。教材采用伏安法作为主要测量手段，提供了清晰的实验原理、电路图和操作步骤，强调数据处理与误差分析，体现了物理学科“从现象到本质”的探究逻辑。
学情分析
高二学生已掌握欧姆定律、串并联电路特点及电表使用方法，具备一定的实验操作能力。但在设计实验方案、理解电动势与电压的区别、处理U-I图像等方面仍存在认知障碍。部分学生对“内阻”概念抽象难懂，易与电阻混淆。此外，实验中接线错误、电表量程选择不当等问题频发。针对此，教学应通过情境导入激发兴趣，借助问题链引导思维，采用小组合作降低操作难度，并利用数字化实验系统实时反馈数据，帮助学生突破难点。学生正处于逻辑思维发展的关键期，具备较强的探究欲望，适合开展以任务驱动的实验探究活动。
课时教学目标
物理观念
1. 理解电动势是反映电源非静电力做功能力的物理量，掌握闭合电路欧姆定律表达式E = U + Ir的物理意义。
2. 能区分路端电压与电动势，认识电池内阻的存在及其对输出电压的影响。
科学思维
1. 能根据实验目的设计合理的电路图，运用控制变量法分析U-I图像斜率与截距的物理含义。
2. 通过对不同测量方法的比较，发展批判性思维，评估实验误差来源并提出改进建议。
科学探究
1. 能独立完成实验器材的组装与调试，规范操作电压表、电流表和滑动变阻器，获取多组U、I数据。
2. 学会用图像法处理实验数据，通过拟合U-I直线求出电动势E和内阻r，并进行误差分析。
科学态度与责任
1. 在实验过程中养成严谨求实的科学态度，尊重实验数据，不随意篡改结果。
2. 增强环保意识，实验结束后主动回收废旧电池，理解能源利用中的社会责任。
教学重点、难点
重点
1. 掌握伏安法测电池电动势和内阻的实验原理与电路连接方式。
2. 学会使用U-I图像法处理数据，准确读取纵轴截距（电动势）和斜率绝对值（内阻）。
难点
1. 理解电动势的物理本质及其与路端电压的区别。
2. 分析实验系统误差的来源，理解电流表内接法导致的测量偏差。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法、实验法
教具准备
干电池（1号）、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干、坐标纸、多媒体课件、DIS数字化实验系统（可选）
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入
【5分钟】 一、生活现象引出问题 （1）、播放视频：手电筒灯光逐渐变暗
教师播放一段真实拍摄的视频：一个使用旧电池的手电筒，刚打开时光线明亮，几分钟后明显变暗，最后熄灭。提问：“为什么同一节电池刚开始能点亮灯泡，后来却越来越暗直至不亮？这说明电池内部发生了什么变化？”引导学生思考电池性能随使用时间下降的现象。
（2）、提出核心问题：如何量化电池的‘能量’和‘损耗’？
教师进一步设问：“我们常说电池有‘电量’，但物理上更精确的描述是什么？有没有一个物理量可以反映电池本身的供电能力？又是什么导致它带负载后电压下降？”由此引出“电动势”和“内阻”两个核心概念。指出今天我们将通过实验来测量这两个关键参数，揭开电池内部的秘密。
（3）、回顾旧知，建立联系
教师引导学生回忆闭合电路欧姆定律的内容：E = U + Ir。解释其中E代表电动势，U是外电路电压（即电压表示数），I是总电流（即电流表示数），r是电源内阻。强调该公式是本实验的理论基础。提问：“如果我能测出多组U和I的值，能否反推出E和r？”为后续图像法埋下伏笔。 1. 观看视频，描述现象。
2. 思考并讨论电池性能下降的原因。
3. 回忆闭合电路欧姆定律。
4. 尝试回答如何测量E和r。
评价任务 现象描述：☆☆☆
问题提出：☆☆☆
公式回忆：☆☆☆
设计意图 通过贴近生活的视频激发兴趣，创设真实问题情境，使抽象概念具象化；以问题链驱动思维，激活已有知识，自然引出实验主题；体现“从生活走向物理”的课程理念。
原理构建
【8分钟】 一、推导实验原理 （1）、数学变换：从公式到图像
教师在黑板上写出闭合电路欧姆定律：E = U + Ir。然后进行代数变形，得到U = E - Ir。强调这是一个关于I的一次函数，形式为y = b - kx。引导学生类比数学知识：在这个函数中，U相当于y，I相当于x，E是纵轴截距（b），r是斜率的绝对值（k）。因此，只要测得多组U和I的数据，在坐标系中描点作图，拟合成一条直线，就可以从图像中直接读出电动势E（I=0时的U值）和内阻r（直线斜率的绝对值）。
（2）、电路设计：如何实现变量控制？
教师提问：“为了获得多组不同的U和I值，我们需要改变哪个物理量？”学生回答“外电阻”。教师顺势介绍滑动变阻器的作用——通过调节其阻值改变电路中的总电流I，从而获得不同的路端电压U。接着展示标准实验电路图（如下所示），讲解各元件作用：电池为待测对象，电压表测路端电压，电流表测总电流，滑动变阻器用于调节电流，开关控制电路通断。
（3）、误差初探：电流表的位置影响
教师提出疑问：“电压表测量的是电池两端的电压吗？”引导学生发现电压表实际测量的是电池与电流表串联后的总电压，即U测 = U电池 + U电流表。由于电流表有内阻RA，会产生额外压降，导致U测 > U电池，从而引起系统误差。介绍这是“电流表内接法”的固有误差，后续可通过图像分析体现。 1. 理解U-I图像的物理意义。
2. 认识滑动变阻器的调节作用。
3. 识记实验电路图。
4. 初步认识系统误差来源。
评价任务 图像理解：☆☆☆
电路识图：☆☆☆
误差识别：☆☆☆
设计意图 通过数学建模将物理规律转化为可操作的图像方法，发展学生的科学思维；通过设问引导学生主动参与电路设计过程，增强探究性；提前揭示误差问题，培养学生批判性思维和科学态度。
实验操作
【15分钟】 一、分组实验：动手测量数据 （1）、明确任务与分工
教师将全班分为8个实验小组，每组4人，指定组长、操作员、记录员、监督员。发放实验报告单，明确任务：连接电路 → 检查无误后闭合开关 → 调节滑动变阻器，使电流从0.1A开始，每隔0.1A记录一次电压表和电流表读数，共取6组数据 → 断开开关，整理器材。
（2）、示范关键操作
教师在讲台上演示电路连接全过程：先断开开关，按“电源→开关→滑动变阻器→电流表→电源负极”的顺序串联主回路，再将电压表并联在电池两端。特别强调：接线前确保开关断开；电流表正负极不能接反；电压表量程选3V档，电流表选0.6A档；滑动变阻器滑片初始位置应置于阻值最大端以保护电路。
（3）、巡视指导，纠正错误
学生开始实验，教师巡视各组，重点检查：电路连接是否正确（尤其电压表是否并联在电池两端）；电表量程是否合适；读数时视线是否正对刻度；数据记录是否及时准确。对出现“电压表接在滑动变阻器两端”“电流表并联”等典型错误的小组，及时指出并指导改正。鼓励学生发现问题并讨论解决方案。 1. 小组分工合作完成实验。
2. 正确连接电路并规范操作。
3. 记录6组U、I数据。
4. 主动发现问题并交流解决。
评价任务 连接正确：☆☆☆
操作规范：☆☆☆
数据完整：☆☆☆
设计意图 通过小组合作培养团队协作能力；教师示范与巡视结合，确保实验安全与数据有效性；让学生在真实操作中体验科学探究过程，强化实践能力；关注课堂生成，及时纠偏，提升教学实效。
数据处理
【10分钟】 一、绘制U-I图像 （1）、指导作图规范
教师在PPT上展示坐标纸模板，讲解作图要求：横轴为电流I（单位A），纵轴为电压U（单位V）；选择合适的标度使图像尽量布满坐标纸；将6组数据在图中标出对应点；用直尺画一条尽可能靠近所有点的直线，使不在直线上的点均匀分布在两侧。
（2）、示范图像分析
教师选取一组典型数据，在黑板上现场描点并拟合直线。演示如何读取纵轴截距：当I=0时，U≈1.5V，即为电动势E的测量值。再计算斜率：取直线上相距较远的两点（如I =0.1A,U =1.4V；I =0.5A,U =1.1V）， 计算|ΔU/ΔI|=|(1.1-1.4)/(0.5-0.1)|=0.3/0.4=0.75Ω，即为内阻r的测量值。强调斜率绝对值才是内阻。
（3）、引入DIS系统对比（可选）
若有数字化实验系统，教师可连接传感器实时采集U-I数据，自动生成动态图像。对比手工绘图与计算机拟合结果，讨论差异原因，提升学生对数据处理技术的认知。 1. 在坐标纸上描点作图。
2. 拟合最佳直线。
3. 读取截距和斜率。
4. 计算E和r的数值。
评价任务 描点准确：☆☆☆
拟合合理：☆☆☆
计算正确：☆☆☆
设计意图 培养学生数据处理与图像分析能力；通过亲手绘图加深对U-I关系的理解；利用现代技术拓展视野，体现科技融合；强化“证据→结论”的科学推理过程。
总结升华
【7分钟】 一、课堂总结与价值引领 （1）、结构化回顾知识点
教师引导学生共同回顾本节课的核心内容：我们通过实验测量了电池的电动势和内阻，其理论依据是闭合电路欧姆定律E = U + Ir；实验方法是伏安法，通过调节滑动变阻器获得多组U、I数据；数据处理采用U-I图像法，电动势E等于纵轴截距，内阻r等于直线斜率的绝对值。同时认识到电流表内接会导致测得的电动势偏小、内阻偏大这一系统误差。
（2）、情景化延伸思考
教师展示手机电量从100%到自动关机的过程，提问：“为什么手机在电量显示20%时还能正常使用，而电池实验中当电流增大时电压迅速下降？”引导学生理解现代电子设备中的电池管理系统（BMS）如何通过算法估算剩余电量，并在电压过低前预警关机，保护电池。鼓励学生课后查阅锂电池工作原理，拓展知识边界。
（3）、激励性升华
“同学们，今天我们不仅测出了一节电池的E和r，更是在亲手搭建的电路中触摸到了物理定律的脉搏。每一个数据点，都是你们与自然对话的语言；每一条拟合直线，都是你们用理性描绘的世界图景。正如法拉第在无数次实验中发现电磁感应，科学的伟大发现往往始于这样看似平凡的测量。希望你们保持这份好奇与严谨，未来不仅能测出电池的电动势，更能点燃自己生命的光亮！” 1. 复述实验原理与步骤。
2. 思考现代电池管理技术。
3. 感悟科学探究精神。
4. 表达学习收获与体会。
评价任务 知识回顾：☆☆☆
拓展思考：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
设计意图 通过结构化总结巩固知识体系；联系现代科技激发持续探究兴趣；以富有诗意的语言升华情感态度，激励学生投身科学探索，实现“知识—能力—素养”三位一体的教学目标。
作业设计
一、基础巩固
1. 某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻，实验得到的U-I图像如图所示。请根据图像回答：
（1）该电池的电动势E = ______ V；
（2）该电池的内阻r = ______ Ω。
（图像描述：一条向下倾斜的直线，纵轴截距为1.45，横轴截距为1.5，斜率绝对值约为0.97）
2. 在实验中，若电流表内阻不可忽略，则测得的电动势值比真实值______（填“偏大”或“偏小”），测得的内阻值比真实值______（填“偏大”或“偏小”）。
二、能力提升
3. 设计一个实验方案，利用电阻箱和电压表测量电池的电动势和内阻（即伏阻法）。画出电路图，并写出实验步骤和数据处理方法。
三、实践拓展
4. 收集家中废旧电池，查阅资料了解不同类型电池（如碱性电池、锂电池、镍氢电池）的典型电动势和内阻范围，并撰写一份简要报告，提出合理回收建议。
【答案解析】
一、基础巩固
1.（1）1.45 （2）0.97
2. 偏小；偏大
二、能力提升
3. 电路图：电池、开关、电阻箱串联，电压表并联在电池两端。
步骤：① 调节电阻箱至不同阻值R，记录对应电压U；② 根据E = U + (U/R)r 变形为1/U = 1/E + r/(E·R)，作1/U-1/R图像，截距为1/E，斜率为r/E，可求E和r。
板书设计
实验：电池电动势和内阻的测量
一、实验原理：
E = U + Ir → U = E - Ir
↑ ↑ ↑
电动势 路端电压 内阻
二、电路图：
[电池+] — 开关 — 滑动变阻器 — 电流表 — [电池-]
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　　　　　电压表
三、数据处理：
U-I图像
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——————————→ I
E = 截距（I=0）
r = |斜率| = |ΔU/ΔI|
教学反思
成功之处
1. 以手电筒变暗的生活现象导入，有效激发学生探究兴趣，实现了从生活走向物理的自然过渡。
2. 实验环节采用小组合作模式，学生参与度高，多数小组能独立完成电路连接与数据采集，体现了“做中学”的理念。
3. 结合DIS系统进行数据对比，拓展了学生的科技视野，提升了课堂的时代感。
不足之处
1. 个别小组因接线错误导致数据异常，反映出部分学生电学基础仍需加强，今后应在实验前增加模拟连线训练。
2. 时间分配略显紧张，部分小组未能充分进行误差分析讨论，下一课时可增设“误差探究”专项活动。
3. 对学困生的个别指导不够及时，未来可设置“小老师”帮扶机制，提升分层教学效果。