实验：教学设计教案

10.实验：测定电源的电动势和内阻教学设计河北石家庄二中：崔潮一、教材分析“实验：测定电池的电动势和内阻”是人教版高中物理选修3-1第二章第9节的内容，它是闭合电路欧姆定律的深化和实际应用，学生经过本节课的学习，既能加深对闭合电路欧姆定律的理解，学会根据实验原理设计实验，巩固电学问题的分析思路，较熟练的使用基本仪器和处理实验数据的方法。又对学生应用数学方法解决物理问题的能力有所提升。通过学生自己独立提出方案、小组讨论设计、完成实验，处理数据，找到减小误差的办法。培养学生独立思考、合作、探究、协作学习和与人交流能力，同时测水果电池的的电动势和内阻可激发学生对物理实验的学习兴趣。二、教学目标（一）、知识与技能1．理解测定电源的电动势和内阻的基本原理。进一步感受路端电压随电流变化的关系。加深对闭合电路欧姆定律的理解巩固。2．使学生学会根据基本实验原理，选择不同实验仪器来设计实验，完成实验。经历实验过程，掌握实验方法，提高实验技能。3．用解析法和图象法拟合直线合力外推求解电动势和内阻的处理数据的方法。4．从减小系统误差和偶然误差两方面尝试进行电源的电动势和内阻测量的误差分析。（二）、过程与方法1．基于相同实验原理—闭合电路欧姆定律，从伏—安法出发，通过不同实验仪器的选择来设计实验，完成实验。使学生开阔思路，体验科学的思维方法。2．学会利用解析法、图像法等函数的思想，利用数学方法处理物理问题。学会用多次测量取平均值，图线处理数据的方法，都可以减小偶然误差。体验在测定电源的电动势和内阻时减小误差（扩大内阻、图象纵轴不从零开始）的技巧。（三）、情感态度与价值观1．学生通过实验手段处理物理问题的基本程序和技能，培养学生，仔细观察，真实记录，严谨求实、实事求是的科学态度和不断探索的科学精神，培养学生观察能力、动手操作能力、分析思维能力。2．学生通过实验产生热爱物理学习的动机，对物理学习有浓厚的兴趣。通过独立思考，小组讨论，培养学生学会独立思维习惯。培养学会倾听，团结协作的意识。三、教学重点难点重点：实验原理及拓展，利用图线处理数据。难点：实验原理的设计，如何通过表箱法测得数据拟合直线找斜率、截距，求电动势和内阻。四、教学方法小组讨论，汇报、讲解法，实验法。五、课前准备课前准备学案、课上学案、课后作业。坐标纸（两人一张）。旧干电池、导线若干，开关、滑动变阻器（5,3）、(0-0.6、0-3)电流表、（0-3V、0-15V）电压表、电阻箱、灵敏电流表（0-300、r=100）或内阻已知的毫安表、铜片和锌片各一片、苹果、梨、西红柿、土豆。共12组。六、教学过程（一）课前准备检查（二）提出问题、引入新课教师：我们知道一个电源的规格，常标在铭牌上的有电动势、内阻、和容量。在一段时间内电动势、内阻可认为不变，是一常量。那么我们怎样通过实验来测定这两个物理量呢？有人提出一个方案如图：可行吗？有哪些不足？学生：此方法只能粗略的测出电动势不能测出内阻，并且测出的电动势误差会较大。电压表虽内阻很大，但不是断路。电压表中有电流通过测的实际是路端电压。只有当电压表内阻很大时近似等于电动势。教师：提出问题：现在有一个干电池，要想测出其电动势和内电阻，你需要什么仪器，采用什么样的电路图，原理是什么？需要测那些物理量？用那个物理公式？（三）新课：学生在学案上独立设计完成，小组交流讨论，合作探究（教师巡回指导），每组找一名学生代表汇报展示。教师汇总：方案一：仪器：电池、开关、导线、电流表、电压表、滑动变阻器。实验原理：闭合电路欧姆定律E=U＋Ir电路图：需测量电压：U1、U2、U3、U4、U5、U6，对应电流：I1、I2、I3、I4、I5、I6。E和r的求解：由U＝E－Ir得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(U1＝E－I1r,U2＝E－I2r))，解得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝\f(I1U2－I2U1,I1－I2),r＝\f(U2－U1,I1－I2)))方案二：仪器：电池、开关、导线、电流表、电阻箱。实验原理：闭合电路欧姆定律E=U＋Ir=IR＋Ir电路图：需测量电阻：R1、R2、R3、R4、R5、R6，对应电流：I1、I2、I3、I4、I5、I6。E和r的求解：E=I1R1＋I1rE=I2R2＋I2r联立求解。方案三：仪器：电池、开关、导线、电压表、电阻箱。实验原理：闭合电路欧姆定律E=U＋Ir=电路图：需测量电阻：R1、R2、R3、R4、R5、R6，对应电压：U1、U2、U3、U4、U5、U6。E和r的求解：联立求解。教师：这几种方法均可测量E、r。但误差较大，怎样可以减小误差？我们从减小系统误差和偶然误差两方面考虑一下。提示：看看我们用到的电路图里面、各需测的是什么？学生独立思考、小组讨论，代表汇报。汇总：系统误差：方案一中测路端电压；测干路电流，即过电源的电流。有内阻引起系统误差。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。提出问题：选用电路图时，还可将外接、内接原则上都可以，哪一个更好？为什么？学生回答：两种方式测量都会带来误差。采用图1示数准确示数偏小采用图2示数准确示数偏小采用图1时：不考虑电表影响时，E和r的求解：由U＝E－Ir得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(U1＝E－I1r,U2＝E－I2r))，解得测量值eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝\f(I1U2－I2U1,I1－I2),r＝\f(U2－U1,I1－I2)))考虑电表影响时，联立解得：比较可以得到：E测＜E，r测＜r测量值都小于真实值。由于有所以当测小内组电源时电压变化不明显用此方法系统误差小。采用图2时：考虑电表影响时，联立解得：比较可以得到：E测=E，r测＞r电动势等于真实值，内阻等于真实值，大一个电流表内阻。当测大内组电源时，电流表内阻可忽略用此方法系统误差小。同理方案二、方案三，也是由于电表内阻会引起系统误差。教师设问;如何减小偶然误差？学生独立思考、小组讨论，代表汇报。学生：利用两组数据便可得到结果，但这样做误差会比较大，为此，我们可以多测几组求平均值，也可以将数据描在图上，利用图象处理数据。方法一、采用多次测量取平均值。取六组对应的U、I数据，数据满足的关系式U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r…让第1式和第4式联立方程，第2式和第5式联立方程，第3式和第6式联立方程，这样解得三组E、r，取其平均值作为电池的电动势E和内阻r的大小．方法二、图像处理数据。在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U—I坐标系，在坐标平面内描出各组(U，I)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，讨论：将图线延长，与横纵轴的交点各代表什么情况？归纳：将图线两侧延长，合理外推。纵轴截距就是电源电动势E。横轴截距为短路电流。则直线与纵轴交点的纵坐标值即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线斜率的绝对值即为电池的内阻r.即r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|.教师：同理方案二、方案三可以将那个物理量看成自变量，将哪个物理量看成函数，怎样变换变量，转化为一次函数，拟合直线。通过求斜率、截距来求E和r。学生独立思考、小组讨论，代表汇报。方案二、E=U＋Ir=IR＋Ir变形为纵轴：R横轴：斜率：E截距：-r或将式子两边同时除以EI得：纵轴：横轴：R斜率：截距：方案三、变形为：纵轴：横轴：斜率：截距：今天我们这节课选择用测量图1方法测的这一种。指导学生分组实验，分工合作，连电路，记录数据，画图象，计算电源电动势、内阻。分析图像，设问：想一想可否通过合理标度减小误差？扩大内阻保护电阻。说明：①A、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。②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