2.7 实验：测量电池的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律 课时教案（表格式）2025--2026年教科版高中物理必修第三册

2.7《实验：测量电池的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 教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
本节内容位于教科版高中物理必修第三册第二章第七节，是“闭合电路欧姆定律”的深化与应用。教材通过实验方式引导学生理解电动势和内阻的概念，掌握伏安法测电源电动势和内阻的基本原理与操作方法。该实验不仅是对理论知识的验证，更是培养学生科学探究能力、数据处理能力和实验设计能力的重要载体，在整个电学模块中具有承上启下的作用。
学情分析
高二学生已具备一定的电学基础知识，掌握了部分电路连接技能和电流表、电压表的使用方法，对欧姆定律有初步理解。但对“电动势”这一抽象概念仍存在认知障碍，容易将其与电压混淆。同时，学生在实验设计、误差分析及图像处理方面经验不足。加之高中生正处于逻辑思维迅速发展的阶段，具备较强的探究欲望，因此可通过任务驱动激发其主动性，借助小组合作突破难点。
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，明确其与路端电压的区别；掌握闭合电路欧姆定律的表达式及其适用条件。
2. 能够从能量转化角度解释电动势的意义，并结合实验现象说明内阻的存在及其对电路的影响。
科学思维
1. 运用控制变量法设计实验方案，推导出U-I图像斜率与截距的物理意义，建立数学模型解决实际问题。
2. 能够对比不同实验方法（如伏安法、伏阻法）的优劣，进行合理选择并优化实验流程。
科学探究
1. 经历提出问题、设计方案、搭建电路、采集数据、绘制图像、得出结论的完整探究过程，提升实验操作与协作能力。
2. 学会利用U-I图像求解电动势和内阻，掌握线性拟合与误差分析的基本方法。
科学态度与责任
1. 在实验过程中养成严谨细致、实事求是的科学态度，尊重实验数据，敢于质疑异常结果。
2. 认识电池性能对现代生活的重要性，增强环保意识，树立可持续发展的责任感。
教学重点、难点
重点
1. 掌握闭合电路欧姆定律的内容及其在实验中的应用。
2. 利用伏安法测量电池的电动势和内阻，学会通过U-I图像求解E和r。
难点
1. 理解电动势的本质含义，区分电动势与路端电压。
2. 分析实验误差来源，理解图像法处理数据的优势与局限性。
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
干电池两节、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、坐标纸、多媒体课件
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入
【5分钟】 一、创设生活情境，引发认知冲突 （1）、播放视频：手机电量显示满格却自动关机
教师播放一段短视频：一位同学正在使用手机玩游戏，屏幕显示“电量100%”，突然手机黑屏并提示“电量不足，请充电”。学生观看后产生疑惑：“为什么明明还有电，手机却无法工作？”
此时教师提问：“这说明电池的‘电量’并不完全等于它的‘供电能力’。那么，决定电池能否持续稳定供电的关键因素是什么？是不是仅仅看电压就够了？”
通过这个贴近生活的现象，引导学生思考电池内部是否存在某种隐藏的“损耗机制”，从而引出本节课的主题——测量电池的电动势和内阻。
（2）、回顾旧知，构建知识桥梁
教师引导学生回忆初中所学的欧姆定律：“I = U/R”，并提出问题：“如果我们在一个包含电源的完整电路中应用这条定律，是否仍然成立？”
接着展示一个简单闭合电路图：电源、开关、定值电阻R、电流表串联，电压表并联在电源两端。
提问：“当开关闭合时，电压表测的是什么电压？它会不会随着外电阻的变化而变化？”
鼓励学生动手画出等效电路图，并尝试写出总电流与总电压的关系式，为后续引入闭合电路欧姆定律做好铺垫。
过渡语：“正如爱因斯坦所说：‘提出一个问题往往比解决一个问题更重要。’今天我们就带着这些问题，走进实验室，亲手揭开电池背后的秘密。” 1. 观看视频，讨论现象原因。
2. 回忆欧姆定律，参与问答。
3. 思考电源内部是否有影响。
4. 尝试画出闭合电路示意图。
评价任务 现象解释：☆☆☆
概念辨析：☆☆☆
电路绘图：☆☆☆
设计意图 以真实生活情境切入，激发学习兴趣；通过认知冲突促使学生主动思考电源特性，自然引出电动势与内阻的概念；复习已有知识，搭建新旧知识之间的桥梁，帮助学生实现知识迁移。
原理建构
【8分钟】 一、讲解闭合电路欧姆定律，揭示本质规律 （1）、演示实验：测量不同负载下的路端电压
教师现场搭建一个闭合电路：使用一节新干电池作为电源，接入滑动变阻器作为可变外电阻R，电压表并联在电池两端，电流表串联在主回路中。
调节滑动变阻器，改变外电阻大小，记录多组电压表读数U和电流表读数I，并实时投影在屏幕上。
例如：
当 I = 0.1A 时，U = 1.45V
当 I = 0.2A 时，U = 1.40V
当 I = 0.3A 时，U = 1.35V
……
学生观察到：随着电流增大，电压表示数逐渐减小。教师追问：“既然电源本身没有变，为什么输出电压会下降？这部分‘消失’的电压去哪儿了？”
（2）、建立理论模型，推导数学表达式
教师引导学生从能量守恒角度分析：电源提供的总能量一部分消耗在外电路（UI），另一部分消耗在电源内部（Ir）。因此有 E = U + Ir，即 U = E - Ir。
强调：E 是电动势，表示电源未接入电路时空载电压，反映电源转化能量的能力；r 是内阻，存在于所有真实电源中。
进一步指出：该公式就是闭合电路欧姆定律的核心表达式，适用于任何直流电源系统。
二、图像化处理，直观呈现物理关系 （1）、绘制U-I图像，解读斜率与截距 教师利用刚才的数据，在坐标系中描点作图，得到一条向下倾斜的直线。
提问：“这条直线的纵轴截距代表什么？斜率又代表什么？”
引导学生代入公式 U = E - Ir，发现当 I=0 时，U=E，故截距为电动势；斜率绝对值 |ΔU/ΔI|=r，即内阻。
总结：“图像不仅是一种数据呈现方式，更是一把打开物理规律之门的钥匙。”
（2）、比较理想电源与实际电源
教师出示两张对比图：一张是理想电源（U不随I变化），另一张是实际电源（U随I减小）。
提问：“生活中是否存在理想电源？我们使用的电池属于哪一类？”
通过对比强化学生对“真实电源必有内阻”的认识，避免理想化误解。 1. 观察实验数据变化趋势。
2. 参与公式推导过程。
3. 理解U-I图像的物理意义。
4. 区分理想与实际电源差异。
评价任务 数据观察：☆☆☆
公式推导：☆☆☆
图像解读：☆☆☆
设计意图 通过真实实验数据引发学生对电压下降原因的深度思考；借助能量守恒思想构建物理模型，使抽象概念具象化；利用图像法将代数关系可视化，增强理解力；通过理想与现实对比，培养学生批判性思维。
实验探究
【15分钟】 一、明确实验目的，制定探究方案 （1）、提出核心任务：测量未知电池的E和r
教师发放实验任务卡：“现有两节外观相同的干电池（一新一旧），请你们小组设计实验方案，测量它们的电动势和内阻，并判断哪一节更适合用于需要大电流放电的设备（如手电筒）。”
强调目标：不仅要得出数值，还要能解释结果背后的物理意义。
（2）、组织小组讨论，优化实验步骤
将全班分为6个实验小组，每组4人，分别承担接线员、读数员、记录员、汇报员角色。
教师巡视指导，提示关键点：
- 电压表应并联在电池两端，测量的是路端电压；
- 电流表要串联在主回路中，注意正负极方向；
- 滑动变阻器起限流作用，初始位置应调至最大阻值；
- 多次测量取值范围要合理，至少6组数据；
- 实验结束后立即断开开关，防止电池过度放电。
二、动手实践，采集实验数据 （1）、搭建电路，规范操作流程
教师投影标准电路图：
电源（E,r）— 开关 — 电流表 — 滑动变阻器 — 回到电源负极，电压表正极接电源正极，负极接电源负极。
提醒学生检查仪表量程是否合适（建议电压表选3V档，电流表选0.6A档），确认无误后再闭合开关。
各小组按照分工开始实验，教师逐组巡视，纠正错误接线，如电压表错接到滑动变阻器两端等问题。
（2）、记录数据，填写实验表格
提供统一实验记录表：
实验次数电流I(A)电压U(V)123
要求学生如实记录每一组读数，不得随意修改或凑整。
对于出现明显偏离的数据（如电压突然飙升或归零），引导学生排查接触不良、电池老化等问题。
三、数据分析，绘制U-I图像 （1）、描点作图，寻找规律
学生在坐标纸上以I为横轴、U为纵轴建立直角坐标系，将六组数据逐一描点。
教师示范如何用直尺拟合最佳直线，强调“让尽可能多的点落在直线上，其余点均匀分布在两侧”。
（2）、计算电动势和内阻
指导学生：
- 延长直线与纵轴相交，交点即为电动势E；
- 取两点计算斜率 k = ΔU / ΔI，则内阻 r = |k|。
举例：若直线过(0.1,1.48)和(0.5,1.30)，则 ΔU = -0.18V，ΔI = 0.4A，r = 0.45Ω。
鼓励学生比较新旧电池的结果，分析“旧电池虽然电动势接近新电池，但内阻显著增大”的原因。 1. 明确实验任务与分工。
2. 动手连接电路并测量数据。
3. 正确记录实验结果。
4. 绘制图像并计算E和r。
评价任务 电路连接：☆☆☆
数据准确：☆☆☆
图像规范：☆☆☆
设计意图 以真实问题为导向，增强实验的目的性和实用性；通过小组合作培养团队协作精神；强调实验操作的规范性与安全性；注重原始数据的真实性，培养学生尊重事实的科学品质；通过图像处理提升数据建模能力。
交流评估
【10分钟】 一、成果展示，促进思维碰撞 （1）、邀请三组代表分享实验结果
第一组展示新电池测量结果：E≈1.52V，r≈0.3Ω；
第二组展示旧电池结果：E≈1.48V，r≈1.2Ω；
第三组提出疑问：“我们测得旧电池电动势只有1.3V，是不是电池已经报废？”
教师引导全班讨论：“电动势下降到多少才算失效？内阻增大对使用有何影响？”
（2）、深入探讨误差来源
教师提问：“理论上同一型号电池电动势应相同，为何各组测量值略有差异？”
引导学生分析可能误差：
- 电压表分流导致电流测量偏小（系统误差）；
- 电表精度限制（仪器误差）；
- 读数估读不准（人为误差）；
- 电池在实验过程中发生极化导致电动势下降（动态变化）。
介绍改进方法：采用电流表内接法或使用数字万用表提高精度。
二、拓展延伸，联系科技前沿 （1）、讲述科学家故事：伏打发明电池的历程
教师讲述：“1800年，意大利物理学家伏打发明了世界上第一个化学电池——伏打电堆。他通过交替堆叠锌片和铜片，并用浸盐水的布隔开，实现了持续电流的产生。正是这种不懈探索的精神，开启了电气时代的大门。”
激励学生：“每一个伟大的发现，都始于一次小小的实验。”
（2）、联系现实生活：新能源电池的发展
展示锂电池、燃料电池等新型电源图片，简要介绍其工作原理与优势。
提问：“未来我们需要怎样的电池？高电动势？低内阻？还是更环保？”
引导学生关注科技进步背后的物理原理，增强社会责任感。 1. 展示实验数据与结论。
2. 分析误差产生的原因。
3. 听取他人观点并质疑。
4. 思考电池技术发展方向。
评价任务 结果汇报：☆☆☆
误差分析：☆☆☆
创新思考：☆☆☆
设计意图 通过交流展示锻炼学生的表达能力；在辩论中深化对概念的理解；引导学生正视实验误差，培养批判性思维；融入科学史教育，弘扬科学家精神；联系现代科技发展，拓宽视野，激发使命感。
课堂总结
【7分钟】 一、结构化回顾核心知识 （1）、梳理知识脉络
教师带领学生共同回顾：
- 电动势E：电源本身的属性，等于开路电压，单位为伏特(V)；
- 内阻r：电源内部存在的电阻，导致电压降Ir；
- 闭合电路欧姆定律：E = U + Ir 或 U = E - Ir；
- 图像法求解：U-I图像纵截距为E，斜率绝对值为r。
二、升华主题，启迪人生智慧 （2）、情感升华与哲理启示
教师深情总结：“同学们，今天我们测量的不只是电池的电动势和内阻，更是探索了一种看不见的能量转化过程。
就像每个人心中都有自己的‘电动势’——那是梦想的力量，是你想要改变世界的愿望；但我们也都有‘内阻’——懒惰、恐惧、犹豫……它们会消耗你的能量，让你的输出电压降低。
真正的强者，不是没有内阻的人，而是懂得如何减少损耗、提高效率、坚持输出的人。
愿你们在未来的人生电路中，始终保持强大的‘电动势’，不断克服‘内阻’，发出最耀眼的光芒！” 1. 跟随教师回顾知识点。
2. 理解比喻中的深层含义。
3. 反思自身学习状态。
4. 树立积极进取信念。
评价任务 知识归纳：☆☆☆
思想感悟：☆☆☆
价值认同：☆☆☆
设计意图 通过结构化总结帮助学生构建清晰的知识框架；运用生动比喻将物理概念迁移到人生哲理，实现情感态度价值观的升华；以富有感染力的语言激发学生内在动力，体现“教书育人”的根本使命。
作业设计
一、基础巩固题
1. 在测量某电池电动势和内阻的实验中，得到如下数据：
I(A): 0.10, 0.20, 0.30, 0.40, 0.50
U(V): 1.45, 1.40, 1.35, 1.30, 1.25
（1）在坐标纸上作出U-I图像；
（2）根据图像求出电池的电动势E和内阻r。
2. 解释下列术语：
（1）电动势；（2）路端电压；（3）闭合电路欧姆定律。
二、能力提升题
3. 若实验中误将电压表接在滑动变阻器两端，所得U-I图像会有何不同？试画出示意图并分析误差。
4. 查阅资料，比较铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池的典型电动势和内阻范围，制作一张对比表格。
三、实践拓展题
5. 使用家中的废旧遥控器电池，尝试用本节课的方法测量其电动势和内阻（可在家长协助下完成），写一份简要实验报告，包括数据、图像和结论。
【答案解析】
一、基础巩固题
1. （1）描点连线得一条直线；（2）截距约为1.50V，斜率绝对值为0.5Ω，故E=1.50V，r=0.5Ω。
2. （1）电动势是电源将非电能转化为电能的本领，数值上等于电源开路时的电压；（2）路端电压是外电路两端的电压，随电流增大而减小；（3）闭合电路中电流与电动势成正比，与总电阻成反比，表达式为I=E/(R+r)。
二、能力提升题
3. 此时电压表测的是外电压UR=IR，图像为过原点的斜直线，无法求出电动势和内阻，属于原理性错误。
4. 示例：
电池类型电动势(V) 内阻(Ω)铅酸电池2.0 0.01 镍氢电池1.2 0.03锂离子电池3.70.05
板书设计
实验：测量电池的电动势和内阻
——闭合电路欧姆定律
┌──────────────────────┐
│ 物理观念 │
│ E：电动势 → 能量转化能力 │
│ r：内阻 → 内部损耗 │
│ U = E - Ir │
└──────────────────────┘
┌──────────────────────┐
│ 实验方法 │
│ 伏安法：U-I图像 │
│ 截距 → E │
│ 斜率 → r │
└──────────────────────┘
┌──────────────────────┐
│ 科学思维 │
│ 数据→图像→规律 │
│ 理想 vs 实际 │
└──────────────────────┘
教学反思
成功之处
1. 以生活现象导入，有效激发学生探究兴趣，课堂参与度高；
2. 实验设计层层递进，兼顾知识建构与能力培养，学生在动手实践中深刻理解了电动势与内阻的关系；
3. 板书条理清晰，图文并茂，有助于学生形成系统的知识结构。
不足之处
1. 个别小组因接线不熟练导致实验耗时较长，影响整体进度；
2. 对于误差分析的讨论还不够深入，部分学生未能真正理解系统误差与偶然误差的区别；
3. 时间分配略显紧张，最后的拓展环节未能充分展开。
改进方向：下次可提前录制微课指导电路连接技巧，节省课堂时间；增设误差分析专项练习，强化科学素养培养。