2.6 电源电动势和内阻 闭合电路欧姆定律 课时教案 -2025-2026学年高二上学期物理教科版必修第三册

该教案聚焦电源电动势和闭合电路欧姆定律的核心知识，以手电筒亮度变化的生活现象为切入点，通过类比抽水机系统构建非静电力做功模型，引导学生从电压概念过渡到电动势本质理解，再借助实验数据推导出U-I关系，最终建立能量守恒视角下的闭合电路欧姆定律，形成由表及里、由感性到理性的完整学习支架。 本资料亮点突出，融合物理观念、科学思维与科学探究三大核心素养。其一，用“抽水机—水路”类比实现模型建构，帮助学生突破电动势抽象难点，体现科学思维中的模型建构能力；其二，设计伏安法测电源参数的实验任务，学生分组操作、记录数据并分析U-I图像，培养证据意识与推理能力，彰显科学探究全过程；其三，结合短路危害强调安全用电责任，落实科学态度与责任教育。教学环节环环相扣，既提升学生对电源本质的理解深度，又增强教师课堂组织与跨学科整合能力，是一份兼具专业性与实践性的优质高中物理教学资源。

2.6《电源电动势和内阻 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 新授课 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六节，是电学部分的核心知识之一。教材从学生已有的“电压”“电流”“电阻”等概念出发，引入电源的非静电力做功机制，提出电动势这一抽象但关键的物理量，并通过实验与理论推导结合的方式建立闭合电路欧姆定律。内容逻辑清晰，层层递进，既深化了对电源本质的理解，也为后续学习复杂电路、电功率计算及能量转化问题奠定了基础。本节强调科学思维与实验探究的融合，体现了物理学“从现象到本质”的研究路径。 学情分析 高二学生已具备一定的电学基础知识，如欧姆定律、串并联电路规律，能进行简单的电路连接与测量。但在理解“电动势”这一非直观概念时存在困难，容易将其与电压混淆。学生的抽象思维能力正在发展，对“内阻”“能量转化”等隐性过程缺乏感性认识。此外，部分学生在实验操作中数据处理能力较弱，难以从U-I图像中提取有效信息。因此教学中需借助类比、可视化手段和真实情境任务降低认知门槛，激发探究兴趣，提升建模与推理能力。 课时教学目标 物理观念 1. 理解电源电动势的定义及其物理意义，知道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。 2. 掌握闭合电路欧姆定律的内容，理解外电压、内电压与电动势之间的关系，能够运用该定律分析简单电路中的电流、电压变化。 科学思维 1. 通过类比抽水机提升水位的过程，构建“非静电力做功”的物理模型，发展类比推理与模型建构能力。 2. 基于实验数据绘制U-I图像，分析斜率与截距的物理含义，培养数据处理与图像分析能力。 科学探究 1. 设计并完成测量电源电动势和内阻的实验，掌握伏安法测电源参数的基本方法。 2. 在实验过程中观察现象、记录数据、分析误差，体验完整的科学探究流程。 科学态度与责任 1. 在小组合作实验中遵守操作规范，实事求是记录数据，养成严谨求实的科学态度。 2. 认识电池内阻对实际用电设备的影响，增强节能意识与安全用电责任感。 教学重点、难点 重点 1. 电源电动势的概念及其物理意义。 2. 闭合电路欧姆定律的表达式及其应用。 难点 1. 理解电动势的本质是反映电源本身特性的物理量，区别于路端电压。 2. 从能量角度理解电动势与内外电压的关系，建立“非静电力做功=内外电路电势降落之和”的能量守恒图景。 教学方法与准备 教学方法 情境探究法、实验探究法、讲授法、合作学习 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、多媒体课件、实物投影仪 教学环节 教师活动 学生活动 情境导入：电池为何越用越“软”？ 【5分钟】 一、创设生活情境，引发认知冲突 （一）、播放视频：手电筒亮度变化现象。 教师播放一段自制短视频：一名学生晚上使用手电筒照明，刚打开时灯光明亮，持续使用几分钟后明显变暗，即使更换新灯泡也无济于事。提问：“为什么会出现这种现象？是不是电池‘没电’了？那‘没电’到底意味着什么？”引导学生思考电池内部是否发生了某种变化。 （二）、提出驱动性问题，启动探究主线。 进一步追问：“如果我们将电池看作一个黑箱，它对外输出的是电压和电流，那么这个黑箱内部究竟隐藏着怎样的工作机制？有没有一个物理量可以准确描述它的‘供电能力’？今天我们就来揭开这个谜底。”由此引出课题——《电源电动势和内阻 闭合电路欧姆定律》，并板书课题。强调本节课的任务是：像科学家一样，通过实验与推理，构建一个能够解释电池工作全过程的物理模型。 （三）、回顾旧知，搭建认知桥梁。 引导学生回忆初中所学内容：“我们之前学过，电源的作用是什么？”预设回答：“提供电压，维持电流。”继续提问：“那么电压是如何产生的？是不是只要有电源就一定能输出稳定的电压？”让学生意识到实际情况比想象复杂，为引入“内阻”和“电动势”埋下伏笔。过渡语：“正如牛顿所说：‘我之所以看得远，是因为站在巨人的肩膀上。’今天我们也要站在前人探索的基础上，深入理解电源的本质。” 1. 观看视频，联系生活经验，讨论手电筒变暗的原因。 2. 思考并回答教师提出的系列问题，产生探究欲望。 3. 回忆电源的基本功能，初步反思已有认知的局限性。 4. 明确本节课的学习任务与探究目标。 评价任务 现象解释：☆☆☆ 问题提出：☆☆☆ 认知激活：☆☆☆ 设计意图 以贴近生活的手电筒变暗现象作为切入点，制造认知冲突，激发学生的好奇心与探究欲。通过层层设问，引导学生从表象深入本质，明确本节课的研究主题。同时唤醒已有知识，为新旧知识的衔接提供支点，体现“从生活走向物理”的课程理念。 新知建构：什么是电动势？ 【12分钟】 一、类比建构，揭示电动势本质 （一）、引入机械类比模型：抽水机系统。 教师展示PPT动画：一个由水泵、水管、水轮机构成的循环系统。水泵将低处的水抽到高处，形成水位差，从而使水在重力作用下流经水轮机做功。提问：“在这个系统中，水泵的作用相当于电路中的哪个元件？水位差又对应什么物理量？”引导学生建立类比关系：水泵→电源，水位差→电压，水流→电流，水轮机→用电器。进一步指出：“水泵把水提升需要克服重力做功，电源内部也需要一种力来做功，把正电荷从负极搬到正极，这种力叫做非静电力。” （二）、定义电动势，阐明其物理意义。 在类比基础上，教师正式给出电动势的定义：“电源将单位正电荷从负极经电源内部移到正极的过程中，非静电力所做的功，称为电源的电动势。”公式表示为 E = W_non / q。强调电动势是电源本身的属性，就像水泵的扬程一样，只与电源种类有关，与是否接入电路无关。举例说明：一节新干电池的电动势约为1.5V，无论接不接灯泡，这个值基本不变。而我们平时说的“电池没电”，其实是指其内阻增大或化学物质耗尽导致输出能力下降，并非电动势消失。 （三）、辨析概念，澄清常见误解。 组织学生讨论：“电动势是不是电压？能不能用电压表直接测量？”引导学生认识到：电动势是描述电源转换能量本领的物理量，单位虽为伏特，但它不是电势差，而是非静电力做功的能力体现；而电压（电势差）是静电力移动电荷做功的体现。由于电压表必须并联在两点间测量电势差，无法直接测出电源内部非静电力做的功，因此不能直接测电动势。这一矛盾将在后续实验中解决。 1. 观察抽水机类比模型，理解非静电力的作用机制。 2. 听讲并记录电动势的定义、公式及物理意义。 3. 参与讨论，区分电动势与电压的概念差异。 4. 思考如何间接测量电动势的方法。 评价任务 类比理解：☆☆☆ 概念掌握：☆☆☆ 误区辨析：☆☆☆ 设计意图 利用“抽水机—水路”系统与“电源—电路”系统的类比，将抽象的非静电力和电动势概念形象化，帮助学生突破认知难点。通过精准定义与实例说明，强化电动势作为电源固有属性的理解。设置辨析环节，直面学生易混淆的问题，促进概念的精确化建构，体现科学思维的严密性。 实验探究：测量电源参数 【15分钟】 一、设计实验方案，开展小组合作探究 （一）、提出实验任务，引导设计方案。 教师提出任务：“现在我们手中有一节待测干电池，如何才能测出它的电动势E和内阻r？请各小组利用提供的器材（电池、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线），设计一个可行的实验方案。”巡视各组，鼓励学生画出电路图，讨论测量原理。提示可参考部分电路欧姆定律和能量守恒思想。待多数小组形成思路后，请代表发言。预期方案为：采用伏安法，将电压表并联在电池两端，电流表串联在电路中，改变滑动变阻器阻值，记录多组U、I数据。 （二）、指导实验操作，强调安全规范。 确认各组电路连接正确后，提醒注意事项：电流表量程选择0~0.6A，电压表0~3V；闭合开关前滑片置于阻值最大位置；读数时视线垂直表盘；每组至少采集6组数据。教师使用实物投影展示一组典型连接，纠正错误接线（如电压表误接在滑动变阻器两端）。学生分组实验，教师巡回指导，重点关注仪器使用是否规范、数据记录是否真实。 （三）、收集实验数据，准备图像分析。 待各组完成数据采集后，请每组将数据输入平板电脑或上传至共享文档。教师汇总所有数据，在大屏幕上实时生成散点图。观察发现：随着电流I增大，路端电压U逐渐减小，呈线性趋势。提问：“这种变化规律能否用数学表达式描述？图像的纵轴截距和斜率可能代表什么物理量？”引导学生进入数据分析阶段。 1. 小组讨论，设计伏安法测电源电动势和内阻的实验方案。 2. 动手连接电路，规范操作仪器，测量并记录多组U、I数据。 3. 如实填写实验表格，注意读数精度与单位。 4. 观察全班数据汇总图像，初步感知U-I关系。 评价任务 方案设计：☆☆☆ 操作规范：☆☆☆ 数据真实：☆☆☆ 设计意图 通过任务驱动，让学生亲身经历“提出问题—设计实验—获取证据—分析数据”的完整探究过程。小组合作形式培养协作能力与实践素养。实验不仅是为了获得数值结果，更是为了让学生直观感受“路端电压随电流增大而下降”这一关键现象，为推导闭合电路欧姆定律提供事实依据，实现“做中学”的教学理念。 规律推导：建立闭合电路欧姆定律 【8分钟】 一、基于实验与理论，推导核心规律 （一）、从能量守恒角度进行理论推导。 教师引导：“设想在时间Δt内，有电荷量q通过整个闭合电路。电源内部非静电力做功W = Eq，这部分能量全部转化为内外电路的内能。其中，外电路发热Q外 = Uq，内电路发热Q_内 = Ur·q（Ur为内电压）。根据能量守恒：Eq = Uq + Ur·q，两边除以q得：E = U + Ur。再结合欧姆定律，Ur = Ir，代入得 E = U + Ir，即 U = E - Ir。”强调此式表明路端电压U随电流I增大而线性减小，与实验图像一致。 （二）、解读U-I图像的物理意义。 回到实验图像，指出：当I=0（断路）时，U=E，故图像纵轴截距等于电动势；当U=0（短路）时，I=E/r，即短路电流；图像斜率绝对值|ΔU/ΔI|=r，即内阻。说明正是这个斜率决定了电池“带负载能力”的强弱——斜率越大，内阻越大，电压下降越快，电池越“软”。呼应开头的手电筒问题，解释为何旧电池点亮灯泡时电压迅速跌落。 （三）、总结闭合电路欧姆定律内容。 正式板书定律内容：“闭合电路中的电流，跟电源的电动势成正比，跟整个电路的总电阻成反比。”公式表达为 I = E / (R + r)。说明R为外电阻，r为内电阻。指出这是对部分电路欧姆定律的拓展与深化，适用于包含电源在内的完整回路。补充说明：虽然短路电流理论上可达E/r，但由于内阻极小，实际电流极大，极易损坏电源甚至引发火灾，故严禁短路实验。 1. 跟随教师推导，理解E = U + Ir的能量守恒基础。 2. 结合图像分析，掌握截距与斜率的物理含义。 3. 记录闭合电路欧姆定律的表达式及适用条件。 4. 理解短路的危害，增强安全用电意识。 评价任务 推导能力：☆☆☆ 图像解读：☆☆☆ 规律掌握：☆☆☆ 设计意图 将实验现象上升为理论规律，培养学生从具体到抽象的归纳能力。通过能量守恒视角推导定律，使学生理解其深层物理本质，而非机械记忆公式。结合U-I图像进行多维度解读，提升学生的信息提取与综合分析能力。最后强调安全事项，落实科学态度与社会责任教育。 课堂总结：点亮思维的灯 【5分钟】 一、升华主题，激励成长 （一）、结构化回顾主要知识点。 教师带领学生共同梳理本节课的知识脉络：首先通过生活现象发现问题，接着用类比法理解电动势是电源的“扬程”；然后动手实验测量数据，发现U随I增大而减小；再从能量角度推导出E = U + Ir；最终得出闭合电路欧姆定律I = E/(R+r)，成功解释了电池“变软”的原因。强调电动势E和内阻r是描述电源性能的两个核心参数。 （二）、情景化总结，引发情感共鸣。 结语：“同学们，每一节小小的电池，都蕴藏着宏大的物理图景。它默默工作，将化学能转化为电能，支撑着我们的电子世界。而我们今天所学的，不只是公式与图像，更是一种思维方式——面对复杂现象，学会拆解、建模、验证。正如爱因斯坦所说：‘学习知识要善于思考，思考，再思考。’愿你们今后也能像今天一样，保持好奇，勇于探究，在科学的道路上不断前行。让我们一起，做点亮自己思维之灯的人！” 1. 跟随教师回顾本节课的主要内容与探究过程。 2. 理解电动势与内阻的实际意义。 3. 感受科学探究的乐趣与价值。 4. 树立勤于思考、勇于探索的学习信念。 评价任务 知识梳理：☆☆☆ 情感认同：☆☆☆ 价值内化：☆☆☆ 设计意图 采用“结构化+激励性”相结合的总结方式，既帮助学生系统整合零散知识，形成清晰框架，又通过富有诗意的语言激发情感共鸣，提升学习境界。引用名人名言增强文化底蕴，将物理学习升华为思维品质的锤炼，体现立德树人的根本目标。 作业设计 一、基础巩固题 1. 下列关于电源电动势的说法中，正确的是（ ） A. 电源电动势就是电源两极间的电压 B. 电源电动势在数值上等于非静电力把单位正电荷从负极移送到正极所做的功 C. 同一电源接入不同电路，电动势会发生变化 D. 电动势的单位与电压相同，所以电动势就是电压 2. 一节干电池的电动势为1.5V，内阻为0.5Ω，若将其与一个阻值为2.5Ω的电阻串联组成闭合电路，则： （1）电路中的电流是多少？ （2）路端电压是多少？ （3）电源内部的电压降是多少？ 二、能力提升题 3. 某同学用伏安法测一节电池的电动势和内阻，得到U-I图像如下图所示： （图像描述：一条向下倾斜的直线，纵轴截距约为1.5V，横轴截距约为3.0A） （1）请根据图像读出该电池的电动势E = ______ V； （2）计算该电池的内阻r = ______ Ω； （3）若该电池与一个4Ω的电阻串联，求此时的路端电压。 三、实践拓展题 4. 查阅资料或询问家长，了解手机锂电池的标称电压（通常为3.7V或3.8V）与其充满电后的实际电压（约4.2V）之间的关系。尝试用本节课所学的电动势与路端电压的知识解释这一现象，并写一段不少于100字的小报告。 【答案解析】 一、基础巩固题 1. B 解析：电动势是反映电源本身特性的物理量，等于非静电力做功本领，不等于路端电压，也不随外电路改变。 2. 解：（1）I = E / (R + r) = 1.5 / (2.5 + 0.5) = 0.5 A 　　（2）U = IR = 0.5 × 2.5 = 1.25 V 或 U = E - Ir = 1.5 - 0.5×0.5 = 1.25 V 　　（3）Ur = Ir = 0.5 × 0.5 = 0.25 V 二、能力提升题 3. （1）E = 1.5 V （图像纵截距） 　（2）r = |ΔU/ΔI| = 1.5 / 3.0 = 0.5 Ω 　（3）I = E / (R + r) = 1.5 / (4 + 0.5) ≈ 0.333 A，U = IR = 0.333 × 4 ≈ 1.33 V 板书设计 §2.6 电源电动势和内阻 闭合电路欧姆定律 【左侧主板区】 一、电动势 E 　　定义：E = W_non / q 　　物理意义：反映电源转换能量本领的物理量 　　特点：电源本身属性，与外电路无关 二、闭合电路欧姆定律 　　能量守恒：E = U + Ur 　　　　　　　⇒ E = U + Ir ⇒ U = E - Ir 　　电流表达式：I = E / (R + r) 三、实验：伏安法测E、r 　　电路图：[文字示意] 电池—电流表—滑动变阻器—开关—回电池，电压表并联在电池两端 　　U-I图像： 　　　　 　　　　 　截距 → E，斜率绝对值 → r 【右侧副板区】 生活问题：手电筒越用越暗？ 类比模型：抽水机 ⇔ 电源 　　　　　水位差 ⇔ 电压 　　　　　非静电力 ⇔ 抽力 安全警示：禁止短路！避免过大电流损坏电源 教学反思 成功之处 1. 以“手电筒变暗”这一生活现象导入，有效激发了学生的学习兴趣和探究动机，实现了“从生活走向物理”的教学理念。 2. 运用“抽水机—水路”类比模型，将抽象的电动势和非静电力形象化，显著降低了学生的理解难度，提升了概念建构效率。 3. 实验探究环节组织有序，学生参与度高，通过亲手操作获得了真实的U-I数据，并在图像分析中自然得出规律，充分体现了“做中学”的优势。 不足之处 1. 部分学生在实验连接电路时仍存在电压表接错位置的问题，反映出个别学生对测量对象的理解不够清晰，今后应加强实验前的模拟训练。 2. 对于电动势是“非静电力做功”这一本质特征，仍有少数学生停留在“就是电压”的浅层认知，需在后续复习中通过更多元的情境加以强化。 3. 时间分配略显紧张，最后的总结升华环节稍显仓促，未能让更多学生分享自己的感悟，下次可适当压缩实验数据采集时间，预留更多交流空间。 学科网（北京）股份有限公司 $