2.7 实验：测量电池的电动势和内阻 教学设计 -2026-2027学年高二上学期物理教科版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦伏安法测量电池电动势和内阻实验，通过伏安法标准电路图导入，承接闭合电路欧姆定律理论，以“电路搭建→数据采集→图像处理→实物连线”为学习支架，构建完整定量探究链条。 特色在于整合四大模块，采用流程分步讲授与数形定量解读法，培养科学思维（如U-I图像斜率截距分析）和科学探究（如低压起点坐标差值计算内阻），强化物理观念，助力学生提升实验综合能力，为教师提供清晰教学流程与丰富实操资源。

教学设计 课程名称 实验：测量电池的电动势和内阻 选用教材 高中物理教科版必修三 教学章节 第二章第七节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课是闭合电路欧姆定律配套定量验证实验，整合电路搭建、多组数据采集、图像法处理数据、实物连线四大模块，承接闭合电路电动势、内阻理论知识，整体分为四大逻辑板块：第一板块依托伏安法测电源标准实验电路图，说明实验电路结构，讲解数字电压表高内阻近似测电动势、开关操作、滑动变阻器调节的完整实操流程；第二板块借助标准 U-I 坐标图像图，解读图像纵轴截距等于电源电动势、图线斜率绝对值等于电源内阻的核心规律，说明偏离直线的误差点要舍弃；第三板块利用低压起点 U-I 坐标图，针对内阻较小的电源，解释坐标轴不从零起步的绘图处理方法，推导内阻计算方式；第四板块依靠实验实物器材习题图，训练根据原理图完成实物连线，巩固整套实验电路搭建逻辑。完整搭建 “伏安法标准电路图搭建完整实验电路→标准 U-I 图像坐标图解读电动势内阻图像含义→低压起点坐标图处理小内阻电源绘图→实物器材习题图练习实物电路连线” 的闭合电路定量探究实验链条，强化闭合电路理论与实操图像结合的综合能力。 二、学情分析 1. 知识基础 学生已经掌握闭合电路欧姆定律、电动势与内阻物理意义、坐标图像处理实验数据；但不清楚测电源 U-I 图像为向下倾斜直线，容易和定值电阻上升直线混淆；不理解数字电压表高内阻带来的近似断路测量原理；遇到内阻较小的电源，不会处理非从零起步的坐标图像；实物连线时常混淆电表正负接线柱、滑动变阻器接线规则。 2. 能力基础 学生具备简单元件识图能力，但电源伏安电路完整搭建、多组均匀数据采集的连贯实操能力薄弱；区分电源与定值电阻两类 U-I 图像、结合截距斜率定量计算的数形结合能力不足；低压起点坐标分段计算内阻的数据处理能力欠缺；原理图转化实物连线的电路转换实操能力较差。 3. 思维基础 学生存在多处顽固认知误区：电源 U-I 图像是过原点上升直线；电压表直接接电源两极会有明显分压误差；所有实验坐标横轴纵轴都必须从零开始；实物连线时电表正负接线柱可随意调换；滑动变阻器滑片初始位置无需保护电路。 三、教学目标 1. 物理观念 建立电源电动势内阻定量测量完整实验观念：数字电压表内阻极大，直接接电源两极时电路电流极小，示数近似等于电源电动势；闭合电路 U-I 图像为向下倾斜直线，纵轴截距代表电动势，图线斜率绝对值等于电源内阻；电源内阻较小时可抬高电压坐标轴起点绘图，仍能通过坐标差值计算内阻；滑动变阻器滑片闭合开关前移至接入电阻最大位置，保护电表。 2. 科学思维 依托伏安法测电源标准实验电路图建立整套实验分步流程建模思维；借助标准 U-I 坐标图像图建立图像截距、斜率对应物理量的数形定量思维；利用低压起点 U-I 坐标图建立非标准坐标差值化简计算思维；依靠实验实物器材习题图建立原理图转实物的电路等效转换思维，完整实现实验流程建模、图像定量解读、非标准坐标化简、实物电路转换链条思维训练。 3. 科学探究 观察伏安法测电源标准实验电路图，完整说出电路搭建、数据采集、开关操作完整流程；看懂标准 U-I 坐标图像图，通过纵截距、图线斜率求出电动势与内阻；分析低压起点 U-I 坐标图，利用坐标差值完成小内阻电源计算；解读实验实物器材习题图，根据原理图完成实物导线连接；完整经历 “伏安法标准电路图搭建完整实验电路→标准 U-I 图像坐标图解读电动势内阻图像含义→低压起点坐标图处理小内阻电源绘图→实物器材习题图练习实物电路连线” 标准化闭合电路定量探究流程。 4. 科学态度与责任 整套实验包含电路搭建、多组数据采集、坐标绘图、实物连线多步骤操作，培养规范有序、细致严谨的定量实验习惯；舍弃偏离直线的误差点、合理调整坐标起点，体现优化数据处理减小偶然误差的科学方法；实物连线严格遵守电表正负、变阻器接线规范，树立爱护精密电表、遵守实验室操作准则的责任意识。 四、教学重难点 重点 伏安法测电源整套实验电路搭建与完整操作流程 标准 U-I 图像纵截距、斜率对应的电动势、内阻物理含义 根据原理图完成实物器材规范连线 难点 低压起点非零坐标图像的内阻差值计算 区分电源向下倾斜 U-I 图像与定值电阻上升 U-I 图像 实物连线时电表正负、滑动变阻器接线规范不出错 五、教学方法 流程分步讲授法：伏安法测电源标准实验电路图，分层讲解搭建、调节、读数完整流程； 数形定量解读法：标准 U-I 坐标图像图，结合截距、斜率定量对应电动势内阻； 差值化简讨论法：低压起点 U-I 坐标图，小组讨论坐标差值计算内阻； 实物等效转换实操法：实验实物器材习题图，原理图转实物分组连线练习。 六、教学资源 教科版必修第三册物理课本；伏安法测电源标准实验电路图、标准 U-I 坐标图像图、低压起点 U-I 坐标图、实验实物器材习题图；分组实验器材：干电池、滑动变阻器、电流表、数字电压表、开关、导线；坐标方格纸、实验数据记录单；图像计算、实物连线练习题；多媒体课件、实验操作台、小组绘图草稿纸。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 伏安法测电源标准实验电路图分步讲解，掌握全套实验完整流程（8 分钟） · 展示伏安法测电源标准实验电路图 · 分层讲解搭建、操作、读数全流程： · 第一层：电路结构，滑动变阻器串联在外电路，电压表并联电源两端，电流表测干路电流；数字电压表内阻上万欧，直接接电源两极电流极小，示数近似等于断路电动势； · 第二层：操作规范，开关断开后连接全部导线，滑动变阻器滑片移至接入电阻最大位置；闭合开关后缓慢移动滑片，均匀采集多组电压、电流数据，每组数据间隔变化量相近；实验结束先断开开关再拆除导线。 · 抛出导入思辨问题：如果选用普通小内阻电压表直接接电源两极，测量得到的电压会比真实电动势偏大还是偏小？ · 组织同桌两人交流两分钟，口述整套实验操作先后顺序、滑片初始放置要求。 观看伏安法测电源标准实验电路图，熟悉整套实验电路结构；记住数字电压表近似测电动势、滑片初始保护位置两大核心规范，带着坐标图像相关问题进入新课。 环节二 标准 U-I 坐标图像图数形结合，解读截距斜率物理意义（10 分钟） · 展示标准 U-I 坐标图像图 · 分层解读图像与物理量对应关系： · 第一步：横轴代表干路电流，纵轴代表路端电压，多组数据描点后拟合一条向下倾斜直线； · 第二步：直线与纵轴交点，电流等于零，断路状态，纵坐标数值等于电源电动势；直线与横轴交点，路端电压等于零，短路状态，用电动势与短路电流比值得到内阻； · 第三步：图线倾斜程度由内阻决定，斜率绝对值等于电源内阻，明显偏离直线的误差数据点直接舍弃。 · 布置四人小组任务：给出一组模拟图像坐标，小组分工算出电动势与内阻，限时三分钟。 观看标准 U-I 坐标图像图，分清电源图像向下倾斜、定值电阻向上倾斜的外观差异；能通过截距、斜率定量求出电源电动势与内阻。 环节三 低压起点 U-I 坐标图差值化简，处理小内阻电源绘图计算（12 分钟） 展示低压起点 U-I 坐标图 分层讲解非零起点绘图、内阻计算方法： 第一层：电源内阻很小时，图线倾斜平缓，横轴交点延伸过长，将电压坐标轴抬高，不从零刻度起步绘图； 第二层：计算时不取单格刻度，用图像纵轴截距与图线末端纵坐标的差值、对应电流差值做比值，得到电源内阻；纵轴截距依旧等于电动势，不受坐标轴起点调整影响； 向全班抛出辨析思考题：抬高电压坐标轴起点，是否会改变图像纵截距对应的电动势数值？ 观看低压起点 U-I 坐标图，掌握非标准坐标差值计算内阻的方法；理解调整坐标轴仅为绘图方便，电动势读数不受影响。 环节四 实验实物器材习题图等效转换，完成原理图转实物连线（13 分钟） · 展示实验实物器材习题图 · 分层讲解实物连线规范： · 第一步：对照标准电路图识别实物元件，分清电源、滑动变阻器、电流表、电压表、开关对应位置； · 第二步：电表正接线柱靠近电源正极一侧，负接线柱靠近负极；滑动变阻器一上一下接线，滑片初始移至接入电阻最大端； · 第三步：按电流流向依次连接导线，最后核对电表量程、正负接线是否正确。 · 观看实验实物器材习题图，掌握原理图转化实物连线的操作逻辑；能独立使用笔画线完成整套实物电路连接，规避电表正负、变阻器接线常见错误。 环节五 综合习题训练，课堂总结梳理全部核心内容（3 分钟） 出示实验流程辨析、标准图像计算、低压坐标差值计算、实物连线规范四类综合思考题，带领学生复盘伏安法标准电路图搭建完整实验电路、标准 U-I 图像坐标图解读电动势内阻、低压起点坐标图化简计算、实物器材习题图练习实物连线四大核心内容；整合四张配图梳理本节课全部知识点，梳理伏安法测电源标准实验电路图、标准 U-I 坐标图像图、低压起点 U-I 坐标图、实验实物器材习题图四大板块考点；纠正 “电源 U-I 图像上升”“电压表直接测电动势无误差”“坐标必须从零起步” 三类典型认知误区。 独立完成四道辨析计算题，严谨说出整套实验操作流程、图像截距斜率含义、非标准坐标计算方法、实物连线规范；整合四张配图全部知识点，记录课后分组完整实操绘图连线任务。 环节六 课堂收尾（2 分钟） 回扣开篇伏安法测电源标准实验电路图总结：本节课我们掌握测电源电动势内阻全套实验流程，解读 U-I 图像截距与斜率，学会非零起点坐标计算、原理图转实物连线，完整完成电源定量测量实验，下一章学习电能、电功与电功率。 完整回顾实验操作规范、U-I 图像物理含义、低压坐标计算、实物连线全部知识点，理清 “伏安法标准电路图搭建完整实验电路→标准 U-I 图像坐标图解读电动势内阻图像含义→低压起点坐标图处理小内阻电源绘图→实物器材习题图练习实物电路连线” 完整定量探究学习思路。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托伏安法测电源标准实验电路图、标准 U-I 坐标图像图、低压起点 U-I 坐标图、实验实物器材习题图四组教材素材，沿着伏安整套电路分层梳理完整实操流程、标准坐标图像数形结合定量解读电动势内阻、小内阻电源抬高坐标轴差值化简计算、原理图等效转换实物器材规范连线的脉络开展教学，培养学生多步骤定量实验流程分步拆解、图像截距斜率数形结合定量计算、非标准坐标差值化简数据处理、原理图实物等效转换的综合实验探究品格；干电池、蓄电池、各类直流电源广泛用于电子设备、新能源储能设备，电动势与内阻是电源核心性能参数，该测量实验是电源性能检测基础手段，体现基础电学定量实验支撑新能源、电子制造产业；实验要求均匀采集多组数据、舍弃误差点、灵活调整坐标轴绘图，引导学生灵活优化数据处理方案，减小偶然误差；实物连线严格遵守电表正负、变阻器接线规范，培养爱护精密电表、细致规范的实验室操作习惯；分组协作完成电路搭建、绘图、实物连线全套任务，锻炼分工配合、互相校验接线与数据的团队协作能力。 十、教学反思和修改 教学反思：本节课依托四张电路、坐标、实物配图开展分组定量实验课，图像计算内容学生参与度较高，但存在三处典型顽固认知误区：一是混淆电源向下倾斜 U-I 图像与定值电阻上升图像；二是忽略电压表内阻带来的测量偏差，认为任意电压表都能近似测电动势；三是实物连线时常接反电表正负接线柱，滑动变阻器接线错误；同时部分小组不会使用坐标差值计算低压起点图像内阻。 修改措施：课前印制实验操作、图像特征填空预习单，标注 “电源 U-I 图像向下倾斜、电表正负不可接反” 核心要点；课堂增加图像外形辨析、电压表误差判断、实物接线正误三类抢答练习；延长四人小组完整实操绘图、实物连线时长，教师巡回校验接线、图像计算；课后配套图像计算、实物连线绘图两类巩固任务，严格规范电源图像解读、实物电路连线双重训练。 学科网（北京）股份有限公司 $