第2节 科学测量：电源的电动势和内阻教学设计高中物理鲁科版2019必修 第三册-鲁科版2019

第2节科学测量：电源的电动势和内阻教学设计高中物理鲁科版2019必修第三册-鲁科版2019学科政治年级册别八年级上册共1课时教材部编版授课类型新授课第1课时设计思路一、设计思路以测量电源电动势和内阻的真实问题为驱动，基于闭合电路欧姆定律设计实验方案，通过电流表、电压表及滑动变阻器采集数据，利用U-I图像处理数据得出结果。注重实验操作规范与误差分析，引导学生从理论推导到实践验证，培养科学探究能力与数据处理能力，贴合课本实验要求与学生认知水平。核心素养目标分析二、核心素养目标分析通过实验探究电源电动势和内阻，深化闭合电路欧姆定律的物理观念；运用图像处理数据，提升科学推理与模型建构能力；经历方案设计、操作测量、误差分析过程，培养科学探究能力；养成严谨求实的实验态度，体会物理实验对科学认知的支撑作用。教学难点与重点三、教学难点与重点

1.教学重点，①闭合电路欧姆定律在电源电动势和内阻测量中的应用；②实验方案设计（电流表、电压表及滑动变阻器的使用）和U-I图像处理数据的方法。

2.教学难点，①电动势和内阻的物理意义及其与测量值的对应关系；②实验误差分析（如电流表内外接对结果的影响）及U-I图像斜率、截距的物理意义辨析。教学资源准备1.教材：确保每位学生有鲁科版2019必修第三册教材及配套实验报告册。

2.辅助材料：准备闭合电路欧姆定律示意图、U-I图像绘制流程图、实验操作步骤视频及误差分析案例的多媒体资源。

3.实验器材：每组配备电流表、电压表、滑动变阻器、待测电源、开关、导线各一套，检查器材完好性及电表量程匹配度。

4.教室布置：设置分组实验操作台（4-6人/组），配备讨论区；讲台配备多媒体设备，预留白板记录实验数据与图像分析。教学过程1.导入（约5分钟）：

激发兴趣：展示手机电量耗尽时“充电慢、发热”的现象，提问“电源的‘容量’和‘性能’由哪些因素决定？”引发思考。

回顾旧知：引导学生复习闭合电路欧姆定律I=E/(R+r)，回顾电动势E的定义（非静电力做功与电荷量的比值）及内阻r的含义（电源内部电阻）。

2.新课呈现（约35分钟）：

讲解新知：

①实验原理：根据闭合电路欧姆定律变形得U=E-Ir，说明U-I图像中纵截距为电动势E，斜率绝对值为内阻r。

②器材选择：电流表（0~0.6A，分度值0.02A）、电压表（0~3V，分度值0.1V）、滑动变阻器（10Ω，2A）、待测电源（干电池）、开关、导线。

③实验步骤：按“电流表外接”连接电路（电压表测路端电压），闭合开关前将滑动变阻器调至阻值最大；调节滑动变阻器，记录6组不同I、U值（如I=0.10A、0.20A…0.60A）。

举例说明：以某次实验数据（I=0.20A时U=2.80V，I=0.50A时U=2.60V）演示计算E和r，强调U-I图像需通过原点（I=0时U=E）。

互动探究：

①分组实验：4人/组，按步骤操作，记录数据并填入表格；教师巡视，指导电路连接（如电表正负接线柱、滑动变阻器分压式接法）。

②数据处理：在坐标纸上描点（I为横轴，U为纵轴），用直线拟合，求斜率k和截距b，计算E=b，r=|k|。

③误差分析：讨论电流表内阻分压对结果的影响（外接法测得r偏大），提出改进方案（用电压表直接测电动势对比）。

3.巩固练习（约10分钟）：

学生活动：

①用教师提供的另一组数据（I=0.15A、U=2.85V；I=0.40A、U=2.70V）独立绘制U-I图像并计算E、r。

②设计“只用电流表和电阻箱”的实验方案，写出原理步骤。

教师指导：

①纠正图像绘制中的错误（如坐标标度不均、连线未过多数点），强调“使直线两侧数据点分布均匀”。

②点评方案设计的合理性，指出电阻箱需取不同阻值R，记录对应I，由I=E/(R+r)变形为1/I=(1/E)R+(r/E)，利用1-I-R图像求E、r。教学资源拓展六、教学资源拓展

1.拓展资源：

（1）电源类型与参数特性：干电池（1.5V，内阻约0.1-0.5Ω）、蓄电池（2V，内阻约0.01-0.1Ω）、锂电池（3.7V，内阻约0.05-0.2Ω），不同电源电动势由化学物质决定，内阻与电极材料、电解液浓度相关。

（2）测量方法变式：只用电流表和电阻箱（原理I=E/(R+r)，作1-I-R图像求E、r）；只用电压表和电阻箱（原理U=E-Ir，通过改变R记录U，计算I=U/R）。

（3）误差来源深化：电流表外接时，电压表测U+U_A，导致r测偏大；电流表内接时，电流表测I，但电压表未测U_R内，r测偏小；接触电阻（约0.01Ω）对精密测量有影响。

（4）实际应用：手机电池内阻增大导致放电电压降低，续航缩短；汽车蓄电池内阻过大时启动电流不足；新能源车电池组内阻管理影响续航与安全。

（5）物理学史：欧姆1827年通过实验总结欧姆定律；伏打1800年发明电池，提出电动势概念；法拉第电磁感应定律揭示非静电力做功与电动势的关系。

2.拓展建议：

（1）实验操作深化：用不同阻值滑动变阻器（5Ω、20Ω）对比U-I图像线性度，分析阻值选择影响；故意制造接触不良，记录数据变化，理解接触电阻影响；用多用电表直接测电动势（注意内阻影响），与伏安法结果对比。

（2）阅读与资料查阅：阅读《物理学史》中欧姆与伏打章节，了解电源理论发展；查阅锂电池、燃料电池文献，分析其电动势与内阻特性；关注手机、电动车技术参数，理解内阻对性能的影响。

（3）问题探究：设计实验验证电源内阻与温度关系（干电池在不同温度下测E、r）；探究短路时电源发热原因（P=I²r，I极大导致P大）；分析电源老化后电动势变化（主要内阻增大，E略降）。

（4）跨学科联系：结合化学，分析锌锰电池、铅酸电池反应原理，理解电动势来源（氧化还原电势差）；结合工程，了解电子设备中低内阻电源设计（保证电压稳定）；研究太阳能电池电动势与光照强度关系，内阻与负载匹配对输出功率影响。教学反思与总结教学反思这节课学生动手实验的积极性很高，分组操作时大部分小组能顺利完成电路连接和数据采集，但发现部分学生对电流表外接法的误差原理理解不够透彻，下次可以增加对比实验，用电流表内接法测同一电源的数据，让学生直观看到图像斜率变化。讲解U-I图像时，学生对截距代表电动势掌握较好，但斜率与内阻的关系容易混淆，可能需要更强调“斜率绝对值”的物理意义。时间分配上，新课呈现部分稍显紧张，导致误差分析讨论不够深入，下次可以精简导入环节，给互动探究留足时间。

教学总结学生在知识层面基本掌握了测量原理和图像处理方法，能独立完成实验报告；技能上数据处理能力明显提升，但误差分析仍需加强，特别是接触电阻对结果的影响。情感态度方面，学生对实验操作兴趣浓厚，但部分小组存在急于求成的现象，记录数据不够严谨。改进措施是增加一次“故意制造接触不良”的对比实验，让学生体会细节对结果的影响；同时提前准备不同老化程度的干电池，让学生观察内阻变化对图像的影响，深化对电源特性的理解。下次可以尝试用数字化传感器采集数据，减少手动记录误差，提高效率。板书设计八、板书设计

①核心原理：闭合电路欧姆定律I=E/(R+r)；变形公式U=E-Ir；U-I图像纵截距等于电动势E，斜率绝对值等于内阻r。

②实验操作：器材（电流表、电压表、滑动变阻器、待测电源、开关、导线）；电路连接（电流表外接法）；步骤（调节滑动变阻器记录多组I、U值，如I=0.10A、0.20A…0.60A及对应U）。

③数据处理与误差：坐标纸描点（I横轴、U纵轴）；直线拟合求斜率k、截距b（E=b，r=|k|）；误差来源（电流表内阻分压导致r测偏大，接触电阻影响数据精度）。课堂九、课堂评价通过提问闭合电路欧姆定律变形公式U=E-Ir的物理意义，观察学生连接电路时电流表外接法的规范性（如电表正负接线柱、滑动变阻器接法），以及记录数据时的严谨性（如是否按顺序记录多组I、U值），即时发现学生对原理理解的偏差（如混淆斜率与内阻关系）和操作问题（如未调滑动变阻器至最大阻值），通过小组讨论和教师演示纠正。课堂小测重点考查U-I图像中截距与电动势、斜率与内阻的对应关系，以及误差分析（如电流表内阻对结果的影响），统计正确率，对共性问题（如图像斜率计算错误）进行集中讲解。作业评价批改实验报告时，关注数据记录的完整性（是否6组以上数据）、图像绘制的准确性（坐标标度是否合理、直线拟合是否规范），以及误差分析的深度（是否指出接触电阻、电表内阻等影响因素），对方案设计类作业（如只用电压表和电阻箱的实验步骤）重点评价逻辑严密性，通过批语肯定学生创新思路，标注典型错误（如未说明电阻箱阻值范围），鼓励学生结合实验现象反思理论理解，为后续电源相关学习奠定基础。重点题型整理1.**题型一：U-I图像分析**

某同学测量电源电动势和内阻，得到U-I图像如图（文字描述：直线过点(0.2A,2.8V)和(0.5A,2.6V)）。求电源电动势E和内阻r。

**答案**：由U=E-Ir，得E=3.0V，r=0.8Ω。

2.**题型二：实验步骤排序**

将以下测量电源电动势的步骤按正确顺序排列：

A.记录电流表和电压表示数

B.闭合开关

C.调节滑动变阻器阻值

D.断开开关，整理器材

**答案**：B→C→A→C→A→D。

3.**题型三：误差分析**

若采用电流表外接法测电源内阻，分析测量值r测与真实值r真的关系并说明原因。

**答案**：r测>r真，因电压表测U+U_A，导致U偏小，斜率绝对值偏大。

4.**题型四：创新实验设计**

仅用电压表、电阻箱、开