4.2 闭合电路的欧姆定律 教学设计-2026-2027学年高二上学期物理粤教版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦闭合电路的欧姆定律，以果汁、牛奶自制原电池实验切入，承接电路元器件知识，通过区分内外电路、推导电动势公式、引入内阻概念，搭建从定性观察到定量探究的学习支架，为动态电路分析奠定基础。 资料亮点在于融合科学探究与科学思维，通过自制原电池对比实验建立电动势概念，化学电源分压实验验证内外电压关系，多公式联立推导定律，结合U-I图像分析动态规律，培养学生实验能力与数理逻辑，助力教师高效落实物理观念与科学态度目标。

教学设计 课程名称 闭合电路的欧姆定律 选用教材 高中物理粤教版必修三 教学章节 第四章第二节 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 本节课承接第四章第一节常见电路元器件知识，以果汁、牛奶自制原电池生活化实验切入，先区分闭合电路内电路、外电路结构，借助原电池实验引入电动势概念，完整推导电动势定义公式(E=W/q)，说明电动势由电源自身属性决定；引入电源内阻概念，结合果汁电池灯泡不亮的讨论交流问题，让学生直观体会内阻对电路电流的制约；再利用化学电源分压实验定量验证内外电压与电动势的等量关系，联立部分电路欧姆定律分步完整推导闭合电路欧姆定律核心公式(I=E/(R+r))与路端电压变形公式(U=E−Ir)；最后通过并联灯泡负载实验，结合U−I函数图像分析路端电压随外负载电阻的变化规律，解读图像截距、斜率对应的电动势、内阻物理意义。整节课遵循 “生活原电池定性观察→电动势、内阻概念建立→分压实验定量探究→多公式联立推导定律→负载动态变化图像分析” 逻辑链条，把能量转化、部分电路欧姆定律、比值定义法融合，为后续动态电路计算、电源输出功率、电路故障分析搭建完整数理与实验双重基础。 二、学情分析 1. 知识储备 学生此前熟练掌握部分电路欧姆定律基础公式(I=U/R)、电阻定律，认识电阻、电容、电感、二极管基础元器件，能区分简单直流串联、并联电路；掌握能量转化与守恒基本思想，清楚电源可以将其他形式能量转化为电能；会使用电压表测量导体两端电压，能看懂基础实物电路图、坐标函数图像；能理解比值定义物理量的方法，但从未接触电动势、电源内阻两类全新电源参数，无法建立 “电源内部存在分压损耗” 的电路模型，不能自主结合能量、分压规律联立推导闭合电路全套公式，不理解路端电压不等于电源电动势的底层原因。 2. 能力现状 学生可独立搭建简单直流串联电路，规范完成电压表、电流表读数；能对单一电阻电路完成简单公式计算，具备基础单一物理公式分步推导能力，但多物理规律联立推导逻辑薄弱；控制变量对照实验操作规范，但无法把实验观测的电压、亮度现象和定量公式变量对应；函数图像识图能力不足，难以将一次函数图像与路端电压变形公式匹配；面对多负载并联的动态电路，无法梳理 “外电阻改变→总电流变化→内电压分压变化→路端电压升降” 完整定量推理链条。 3. 思维认知痛点 学生存在多处固有思维误区：主观认为电源两极输出电压恒定不变，完全忽略电源内阻分压损耗；混淆开路电压、路端电压、电动势三者概念，认为只要电源确定，用电器两端电压就固定；无法通过(E=W/q)理解电动势表征电源能量转化本领的物理内涵；联立推导闭合电路欧姆定律时，不会将内外电路两段分压分别代入部分电路欧姆定律；分析动态并联负载电路时，只会直观观察灯泡明暗，不会代入定量公式完成逻辑推导；无法识别U−I图像纵轴截距、直线斜率分别对应电动势、内阻两个电源核心参数。 三、教学目标 1. 物理观念 建立闭合电路完整能量与电势观念：电动势描述电源非静电力搬运电荷、转化其他形式能为电能的本领，数值等于开路两极电压；闭合电路分为内电路、外电路，电流内外形成完整回路，内外电势升降总和等于电动势；电源存在内阻，内阻分压随总电流增大升高，路端电压随之减小；并联负载越多，外总电阻越小、总电流越大、灯泡亮度越低；U=E−Ir对应向下倾斜直线，纵截距为电动势，斜率绝对值等于电源内阻。 2. 科学思维 依托自制原电池实验图建立对比实验归纳概念思维；借助电源非静电力模型图建立能量转化做功建模思维；利用外电路电势降落示意图建立电势升降守恒数理推导思维；结合并联负载实验与 U-I 图像建立动态电路图像解读思维，四类思维同步开展训练。 3. 科学探究 分组搭建果汁、牛奶、食用油原电池，电压表测开路电压，对比数据引入电动势；结合内外电路电势升降守恒，理论推导闭合电路欧姆定律；多灯泡并联负载实验，逐步增加并联灯泡，观察亮度变化，归纳动态变化规律；根据U=E−Ir绘制、解读电源 U-I 图像，由图像截距、斜率求解电源参数；完整经历 “对比实验引入电动势→能量转化与电势守恒推导定律→负载动态实验分析→U-I 图像定量解读” 完整探究流程。 4. 科学态度与责任 水果原电池简易实验取材生活，直观体现化学能转化电能，感受物理贴近日常生活；电源、闭合电路规律是锂电池、光伏储能、高压输电网、家用供电系统核心理论，支撑新能源电力、民用电气产业发展；分组实验如实记录电解液开路电压、灯泡明暗现象，培养客观严谨、定量对比的实验素养；电池电动势、内阻参数优化是新能源汽车、储能设备研发关键，引导学生认识基础电路规律助力绿色能源科技发展。 四、教学重难点 1. 闭合电路内电路、外电路分层结构，电动势定义公式(E=W/q)、电源内阻概念； 2. 分压关系式 、闭合电路欧姆定律核心公式(I=E/(R+r))、路端电压变形公式(U=E−Ir)完整分步推导； 3. 并联负载增减时路端电压、总电流动态变化规律； 4. U−I图像纵轴截距、直线斜率对应的电动势、内阻物理含义。 难点 1. 结合能量转化理解电动势定义式(E=W/q)的物理内涵，区分电动势与路端电压； 2. 联立内外两段分压、部分电路欧姆定律完整推导出闭合电路欧姆定律的数理逻辑； 3. 代入全套公式定量分析多灯泡并联负载增减的动态电路连锁变化； 4. 将一次函数(U=E−Ir)与U−I实验图像对应，解读图像参数物理意义。 五、教学方法  生活化原电池定性实验法：果汁、牛奶自制电源对比开路电压，直观建立电动势概念；  定量分压实验探究法：化学电源分压装置采集内外电压数据，验证电动势分压关系；  多公式联立分步推导法：依托分压等式、部分电路欧姆定律完整推导闭合电路全套公式；  并联负载动态对照实验法：增减并联灯泡数量，观测亮度变化，采集电流电压数据；  函数图像建模教学法：结合路端电压变形公式绘制U−I图像，解读图像截距、斜率；  问题链分层讨论法：依托教材讨论与交流板块问题，层层递进突破内阻、动态电路难点；  对比辨析教学法：对比果汁、牛奶电池内阻差异，区分电动势、路端电压、内外分压。 六、教学资源 不同电解液自制原电池实物图、化学电源内外分压实验电路图、多灯泡并联负载实验原理图、路端电压U−I关系图像；实验器材：铜锌极板、烧杯、果汁、牛奶、稀硫酸、电压表、滑动变阻器、多组相同规格小灯泡、直流电流表、开关、导线；习题素材：电动势定义公式推导填空、分压关系式计算、并联负载动态电路分析简答、U−I图像参数读取计算题。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 生活化自制原电池实验导入，区分内外电路，推导电动势定义公式（12 分钟） · 生活情境导入：大家日常使用的手机电池、干电池都属于化学电源，不同电池供电能力存在明显区别，我们可以利用果汁、牛奶在家自制简易原电池，直观观察不同电源的基础参数差异，今天我们就系统学习描述电源的物理量电动势、内阻，以及完整闭合电路的定量规律。 · 展示不同电解液自制原电池实物图 · 加粗，讲解实验操作规范：铜片、锌片作为两极板，分别装入果汁、牛奶、食用油三种电解液，电压表并联两极测量开路电压，保持极板间距完全一致。组织学生分组完成简易原电池搭建与电压测量，记录三组电解液对应的开路电压数值。 · 汇总各组实验数据，引导学生对比得出结论：电解液不同，自制原电池两极开路电压数值不同，说明电源本身存在固定固有属性，物理学用电动势E描述电源将其他形式能量转化为电能的本领。 · 分步完整推导电动势定义公式：电源内部非静电力搬运正电荷q从负极移动至正极，全过程非静电力做功为W；搬运单位正电荷的做功数值，用来表征电源储能转化本领，由此定义电动势，完整推导得到定义式： · (E=W/q) · 分层解读公式物理含义：W是非静电力做的功，单位焦耳；q是搬运电荷的电荷量，单位库仑；电动势E单位伏特，数值等于电源不接入用电器开路时两极间电压，电动势大小仅由极板材料、电解液等电源自身性质决定，与外接用电器、电路中电流大小无关。 · 补充闭合电路分层概念：完整导线连接电源、用电器构成闭合回路，电源外部导线、用电器组成外电路，总电阻记作R，外电路分压称为路端电压U外；电源内部电解液、极板导体组成内电路，自带电阻称为内阻r，内阻产生内分压U内；电流在外电路由正极流向负极，在内电路由负极流向正极，形成完整循环回路。 · 抛出教材讨论问题：果汁电池电动势数值更大，但接入小灯泡后灯泡不发光，牛奶电池电动势略小却能点亮同一灯泡，请结合电动势公式猜想背后的影响因素。 1. 分组动手搭建果汁、牛奶、食用油自制原电池，规范连接电压表正负接线，精准读取每组电解液对应的开路电压，完整记录三组电压数据，对比发现不同电解液电源开路电压存在明显差距。 2. 跟随教师分步完成电动势定义公式(E=W/q)完整推导，认真记录公式中每个物理量代表的含义，牢记电动势仅由电源自身结构材料决定，和外接电路无关联；区分闭合电路内电路、外电路两层结构，标记符号 3. 双人同桌围绕果汁电池无法点亮灯泡的问题展开猜想讨论，结合电源内部存在导体的知识点，猜测电源内部自带电阻会损耗电压，预留分压实验验证猜想。 环节二 化学电源分压定量实验，推导分压关系式与闭合电路欧姆定律（18 分钟） · 过渡衔接：果汁电池无法点亮灯泡的猜想指向电源内阻分压损耗，我们通过精准分压定量实验，定量测量外电路、内电路分压数值，寻找电动势、内外电压的等量关系，联立部分电路欧姆定律推导闭合电路核心定量公式。 · 展示化学电源内外分压实验电路图 · 加粗，完整讲解实验操作步骤：稀硫酸烧杯搭配铜锌极板构成化学电源，U 型棉线连通两杯电解液，改变棉线粗细即可改变电源内阻大小；电压表 V1 并联电源两极测量路端电压U外，电压表 V2 插入电解液极板旁测量内分压U内；滑动变阻器改变外电路总电阻，多次闭合开关记录多组内外电压数据。 · 组织学生分组完成分压对照实验，更换三次粗细不同棉线改变内阻，每组内阻下记录三组滑动变阻器阻值对应的U外、U内数值；汇总全部实验数据，引导学生计算每组内外电压相加数值，发现总和始终近似等于电源开路电动势，由此得到电压分压基础关系式： · 分步联立部分电路欧姆定律完成闭合电路欧姆定律全套推导： · 第一步，外电路纯电阻满足 · 电路内阻同样满足 · 第二步，将两段分压代入分压关系式 代入得到E=IR+Ir； · 第三步，等式右侧提取公因子电流I，整理得到E=I(R+r)； · 第四步，等式变形，单独解出回路总电流，得到闭合电路欧姆定律核心公式： · (I=E/(R+r)) · 第五步，对分压等式移项整理，推导路端电压变形公式，专门用于动态电路分析： · · 分层解读两条核心公式物理意义：闭合回路总电流由电动势、外总电阻、内阻三者共同决定；路端电压等于电动势减去内阻分压损耗，只要回路存在电流，路端电压数值一定小于电动势数值，完美解释果汁电池电动势大却无法点亮灯泡的现象 —— 果汁电解液内阻极大，回路总电流极小，灯泡实际分压不足无法发光。  分组规范搭建化学电源分压实验电路，更换不同粗细棉线改变电源内阻，多次调节滑动变阻器阻值，精准记录每组对应的路端电压、内分压数值；自主计算每组内外电压之和，验证 分压关系式成立。  跟随教师分步完成全套联立推导，依次记录分压关系式、闭合电路欧姆定律核心式、路端电压变形公式完整演算步骤，结合公式解释果汁电池内阻大、电流过小无法点亮灯泡的实验现象。 环节三 多灯泡并联负载动态实验，结合 U-I 图像分析路端电压变化规律（15 分钟） · 过渡衔接：生活中家中同时开启多台电器灯泡变暗，本质是外电路并联负载增多、等效外电阻减小，我们通过多灯泡并联对照实验，结合路端电压变形公式 · · 分析负载变化对亮度、电压、电流的影响。 · 展示多灯泡并联负载实验原理图 · 加粗，讲解实验操作：规格完全相同的小灯泡并联，依次闭合 S1、S2、S3 增加并联灯泡数量，每多接入一只灯泡，外电路等效总电阻持续减小；每闭合一个开关，记录回路总电流、路端电压两组数据，同步观察灯泡明暗变化。 · 组织学生分组完成并联负载动态实验，依次增加并联灯泡数量，完整记录每组负载对应的电流、电压数值，直观观察灯泡亮度逐步变暗；汇总全部实验数据，结合闭合电路全套公式梳理完整动态变化逻辑：并联灯泡增多→外总电阻R减小→代入(I=E/(R+r))总电流I增大→内阻分压Ir增大→代入 路端电压减小→灯泡实际分压降低，亮度变暗。 · 展示路端电压 U-I 关系图像 结合路端电压变形公式 讲解图像对应一次函数关系，整理为标准一次函数形式 ；明确图像纵轴截距对应电源电动势E，直线倾斜斜率的绝对值等于电源内阻r，可以通过读取图像坐标反向计算电源两个核心参数数值。 · 组织学生开展教材讨论与交流思考：第一，如何依靠 U-I 图像读出电源电动势、内阻；第二，理想无内阻电源（r=0），路端电压与电动势存在怎样的等量关系。汇总学生回答订正：纵轴截距等于电动势，取图像两点计算斜率绝对值等于内阻；内阻为零时，内阻分压Ir=0，路端电压始终等于电动势，不会随负载变化波动。  分组搭建多灯泡并联负载实验电路，依次闭合开关增加并联灯泡，细致观察灯泡亮度逐步变暗的直观现象，同步记录每组负载对应的回路电流、路端电压数值；结合三条定量公式自主梳理外电阻减小带来的连锁物理量变化逻辑链条。  观看 U-I 关系图像，结合一次函数式 理解图像截距、斜率对应的电动势、内阻参数，自主选取图像上两组坐标点，演算计算电源电动势、内阻数值；双人小组交流回答图像读取电源参数、理想无内阻电源两道讨论问题，规范表述推导依据。  结合家中多电器并联灯泡变暗的生活实例，运用闭合电路全套公式完整解释电压下降、灯泡变暗的底层定量原因，巩固动态电路分析思路。 环节四 课堂复盘、误区订正、分层作业与实验器材整理（5 分钟）  完整复盘本节课四层核心主线：第一层自制原电池定性实验，电动势定义公式(E=W/q)、电源内阻概念；第二层化学电源分压定量实验，分压关系式 闭合电路欧姆定律核心公式(I=E/(R+r))、路端电压变形公式 全套联立推导；第三层多灯泡并联负载动态对照实验，负载增减对路端电压、总电流的变化规律；第四层 U-I 一次函数图像解读，截距、斜率对应电源参数，全程不再完整重复分步演算推导过程，只用文字梳理整套电源与闭合电路定量知识框架。  逐条梳理本节课典型认知误区并集体订正：认为电源路端电压恒等于电动势；混淆电动势定义式、闭合电路欧姆定律适用场景；忽略果汁电池内阻极大，无法用电动势大小直接判断灯泡亮度；动态分析负载变化颠倒电阻、电流、电压变化逻辑；无法识别 U-I 图像截距、斜率对应的电动势、内阻参数；认为断开开关后电路仍存在内阻分压损耗。  布置分层课后作业： 基础作业：完整分步默写本节课全部四条核心定量公式 提升作业：手绘多灯泡并联负载实验原理图，绘制 U-I 关系图像并标注纵轴截距E、直线斜率−r，完成一道三只灯泡并联、逐一切除灯泡的动态电路分析题，全程结合四条公式推导说明各物理量变化； 拓展实践：在家利用柠檬、铜片、锌片自制简易原电池，用手机电压表 APP 测量开路电压，结合电动势公式说明柠檬电源转化电能的本领，尝试串联小灯泡观察亮度。  指导小组有序收纳烧杯、铜锌极板、稀硫酸、小灯泡、电压表、滑动变阻器、导线等全部实验器材，稀硫酸试剂密封存放，金属极板冲洗擦干分类收纳，电压表轻拿轻放避免接线柱磕碰损坏。  简短整体小结：本节课从自制果汁原电池生活化实验入手，建立电动势、内阻两大电源核心参数，通过化学电源分压实验完整联立推导出闭合电路全套定量公式，依托并联灯泡负载实验分析动态电路电压电流变化，结合 U-I 函数图像定量读取电源电动势、内阻，完整搭建包含电源内部分压损耗的全回路定量电学体系，为后续动态电路、电源功率计算、电路故障分析打下实验与数理双重基础。 · 跟随教师复盘本节课全部电源、闭合电路知识点，标记电动势公式物理含义、动态电路变化逻辑、U-I 图像参数解读等模糊薄弱知识点；独立动笔完整完成两道分层计算题，规范书写每一步公式代入、数值演算判断步骤。 · 认真倾听同学作答、教师订正点拨，纠正电动势与路端电压概念混淆、动态电路分析逻辑颠倒、图像参数识别错误、内阻分压忽略等答题易错点，规范物理专业术语书写，牢牢记住 “电动势由电源自身决定，闭合回路存在电流时路端电压一定小于电动势，并联负载增多外电阻减小、路端电压降低” 三大核心结论；在课本空白页面记录本节课全部典型认知误区，配套写出对应正确定量公式与规律，规避识图、情景计算、动态电路分析类题目失误。 · 根据自身课堂学习基础分层规划课后作业完成顺序，基础层优先完整默写四条核心定量公式；提升层手绘并联负载实验电路图、U-I 图像标注参数并完成动态分析大题；拓展层在家自制柠檬原电池，结合电动势定义公式解释自制电源供电能力。 · 小组分工收纳全套化学电源、并联负载电学实验器材，妥善存放腐蚀性稀硫酸试剂，金属极板冲洗擦干，精密电压表单独收纳，养成化学、电学混合实验器材规范收纳、安全防护的实验习惯。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托自制电解液原电池实验图、电源非静电力模型示意图、外电路电势降落示意图、并联负载实验与 U-I 图像四组素材，沿着生活简易实验、能量转化模型、定量电路理论、新能源应用完整脉络落实育人目标。果汁、牛奶自制原电池取材日常生活用品，简单直观展示化学能向电能转化，拉近物理理论与生活的距离，激发学生观察生活物理现象的兴趣；闭合电路、电动势、内阻整套理论是光伏电站、储能锂电池、家用供电、新能源汽车动力系统设计的核心基础，基础电路定量规律支撑我国新能源电力产业高速发展；分组对比实验要求如实记录不同电解液开路电压、灯泡明暗原始实验现象，不篡改、不筛选数据，培养求真务实、定量对比的严谨实验科学素养；从干电池、蓄电池到大功率储能电源，电源电动势、内阻参数持续优化，体现物理理论持续推动绿色能源技术迭代创新，引导学生树立绿色能源科技发展理念。 十、教学反思和修改 1. 教学反思 本节课依托四张教材配套配图，完整完成自制原电池定性实验、电动势定义公式推导、电源内阻概念讲解、化学电源分压定量实验、闭合电路全套公式联立推导、多灯泡并联负载动态实验、U−I函数图像解读全部教学环节，学生能够完整默写四条核心定量公式，区分电动势、路端电压、内分压基础概念；课堂仍存在多处明显短板：大部分学生只能背诵四条公式文字结论，无法独立依托非静电力做功、电压分压等量关系完成完整分步推导，不清楚每一步联立替换的数理逻辑；分析多灯泡并联动态电路时，不会严格按照 “外电阻变化→总电流→内阻分压→路端电压” 四步公式代入流程推理，容易颠倒电流、电压变化趋势；无法快速对应U−I一次函数图像截距、斜率分别代表电动势、内阻，读取图像参数时计算斜率容易忽略绝对值；果汁电池内阻大无法点亮灯泡的实验现象，学生难以结合(I=E/(R+r))公式定量解释电流过小的底层原因；小组更换电解液、调整棉线粗细、增减并联灯泡的实验操作耗时较长，留给学生手绘U−I图像、完成动态电路计算题的课堂时间不足；学生固有直观思维根深蒂固，始终认为电源两极输出电压固定等于电动势，无法理解内阻持续分压造成路端电压随负载波动的定量公式逻辑。 2. 修改措施 课前印发预习单，提前回顾部分电路欧姆定律U=IR变形、比值定义物理量方法，预留四条闭合电路相关公式空白推导框架，标注电动势、分压、闭合电路电流、路端电压四条公式核心提示，压缩课堂基础概念铺垫、公式初步推导时长；课堂分步动画演示电源内部非静电力搬运电荷、内外电路分压电能损耗全过程，同步对应电动势、分压关系式推导步骤，直观展示内阻分压损耗的电压来源；新增两组并联负载动态随堂计算题，强制学生按照四步公式代入流程完整书写推理过程；分步拆解 一次函数图像，对比路端电压变形公式标注纵轴截距、直线斜率，配套坐标点计算例题训练图像参数读取；压缩小组更换电解液、调整棉线粗细、增减并联灯泡的实验操作与讨论时长，提前设计 “实验现象 + 公式推导解释” 双栏记录表格，预留充足课堂时间让学生独立完成负载动态电路分析简答、U−I图像手绘并标注电动势、内阻参数；课后配套分层巩固习题，分为基础四条公式完整推导默写、简单定量分压计算、并联负载动态公式分析、U−I图像参数读取四类题型专项训练；下一节课课前五分钟复习电动势定义式、闭合电路全套四条推导公式、并联负载动态分析四步流程、U−I图像参数含义，巩固电源参数与闭合回路定量电学整套知识与数理推导逻辑。 学科网（北京）股份有限公司 $