第三节 测量电源的电动势和内阻（表格式教学设计）物理粤教版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦“测量电源的电动势和内阻”核心知识点，以电动车续航缩水、手机电量异常等生活问题驱动导入，通过闭合电路欧姆定律搭建前后知识脉络，引导学生从物理观念视角理解电动势与内阻的物理意义，形成实验探究的学习支架。 资料亮点在于深度融合科学探究与科学思维，设计方案竞赛、误差情景剧（分角色扮演演示分流/分压）等活动，结合U-I图像处理数据与等效电源建模，强化误差分析能力。融入特斯拉BMS、空间站太阳能电池等实际应用案例，培养严谨求实的科学态度，为教师提供丰富教学资源，助力学生提升实验操作与问题解决能力。

第三节 测量电源的电动势和内阻（教学设计） 年级 高二 学科 物理 教师 课题 第三节 测量电源的电动势和内阻 教学 目标 物理观念 能明确伏安法、安阻法等测量原理，理解电动势与内阻的物理意义，深化闭合电路能量守恒认知。 科学思维 能分析实验方案的逻辑依据，处理 U-I 图像数据推导结果，辨析不同测量方法的误差来源。 科学探究 能规范完成实验器材组装、数据采集，优化实验操作，培养数据处理与误差分析的实践能力。 科学态度 与责任 养成严谨求实的实验习惯，体会实验设计的严谨性，认识物理测量在实际工程中的应用价值。 教学 重难点 重点：掌握伏安法测量原理，规范完成实验操作与数据处理。 难点：分析实验误差来源，理解U-I图像法处理数据的本质。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 生活问题驱动1：某品牌电动车在冬季时续航能力大幅缩水，达到了40%的减少，厂家解释这一现象是由于电池内阻增大导致的。 生活问题驱动2：某用户发现自己的手机在显示还有20%的电量时突然关机，经过维修人员检查后解释是电池老化导致内阻变大所致。 这些解释是否真的可信呢？ 如何量化评估电池的健康状态？ 新课讲授 一、核心探究 探究活动1：原始方案设计竞赛 任务：要求每组学生在5分钟内，利用提供的电压表（量程0-3V）、电流表（量程0-0.6A）、滑动变阻器（量程0-50Ω）、开关以及若干导线，设计出一个可行的电路方案。 方案A：电流表外接式，即电流表与电源并联，测量流经电路的电流。 方案B：电流表内接式，即电流表串联在电路中，直接测量电流。 方案C：定值电阻保护式，通过串联一个定值电阻来保护电流表，防止电流过大损坏电表。 通过实物投影展示典型方案，引导学生辨析各种方案的优劣。 问题1： 1. 滑动变阻器阻值范围选择的依据是什么？ 2. 电表量程匹配的安全性问题如何考虑？ 3. 电源内阻微小性对电路结构的影响有哪些？ 案例研讨：某实验组的数据记录如下： I(A) 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57 U(V) 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05 问题2： 1. 在直接代数法计算时，为何要选择相距较远的数据对进行计算？ 2. 当图像法处理数据时，如果出现第三个点明显偏离直线，可能的原因是什么？ 3. 比较公式法与图像法在处理数据时的优劣。 分组进行图线绘制，要求： 1. 坐标轴分度值的标注要规范。 2. 异常点处理策略需要明确说明。 3. 斜率计算采用△U/△I。 认知冲突呈现： 两组使用相同的器材测得电动势E分别为1.48V和1.52V，内阻r分别为0.50Ω和0.45Ω，如何解释这种差异？ 探究活动2： 1. 系统误差剧场：通过分角色扮演电压表、电流表、导线电阻等，用情景剧的形式演示分流/分压效应。 2. 等效电源建模： 探究活动3： 假设实验室突然遭遇器材短缺，现有以下器材： A组：电压表+电阻箱 B组：电流表+电阻箱 C组：两个电压表+定值电阻 请设计替代方案。 思维引导： 1. 伏阻法方程变形：1/U = (r/E)(1/R) + 1/E。 2. 安阻法线性处理：R = E/I - r。 3. 伏伏法电流推算：I=(U1-U2)/R0。 任务驱动 认真参与 新课讲授 二、深度拓展 案例1：特斯拉电池管理系统 展示BMS（电池管理系统）实时监测单体电池参数的技术原理，说明本实验方法在电动汽车领域的应用价值，以及如何通过实验方法来优化电池性能和延长使用寿命。 案例2：空间站太阳能电池阵 分析在极端温度环境下，光伏板内阻变化对供电系统的影响，引导学生思考本实验方法在空间站太阳能电池阵中的应用，并探索如何改进实验方法以适应极端环境下的电池性能监测。 【例题1】某同学利用如图甲所示电路测量电池a的电动势Ea和内阻ra，实验时多次改变电阻箱的阻值，记录电阻箱阻值R，用电压传感器（可视为理想电表）测得路端电压U，并在计算机上显示出如图乙所示的关系图线a，重复上述实验方法测量电池b的电动势Eb和内阻rb，得到图乙中的图线b。由图线可知（　　）　 A．Ea=Eb B．Ea > Eb C．ra= rb D．ra > rb 【答案】C 【详解】根据闭合电路欧姆定律有变形得令图线与纵轴截距为y，图线与横轴的截距为-x，则有，解得，根据图乙可知，图像a与纵轴的截距大于图像b与纵轴的截距，而图像a与横轴的截距等于图像b与横轴轴的截距，可知Ea <Eb，ra= rb故选C。 针对训练1某实验小组通过如图甲所示的实验电路来“测量一节干电池的电动势和内电阻”，根据测得的数据作出了如图乙所示的U-Ⅰ图线，下列说法正确的是（　　） A．实验误差来源于电压表分流 B．实验误差来源于电流表分压 C．干电池内阻的测量值为3Ω D．干电池电动势的测量值偏大 【答案】A 【详解】ABD．由图甲可知，因电压表的分流作用，电流的测量值小于流过电源的真实值，当外电路短路时电流的测量值等于真实值，修正后的U-Ⅰ图像如图所示 可知电池电动势的测量值小于真实值，故A正确，BD错误； C．由图乙可知，干电池内阻的测量值为 故C错误。 故选A。 拓展视野 课 堂 练 习 1.测定电源的电动势和内阻”的实验中，下列注意事项中错误的是（　　） A．应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表示数的变化比较明显 B．应选用内阻较小的电压表和电流表 C．移动变阻器的触头时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载 D．根据实验记录的数据作U–I图象时，应通过尽可能多的点画一条直线，并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧 【答案】B 【详解】A．旧干电池内阻较大，故应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表读数变化明显，故A正确； B．应选用内阻较小的电流表和内阻较大的电压表，以避免电流表和电压表自身阻值的影响，减小实验误差，故B错误； C．移动滑动变阻器的滑片时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载而发生危险，故C正确； D．作图时，应通过尽可能多的点画一条直线并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，这样作图误差最小，故D正确； 本题选择错误的，故选B． 2.为了测定电池的电动势和内阻，现有待测电池、开关和导线，为了达到测定目的，还需要的仪器是（　　） A．一个电流表和一个滑动变阻器 B．一个电压表和一个滑动变阻器 C．一个电流表和一个定值电阻 D．一个电压表和一个电阻箱 【答案】D 【详解】测定电池内阻和电动势，采用电压表、电流表和滑动变阻器，或电阻箱和电流表，或电阻箱和电压表，然后通过图像求解或联立解方程组求解，故选D，ABC错误。 故选D 。 3.测定一节蓄电池的内阻r比较小，为了实验的方便，电路中串联了一个定值电阻R0。采用如图所示电路测量电动势和内阻，产生系统误差的主要原因是（　　） A．电压表的分流作用 B．电流表的分流作用 C．电流表的分压作用 D．电压表的分压作用 【答案】A 【详解】由电路图可知，根据闭合电路欧姆定律解得由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比实际的电路总电流小，从而造成实验误差，故A正确，B、C、D错误。故选A。 4.某同学利用实验器材设计了如图所示的测量电路，电阻R的阻值以及电源的电动势和内阻均未知，电压表左端的接线位置待定。不管接哪个接线柱，都可以通过改变滑动变阻器接入电路的阻值，获得多组数据，描绘出关系图像（U、I分别为电压表和电流表的示数）。下列说法正确的是（　　） A．若接a，利用该电路可测量电阻R的阻值，且测量值偏大 B．若接a，利用该电路可测量电源的电动势和内阻，且内阻测量值偏大 C．若接b，利用该电路可测量电阻R的阻值，且测量值偏大 D．若接b，利用该电路可测量电源的电动势和内阻，且电动势测量值偏大 【答案】C 【详解】A．若接a，此时电压表并联在滑动变阻器和定值电阻两端，电压表测量滑动变阻器和定值电阻两端的电压，无法测出定值电阻阻值，故A错误； B．若接a，电压表测量滑动变阻器和定值电阻两端的电压，即电源路端电压，根据作出的图象可求电源电动势和内阻，且测量值均偏小，故B错误； C．若接b，此时电压表并联在定值电阻两端，电压表测量定值电阻两端的电压，根据欧姆定律可求出定值电阻的阻值，但由于电流表分压作用，测量值会偏大，故C正确； D．若接b，电压表并联在定值电阻两端，滑动变阻器视为电源内阻的一部分，作出的图象无法可得到电源的电动势和内阻，故D错误。故选C。 5.某同学在测量电源电动势和内阻时，按如图所示的甲、乙两种电路分别连接实验器材，测量记录实验数据，并根据所测实验数据在丙图中作出两条图线与。实验各环节均正确。下列说法正确的是（　　） A．根据甲电路实验数据作出的是图线 B．由图线可得出电源电动势的测量值为，内阻的测量值为 C．采用甲电路测量的电源电动势更准确些，采用乙电路测量的电源内阻更准确些 D．b图线对应的实验误差主要是由于电压表的分流引起的 【答案】D 【详解】ACD．甲电路实验误差是由于电压表分流引起，流经电源的电流比电流表测得的电流大E测＝E真<E真，r测＝<r真故电动势和内阻的测量值均小于实际值。乙电路实验误差是由于电流表分压引起E测＝E真，r测＝r＋RA>r真电动势的测量值等于实际值，内阻测量值大于真实值。根据甲电路实验数据作出的是图线，采用乙电路测量的电源电动势更准确些。因为电压表内阻比电源内阻大的多，电流表内阻和电源内阻相差不多，采用甲电路测量的电源内阻更准确些，故AC错误，D正确； B．由图线可得出电源电动势的测量值为纵轴截距，为，内阻的测量值故B错误。故选D。 6.如图甲、乙是利用电压表（可看作理想电表）和电阻箱测定电池的电动势和内电阻的原理图及实验数据图像，可得电动势和内电阻分别是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】根据可得由图乙知，图像斜率截距解得，故选D。 7.某同学用电流传感器和电阻箱测量电源的电动势和内阻，电路如图甲所示。实验测得电阻R以及相对应的电流I的多组数据，得到如图乙所示的图线。该同学在处理实验数据时，误将电阻箱阻值作为外电路总电阻的阻值，漏算了，下列说法正确的是（　　） A．该电源的电动势为1V B．该电源的内阻为2Ω C．内阻的测量值偏小 D．电动势的测量值偏大 【答案】A 【详解】AB．根据题意，由闭合回路欧姆定律有整理可得结合图像可得，即该电源的内阻故A正确，B错误； CD．结合上述分析可知，若漏算了图像斜率不变，则电动势的测量值和真实值相比是相同的，内阻的测量值偏大，故CD错误。故选A。 课 堂 小 结 1.破解电源的两大秘密——电动势E（总能量包）和内阻r（隐藏小阻力）！核心武器就是闭合电路欧姆定律：E = U + Ir，只要测出多组外电压U和电流I，就能反向揪出这两个“密码”。 2.实验关键两步走：一是用滑动变阻器当“阻力调节器”（像调水龙头一样），改变外电阻测多组数据，避免偶然误差；二是用图像法“精准破案”，把U-I数据描点连线，纵轴截距就是E，斜率绝对值就是r，比硬算靠谱多啦！ 板 书 设 计 第三节 测量电源的电动势和内阻 一、实验核心：揪出电源的“两大秘密” 电动势E（总能量包）、内阻r（藏在电源里的“小阻力”），靠闭合电路欧姆定律破解：E = U + Ir（U是外电压，I是电路电流） 二、实验方案：“改变外阻测数据” 器材组：电源、开关、滑动变阻器（“阻力调节器”，比如调节它就像调节水龙头控制水流）、电压表（并测U）、电流表（串测I） 操作步：① 连电路（红正黑负，压并流串，别像接错水管那样接反哦）；② 移动滑片改电阻，测多组（U,I）数据（比如从滑片最左端移到最右端，测5-6组）；③ 记录整理 三、数据处理：图像法“精准破案” 1.画图像：以I为横轴、U为纵轴，描点连线（得倾斜直线）； 2.找答案：纵轴截距=E（能量包总量），斜率绝对值=r（内阻力大小） 四、避坑指南（实验提醒） 滑动变阻器阻值要匹配，比如测干电池时别用太小的电阻，不然电流太大像“开水龙头太猛”，容易烧电源 多测几组数据，连线时让点均匀分布在直线两侧（别为了凑直线硬拉，不然就像“破案找错线索”，误差会变大） 五、记忆口诀 闭合定律来引路，改变电阻测数据；图像截距找E，斜率绝对值是r！ 作业 布置 1.绘制伏安法测量电源电动势和内阻的实验电路图，并简要说明滑动变阻器在实验中的作用。 2.若实验测得路端电压U和电流I数据如下（U: 1.5V, 1.2V, 1.0V；I: 0.2A, 0.4A, 0.6A），用图像法估算电动势E和内阻r。 3.解释实验中电压表分流可能导致的系统误差，并提出一种改进方法（如使用安阻法）。 教学反思 1. 实验误差分析环节引导不足，可通过对比不同测量方案，梳理误差来源与改进措施。 2. 学生对U-I图像数据处理本质理解模糊，需结合公式推导强化图像意义的讲解。3. 实验操作指导不够精准，部分学生器材组装耗时久，应提前演示关键步骤并预设易错点。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $