探索在合作学习中培养实验系统误差分析的能力

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 探索在合作学习中培养实验系统误 差分析的能力 摘 要：用伏特表和电流表测量 电池的电动势和内电阻的实验，其误差 分析的方法很多，差不多囊括了高中物 理实验误差分析的所有方法。但不管用 哪种方法来分析，学生基本上都是当时 能听懂，时间不长就淡忘。反复多次， 达成度还是很低，最终只能死记结论。 反思原因有以下几点：误差分析是实 验研究的一个难点；学生的认知水平 不够，如抽象逻辑思维能力和数学应用 能力不强；学习方式被动接受，能力 没有发展等。基于以上思考，笔者尝试 搭建平台，提供学习资源，设置有阶梯 的系列问题，引导学生自主合作学习， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 培养分析能力。 中国论文网 /4/view-12842446.htm 关键词：高中物理；合作学习； 探索；试验系统误差 中图分类号： G4 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）34- 132-2 1 设置有阶梯的系列问题，让学 生合作探究误差产生的原因 误差产生的原因是比较误差大小 的基础，通过设置物理情景，分解难度， 扩大学生参与的机会，每个学生都有更 多的发言、表现、相互交流及评价的机 会。 问题一：用伏安法测量电池的电 动势和内电阻有图 1、图 2 所示的两种 实验电路，测量的理论依据是什么？ 问题二：理论依据中的电流和电 压应是电源的外电压和总电流，但考虑 到电流表和电压表均不是理想电表，图 1、图 2 所示的两种实验电路中分别是 哪只表测量的不是外电压或总电流？ -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 问题三：图 1、图 2 所示的两种 实验电路的误差来源分别有哪些？ 2 在合作中探究解疑，紧扣误差 来源利用计算法分析误差大小 两种实验电路，误差分别来源于 电压表的内阻不是无穷大和电流表的内 阻不为零。由于学生认知水平的脱节 （初中电路中的电表都是理想电表）及 分析能力的局限性，单靠某个同学的独 立思考，一般无法流畅地分析下去。通 过小组互动，在合作中质疑、探究、解 疑，往往能有效地解决问题。 质疑：考虑与不考虑电表内阻的 影响，结果有什么不同？ 探究：在不考虑电路中电表的内 阻影响时，根据闭合电路欧姆定律有 E=U1+I1r 同理可得图 2 测量值和真实值的 关系是： r 测r 真 E 测=E 真 3 在合作中开放教学，利用日常 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 生活中的物品理解等效电源 情景一：废旧手机电池（学生一 般都认为这就是和干电池类似的一种电 池） 。要求合作小组打开电池的外包装， 观察内部结构（由一个电源和一个电路 组成） ，目的让学生对“ 等效电源 ”有一 个感性的认识。 情景二：应用“ 等效电源 ”思想比 较误差大小。 有了“ 等效电源” 的概念，结合上 述探究过程的体验，比较误差大小。 探究 1：引导学生分析：图 1 如 果把电压表和电源等效成一个电源，如 图 3 所示，那么电流表的示数则是等效 电源的总电流，而电压表测的是路端电 压。根据电源断路时，其两极的电压在 数值上等于电动势，则等效电动势为电 压表 RV 的电压 E 等=，等效内电阻是 电压表的内阻和电源的内阻的并联值 r 等=。 探究 2：为了证实上述等效，引 导学生根据闭合电路的欧姆定律，计算 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 等效电动势和等效内阻。图 1 中考虑电 压表的内阻 RV，设滑动变阻器和电流 表的阻值和为 R，则外电阻为 RRV/ 同理，图 2 可将电流表的内阻看 成是电源的内阻，如图 4 所示，等效成 一个内阻为 r+RA，电动势仍为 E 的等 效电源，所测的电动势为等效电源的电 动势，所测的内阻为等效电源的内阻， 显然 E 测=E， r 测=r+RAr 。 探究 3：图 2 电动势测量值等于 真实值，为什么还选用图 1 电路？ 一般情况下有 RVr 真，所以 图 1 中由于电压表内阻不是而产生的 相对误差很小，故测电动势和内电阻通 常选用图 1。而图 2 中安培表内阻 RA 和电源内阻相比较大，电源内阻测量误 差较大，图 2 这种电路只适宜测量高内 阻电源；或者，当电流表内阻 RA 已知， 且 RA 与电池内阻的数量级相当，那么 也可以选用图 2 所示电路，最后可用 r 真=r 测-RA 算出电池内阻。 4 在合作中，注重形象思维和抽 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 象思维的结合，培养学生能力 描点作图是实验数据处理的基本 方法之一，考虑到测量值和真实值的差 别，让学习小组分别用测量值和真实值 描点作图，如图 3 和图 4 所示。根据闭 合电路欧姆定律可知，图线的纵轴截距 表示电动势，图线斜率的绝对值表示电 源内电阻，由此可分析电动势和内电阻 的误差。 图 1 所示电路，当外电路短路时， 电压表中电流为零，故电流表的读数就 是电路的总电流，即测量值的图线和真 实值的图线的 I 轴截距相同，如图 3 所 示。当电压表的示数为某值 U 时，电流 表的读数 IA 小于电路中的总电流 I 总。 从图中可以看出 E 测 r 真。 在理解了误差产生的原因之后还 可以采用特殊值法来分析，进一步提升 分析能力。 “特殊值” 的原理是：电源 断路时，其外电压在数值上等于电动势， 而电源短路时，其电流等于电动势与内 电阻的比。通过取电流为零与外电压为 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 零，对测量值与真实值的对应比较，可 迅速找出测量值与真实值的关系。 两种电路测量值的方程均为 E 测 =U+IrI 测 5 结束语 基于创设物理情景，引导学生的 合作学习是具有建构意义的