10.6 电源电动势及内阻的测量 课时教案-2025-2026学年高二上学期物理沪科版必修第三册

10.6《电源电动势及内阻的测量》课时教案 学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时 教材 沪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 本节内容位于沪科版高中物理必修第三册第十章第六节，是闭合电路欧姆定律的深化与应用。教材通过理论推导结合实验设计，引导学生理解电源电动势和内阻的概念，并掌握伏安法测电源电动势和内阻的基本原理。该知识点不仅是电学部分的核心内容之一，也为后续学习复杂电路、非线性元件打下基础，在整个电磁学体系中具有承上启下的作用。 学情分析 高二学生已具备基本的电路连接能力，掌握了欧姆定律、串并联规律以及电压表、电流表的使用方法。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，实验数据处理能力较弱，尤其在图像法拟合直线、斜率与截距物理意义的理解方面存在困难。学生好奇心强，乐于动手操作，可通过真实实验情境激发探究欲望，借助小组合作提升数据分析与表达能力。 课时教学目标 物理观念 1. 理解电源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； 2. 掌握闭合电路欧姆定律的表达式及其在实验中的应用，理解电动势和内阻的测定原理。 科学思维 1. 能根据实验目的设计合理的电路图，判断电流表内外接对测量结果的影响； 2. 学会利用U-I图像处理实验数据，通过图像斜率和纵轴截距求解电动势和内阻，并分析误差来源。 科学探究 1. 经历从提出问题、设计方案、搭建电路、采集数据到得出结论的完整探究过程； 2. 在实验操作中培养规范使用仪器、观察记录现象、合作交流的能力。 科学态度与责任 1. 在实验过程中养成严谨求实、尊重数据的科学态度； 2. 认识精确测量在工程实践中的重要价值，增强解决实际问题的责任意识。 教学重点、难点 重点 1. 掌握伏安法测电源电动势和内阻的实验原理； 2. 能正确绘制U-I图像并从中读取电动势和内阻。 难点 1. 理解电动势的本质及其与路端电压的关系； 2. 分析实验系统误差产生的原因（如电压表分流）并提出改进方案。 教学方法与准备 教学方法 情境探究法、合作探究法、讲授法 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、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，引发思考 【5分钟】 一、生活情境设疑，激活前概念 （一）、播放视频：手电筒亮度变化现象 教师播放一段短视频：一个旧手电筒刚打开时灯泡微亮，随后越来越暗，最后熄灭。提问：“为什么灯泡会逐渐变暗？是不是电池没电了？”学生普遍回答“是”。教师追问：“那‘没电’到底是指什么？是电压降低了吗？还是能量耗尽了？”引导学生思考电压与能量之间的关系。 接着展示一块万用表测量旧电池两端电压的画面，显示仍有约1.4V电压。“既然还有电压，为何灯却不亮？”这一矛盾现象打破学生原有认知，形成强烈认知冲突。此时教师指出：“这说明我们常用的‘电压’并不能完全反映电源供电能力的全部信息。今天我们就来揭开这个谜团——测量电源真正的‘力量’：电动势和内阻。” （二）、回顾知识链条，构建逻辑起点 教师在黑板上逐步写出已有知识：电源提供电能 → 电路中有电流 → 电流做功消耗能量。然后提问：“如果我把一个电池接上一个小灯泡，电压表测的是哪部分电压？”学生回答“灯泡两端电压”。教师继续问：“那电源内部有没有压降？如果有，它去哪了？”引导学生回忆闭合电路欧姆定律公式：E = U + Ir。解释其中E代表电动势，U为外电压（路端电压），Ir为内电压。强调电动势E是一个理想化的参数，表示电源把化学能等转换为电能的最大潜力，而内阻r则反映了电源自身的能量损耗。由此引出课题：如何通过实验测出E和r？ 1. 观看视频，产生疑问。 2. 回忆已有知识，参与讨论。 3. 思考电动势与电压的区别。 4. 明确实验目标。 评价任务 提出疑问：☆☆☆ 关联旧知：☆☆☆ 明确目标：☆☆☆ 设计意图 以生活中常见的现象创设真实问题情境，引发认知冲突，激发探究兴趣；通过层层设问引导学生回顾已有知识，建立新旧知识联系，为实验原理的学习做好铺垫。 原理剖析，构建模型 【8分钟】 一、推导实验原理，建立数学模型 （一）、从定律出发，推导测量公式 教师在PPT上展示闭合电路欧姆定律的标准表达式：E = U + Ir。然后引导学生变形得：U = E - Ir。强调这是一个关于U和I的一次函数，其中E为纵轴截距，-r为斜率。教师提问：“如果我们能测出多组不同的U和I值，能否画出这条直线？一旦画出来，就能得到E和r？”学生表示可以。教师总结：“这就是伏安法测电源电动势和内阻的基本原理——通过改变外电阻获得多组电压电流数据，作U-I图像，利用图像求参。” （二）、分析电路结构，选择合适接法 教师出示两种典型电路图：电流表内接法（电流表靠近电源正极）和外接法（电压表直接并联在电源两端）。提问：“这两种接法有什么区别？哪种更准确？”组织学生分组讨论。提示可从电压表是否有分流角度分析。经过讨论后，教师讲解：由于电压表并非理想无穷大，会有微小电流流过，导致电流表读数小于实际流过电源的总电流，从而造成系统误差。因此应采用电流表内接法，使电压表只测电源两端电压，电流表测的是主回路电流。最终确定实验电路图为：电源、开关、滑动变阻器、电流表串联，电压表并联在电源两端。 （三）、预设误差来源，培养批判思维 教师进一步提问：“即使我们用了正确的电路，测量结果就一定准确吗？”引导学生思考电压表分流带来的影响。教师演示理想情况与实际情况对比图，说明因电压表分流，实际流过电源的电流大于电流表读数，导致所绘U-I点整体偏左，从而使图像斜率绝对值偏小，即测得内阻偏小；而纵轴截距也略小于真实电动势。让学生初步建立误差分析意识。 1. 参与公式推导，理解图像意义。 2. 比较不同电路接法优劣。 3. 分析误差来源，提出质疑。 4. 形成实验方案雏形。 评价任务 公式推导：☆☆☆ 电路选择：☆☆☆ 误差预判：☆☆☆ 设计意图 通过数学建模将物理规律可视化，帮助学生理解图像法的科学依据；通过比较分析培养学生批判性思维；提前引入误差概念，避免盲目相信实验数据，体现科学探究的严谨性。 实验设计，动手操作 【15分钟】 一、制定实验步骤，明确操作规范 （一）、发放实验任务单，明确分工职责 教师向每组学生发放《电源电动势与内阻测量实验报告单》，上面列有实验目的、原理、器材清单、电路图、数据记录表格（含6行空白用于填写U、I值）、注意事项及思考题。要求各小组选出组长、操作员、记录员、汇报员角色。教师强调安全规则：禁止短接电源，调节滑动变阻器时动作缓慢，防止电流过大损坏仪表或电池。 （二）、指导电路连接，示范关键细节 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，再将电压表正极接电源正极，负极接电源负极。特别提醒：电流表量程选0~0.6A档，电压表选0~3V档；接线柱要拧紧，避免接触不良；滑动变阻器滑片初始位置置于最大阻值处（保护电路）。邀请一名学生上台协助完成连接，其余学生观察纠错。 二、开展实验探究，采集原始数据 （一）、控制变量操作，获取多组数据 教师下达指令：“现在开始实验！请各组调节滑动变阻器，使电流从0.10A开始，每隔约0.10A记录一次电压和电流值，共取6组数据。注意每次读数要待指针稳定后再记录。”巡视各组实验过程，及时纠正错误操作，如反接电表、未调零、读数视线不垂直等。鼓励学生大胆尝试，同时提醒保持安静、有序操作。 （二）、动态监控进程，适时介入指导 发现某组电流始终无法达到0.5A以上，上前检查发现滑动变阻器接成了定值电阻模式。教师轻声提示：“你们看看变阻器是不是只接了两个固定端？”学生恍然大悟，重新接线后恢复正常。另一组数据波动较大，教师建议：“你们是否检查了电池是否接触良好？试着轻轻按压电池两端再读数。”通过个别指导确保所有小组都能顺利采集有效数据。 1. 领取材料，分配角色。 2. 观察示范，学习接线。 3. 动手连接，调节变阻器。 4. 记录数据，协作配合。 评价任务 规范操作：☆☆☆ 数据完整：☆☆☆ 团队协作：☆☆☆ 设计意图 通过任务驱动和角色分工促进合作学习；教师示范与巡视指导相结合，既保证实验安全性又提升操作准确性；关注个体差异，实施差异化干预，确保每位学生都能参与真实探究过程。 数据分析，得出结论 【10分钟】 一、处理实验数据，绘制U-I图像 （一）、指导坐标选取，规范作图流程 教师投影展示标准坐标纸样式，强调作图要点：横轴为I（单位A），纵轴为U（单位V）；标度要合理，尽量让图像占满坐标纸三分之二以上区域；描点要清晰，用“×”标记；最后用直尺画一条尽可能穿过所有点或使点均匀分布在两侧的最佳拟合直线。提醒学生不要连成折线或曲线。 （二）、引导图像解读，提取物理参数 待多数小组完成图像后，教师提问：“这条直线与纵轴交点代表什么？”学生齐答：“电动势E。”教师追问：“那斜率呢？”有学生回答：“是-r。”教师肯定并补充：“所以内阻r等于斜率绝对值。请大家计算自己图像的截距和斜率，填入报告单。”巡视过程中发现一组学生将横纵坐标颠倒，导致图像倾斜方向相反，立即指出错误并指导重画。 二、比较实验结果，开展误差讨论 （一）、组织成果分享，促进思维碰撞 邀请三组代表上台展示他们的U-I图像，并报告测得的E和r值。第一组：E=1.52V，r=0.85Ω；第二组：E=1.49V，r=0.92Ω；第三组：E=1.47V，r=1.03Ω。教师提问：“大家测得的电动势都低于1.5V的新电池标称值，这是为什么？”引导学生意识到电池已有一定使用历史，内部化学物质消耗导致电动势下降。 （二）、聚焦差异原因，深化科学理解 教师进一步提问：“为什么各组测得的内阻也不一样？除了偶然误差，还有什么系统因素？”引导学生回到之前讲过的电压表分流问题。教师总结：“正是因为我们采用了非理想电压表，导致测得的内阻普遍偏小。若想更精确测量，可改用数字电表或采用补偿法等高级技术。” 1. 整理数据，描点作图。 2. 计算截距与斜率。 3. 报告结果，倾听他人。 4. 参与讨论，反思误差。 评价任务 图像规范：☆☆☆ 参数准确：☆☆☆ 反思深入：☆☆☆ 设计意图 通过图像法训练学生数据处理能力；借助小组汇报搭建交流平台，实现思维共享；围绕数据差异展开深度对话，促使学生超越表面结果，深入理解测量本质与局限性。 课堂总结，升华主题 【5分钟】 一、结构化回顾，梳理知识脉络 （一）、凝练核心知识，形成认知框架 教师站在黑板前，指着板书总结：“今天我们完成了三项任务：第一，明确了电动势E是电源本身的属性，反映其转化能量的能力；第二，学会了用伏安法测E和r，核心是U = E - Ir这个公式；第三，掌握了用U-I图像求E和r的方法——截距是E，斜率绝对值是r。记住一句话：电动势看不见，但它藏在图像的起点里；内阻摸不着，但它写在斜率的故事中。” 二、情景化收尾，连接现实生活 （一）、回归初始问题，实现闭环教学 教师再次播放开头的手电筒视频，问道：“现在谁能解释灯泡为什么会越来越暗？”学生踊跃回答：“因为电池内阻随使用时间增加而增大，导致路端电压下降，输出功率减少。”教师点头赞许：“非常好！当电池老化，不仅电动势略有下降，更重要的是内阻显著上升，使得即使电压表还能测到一定数值，也无法驱动负载正常工作。这就是‘有压无流’的现象。” （二）、拓展应用视野，激发持续探索 教师补充：“不只是干电池，手机电池、电动车电池都有电动势和内阻。工程师们每天都在研究如何降低内阻、提高能量密度。也许未来的你，就会设计出一款永不衰减的超级电池！”最后引用爱迪生的话结束：“我不曾失败，我只是找到了一万种不行的方法。”希望同学们在科学探究的路上，不怕失败，勇于尝试。 1. 跟随回顾，巩固要点。 2. 解释现象，迁移应用。 3. 倾听寄语，树立志向。 4. 感受科学魅力。 评价任务 知识归纳：☆☆☆ 现象解释：☆☆☆ 情感共鸣：☆☆☆ 设计意图 采用“结构化+情景化”双轨总结方式，既强化知识体系又呼应导入问题，形成教学闭环；通过现实应用延伸激发学生科技报国情怀，体现物理课程的社会价值。 作业设计 一、基础巩固题 1. 在“测定电源的电动势和内阻”的实验中，给出下列器材： A．干电池一节（电动势约为1.5V） B．直流电压表（0～3V，内阻约3kΩ） C．直流电流表（0～0.6A，内阻约0.1Ω） D．滑动变阻器（0～20Ω） E．开关、导线若干 （1）请画出实验电路图。 （2）若实验测得6组U、I数据如下表所示： I(A) 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 U(V) 1.42 1.35 1.28 1.20 1.14 1.05 请在坐标纸上作出U-I图像，并由图像求出该电池的电动势E和内阻r。 二、能力提升题 2. 若实验中使用的电压表内阻不是很大，则测得的电动势值将______（填“偏大”、“偏小”或“不变”），测得的内阻值将______（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。试简要说明理由。 三、拓展探究题 3. 查阅资料了解锂离子电池的电动势和内阻特性，撰写一篇200字左右的小短文，介绍其在现代电子产品中的优势及维护建议。 【答案解析】 一、基础巩固题 （1）电路图应为：电源、开关、滑动变阻器、电流表串联，电压表并联在电源两端。 （2）作图略。延长U-I直线与纵轴交点约为1.50V，故E≈1.50V；取两点计算斜率：k=(1.50-1.05)/(0.60-0)=0.45/0.60=0.75Ω，则r=|k|=0.75Ω。 二、能力提升题 偏小；偏小。因电压表分流，导致电流表读数小于实际总电流，使U-I图像点整体左移，拟合直线斜率绝对值偏小，截距也略小。 板书设计 电源电动势及内阻的测量 ─────────────────────── 一、实验原理： 　　E = U + Ir → U = E - Ir 　　↑　　　↑　　　　↑ 　电动势　路端电压　内电压 二、电路图： 　[电源+] — [开关] — [滑动变阻器] — [电流表] — [电源-] 　　　　　　　　　　　│ 　　　　　　　　[电压表] 　　　　　　　　　　↓ 三、U-I图像： 　　　U(V) 　　 　　　　　　r = |ΔU/ΔI| 四、误差分析： 　　电压表分流 → 测量电流偏小 → 图像左移 → E测偏小，r测偏小 教学反思 成功之处 1. 以手电筒亮度变化的真实问题贯穿全课，形成“发现问题—提出假设—实验验证—解释现象”的完整探究链条，极大提升了学生的参与度和思维深度； 2. 注重实验细节指导，通过角色分工和任务单管理，确保每位学生都能动手操作，真正实现了“做中学”； 3. 在数据分析环节引导学生比较差异、追溯原因，有效培养了科学批判精神和误差分析能力。 不足之处 1. 个别小组因初次接触图像拟合，描点连线不够规范，影响了结果准确性，今后可提前进行专项训练； 2. 时间分配稍显紧张，最后一组未能完成全部数据采集，需优化实验节奏或延长课时； 3. 对数字万用表等现代测量工具的应用介绍不足，未来可引入数字化实验系统提升精度。 学科网（北京）股份有限公司 $