12.3 实验：电池电动势和内阻的测量 教学设计-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦“实验：电池电动势和内阻的测量”，基于闭合电路欧姆定律，通过生活中干电池、蓄电池等实物情境导入，联系新旧电池性能差异，引出电动势和内阻的测量课题，搭建认知支架。 以核心素养为导向，融合物理观念、科学思维与科学探究，通过伏安法电路自主选型、图像法数据处理及误差分析等环节，培养学生实验操作与逻辑推理能力，情境化设计激发探究兴趣，助力教师高效落实教学重难点。

《实验：电池电动势和内阻的测量》教学设计 一、基本信息 学科：高中物理 教材版本：人教版高中物理必修第三册 课时章节：第12章第3节 实验：电池电动势和内阻的测量 课时时长：1课时（45分钟） 授课对象：高二学生 二、学科素养目标 1. 物理观念 深化闭合电路欧姆定律的观念，明确电动势、内阻是电源固有属性；区分路端电压、干路电流、电源内电压的物理意义，建立电源能量分配模型；理解新旧电池电动势、内阻差异的本质物理原因。 2. 科学思维 能由闭合电路欧姆定律推导实验原理，构建伏安法测量模型；掌握公式法、图像法两种数据处理逻辑，会通过图像截距、斜率解读电源参数；能辨析两种伏安电路（电流表内接/外接）、安阻法、伏阻法的系统误差来源，建立误差分析的逻辑推理链条。 3. 科学探究 能自主完成实验器材选择、电路搭建、实验操作、数据记录完整探究流程；规范绘制图像，会舍弃异常实验点、拟合最优直线；能自主设计减小实验误差的操作方案（控制电流、快速读数、选用大内阻电池等）；拓展探究安阻法、伏阻法两种替代测量方案。 4. 科学态度与责任 实验操作严谨规范，爱护电表、滑动变阻器等电学器材，养成规范操作习惯；知道干电池大电流放电会损耗电源，树立节约、合理使用电源的意识；联系生活各类电池（干电池、蓄电池），体会电学实验在生活生产中的实用价值，保持科学探究好奇心。 三、教学重难点 1. 教学重点 伏安法测电源电动势、内阻的实验原理、电路、操作步骤；图像法处理实验数据，由图像求解、；规范完成完整实验探究流程。 2. 教学难点 两种伏安测量电路的系统误差来源、测量值与真实值的大小对比；自主通过图像斜率、截距推导电源参数；拓展安阻法、伏阻法的原理与图像解读。 四、教学准备 教师教具：多媒体课件、各类电池实物（干电池、蓄电池）、实物投影、伏安法演示电路板。 学生分组器材：两节串联干电池、0~0.6A电流表、0~3V电压表、20Ω滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔。 五、教学过程（45分钟，含详细师生互动） 环节一：新课导入——生活电池情境引入（5分钟） 教师活动：展示课件中南孚干电池、多规格碱性电池、汽车蓄电池实物图；抛出核心问题：家里新电池电量充足，旧电池无法带动用电器，新旧电池的核心区别是什么？顺势引出本节课课题：通过实验定量测量电源的两个核心参量——电动势、内阻。 学生活动：观察各类电池实物，结合日常用电经验，独立思考新旧电池的性能差异，自由发言分享观点。 师生互动设计：教师提问：谁能说说旧电池供电能力变差的核心原因？学生自由作答，部分学生认为是电压变小，部分学生提出电池内部电阻变大。教师总结补充：电压、内阻都是电源的关键参数，电源的供电能力由电动势和内阻共同决定，本节课将通过实验精准测量这两个物理量。 设计意图：从生活化场景切入，搭建认知冲突，激发学生实验探究的好奇心，自然引出本节课实验课题，贴合学生认知规律。 环节二：温故知新——闭合电路欧姆定律回顾（4分钟） 教师活动：板书闭合电路欧姆定律核心表达式，推导变形得到路端电压与电流的函数关系，明确该式子的一次函数属性，梳理图像截距、斜率对应的物理意义。 学生活动：集体默写闭合电路欧姆定律公式，回顾图像的基础性质，梳理电源电动势、内阻与图像的关联。 师生互动设计：教师集体提问：以U为纵轴、I为横轴，该公式属于什么函数？全班齐答一次函数。教师继续追问：图像纵截距、斜率绝对值分别对应电源的什么物理量？学生抢答：截距为电动势E，斜率绝对值为内阻r。 设计意图：夯实理论基础，为后续实验原理解读、图像法数据处理做好铺垫，实现新旧知识衔接。 环节三：新知讲授——实验目的、原理、器材选择（8分钟） 教师活动：逐条解读本节课学科素养目标，精讲实验核心原理，演示伏安法基础测量电路的结构；出示器材选型例题，结合两节干电池串联的实验场景，引导学生自主选择电流表、电压表、滑动变阻器。 学生活动：记录实验核心原理，独立完成器材选型练习，小组内交流选型依据与理由，梳理器材选择基本原则。 师生互动设计：教师抛出选型问题：两节干电池总电动势约3V，电压表应选0~3V还是0~15V量程？滑动变阻器选20Ω还是1700Ω规格？小组代表上台分享结论：电压表选0~3V量程，测量精度更高；电流表选0~0.6A量程，适配实验电流范围；滑动变阻器选用20Ω小阻值型号，便于调节电路参数。教师点评并总结器材选择核心标准：量程贴合测量值、器材规格适配实验场景、调节便捷。 设计意图：落实科学探究素养，让学生自主掌握电学实验器材选型逻辑，规避实验操作常见误区。 环节四：实操探究——实验操作步骤与分组实验（10分钟） 教师活动：分步演示标准电路连接方式：电源、开关、滑动变阻器、电流表串联接入电路，电压表并联在电源两端；着重强调实验初始操作规范，滑动变阻器滑片需调至阻值最大处。全程巡视各组实验，及时纠正接线错误、电表正负接反、滑片操作不当等问题。着重强调实验注意事项：实验电流不宜过大，电表读数要快速完成，读数后立即断开开关，避免电池大电流放电损耗。 学生活动：小组合作搭建实验电路，调节滑动变阻器阻值，记录5-6组对应的电流、电压数据，规范整理实验数据，填写实验记录。 师生互动设计：针对学生实操中的高频疑问一对一答疑，学生提问：电压表指针反向偏转如何解决？教师引导全班分析原因：电表正负接线柱接反，电流反向流入电表，调换接线即可修正。学生提问：滑动变阻器调至极限，电压几乎无变化？教师解答：大阻值滑动变阻器调节灵敏度低，这是选用小阻值变阻器的核心原因，强化器材选型的合理性。 设计意图：锻炼学生动手探究能力，规范电学实验操作流程，培养严谨、细致的实验习惯。 环节五：数据处理——公式法与图像法应用（7分钟） 教师活动：讲解公式法计算原理，利用两组实验数据联立方程组求解电动势和内阻；示范坐标纸描点、拟合直线的规范操作，强调舍弃偏离过大的异常数据，保证图像拟合精准度；结合课件例题，带领学生读图计算电源参数。 学生活动：先用两组实验数据通过公式法计算E、r，再在坐标纸上绘制小组专属图像，结合图像斜率、截距求解电源参数，对比两种方法的计算结果。 师生互动设计：教师选取两组学生的图像作业实物投影展示，提问学生：不同小组的图像截距、斜率存在差异，原因是什么？顺势引出后续误差分析内容。教师提问：公式法和图像法哪种结果更精准？学生作答：图像法利用多组数据拟合直线，能有效减小偶然误差，结果更准确。 设计意图：让学生熟练掌握两种数据处理方法，直观体会图像法在物理实验中的优势，突破本节课教学重点。 环节六：难点突破——误差分析与拓展测量方案（8分钟） 教师活动：分类讲解两种伏安测量电路的系统误差：电流表外接（课本基础电路）因电压表分流，导致测量值；电流表内接因电流表分压，测量值。拓展讲解安阻法、伏阻法实验原理，简要介绍、图像的解读方法。 学生活动：对照实验电路图，小组合作分析误差核心来源，记录两种电路的误差规律，初步理解安阻法、伏阻法的测量逻辑。 师生互动设计：教师提问：课本标准实验电路的误差来源于哪里？学生作答：电压表存在分流作用，电流表测量的电流并非电源真实总电流。教师进阶提问：若待测电源内阻很大，应选用哪种电路减小误差？学生思考作答：选用电流表内接电路，可忽略电压表分流的影响。 设计意图：锻炼学生逻辑推理与科学思维，让学生自主推导系统误差规律，拓展实验探究思路，突破教学难点。 环节七：课堂小结与习题巩固（2分钟） 教师活动：快速梳理本节课核心知识点：实验原理、两种数据处理方法、伏安法误差规律；出示当堂误差选择题，组织学生限时完成，统一核对答案、订正错题。 学生活动：回顾课堂知识框架，独立完成当堂习题，自查知识点漏洞，及时订正错误。 师生互动设计：教师总结提问：图像的纵截距、斜率分别代表什么物理量？全班齐答：纵截距为电源电动势，斜率绝对值为电源内阻。 设计意图：梳理知识体系，当堂检测课堂学习效果，及时巩固重难点知识。 【例1】在用电压表、电流表测两节干电池串联的电动势和内阻时 ，除备有被测电池 、开关和足够的导线外 ，还备有下列仪器可供选择： A. 电流表(0～0.6 A) B. 电流表(0～3 A) C. 电压表(0～3 V) D. 电压表(0～15 V) E. 滑动变阻器(20 Ω，2 A) F. 滑动变阻器(1700 Ω，0.3 A) 应该选用的仪器是 __________ (填器材前面的选项字母)。 答案：ACE 六、板书设计 实验：电池电动势和内阻的测量 1. 实验原理： 2. 数据处理方法 公式法：联立两组实验方程求解E、r 图像法：U-I图像，纵截距b=E，斜率k=-r 3. 伏安法误差规律 外接电路（课本电路）： 内接电路： 4. 拓展测量方法：安阻法、伏阻法 七、分层作业 基础作业：整理课堂实验数据，完善小组实验U-I图像，计算本组电池的电动势与内阻，完成课件配套两道图像计算题。 提升作业：绘制电流表内接测量电路图，完整推导该电路电动势、内阻的测量误差规律。 八、教学反思 （一）课堂亮点 第一，情境导入贴合生活，素养落地自然。本节课以学生日常使用的干电池、蓄电池为切入点，将抽象的电动势、内阻物理概念与生活用电场景结合，有效调动了学生课堂参与积极性，让学生直观感知电源参数的实用价值，顺利落实科学态度与责任核心素养。 第二，师生互动分层设计，适配全体学生。课堂设计七轮分层互动环节，包含集体问答夯实基础、小组合作探究、实操一对一答疑、成果展示辨析等多种形式，兼顾基础薄弱学生与学有余力的学生。实操环节的一对一答疑，精准纠正了学生电表接线、滑动变阻器操作的高频错误，有效降低了实验操作难度。 第三，素养导向清晰，贴合新课标要求。全程围绕物理四大核心素养设计教学活动，实验操作落实科学探究、误差推导锻炼科学思维、生活情境构建物理观念、规范操作培养科学态度，摒弃传统三维目标表述，完全贴合新课标素养育人理念。 第四，双方法对比教学，突破教学重点。通过公式法与图像法的计算结果对比，让学生自主发现图像法可通过多组数据拟合减小偶然误差，深刻理解图像法在物理实验中的应用优势，高效突破本节课核心教学重点。 （二）课堂存在问题 其一，分组实操时长不足，部分学生实验成果粗糙。10分钟的实操时间较为紧张，部分动手能力较弱的小组仅能记录4组以内实验数据，坐标纸描点、直线拟合较为仓促，部分学生不会甄别、舍弃异常数据，最终导致电源参数计算误差偏大。 其二，误差推导难度偏高，学困生理解浅层。两种伏安电路的分流、分压误差推导涉及等效电源思维，逻辑链条较长，基础薄弱学生无法自主推导误差来源，只能机械记忆测量值偏大、偏小的结论，科学思维素养落实存在明显分层。 其三，拓展内容讲解仓促，学生掌握不扎实。安阻法、伏阻法作为拓展内容，课堂讲解时间有限，仅展示了图像结论，未预留小组推导时间，多数学生仅记住图像规律，无法自主结合闭合电路欧姆定律推导对应函数表达式，知识掌握较为浅层。 （三）改进优化措施 首先，优化课时时间分配，精简课堂冗余环节。后续授课将适当延长实操时长，压缩拓展内容讲解时间；课前提前打印空白实验数据记录表，节省学生课堂记录时间；布置课前预习任务，让学生提前熟悉电路连接步骤，减少课堂接线耗时。 其次，搭建阶梯式提问，降低误差推导难度。针对学困生设计递进式逻辑问题，从“电流表测量电流是否为总电流”“电压表分流对测量结果有何影响”“图像会发生怎样偏移”等基础问题逐步深入，引导学生自主推导误差规律，避免直接灌输结论，降低思维门槛。 最后，落实分层教学，补充课后拓展探究。课堂聚焦核心伏安法实验，重点夯实基础知识点；将安阻法、伏阻法设为课后分层作业，配套简易推导提示学案，供学有余力的学生自主探究，兼顾课堂教学效率与学生能力提升。同时增设对比探究实验，分组采用内接、外接电路实验，对比测量结果，直观感知误差差异，深化知识记忆。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $