人教版高中物理选修31：2.10　测定电源电动势和内阻　教学设计

测定电源电动势和内阻教学设计一、教材内容分析这是一节操作性很强的实验课，从实验的应用价值、原理分析、从电路设计到实际动手实验获取实验数据，从对实验数据进行处理到得出结论、进行误差分析，体现了物理实验中理性思维的魅力及实验操作技能的重要性，在整个过程中，体现了交流合作的重要性。其结构大概可以分为两部分，第一部分实验原理的介绍，第二部分是误差分析的介绍，这两部分对学生来说比较困难，尤其是第二部分，前后两部分是息息相关的，如果第一部分的实验原理没有理解清楚，第二部分中的误差分析学生就会出现问题。学生需要对路端电压有比较深刻的理解，必要时需要在讲新课之前帮助学生回顾一下路端电压的概念，接下来时间就会介绍一下实验原理，指出各个物理符号的物理意义，接着指出各个电表的作用，指出各个电表实际测量的是什么物理量，在这基础上就可以介绍一下产生误差的原因，为最后的误差分析做好铺垫， 二、设计理念与设计思路本节教学中主要让学生应用已经学过的闭合电路欧姆定律的相关知识，测量电源电动势和内阻，在教师的引导下，让学生明白该怎么做，为什么这样做。本节内容涉及到动手实验及用图象法处理数据，通过学生自己的探索，不但把学过的知识应用于实际，还可以激发他们的学习兴趣。随着目的的明确，得出测量方案，在实验过程中如实收集实验数据，然后师生共同探讨，得到较好的实验数据处理方法，并让学生表达实验结果，引导其对所得结果进行分析、总结。三、学情与教材分析学生已经掌握了闭合电路欧姆定律，并且已经有从电路的内、外电阻来分析电路的意识，但是由于对电学实验接触比较少，对于电路的分析能力仍需进一步的加强，这也是本实验探究的一个重要任务。另外，对于数据的处理，学生较熟悉的是计算法亦称代数法，利用图像处理数据的能力的培养是本次实验探究的另一个重要任务。四、教学目标知识与技能：1、理解闭合电路欧姆定律内容2、理解测定电源的电动势和内阻的基本原理，体验测定电源的电动势和内阻的探究过程。3、用解析法和图象法求解电动势和内阻。4、使学生掌握利用仪器测量电池电动势和内电阻的方法，并通过设计电路和选择仪器，开阔思路，激发兴趣。过程与方法：1、体验实验研究中获取数据、分析数据、寻找规律的科学思维方法。 2、学会利用图线处理数据的方法。情感态度与价值观：使学生理解和掌握运用实验手段处理物理问题的基本程序和技能，具备敢于质疑的习惯、严谨求实的态度和不断求索的精神，培养学生观察能力、思维能力和操作能力，提高学生对物理学习的动机和兴趣。五、重点、难点分析重点：测量方案和利用图像处理数据难点：如何利用图像得到结论六、教学准备电流表，电压表，滑动变阻器，开关，两节旧干电池，电池盒，导线若干。七、教学流程设计八、教学过程设计教学引入（5分钟）教师提问1：复习闭合电路欧姆定理。2：利用马铃薯、西红柿制作水果电池，观察灵敏电流计指针偏转情况。提出问题：现在有一个干电池，要想测出其电动势和内电阻，你有哪些实验方案、实验原理是什么？学生讨论回答学生分组讨论后，得到的大致方案： 电流表+电压表、 电流表+电阻箱、 电压表+电阻箱利用E=UIr测出几组数据就可以计算出E、r主要教学过程实验原理闭合电路欧姆定律：E=U+Ir实验器材（2分钟）教师提问测出电源的电动势和内阻需要哪些实验器材？学生讨论回答1：电压表测路端电压；电流表测干路电流，即过电源的电流。需测量的是一节干电池，电动势约为1.5V，内电阻大约为零点几欧。2：电流表、电压表及滑动变阻器的规格要根据实验的具体需要来确定，看看我们用到的电路图里面电流表和电压表各需测的是什么？实验方案（3分钟）教师提问选用电路图时，还可将电流表接在外面，原则上也是可以的，那么我们在做实验时是否两个都可以，还是哪一个更好？为什么？ 学生讨论回答1：两种方式测量都会带来误差。采用图1电压表示数准确电流表示数偏小采用图2电流表示数准确电压表示数偏小2：选用哪种方式，要根据实际测量的需要确定，现在要想测出电源的内阻，如果采用图2方式，最后得到的结果相当于电源内阻与电流表内阻的总和，而两者相差又不太多，这样一来误差就会比较大，所以应采用图1的电路图。数据处理（5分钟）教师提问（1）原则上，利用两组数据便可得到结果，但这样做误差会比较大，为此，我们采取什么方法对实验数据进行处理？学生讨论回答（1）1：多测几组数据，取平均值。EU1I1r，EU2I2rE、r2：多测几组数据，画出U-I图像，从图像中求出电源电动势和电源内阻。纵坐标的截距为电源电动势，直线斜率的绝对值为电源内阻。说明：图线的纵坐标是路端电压，它反映的是：当电流强度I增大时，路端电压U将随之减小，U与I成线性关系，U=E-Ir。也就是说它所反映的是电源的性质，所以也叫电源的外特性曲线。电阻的伏安特性曲线中，U与I成正比，前提是R保持一定，而这里的U-I图线中，E、r不变，外电阻R改变，正是R的变化，才有I和U的变化。实验中至少得到5组数据，画在图上拟合出一条直线。要求：使多数点落在直线上，并且分布在直线两侧的数据点的个数要大致相等，这样，可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。教师提问（2）将图线延长，与横纵轴的交点各代表什么情况？学生讨论回答（2）将图线两侧延长，分别交轴与A、B点。A点意味着断路情况，它的纵轴截距就是电源电动势E。B点意味着短路情况，它与横轴的截距就是短路电流。说明：A、B两点均是无法用实验实际测到的，是利用得到的图线向两侧合理外推得到的。由于r一般很小，得到的图线斜率的绝对值就较小。为了使测量结果准确，可以将纵轴的坐标不从零开始，计算r时选取直线上相距较远的两点求得。探究实验（15分钟）教师提问针对我们前面的讨论的内容，按照实验电路图，连接实验器材，绘制表格，做实验，并记录实验数据。对实验数据进行处理，学生活动学生动手做实验，并对实验数据进行处理学生数据展示说明：教师实时调控，针对学生出现的问题及时调整。误差分析（5分钟）教师提问实验中的误差属于系统误差，请同学们进一步讨论，得到的数值是偏大还是偏小？（提示：利用图线及合理的推理）学生讨论回答因为电压表的分流作用所以 I真=I测IV即（I真-I测），反映在图线上：当U=0时，IV0 II真故r真r测 E真E测课堂总结利用图线进行数据处理是物理实验中常用的一种方法。最好是利用直线来解决，如力学中“用单摆测重力加速度”的实验就可以利用T2-l图线来求g。电池的内阻若太小则不易测量，所以实验中用旧电池或者在电池外串一电阻充当电源内阻。拓展延伸、课后作业前面我们是利用电流表和电压表测量电源的电动势和内阻。1：如果给你电流表和电阻箱、电压表和电阻箱，你会如何设计实验。2：设计表格，做实验，对数据进行处理。3：利用图像，对实验误差进行分析。附：板书设计4.3测定电源电动势和内阻一、实验目的：测量电源电动势和内电阻二、实验原理：E=U+Ir（U=E-Ir）三、实验电路图四、实验记录次数1234