12.3 实验：电池电动势和内阻的测量（一）教学设计-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

《12.3 实验：电池电动势和内阻的测量（一）》教学设计

——人教版（2019）普通高中教科书《物理》必修第三册 第十二章 电能 能量守恒定律

课时：第 3 节 第 1 课时（40 分钟）　课型：实验探究课

一、教材分析

本节内容选自人教版（2019 年版）普通高中教科书《物理》必修第三册第十二章第 3 节。本实验是根据闭合电路欧姆定律测量电源的电动势和内阻，是闭合电路欧姆定律的重要应用。通过本实验，学生既可以深化对电动势和闭合电路欧姆定律的理解，又可以进一步熟悉用图像处理数据的方法，提高实验操作技能，从而培养科学探究能力和科学态度。

教科书提供了三种实验思路（伏安法、安阻法、伏阻法），就其中一种方法进行详细分析，从减小偶然误差的角度出发，给出解方程和图像法两种数据处理方法，最后给出测量干电池和水果电池的电动势和内阻两个参考案例。本课时为第 1 课时，重点完成实验思路的设计、伏安法实验操作、数据处理（图像法）和误差分析的初步讨论。

二、学情分析

学生已学习闭合电路欧姆定律及其应用，会分析 U－I 图像中截距、斜率的物理意义，具备了设计实验方案和进行数据处理的知识基础。但学生首次独立设计测定电源参数的实验，对“多次测量、图像法减小误差”的认识不足；实验操作中的电路连接、刻度划分、描点画线等技能尚不熟练；对电压表、电流表内阻带来的系统误差缺乏认识。教学中宜引导学生经历完整的实验设计、操作、数据处理和误差分析过程，突出图像法处理数据这一重点。

三、教学目标（核心素养目标）

（1）物理观念：理解测定电源电动势和内阻的实验原理，知道电动势和内阻是描述电源特性的重要参数，深化对闭合电路欧姆定律的理解。

（2）科学思维：经历实验设计过程，能从闭合电路欧姆定律出发设计多种测定 E 和 r 的方案；学会用 U－I 图像处理数据，理解图像纵截距、斜率绝对值、横截距的物理意义；能分析电压表、电流表内阻引起的系统误差。

（3）科学探究：在理解实验原理的基础上，完成测电源电动势和内阻的规范实验操作，经历多次测量、记录数据、图像拟合、得出结果并分析误差的完整探究过程，进一步体会用图像处理数据的方法。

（4）科学态度与责任：通过小组合作实验，养成严谨认真、实事求是的科学态度；通过水果电池等案例，体会物理知识在生活中的应用，增强动手实践的兴趣。

四、教学重难点

教学重点：实验原理与方案设计；用 U－I 图像测定电池的电动势和内阻。

教学难点：理解 U－I 图像中纵截距、斜率绝对值、横截距的物理意义；分析电压表、电流表内阻引起的系统误差。

五、教学方法与教学准备

教学方法：问题引导法、实验探究法、小组合作法、图像分析法相结合。

教学准备：多媒体课件；干电池（旧电池）、电压表、电流表、滑动变阻器、电阻箱、开关、导线若干、坐标纸等。

六、教学过程（40 分钟）

（一）情境导入，提出问题（约 3 分钟）

教师指出：电动势和内阻都是电源的重要参数。根据闭合电路欧姆定律，有多种方法可

以测定电池的电动势和内阻。

提出问题：“电动势和内阻不便直接测量，能否通过间接测量的方法测定它们？请你思考并提出一两种实验设计方案。”

由此激发学生思考，引出本课实验课题。

（二）实验设计（约 8 分钟）

1.方案设计。

教师引导学生根据闭合电路欧姆定律 E＝U＋Ir 设计实验方案。若用电压表和电流表测出路端电压 U 和电流 I 的两组数据，就可以列出两个关于 E、r 的方程，从而解出 E 和 r，这就是伏安法（电压表、电流表、滑动变阻器、电池、开关）。

2.拓展方案。

教师引导学生将闭合电路欧姆定律变形，设计其他方案：由 E＝IR＋Ir，用电流表和电阻箱测出 I、R 的两组数据解出 E、r，即安阻法；由 E＝U＋(U/R)r，用电压表和电阻箱测出 U、R 的两组数据解出 E、r，即伏阻法。

3.方法归纳。

闭合电路中有五个重要的物理量：电动势 E、内阻 r、路端电压 U、电流 I 和外电阻 R。要求 E、r 两个未知量，需要在 U、I、R 中任选两个物理量，测出两组数据，联立方程组求解即可。本课时以伏安法（方法 1）为主进行实验。

（三）实验操作与数据测量（约 10 分钟）

1.连接电路。

教师讲解并示范电路连接：按图 12.3-1 连接电路，把滑动变阻器的阻值调到某一较大的数值，电压表并在电源两端测量路端电压 U，电流表串联在干路中测量电流 I。开关连接前应断开，注意电表正负接线柱和量程的选择。

2.多次测量。

教师指出：只测量两组数据，通过联立方程解得 E 和 r，看起来比较简单，误差却可能较大。只有多次测量，并对数据进行处理，才能减小误差。使用滑动变阻器改变外电路的电阻，不断减小电阻，分别读出多组电压 U 和电流 I 的数据，并记录在预先设计好的表格中。其他方案（安阻法、伏阻法）也应该进行多次测量。

3.实验操作。

学生分组实验（或教师演示与学生操作相结合），获取多组 U、I 数据。教师巡视指导，纠正电路连接、读数、记录等方面的错误。

（四）数据处理（约 9 分钟）

1.平均值法。

教师介绍：为了减小误差，根据多次测量的结果，分别列出若干组联立方程，求出若干组 E 和 r，最后以 E 的平均值和 r 的平均值作为实验结果。这种方法的实验结果比只用两组 U、I 数据求得的结果误差小。

2.图像法。

教师引导：采用另一种方法也能减小误差，而且更简便、直观。将 E＝U＋Ir 改写成 U＝－Ir＋E，以 U 为纵坐标、I 为横坐标建立坐标系。根据几组 U、I 的测量数据描点，可见各点大致呈直线分布，画出这条直线。

3.图像意义的分析。

这条直线与 U 轴的交点值表示断路时的路端电压，等于电源的电动势 E；由图像可推出 U＝0 时对应的短路电流 I短，由 r＝E/I短 或直线斜率的绝对值可求出电源内阻 r。

教师强调作图要点：坐标轴刻度要划分合理；由于干电池内阻较小、电压变化较小，作