資源簡介

4.3《測電源的電動勢和內阻》課時教案
學科 物理 年級冊別 高一上冊 共1課時
教材 粵教版高中物理必修第三冊 授課類型 實驗探究課 第1課時
教材分析
教材分析
本節內容位于粵教版高中物理必修第三冊第四章《閉合電路歐姆定律》的第三節，是理論知識向實驗能力轉化的關鍵節點。教材通過引導學生設計并實施“測定電源電動勢和內阻”的實驗，深化對閉合電路歐姆定律的理解，強化U-I圖像法處理數據的能力。該實驗不僅是高考實驗題的重要考查點，更是培養學生科學探究素養的核心載體，在整個電學模塊中具有承上啟下的作用。
學情分析
高一學生已掌握部分電路基礎知識，如歐姆定律、串并聯規律，并初步接觸電壓表、電流表的使用，具備一定的動手操作興趣。但對閉合電路的整體認知尚淺，容易將外電壓與電動勢混淆；在實驗設計方面缺乏系統思維，難以獨立構建完整的實驗方案；數據處理多停留在計算層面，缺乏用圖像法挖掘物理規律的意識。加之電學實驗存在安全隱患，需加強規范指導與安全教育。
課時教學目標
物理觀念
1. 能準確說出電源電動勢和內阻的物理意義，理解其在閉合電路中的作用機制。
2. 掌握利用閉合電路歐姆定律E = U + Ir建立U-I函數關系，并能解釋圖像斜率與截距的物理含義。
科學思維
1. 能基于實驗目的自主設計測量電路圖，合理選擇器材，體現模型建構與推理能力。
2. 能運用U-I圖像法處理實驗數據，識別誤差來源，提升數據分析與批判性思維水平。
科學探究
1. 能規范完成實驗操作，正確連接電路、讀取數據，發展實驗設計與實踐能力。
2. 能小組協作開展實驗探究，記錄原始數據，繪制圖像，得出結論，體現合作探究精神。
科學態度與責任
1. 養成嚴謹求實的科學態度，尊重實驗數據，不隨意篡改結果。
2. 增強實驗安全意識，遵守操作規程，樹立對儀器設備的責任感。
教學重點、難點
重點
1. 理解測定電源電動勢和內阻的基本原理——閉合電路歐姆定律。
2. 掌握伏安法測電源電動勢和內阻的實驗電路連接與數據處理方法。
難點
1. 理解U-I圖像中縱軸截距為電動勢E、斜率絕對值為內阻r的物理本質。
2. 分析系統誤差產生的原因（電表內阻影響），理解電流表內接與外接對結果的影響差異。
教學方法與準備
教學方法
情境探究法、合作探究法、講授法相結合
教具準備
干電池（帶電池盒）、滑動變阻器、電壓表、電流表、開關、導線若干、多媒體課件、實驗報告單
教學環節 教師活動 學生活動
情境導入，提出問題
【5分鐘】 一、生活情境引入，激發認知沖突。 （一）、展示舊手機電量跳變現象。
教師手持一部電量顯示為“80%”的舊智能手機，打開一個大型游戲后，屏幕突然自動關機。隨即提問：“同學們有沒有遇到過這種情況？明明還有不少電，怎么一下子就關機了？”等待學生回應后繼續引導：“這說明電池的實際供電能力可能比我們看到的‘百分比’更復雜。那究竟用什么物理量來全面描述一個電源的性能呢？”
（二）、回顧舊知，引出核心概念。
教師在黑板上畫出一個簡單閉合電路示意圖，包含電源、開關、定值電阻和導線。提問：“我們在學習閉合電路歐姆定律時知道，電源有兩個關鍵參數，一個是它提供電能本領的大小，叫什么？”學生回答“電動勢”。教師點頭肯定，并板書“電動勢 E”，接著問：“還有一個反映電源內部消耗能量特性的參數是什么？”學生答“內阻 r”。教師補充：“沒錯！電動勢決定了電源的理想輸出電壓，而內阻則會導致實際輸出電壓隨電流增大而下降。今天我們就來當一回‘電池醫生’，親手測一測一節干電池的電動勢和內阻到底是多少！”
（三）、明確任務，設定探究目標。
教師投影出示本節課的學習目標：“通過實驗測定一節干電池的電動勢和內阻，理解其實驗原理，掌握數據處理方法。”并強調：“我們的挑戰是：不能拆開電池，也不能直接測量，只能通過外部電路的變化來‘診斷’它的內部狀態。” 1. 觀察現象，聯系生活經驗發表看法。
2. 回憶閉合電路歐姆定律相關內容。
3. 明確實驗目的，產生探究興趣。
4. 思考如何間接測量無法直接觀測的物理量。
評價任務 現象描述：☆☆☆
概念辨析：☆☆☆
目標理解：☆☆☆
設計意圖 從真實生活問題出發，制造認知沖突，引發學生思考電池性能的本質。通過回憶已有知識自然引出電動勢和內阻的概念，使抽象概念具象化。以“電池醫生”角色代入，賦予實驗任務趣味性和使命感，激發學生的探究欲望和責任感。
原理剖析，設計方案
【10分鐘】 一、推導實驗原理，建立數學模型。 （一）、由定律出發，構建電壓-電流關系。
教師在黑板中央寫下閉合電路歐姆定律公式：E = U + Ir。然后逐步引導：“在這個公式中，E 和 r 是我們要測量的未知量，U 是路端電壓，可以用電壓表測出；I 是總電流，可以用電流表測出。如果我們改變外電路的電阻，就能得到不同的U和I值。那么，這個公式是不是可以變形為一個關于U和I的一次函數？”請一名學生上臺嘗試變形。待學生寫出U = E - Ir 后，教師給予表揚，并指出：“這就是我們實驗的理論基礎！U 是 I 的一次函數，圖像是一條直線。”
（二）、解讀圖像特征，明確待求參數。
教師在坐標系中開始繪制U-I圖像草圖，橫軸為I，縱軸為U。講解：“當I=0時，也就是斷路狀態，此時U=E，所以這條直線與縱軸的交點就是電動勢E的大小。而直線的斜率k=ΔU/ΔI，根據公式U = E - Ir可知，斜率k=-r，因此斜率的絕對值就等于內阻r。只要我們能測出多組U和I的數據，畫出圖像，就能‘看’出E和r！”
二、設計實驗電路，選擇合適方案。 （一）、討論測量方式，確定基本電路。
教師提問：“為了獲得多組U和I的數據，我們需要改變哪個物理量？”學生回答“外電阻”。教師追問：“用什么元件最方便連續調節？”學生答“滑動變阻器”。教師順勢畫出基本測量電路圖：電源、開關、滑動變阻器、電流表串聯，電壓表并聯在電源兩端。強調電壓表測的是路端電壓U。
（二）、辨析誤差來源，比較兩種接法。
教師提出進階問題：“如果考慮電表本身的電阻，會對測量結果造成影響嗎？”引導學生思考電壓表的分流作用。對比分析電流表內接（電壓表測電源和電流表總壓降）與標準接法的區別，指出本實驗采用標準接法即可，后續可通過圖像外推I=0來減小誤差。明確告訴學生：“今天我們先掌握理想情況下的測量方法，誤差分析留作拓展思考。” 1. 參與公式變形，理解U-I線性關系。
2. 觀察圖像，理解截距與斜率的物理意義。
3. 討論電路結構，明確各元件作用。
4. 初步思考測量中的實際問題。
評價任務 公式變形：☆☆☆
圖像理解：☆☆☆
電路識圖：☆☆☆
設計意圖 通過師生互動完成公式推導，讓學生親身經歷從物理定律到可操作實驗方案的轉化過程，培養邏輯推理能力。利用圖像直觀揭示電動勢和內阻的幾何意義，突破抽象理解障礙。通過設問引導學生主動參與電路設計，體會科學探究中“控制變量”與“多次測量”的思想，同時適度引入誤差意識，為后續深入學習埋下伏筆。
動手實驗，收集數據
【15分鐘】 一、分組分工，明確操作流程。 （一）、組建實驗小組，分配角色職責。
教師宣布：“現在我們將全班分為八個實驗小組，每組四人。請快速選出組長、操作員、記錄員和監督員。組長負責統籌協調，操作員負責接線和調節滑片，記錄員負責填寫數據表格，監督員負責檢查電路安全和讀數準確性。”待小組成立后，教師發放實驗器材和統一格式的實驗報告單，上面印有預設的U-I數據記錄表和坐標紙區域。
（二）、演示規范操作，強調安全事項。
教師走到演示臺前，一邊組裝電路一邊講解：“注意！連接電路前必須斷開開關！正負極要對應，特別是電流表和電壓表的正負接線柱不能接反。滑動變阻器的滑片應置于阻值最大位置，起到保護作用。閉合開關前，請監督員再次確認電路無誤。讀數時視線要與表盤垂直，避免視差。實驗過程中若發現導線發熱或異味，立即斷開開關！”隨后教師完整演示一次從連接到讀數的全過程，選取兩組不同阻值進行示范讀數。
二、實施實驗操作，獲取原始數據。 （一）、學生分組實驗，教師巡視指導。
各小組開始動手實驗。教師穿梭于各組之間，重點關注以下幾個方面：一是電路連接是否正確，尤其是電表量程選擇和極性；二是滑動變阻器初始位置是否在最大阻值處；三是讀數是否規范，提醒學生待指針穩定后再讀取；四是鼓勵學生至少測量六組數據，覆蓋從接近開路到較大電流的狀態。對于出現短路、反接等問題的小組，及時糾正并耐心講解原因。
（二）、動態反饋調整，優化實驗過程。
教師發現有小組因電壓表量程過大導致讀數精度不足，便建議更換為小量程檔位。又見一組學生數據變化不明顯，詢問后得知滑動變阻器調節范圍太小，遂指導他們重新選擇合適規格的變阻器。在整個過程中，教師不斷鼓勵學生：“不要怕失敗，每一次錯誤都是通往正確的階梯。愛迪生發明電燈前失敗了上千次，但他從未停止實驗的腳步。” 1. 小組分工合作，明確各自職責。
2. 按照步驟連接電路，規范操作儀器。
3. 調節滑動變阻器，讀取并記錄多組U、I值。
4. 遇到問題主動交流，尋求解決方案。
評價任務 操作規范：☆☆☆
數據完整：☆☆☆
團隊協作：☆☆☆
設計意圖 通過小組合作實現全員參與，培養團隊協作能力和責任意識。標準化的操作演示有效降低初學者的畏難情緒，確保實驗安全有序。教師巡視不僅提供即時技術支持，更能捕捉典型問題用于后續講評。強調實驗中的挫折教育，引用愛迪生事例激勵學生堅持探索，體現科學精神的人文關懷。
數據處理，得出結論
【10分鐘】 一、整理數據，繪制U-I圖像。 （一）、指導繪圖要點，統一作圖標準。
教師投影展示一張空白U-I坐標系，講解繪圖要求：“橫軸I建議每格0.1A，縱軸U每格0.2V。所有數據點都要標在圖上，用‘×’表示。最后用直尺畫一條最接近所有點的直線，使點均勻分布在直線兩側。”提醒學生：“這不是連線游戲，而是尋找最佳擬合趨勢線。即使有個別偏離較大的點也不要輕易舍棄，可能是測量誤差，但也值得反思。”
（二）、學生繪制圖像，教師個別輔導。
各小組在實驗報告單的坐標紙上繪制圖像。教師繼續巡視，幫助學生調整坐標軸刻度，糾正徒手畫線等不規范行為。特別關注那些數據點分布散亂的小組，引導他們檢查原始數據是否有誤，或是否存在接觸不良等問題。
二、分析圖像，提取物理參數。 （一）、讀取縱軸截距，確定電動勢E。
待多數小組完成后，教師提問：“請大家觀察你們畫出的直線，它與縱軸相交的位置對應的電壓值是多少？”隨機抽取三組代表匯報數值，通常集中在1.45V~1.55V之間。教師總結：“這個值就是我們測得的電源電動勢E的實驗值。新干電池標稱1.5V，你們的結果很接近！”
（二）、計算圖像斜率，求解內阻r。
教師示范如何計算斜率：“選取直線上兩個相距較遠的點，比如(0.10A, 1.40V)和(0.50A, 1.20V)，則ΔU = 1.20V - 1.40V = -0.20V，ΔI = 0.50A - 0.10A = 0.40A，故|k|=0.20V/0.40A=0.50Ω。這就是內阻r。”要求各小組自行計算并填寫結果。 1. 在坐標紙上描點并繪制最佳擬合直線。
2. 準確讀取圖像縱軸截距值。
3. 正確選取兩點計算斜率絕對值。
4. 填寫實驗結果，完成報告單。
評價任務 圖像規范：☆☆☆
截距準確：☆☆☆
斜率正確：☆☆☆
設計意圖 圖像法是物理學重要研究手段，此環節著力培養學生將離散數據轉化為規律性認識的能力。強調“最佳擬合”而非“逐點連接”，滲透統計思想。通過集體匯報形成數據對比，增強結果可信度。示范斜率計算過程，避免學生盲目套用公式。整個過程體現“讓數據說話”的科學實證精神。
總結升華，拓展延伸
【5分鐘】 一、課堂總結，回歸生活應用。 （一）、回顧探究歷程，提煉核心收獲。
教師帶領學生共同梳理：“今天我們經歷了提出問題—理論分析—設計實驗—動手操作—數據處理—得出結論的完整探究過程。我們不僅測出了這節電池的電動勢約為1.5V，內阻約0.5Ω，更重要的是掌握了用U-I圖像法研究電源特性的科學方法。”
（二）、呼應開頭情境，揭示現象本質。
教師再次拿起那部舊手機：“現在大家明白為什么它會突然關機了嗎？隨著使用時間增長，電池內阻會逐漸增大。當玩游戲需要大電流時，根據U = E - Ir，內阻上的壓降Ir顯著增加，導致路端電壓U急劇下降，低于手機工作所需最低電壓，于是自動關機。即使剩余電量顯示還很多，實際供電能力已嚴重衰退。”
二、激勵展望未來，播種科學夢想。 （一）、升華科學精神，寄語青年學子。
教師深情說道：“每一節小小的電池背后，都藏著深刻的物理規律。法拉第曾說：‘一旦科學插上幻想的翅膀，它就能贏得勝利。’今天我們不只是在測數據，更是在用實驗的方法觸摸自然的脈搏。希望你們保持這份好奇與執著，像科學家一樣思考，像工程師一樣實踐。也許未來的某一天，你們當中就會有人研發出續航更久、更安全的新型電池，改變世界能源格局！” 1. 跟隨教師回顧實驗全過程。
2. 理解舊電池突然關機的物理原因。
3. 感受科學探究的價值與樂趣。
4. 樹立投身科技發展的遠大志向。
評價任務 過程復述：☆☆☆
現象解釋：☆☆☆
情感認同：☆☆☆
設計意圖 采用情景化與激勵性相結合的總結方式，首尾呼應，使整節課形成閉環。用科學原理解釋生活現象，彰顯物理的實用性。引用法拉第名言提升課堂格調，激發學生的科學情懷和社會責任感。結尾展望未來，點燃理想之火，實現知識傳授與價值引領的深度融合。
作業設計
一、基礎鞏固：完善實驗報告
1. 整理實驗數據，重新繪制更精確的U-I圖像，標明坐標軸物理量及單位。
2. 計算電動勢E和內阻r的平均值（若重復測量），并與標稱值比較，分析偏差可能原因。
3. 回答思考題：若實驗中電壓表內阻不是無窮大，會對測量結果產生怎樣的系統誤差？
二、能力提升：誤差探究與方案優化
查閱資料或小組討論，完成以下任務：
1. 比較“伏安法”與“伏阻法”（用電壓表和電阻箱）測電源電動勢和內阻的優缺點。
2. 設計一種能夠消除電表內阻影響的改進型測量電路（提示：可考慮雙電流表或雙電壓表法）。
3. 寫一段200字左右的小論文：《從一節電池說起——談新能源時代的儲能技術挑戰》。
【答案解析】
一、基礎鞏固
1. 圖像應為向下傾斜的直線，截距≈1.5V，斜率絕對值≈0.5Ω。
2. 偏差可能源于電池老化、電表精度、讀數誤差、接觸電阻等。
3. 由于電壓表分流，導致電流表讀數小于干路總電流，使得所測內阻偏大，電動勢測量值接近真實值（可通過外推修正）。
二、能力提升
1. 伏阻法無需測電流，避免電流表內阻影響，但需已知精確電阻值；伏安法操作直觀，但受電表內阻制約。
2. 改進方案如：采用補償法電路，或利用兩個電壓表分別測電源和定值電阻電壓來間接求電流。
3. 開放性答案，鼓勵關注鋰電池、固態電池、氫能源等前沿方向，體現社會責任意識。
板書設計
測電源的電動勢和內阻
【左側主板書】
一、實驗原理：
　　E = U + Ir → U = E - Ir
二、圖像法：
　　U-I 圖像：
　　　　縱截距 → E（電動勢）
　　　　斜率絕對值 → r（內阻）
三、電路圖：
　　[文字示意] 電池＋開關＋滑動變阻器＋電流表（串）
　　　　　　　　電壓表（并聯在電池兩端）
【右側副板書】
生活問題：舊手機“突然關機”？
→ 內阻r↑ → U↓ → 低于工作電壓
科學精神：像科學家一樣思考與實踐！
教學反思
成功之處
1. 以“舊手機突然關機”這一生活現象導入，極大激發了學生興趣，實現了從生活走向物理的有效銜接。
2. 實驗組織井然有序，小組分工明確，絕大多數學生都能親自動手操作，達成了“做中學”的目標。
3. 圖像法教學落實到位，學生能較好理解截距與斜率的物理意義，數據處理能力得到切實鍛煉。
不足之處
1. 個別小組因急于求成導致電路連接錯誤，暴露出部分學生安全意識仍需加強。
2. 時間分配略顯緊張，最后的誤差分析環節未能深入展開，部分學生仍存疑惑。
3. 對于數據異常的小組，未能及時在課堂上組織深度討論，錯失生成性教學資源。

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