4.3《测电源的电动势和内阻》课时教案-2025--2026年粤教版高中物理必修第三册（表格式）

4.3《测电源的电动势和内阻》课时教案
学科 物理 年级册别 高一上册 共1课时
教材 粤教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
本节内容位于粤教版高中物理必修第三册第四章《闭合电路欧姆定律》的第三节，是理论知识向实验能力转化的关键节点。教材通过引导学生设计并实施“测定电源电动势和内阻”的实验，深化对闭合电路欧姆定律的理解，强化U-I图像法处理数据的能力。该实验不仅是高考实验题的重要考查点，更是培养学生科学探究素养的核心载体，在整个电学模块中具有承上启下的作用。
学情分析
高一学生已掌握部分电路基础知识，如欧姆定律、串并联规律，并初步接触电压表、电流表的使用，具备一定的动手操作兴趣。但对闭合电路的整体认知尚浅，容易将外电压与电动势混淆；在实验设计方面缺乏系统思维，难以独立构建完整的实验方案；数据处理多停留在计算层面，缺乏用图像法挖掘物理规律的意识。加之电学实验存在安全隐患，需加强规范指导与安全教育。
课时教学目标
物理观念
1. 能准确说出电源电动势和内阻的物理意义，理解其在闭合电路中的作用机制。
2. 掌握利用闭合电路欧姆定律E = U + Ir建立U-I函数关系，并能解释图像斜率与截距的物理含义。
科学思维
1. 能基于实验目的自主设计测量电路图，合理选择器材，体现模型建构与推理能力。
2. 能运用U-I图像法处理实验数据，识别误差来源，提升数据分析与批判性思维水平。
科学探究
1. 能规范完成实验操作，正确连接电路、读取数据，发展实验设计与实践能力。
2. 能小组协作开展实验探究，记录原始数据，绘制图像，得出结论，体现合作探究精神。
科学态度与责任
1. 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. 增强实验安全意识，遵守操作规程，树立对仪器设备的责任感。
教学重点、难点
重点
1. 理解测定电源电动势和内阻的基本原理——闭合电路欧姆定律。
2. 掌握伏安法测电源电动势和内阻的实验电路连接与数据处理方法。
难点
1. 理解U-I图像中纵轴截距为电动势E、斜率绝对值为内阻r的物理本质。
2. 分析系统误差产生的原因（电表内阻影响），理解电流表内接与外接对结果的影响差异。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法相结合
教具准备
干电池（带电池盒）、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、多媒体课件、实验报告单
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入，提出问题
【5分钟】 一、生活情境引入，激发认知冲突。 （一）、展示旧手机电量跳变现象。
教师手持一部电量显示为“80%”的旧智能手机，打开一个大型游戏后，屏幕突然自动关机。随即提问：“同学们有没有遇到过这种情况？明明还有不少电，怎么一下子就关机了？”等待学生回应后继续引导：“这说明电池的实际供电能力可能比我们看到的‘百分比’更复杂。那究竟用什么物理量来全面描述一个电源的性能呢？”
（二）、回顾旧知，引出核心概念。
教师在黑板上画出一个简单闭合电路示意图，包含电源、开关、定值电阻和导线。提问：“我们在学习闭合电路欧姆定律时知道，电源有两个关键参数，一个是它提供电能本领的大小，叫什么？”学生回答“电动势”。教师点头肯定，并板书“电动势 E”，接着问：“还有一个反映电源内部消耗能量特性的参数是什么？”学生答“内阻 r”。教师补充：“没错！电动势决定了电源的理想输出电压，而内阻则会导致实际输出电压随电流增大而下降。今天我们就来当一回‘电池医生’，亲手测一测一节干电池的电动势和内阻到底是多少！”
（三）、明确任务，设定探究目标。
教师投影出示本节课的学习目标：“通过实验测定一节干电池的电动势和内阻，理解其实验原理，掌握数据处理方法。”并强调：“我们的挑战是：不能拆开电池，也不能直接测量，只能通过外部电路的变化来‘诊断’它的内部状态。” 1. 观察现象，联系生活经验发表看法。
2. 回忆闭合电路欧姆定律相关内容。
3. 明确实验目的，产生探究兴趣。
4. 思考如何间接测量无法直接观测的物理量。
评价任务 现象描述：☆☆☆
概念辨析：☆☆☆
目标理解：☆☆☆
设计意图 从真实生活问题出发，制造认知冲突，引发学生思考电池性能的本质。通过回忆已有知识自然引出电动势和内阻的概念，使抽象概念具象化。以“电池医生”角色代入，赋予实验任务趣味性和使命感，激发学生的探究欲望和责任感。
原理剖析，设计方案
【10分钟】 一、推导实验原理，建立数学模型。 （一）、由定律出发，构建电压-电流关系。
教师在黑板中央写下闭合电路欧姆定律公式：E = U + Ir。然后逐步引导：“在这个公式中，E 和 r 是我们要测量的未知量，U 是路端电压，可以用电压表测出；I 是总电流，可以用电流表测出。如果我们改变外电路的电阻，就能得到不同的U和I值。那么，这个公式是不是可以变形为一个关于U和I的一次函数？”请一名学生上台尝试变形。待学生写出U = E - Ir 后，教师给予表扬，并指出：“这就是我们实验的理论基础！U 是 I 的一次函数，图像是一条直线。”
（二）、解读图像特征，明确待求参数。
教师在坐标系中开始绘制U-I图像草图，横轴为I，纵轴为U。讲解：“当I=0时，也就是断路状态，此时U=E，所以这条直线与纵轴的交点就是电动势E的大小。而直线的斜率k=ΔU/ΔI，根据公式U = E - Ir可知，斜率k=-r，因此斜率的绝对值就等于内阻r。只要我们能测出多组U和I的数据，画出图像，就能‘看’出E和r！”
二、设计实验电路，选择合适方案。 （一）、讨论测量方式，确定基本电路。
教师提问：“为了获得多组U和I的数据，我们需要改变哪个物理量？”学生回答“外电阻”。教师追问：“用什么元件最方便连续调节？”学生答“滑动变阻器”。教师顺势画出基本测量电路图：电源、开关、滑动变阻器、电流表串联，电压表并联在电源两端。强调电压表测的是路端电压U。
（二）、辨析误差来源，比较两种接法。
教师提出进阶问题：“如果考虑电表本身的电阻，会对测量结果造成影响吗？”引导学生思考电压表的分流作用。对比分析电流表内接（电压表测电源和电流表总压降）与标准接法的区别，指出本实验采用标准接法即可，后续可通过图像外推I=0来减小误差。明确告诉学生：“今天我们先掌握理想情况下的测量方法，误差分析留作拓展思考。” 1. 参与公式变形，理解U-I线性关系。
2. 观察图像，理解截距与斜率的物理意义。
3. 讨论电路结构，明确各元件作用。
4. 初步思考测量中的实际问题。
评价任务 公式变形：☆☆☆
图像理解：☆☆☆
电路识图：☆☆☆
设计意图 通过师生互动完成公式推导，让学生亲身经历从物理定律到可操作实验方案的转化过程，培养逻辑推理能力。利用图像直观揭示电动势和内阻的几何意义，突破抽象理解障碍。通过设问引导学生主动参与电路设计，体会科学探究中“控制变量”与“多次测量”的思想，同时适度引入误差意识，为后续深入学习埋下伏笔。
动手实验，收集数据
【15分钟】 一、分组分工，明确操作流程。 （一）、组建实验小组，分配角色职责。
教师宣布：“现在我们将全班分为八个实验小组，每组四人。请快速选出组长、操作员、记录员和监督员。组长负责统筹协调，操作员负责接线和调节滑片，记录员负责填写数据表格，监督员负责检查电路安全和读数准确性。”待小组成立后，教师发放实验器材和统一格式的实验报告单，上面印有预设的U-I数据记录表和坐标纸区域。
（二）、演示规范操作，强调安全事项。
教师走到演示台前，一边组装电路一边讲解：“注意！连接电路前必须断开开关！正负极要对应，特别是电流表和电压表的正负接线柱不能接反。滑动变阻器的滑片应置于阻值最大位置，起到保护作用。闭合开关前，请监督员再次确认电路无误。读数时视线要与表盘垂直，避免视差。实验过程中若发现导线发热或异味，立即断开开关！”随后教师完整演示一次从连接到读数的全过程，选取两组不同阻值进行示范读数。
二、实施实验操作，获取原始数据。 （一）、学生分组实验，教师巡视指导。
各小组开始动手实验。教师穿梭于各组之间，重点关注以下几个方面：一是电路连接是否正确，尤其是电表量程选择和极性；二是滑动变阻器初始位置是否在最大阻值处；三是读数是否规范，提醒学生待指针稳定后再读取；四是鼓励学生至少测量六组数据，覆盖从接近开路到较大电流的状态。对于出现短路、反接等问题的小组，及时纠正并耐心讲解原因。
（二）、动态反馈调整，优化实验过程。
教师发现有小组因电压表量程过大导致读数精度不足，便建议更换为小量程档位。又见一组学生数据变化不明显，询问后得知滑动变阻器调节范围太小，遂指导他们重新选择合适规格的变阻器。在整个过程中，教师不断鼓励学生：“不要怕失败，每一次错误都是通往正确的阶梯。爱迪生发明电灯前失败了上千次，但他从未停止实验的脚步。” 1. 小组分工合作，明确各自职责。
2. 按照步骤连接电路，规范操作仪器。
3. 调节滑动变阻器，读取并记录多组U、I值。
4. 遇到问题主动交流，寻求解决方案。
评价任务 操作规范：☆☆☆
数据完整：☆☆☆
团队协作：☆☆☆
设计意图 通过小组合作实现全员参与，培养团队协作能力和责任意识。标准化的操作演示有效降低初学者的畏难情绪，确保实验安全有序。教师巡视不仅提供即时技术支持，更能捕捉典型问题用于后续讲评。强调实验中的挫折教育，引用爱迪生事例激励学生坚持探索，体现科学精神的人文关怀。
数据处理，得出结论
【10分钟】 一、整理数据，绘制U-I图像。 （一）、指导绘图要点，统一作图标准。
教师投影展示一张空白U-I坐标系，讲解绘图要求：“横轴I建议每格0.1A，纵轴U每格0.2V。所有数据点都要标在图上，用‘×’表示。最后用直尺画一条最接近所有点的直线，使点均匀分布在直线两侧。”提醒学生：“这不是连线游戏，而是寻找最佳拟合趋势线。即使有个别偏离较大的点也不要轻易舍弃，可能是测量误差，但也值得反思。”
（二）、学生绘制图像，教师个别辅导。
各小组在实验报告单的坐标纸上绘制图像。教师继续巡视，帮助学生调整坐标轴刻度，纠正徒手画线等不规范行为。特别关注那些数据点分布散乱的小组，引导他们检查原始数据是否有误，或是否存在接触不良等问题。
二、分析图像，提取物理参数。 （一）、读取纵轴截距，确定电动势E。
待多数小组完成后，教师提问：“请大家观察你们画出的直线，它与纵轴相交的位置对应的电压值是多少？”随机抽取三组代表汇报数值，通常集中在1.45V~1.55V之间。教师总结：“这个值就是我们测得的电源电动势E的实验值。新干电池标称1.5V，你们的结果很接近！”
（二）、计算图像斜率，求解内阻r。
教师示范如何计算斜率：“选取直线上两个相距较远的点，比如(0.10A, 1.40V)和(0.50A, 1.20V)，则ΔU = 1.20V - 1.40V = -0.20V，ΔI = 0.50A - 0.10A = 0.40A，故|k|=0.20V/0.40A=0.50Ω。这就是内阻r。”要求各小组自行计算并填写结果。 1. 在坐标纸上描点并绘制最佳拟合直线。
2. 准确读取图像纵轴截距值。
3. 正确选取两点计算斜率绝对值。
4. 填写实验结果，完成报告单。
评价任务 图像规范：☆☆☆
截距准确：☆☆☆
斜率正确：☆☆☆
设计意图 图像法是物理学重要研究手段，此环节着力培养学生将离散数据转化为规律性认识的能力。强调“最佳拟合”而非“逐点连接”，渗透统计思想。通过集体汇报形成数据对比，增强结果可信度。示范斜率计算过程，避免学生盲目套用公式。整个过程体现“让数据说话”的科学实证精神。
总结升华，拓展延伸
【5分钟】 一、课堂总结，回归生活应用。 （一）、回顾探究历程，提炼核心收获。
教师带领学生共同梳理：“今天我们经历了提出问题—理论分析—设计实验—动手操作—数据处理—得出结论的完整探究过程。我们不仅测出了这节电池的电动势约为1.5V，内阻约0.5Ω，更重要的是掌握了用U-I图像法研究电源特性的科学方法。”
（二）、呼应开头情境，揭示现象本质。
教师再次拿起那部旧手机：“现在大家明白为什么它会突然关机了吗？随着使用时间增长，电池内阻会逐渐增大。当玩游戏需要大电流时，根据U = E - Ir，内阻上的压降Ir显著增加，导致路端电压U急剧下降，低于手机工作所需最低电压，于是自动关机。即使剩余电量显示还很多，实际供电能力已严重衰退。”
二、激励展望未来，播种科学梦想。 （一）、升华科学精神，寄语青年学子。
教师深情说道：“每一节小小的电池背后，都藏着深刻的物理规律。法拉第曾说：‘一旦科学插上幻想的翅膀，它就能赢得胜利。’今天我们不只是在测数据，更是在用实验的方法触摸自然的脉搏。希望你们保持这份好奇与执着，像科学家一样思考，像工程师一样实践。也许未来的某一天，你们当中就会有人研发出续航更久、更安全的新型电池，改变世界能源格局！” 1. 跟随教师回顾实验全过程。
2. 理解旧电池突然关机的物理原因。
3. 感受科学探究的价值与乐趣。
4. 树立投身科技发展的远大志向。
评价任务 过程复述：☆☆☆
现象解释：☆☆☆
情感认同：☆☆☆
设计意图 采用情景化与激励性相结合的总结方式，首尾呼应，使整节课形成闭环。用科学原理解释生活现象，彰显物理的实用性。引用法拉第名言提升课堂格调，激发学生的科学情怀和社会责任感。结尾展望未来，点燃理想之火，实现知识传授与价值引领的深度融合。
作业设计
一、基础巩固：完善实验报告
1. 整理实验数据，重新绘制更精确的U-I图像，标明坐标轴物理量及单位。
2. 计算电动势E和内阻r的平均值（若重复测量），并与标称值比较，分析偏差可能原因。
3. 回答思考题：若实验中电压表内阻不是无穷大，会对测量结果产生怎样的系统误差？
二、能力提升：误差探究与方案优化
查阅资料或小组讨论，完成以下任务：
1. 比较“伏安法”与“伏阻法”（用电压表和电阻箱）测电源电动势和内阻的优缺点。
2. 设计一种能够消除电表内阻影响的改进型测量电路（提示：可考虑双电流表或双电压表法）。
3. 写一段200字左右的小论文：《从一节电池说起——谈新能源时代的储能技术挑战》。
【答案解析】
一、基础巩固
1. 图像应为向下倾斜的直线，截距≈1.5V，斜率绝对值≈0.5Ω。
2. 偏差可能源于电池老化、电表精度、读数误差、接触电阻等。
3. 由于电压表分流，导致电流表读数小于干路总电流，使得所测内阻偏大，电动势测量值接近真实值（可通过外推修正）。
二、能力提升
1. 伏阻法无需测电流，避免电流表内阻影响，但需已知精确电阻值；伏安法操作直观，但受电表内阻制约。
2. 改进方案如：采用补偿法电路，或利用两个电压表分别测电源和定值电阻电压来间接求电流。
3. 开放性答案，鼓励关注锂电池、固态电池、氢能源等前沿方向，体现社会责任意识。
板书设计
测电源的电动势和内阻
【左侧主板书】
一、实验原理：
　　E = U + Ir → U = E - Ir
二、图像法：
　　U-I 图像：
　　　　纵截距 → E（电动势）
　　　　斜率绝对值 → r（内阻）
三、电路图：
　　[文字示意] 电池＋开关＋滑动变阻器＋电流表（串）
　　　　　　　　电压表（并联在电池两端）
【右侧副板书】
生活问题：旧手机“突然关机”？
→ 内阻r↑ → U↓ → 低于工作电压
科学精神：像科学家一样思考与实践！
教学反思
成功之处
1. 以“旧手机突然关机”这一生活现象导入，极大激发了学生兴趣，实现了从生活走向物理的有效衔接。
2. 实验组织井然有序，小组分工明确，绝大多数学生都能亲自动手操作，达成了“做中学”的目标。
3. 图像法教学落实到位，学生能较好理解截距与斜率的物理意义，数据处理能力得到切实锻炼。
不足之处
1. 个别小组因急于求成导致电路连接错误，暴露出部分学生安全意识仍需加强。
2. 时间分配略显紧张，最后的误差分析环节未能深入展开，部分学生仍存疑惑。
3. 对于数据异常的小组，未能及时在课堂上组织深度讨论，错失生成性教学资源。