4.2 科学测量：电源的电动势和内阻 课时教案（表格式）2025--2026年鲁科版高中物理必修第三册

4.2 《科学测量：电源的电动势和内阻》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 鲁科版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
本节内容位于鲁科版高中物理必修第三册第四章第二节，是闭合电路欧姆定律的深化与应用。教材通过引导学生设计实验、采集数据、分析图像，掌握测量电源电动势和内阻的基本方法，体现了“从理论到实践”的科学探究路径。本节内容在知识体系中承上启下，既巩固了电动势、内阻、闭合电路欧姆定律等核心概念，又为后续学习多电源电路、非线性元件等复杂电路打下基础，具有较强的实践性和思维训练价值。
学情分析
高二学生已具备一定的电学基础知识，掌握了欧姆定律、串并联电路特点及电压表、电流表的使用方法，具备基本的实验操作能力。但对“电动势”这一抽象概念仍停留在理论层面，缺乏直观感知。学生在数据处理、图像分析、误差评估方面经验不足，易将电动势等同于路端电压。此外，部分学生动手能力较弱，实验过程中易出现接线错误、量程选择不当等问题。因此，教学中需通过情境创设激发探究兴趣，借助小组合作降低操作门槛，利用数字化实验系统提升数据准确性，帮助学生实现从“知其然”到“知其所以然”的思维跃迁。
课时教学目标
物理观念
1. 理解电动势是描述电源将其他形式能转化为电能本领的物理量，掌握闭合电路欧姆定律的表达式E = U + Ir，并能用其解释实验现象。
2. 能通过实验数据建立U-I图像，理解图像斜率与截距的物理意义，准确读取电源电动势和内阻。
科学思维
1. 能根据实验目的设计合理的电路图，选择合适的实验器材，具备初步的实验方案设计能力。
2. 能运用图像法处理实验数据，识别并分析实验误差来源，具备批判性思维和科学推理能力。
科学探究
1. 经历“提出问题—设计方案—实验操作—数据处理—得出结论”的完整探究过程，掌握伏安法测电源电动势和内阻的基本方法。
2. 能在小组合作中分工协作，规范操作电学仪器，如实记录实验数据，培养科学探究的实践能力。
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. 认识到科学测量在工程实践中的重要性，增强社会责任意识，理解精确测量对电池性能评估、新能源开发等领域的现实意义。
教学重点、难点
重点
1. 掌握伏安法测量电源电动势和内阻的实验原理与电路连接方法。
2. 能通过U-I图像正确读取电动势E和内阻r，理解图像斜率与截距的物理意义。
难点
1. 理解电动势与路端电压的区别，避免将开路电压误认为电动势。
2. 分析实验误差来源，理解电流表内接法与外接法对测量结果的影响。
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（1.5V）、滑动变阻器（0-50Ω）、电流表（0-0.6A）、电压表（0-3V）、开关、导线若干、DIS数据采集器、电压传感器、电流传感器、计算机（带图像分析软件）
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入
【5分钟】 一、生活情境引入，激发探究兴趣。 （一）、展示旧电池与新电池对比现象。
教师手持两节外观相同的干电池，分别连接同一小灯泡，引导学生观察灯泡亮度差异。提问：“为什么两节电池外观一样，但灯泡亮度却明显不同？这说明电池的什么特性发生了变化？”鼓励学生从能量转化角度思考。待学生讨论后，教师揭示：电池的“电量”不仅与储存的化学能有关，更关键的是它对外供电的能力——即电动势和内阻。新电池电动势稳定、内阻小，输出电压高；旧电池电动势下降、内阻增大，导致输出电压降低，灯泡变暗。
（二）、提出核心问题，明确探究任务。
教师进一步设问：“我们能否像测量电阻一样，设计一个实验，准确测出一节电池的电动势和内阻？如果可以，需要哪些器材？如何连接电路？测量哪些物理量？”引导学生回顾闭合电路欧姆定律E = U + Ir，指出只要测出多组路端电压U和干路电流I，即可通过数学方法求解E和r。由此引出本节课的主题——《科学测量：电源的电动势和内阻》，并板书课题。过渡语：“正如爱因斯坦所说，‘理论决定我们能看到什么’。今天，我们将用闭合电路欧姆定律这把钥匙，打开测量电源内部特性的大门。” 1. 观察实验现象，思考电池性能差异的原因。
2. 回顾闭合电路欧姆定律，思考测量方案。
3. 明确本节课的学习任务和目标。
4. 产生探究电源内部参数的强烈兴趣。
评价任务 现象描述：☆☆☆
问题理解：☆☆☆
目标明确：☆☆☆
设计意图 通过生活化实验引发认知冲突，激活学生已有知识，自然引出测量需求。以“能否测量”这一驱动性问题激发探究欲望，使学生带着明确目标进入后续学习，体现“从生活走向物理”的课程理念。
原理构建
【8分钟】 一、回顾理论基础，推导实验原理。 （一）、重温闭合电路欧姆定律。
教师在黑板上写出闭合电路欧姆定律的表达式：E = U + Ir，其中E为电源电动势，U为路端电压，I为干路电流，r为电源内阻。强调电动势E是电源本身的属性，表示非静电力将单位正电荷从负极移到正极所做的功，与外电路无关；而路端电压U会随外电阻变化而变化。通过公式变形得到U = E - Ir，引导学生认识到：路端电压U与电流I呈线性关系，其函数图像是一条向下倾斜的直线。
（二）、解析图像物理意义。
教师在坐标系中绘制U-I图像草图，标注横轴为I（电流），纵轴为U（电压）。讲解：当I = 0（断路）时，U = E，即图像在纵轴上的截距等于电动势E；当U = 0（短路）时，I = E/r，即图像在横轴上的截距为短路电流；图像的斜率绝对值|ΔU/ΔI| = r，即等于电源内阻。强调这是本实验的数据处理核心——通过测量多组U、I值，绘制图像，即可“读”出E和r。提问：“如果实验中电流过大，接近短路状态，会有什么危险？”引导学生关注实验安全，避免损坏电源或仪器。 1. 复述闭合电路欧姆定律表达式。
2. 理解U = E - Ir的线性关系。
3. 掌握U-I图像截距与斜率的物理意义。
4. 认识短路风险，树立安全意识。
评价任务 公式掌握：☆☆☆
图像理解：☆☆☆
安全意识：☆☆☆
设计意图 通过公式推导与图像分析，将抽象的电动势和内阻转化为可测量的电压、电流及可视化的图像特征，帮助学生建立“理论指导实验”的科学思维。强调图像法的优势，为后续数据处理奠定基础。
方案设计
【10分钟】 一、引导学生设计实验电路。 （一）、讨论电路结构与器材选择。
教师提问：“要测量多组U和I，需要哪些基本元件？”引导学生回答：待测电源、开关、滑动变阻器（用于改变外电阻，从而改变电流）、电流表（测I）、电压表（测U）。接着提问：“电压表应该接在电源两端还是外电路两端？”明确电压表应并联在电源两极，测量的是路端电压U。进一步追问：“电流表应如何连接？”确认电流表应串联在干路中。在此基础上，师生共同绘制出实验电路图：电源、开关、滑动变阻器、电流表串联，电压表并联在电源（含开关）两端。
（二）、分析误差来源与改进思路。
教师指出：由于电压表的分流作用，电流表测得的电流I_A小于电源实际输出电流I，导致测量值偏小。引导学生思考：“如何减小这一系统误差？”提示可采用电流表内接法（即电压表直接接在电源两极，电流表在干路），并说明这是本节课采用的标准方法。同时提醒学生注意电表量程选择（电压表选0-3V，电流表选0-0.6A），滑动变阻器初始阻值应调至最大以保护电路。教师利用PPT展示标准电路图，并标注各元件符号。 1. 参与讨论，提出实验所需器材。
2. 理解电压表与电流表的连接方式。
3. 绘制或识别正确的实验电路图。
4. 初步认识电压表分流带来的误差。
评价任务 电路设计：☆☆☆
误差意识：☆☆☆
规范操作：☆☆☆
设计意图 通过问题链引导学生主动构建实验方案，经历科学探究中的“设计”环节。强调电路连接的规范性与安全性，初步渗透误差分析思想，培养学生严谨的实验素养。
实验操作
【15分钟】 一、分组实验，采集数据。 （一）、分发器材，明确操作步骤。
将学生分为6人小组，每组配备一套实验器材（含传统电表或DIS系统）。教师巡视指导，强调操作要点：① 按电路图正确连接导线，注意正负极；② 闭合开关前，滑动变阻器滑片置于阻值最大端；③ 闭合开关后，缓慢调节滑片，使电流从0.1A逐渐增大至0.5A左右，共记录6-8组U、I数据；④ 读数时视线垂直于表盘，及时记录于表格中；⑤ 实验完毕立即断开开关。对于使用DIS系统的小组，指导其连接传感器，打开数据采集软件，设置自动记录模式。
（二）、监控过程，纠正操作错误。
教师在教室内巡回观察，重点关注：导线连接是否牢固、电表极性是否接反、量程是否合适、滑动变阻器初始位置是否正确。发现错误及时纠正，如某组学生将电压表接在滑动变阻器两端，教师立即指出：“你们现在测的是变阻器电压，不是电源路端电压，请重新连接。”对于数据异常的小组，引导其检查接触不良或电池老化问题。鼓励小组内部分工：一人调节变阻器，一人读电流表，一人读电压表，一人记录数据，一人监督操作规范。 1. 小组合作，正确连接实验电路。
2. 规范操作仪器，调节滑动变阻器。
3. 准确读取并记录多组U、I数据。
4. 遵守实验纪律，注意用电安全。
评价任务 连接正确：☆☆☆
操作规范：☆☆☆
数据真实：☆☆☆
设计意图 通过动手实践，让学生亲历科学探究全过程，培养实验操作技能与团队协作能力。教师的巡视指导确保实验安全与数据有效性，体现“做中学”的教学理念。
数据处理
【5分钟】 一、绘制图像，得出结论。 （一）、指导学生绘制U-I图像。
教师在黑板上建立U-I坐标系，示范如何根据实验数据描点。要求学生以电流I为横坐标，路端电压U为纵坐标，在坐标纸上描出各数据点。引导观察：“这些点大致分布在一条直线上吗？”确认线性关系后，指导学生用直尺画出最能反映数据趋势的直线（拟合直线），注意使尽可能多的点落在直线上，其余点均匀分布在两侧。
（二）、读取电动势与内阻。
指导学生读取图像纵轴截距，即为电动势E的测量值（如1.48V）；计算图像斜率的绝对值，即为内阻r的测量值（如0.8Ω）。提醒学生注意单位与有效数字。对于DIS系统组，展示计算机自动生成的U-I图像及拟合方程U = -0.78I + 1.49，直接读取E=1.49V，r=0.78Ω。提问：“为什么不同小组测得的E略有差异？”引导学生讨论电池个体差异、接触电阻、读数误差等因素。 1. 在坐标纸上描点并绘制拟合直线。
2. 读取图像纵截距，得出电动势E。
3. 计算斜率绝对值，得出内阻r。
4. 比较不同小组结果，分析差异原因。
评价任务 图像规范：☆☆☆
读数准确：☆☆☆
结果合理：☆☆☆
设计意图 通过图像法处理数据，强化数形结合思想，直观展现物理规律。引导学生从数据中提取信息，完成“分析与论证”环节，提升科学探究能力。
总结升华
【2分钟】 一、回顾过程，升华主题。 （一）、系统总结实验要点。
教师引导学生共同回顾：本节课我们通过实验测量了电源的电动势和内阻，核心原理是闭合电路欧姆定律U = E - Ir，关键方法是图像法处理数据。我们经历了“提出问题—理论分析—设计实验—操作测量—数据处理—得出结论”的完整探究过程，这正是科学研究的典型路径。正如法拉第在探索电磁感应时所展现的执着精神，科学发现离不开严谨的实验与理性的思考。
（二）、联系实际，展望未来。
指出：精确测量电池性能对手机、电动车、储能电站等至关重要。未来，你们或许会参与新型电池的研发，用今天所学的科学方法，为清洁能源的发展贡献力量。希望同学们始终保持对物理世界的好奇心，像科学家一样思考，用实验去验证猜想，用数据去揭示规律。 1. 回顾实验原理与步骤。
2. 理解科学探究的基本流程。
3. 感受物理与科技发展的联系。
4. 增强学习物理的使命感。
评价任务 知识整合：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
未来展望：☆☆☆
设计意图 通过结构化与激励性结合的总结，帮助学生梳理知识脉络，强化科学探究方法，激发学习兴趣与社会责任感，实现知识、能力、情感的三维统一。
作业设计
一、基础巩固
1. 在“测量电源电动势和内阻”的实验中，某同学测得六组数据如下表：
I(A) 0.10 0.15 0.200.25 0.30 0.35U(V)1.421.381.34 1.301.261.22
(1) 请在坐标纸上作出U-I图像。
(2) 根据图像求出该电源的电动势E = ______ V，内阻r = ______ Ω。
(3) 若将该电源与一个阻值为2.0Ω的定值电阻串联，求电路中的电流为多少？
二、拓展提升
2. 某实验小组采用如图所示的电路测量电源电动势和内阻，其中R为定值电阻（已知阻值），S为单刀双掷开关。简述实验步骤，并推导出利用两次电压表读数计算E和r的表达式。
（提示：先将S接1，读出电压表示数U1；再将S接2，读出电压表示数U2）
三、反思探究
3. 查阅资料，了解锂电池与铅酸电池在电动势和内阻上的差异，并分析这些差异对电动车性能的影响。
【答案解析】
一、基础巩固
(1) 图像为一条向下倾斜的直线，通过各数据点附近。
(2) E ≈ 1.50 V（纵截距），r = |ΔU/ΔI| = |(1.42-1.22)/(0.10-0.35)| = 0.20/0.25 = 0.80 Ω。
(3) 由闭合电路欧姆定律：I = E / (R + r) = 1.50 / (2.0 + 0.80) ≈ 0.536 A。
二、拓展提升
步骤：① 将S接1，记录电压表示数U1（此时U1 = E）；② 将S接2，记录电压表示数U2（此时U2 = E - I r，且I = U2 / R）；
由U2 = E - (U2/R) r，整理得：r = (E - U2) R / U2 = (U1 - U2) R / U2。
板书设计
4.2 科学测量：电源的电动势和内阻
【实验原理】
闭合电路欧姆定律：E = U + Ir
变形：U = E - Ir → 线性关系
【U-I图像】
纵轴截距 → 电动势 E
斜率绝对值 → 内阻 r
|ΔU/ΔI| = r
【实验电路图】
[电源]—[开关]—[滑动变阻器]—[电流表]—[电压表]　　　　　　　　
　　　　　【数据处理】
描点 → 拟合直线 → 读截距与斜率
教学反思
成功之处
1. 以生活实验导入，有效激发学生探究兴趣，课堂参与度高。
2. 采用传统实验与DIS数字化实验并行，兼顾操作技能与数据精度，满足不同层次学生需求。
3. 强调图像法处理数据，学生能较好理解截距与斜率的物理意义，达成核心目标。
不足之处
1. 部分学生电路连接速度较慢，导致实验时间紧张，今后可提前进行模拟连线训练。
2. 对误差来源的讨论不够深入，未能充分展开电流表内接法与外接法的对比分析。
3. 个别小组数据离散性较大，反映出操作规范性仍需加强，需增加过程性评价反馈。