高中物理-实验测定电池的电动势和内阻教学设计学情分析教材分析课后反思

班级姓名姓名分数2.10实验：测定电池的电动势和内电阻【学习目标】1．知道测量电源电动势和内阻的实验原理，进一步感受电源路端电压随电流变化的关系。2．经历实验过程，掌握实验方法，学会根据图像合理外推进行数据处理的方法。3．尝试进行电源电动势和内阻测量误差的分析，了解测量中减小误差的方法。4．培养仔细观察，真实记录实验数据等的良好的实验习惯和实事求是的品质。要点一、实验原理测定电池的电动势和内阻的基本原理是闭合电路的欧姆定律，但是根据不同的实验器材和闭合电路的欧姆定律的不同表达式，采用的方法是不同的，常用的有以下三种．1．伏安法测和（1）实验电路如图所示．（2）实验原理根据闭合电路欧姆定律：，改变外电路电阻，用电流表和电压表测出两组总电流，和路端电压，即可得到两个欧姆定律方程：和，解此方程组可得电源的电动势为，电源的内阻为．本实验是用电压表和电流表同时测电压和电流，所以称为“伏安法”，但这里的被测对象是电源．2．电流表和电阻箱法测和（1）实验电路如图所示．（2）实验原理：改变电阻箱的阻值，记录和，应用，求出和．3．电压表和电阻箱法测和（1）实验电路如图所示．（2）实验原理：改变电阻箱的阻值，记录和，应用，求出和。要点二、实验方法1．按照电路图(伏安法)选择所需的实验器材，并确定电流表、电压表的量程，把器材连接好，如图所示，注意应使开关处于断开状态，且使滑动变阻器的滑动片移到阻值最大的一端（图中是最右端）．2．闭合开关，改变滑片的位置，读出电压表的读数和电流表的读数，并填入事先绘制好的表格．3．多次改变滑片的位置，读出对应的多组数据，并一一填入下表中．实验序号4．断开开关，整理好器材．5．数据处理：用原理中的方法计算或从，图中找出电动势和内电阻．要点三、数据处理1．平均数值：运用解方程，求解电动势和内电阻．为了减小实验误差，应该利用值多求几组电动势和内电阻的值，算出它们的平均值，即，．2．图象法：据，可得．即对于一定的电源，根据测量的值描绘出一条图线，如图所示，它是一条斜向下的直线，这条直线与纵轴的交点表示电动势，与横轴，的交点表示短路电流，图线的斜率的绝对值表示内阻．（1）理论分析法对于测量电路，由闭合电路的欧姆定律得，，解得：，．若考虑电压表的分流作用，方程修正为：，．解得，．比较得，．（2）图象修正法由于电压表分流，使电流表示数小于电池的输出电流．，而，越大，越大．它们的关系如图所示．实测的图线为，经过修正后的图线为，可看出的斜率绝对值和在纵轴上截距都小于，即实测的和都小于真实值．例1．“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验，供选用的器材有A．电流表（量程：，）B．电流表（量程：，）C．电压表（量程：，）D．电压表（量程：，）E．滑动变阻器（，额定电流）F．滑动变阻器（，额定电流）G．待测电源（一节一号干电池）、开关、导线若干（1）请在题中虚线框中画出能使本实验测量精确程度高的实验电路．（2）电路中电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________．（用字母代号填写）（3）如图所示为实验所需器材，请按原理图连接成正确的实验电路．例2．用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻，所用电路如图甲所示，一位同学测得的组数据如下表所示．组别123456电流0.120.200.310.320.500.57电压1.371.321.241.181.101.05（1）试根据这些数据在图乙中作出图线．（2）根据图线求出电池的电动势，电池的内电阻．（3）若一位同学未画出图线，只选用其中两组和数据，可利用公式，算出和，这样做可能得出误差较大的结果．选用第________组和第________组数据，求得的误差最大．例3．通过实验描绘一个“2V1W”小灯泡的U­I曲线，可供选择的仪器有：A．量程0～0.6A，内阻约0.2Ω的电流表B．量程0～100mA，内阻约5Ω的电流表C．量程0～3V，内阻10kΩ的电压表D．量程0～15V，内阻50kΩ的电压表E．最大阻值为20Ω，额定电流为1A的滑动变阻器F．最大阻值为1kΩ，额定电流为0.1A的滑动变阻器G．蓄电池4V、导线、开关等(1)为了调节方便、测量准确，实验中应选用电流表A，电压表C，那么滑动变阻器应该选________(填器材的序号)；(2)若该同学已正确选用器材，并连接好部分实验电路，如图4甲，请在图甲中完成其余的电路连接，要求小灯泡两端的电压能在0～2V范围内连续变化，且尽可能减小实验误差；图4(3)该同学在正确完成实验后得到图乙所示的小灯泡U­I特性曲线，将此小灯泡接在电动势为1.5V，内阻为3.0Ω的电源上，小灯泡的实际功率是________W。例4某研究性学习小组利用图2­10­9所示的电路测量某电池的电动势E和内阻r。由于电池的内阻很小，因此在电路中接入了一个阻值为2.0Ω的定值电阻R0，闭合开关S，调节电阻箱R的阻值，读出电压表相应的示数，得到了如下数据：图2­10­9电阻箱读数R/Ω40.0020.0012.008.006.005.00电压表示数U/V1.891.781.661.571.431.35(1)为了比较准确地得出实验结论，该小组的同学准备用图像来处理实验数据。图像的纵坐标表示电压表读数U，则图像的横坐标表示的物理量应该是____________________。(2)计算出与该组数据对应的物理量并填在表格中。(3)在图2­10­10所示的图像中作图，利用图像得出E＝________V，r＝________Ω。图2­10­10例1．【答案】（1）见解析（2）ACE（3）见解析【解析】（1）电路如图，由于在如图所示的电路中只要电压表的内阻RVr，这种条件很容易实现，所以应选用该电路．（2）考虑到待测电源只有一节干电池，所以电压表应选C；放电电流又不能太大，一般不超过，所以电流表应选A，变阻器不能选择太大的阻值，从允许最大电流和减小实验误差来看，应选择电阻较小而额定电流较大的滑动变阻器E，故器材应选A、C、E．（3）如图所示．注意闭合开关前，要使滑动变阻器接入电路的电阻最大，即滑到最左端．例2【答案】（1）见解析（2）（3）【解析】本题主要考查用作图法处理实验数据．（1）作图时先建立坐标系，建立坐标系时纵轴的电压应从开始取点，再进行描点，然后连线．在连线时发现坐标（）显然不在直线上，所以应将此点舍掉．连线如图所示．（2）连成线后，将线延长分别与两坐标轴相交，在纵轴的截距为，此即为电动势．再利用点（）和点（）可求出这条直线的斜率的绝对值．。（3）选用第3组和第4组数据求得的结果误差最大．由图知，当过第3组和第4组数据作直线时，此直线与原直线偏离最大，因此误差最大．例3.解析：(1)为了调节方便、测量准确，实验中应选用电流表A，电压表C，滑动变阻器应用分压式接法，应选阻值小的变阻器，故应选E。(2)小灯泡两端的电压能从0开始连续变化，滑动变阻器应采用分压接法，灯泡正常发光时的电阻R＝4Ω，电压表内阻为10kΩ，灯泡电阻远小于电压表内阻，电流表应选择外接法，实验电路图如图所示。(3)将此小灯泡接在电动势为1.5V，内阻为3.0Ω的电源上，在图乙所示坐标系内作出等效电源的U­I图像，图像如图所示，由图示可知，灯泡两端实际电压U＝0.6V，电流I＝0.3A，灯泡实际功率P＝UI＝0.6×0.3W＝0.18W。例4[解析](1)由闭合电路欧姆定律可得E＝U＋eq\f(U,R)·(R0＋r)，所以有U＝E－eq\f(U,R)·(R0＋r)；显然，若用eq\f(U,R)作为图像的横坐标，可得一次函数，则图像是直线，图像与纵轴的交点表示电池的电动势，图像斜率的绝对值表示R0＋r。(2)根据表中实验数据，找出电压表示数U与所对应电阻的阻值R，由欧姆定律I＝eq\f(U,R)可求出相应的电流。(3)根据(2)中所得数据，在坐标系中描出对应的点，然后根据坐标系中的点作直线，作出电源的路端电压与电流关系图像如图所示；由图像可知，电源电动势E＝2.0V；由于图像斜率绝对值等于电源内阻与定值电阻阻值之和，得k＝r＋R0＝eq\f(E－U,I)＝2.4Ω，得电池的内阻r＝k－R0＝2.4Ω－2.0Ω＝0.4Ω。[答案](1)电压U与电阻R的比值eq\f(U,R)(或电流I)(2)表格中数据如下：电阻箱读数R/Ω40.0020.0012.008.006.005.00电压表示数U/V1.891.781.661.571.431.35eq\f(U,R)/A0.0470.0890.1380.1960.2380.270(3)图像见解析2.00.4学情分析学生已经学习了闭合电路欧姆定律的内容，能够计算关电路中电阻、电流、电压的关系，学习过导体电阻率的测定，具备了电学实验处理的基本方法基本思路，能够对简单的图像经行处理，具备充分的数形结合思想。效果分析在教学设计中以教师讲授为基本结合学生小组学习交流进行展开，努力做到：1.以学生为中心，把课堂还给学生。2.以学生为主体，重点以学生小组讨论学习为重。本节课仍需完善之处：1.板书设计仍需优化，缺少课堂的巡视指导；2.总结环节不够清晰，方法总结不够透彻。教材分析测定电池的电动势和内电阻是人教版高中物理必修3第十二章第3节的内容，在高考中常以实验题考察2020年高考理卷第14题就对本实验进行了综合考察包括实验方案，用电器，电路形式，U-I图像数据处理等等。可见本实验在电路中以及在高考中的重要地位。本节课帮学生更好的巩固了闭合电路的欧姆定律，并提高了对数据的分析处理，拓展了学生的学习视野，提高了学生的物理学习兴趣。评测练习（2020卷）14.实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有：干电池一节（电动势约1.5V，内阻小于1Ω）；电压表V（量程3V，内阻约3kΩ）；电流表A（量程0.6A，内阻约1Ω）；滑动变阻器R（最大阻值20Ω）；定值电阻R1（阻值2Ω）；定值电阻R2（阻值5Ω）；开关一个，导线若干。(1)该小组按照图甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U-I坐标纸上描点，如图乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是_____。（单选，填正确答案标号）A．电压表分流B．干电池内阻较小C．滑动变阻器最大阻值较小D．电流表内阻较小(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示。序号1234567I/A0.080.140.200.260.320.360.40U/V1.351.201.050.880.730.710.52请根据实验数据，回答以下问题：①答题卡的坐标纸上已标出后3组数据对应的坐标点，请在答题卡的坐标纸上标出前4组数据对应的坐标点并画出U-I图像________。②根据实验数据可知，所选的定值电阻为_____（填“R1”或“R2”）。③用笔画线代替导线，请在答题卡上按照改进后方案，将实物图连接成完整电路____________。课后反思优势本节课教学设计合理特别是对用图象进行数据处理的方法这一重点的处理，由浅入深，带领学生逐步去学会处理的思想。同时充分利用物