高中物理4.2《测定电源电动势和内阻》教案沪科版选修3-1

测定电源电动势和内阻一、教材内容分析本节课是高中物理选修3—1的第四章第二节，这节课内容是测量电源的电动势与内阻，电源的特性主要由电动势与内阻来描述，因此测量电动势和内阻对于合理使用电源具有重要的意义。本节课主要介绍了用伏安法测量电源的电动势与内阻的电路以及一种新的处理实验数据的方法——用图象法处理实验数据。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理的相关知识，测量电源电动势和内阻，在教学中在教师的引导下，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，引导测量方案（包括电路图）的形成，在探究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误差分析。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，对实验电路的选择、设计能力还没有形成，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〔亦称代书法〕，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1知识与技能：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。2.过程与方法：学会利用图线处理数据的方法、误差分析。3.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1.重点：测量方案和利用图线处理数据2.难点：如何利用图线得到结论六、教学准备电流表，电压表，滑动变阻器，开关，一节电池，电池盒，导线若干。七、教学流程设计八、教学过程设计开始教学引入探究课题原理讨论实验探究收集数据方案设计仪器选择数据处理方式方法结论表达误差分析课堂总结激趣明确研究课题讨论：实验原理讨论与选择根据原理设计实验方案选择适当的仪器教师辅导，生——生交流师——生交流代数法与作图法学生表达测量结果实验误差（系统误差）师生共同总结教学环节学习内容教师活动学生活动预期效果教学引入明确研究课题、引起探究兴趣引言、课题介绍调动学生学习的兴趣，活跃课堂的气氛，使学生乐于探究。实验原理探讨原理选择：闭合电路欧姆定律rREI及其他变形形式：E=U+Ir、rRUUE〔提问〕1、欲得到某个干电池的电动势和内阻，可以怎么做？2、选用欧姆定律的那种形式比较好〔回答问题〕1、闭合电路欧姆定律：rREIE=U+Ir（U=E-Ir）rRUUE2、选用E=U+Ir（U=E-Ir）较好掌握测量的几种原理。第一和第三要求电阻已知，且从数据处理方便看，第二种方案E=U+Ir亦可采用图像法，较好。实验方案电表连接方式选择：作实验电路图〔提问〕根据原理作出实验电路图，重点是电表的连接方式〔思考与讨论〕最终得到如上的电路图掌握实际操作中选择仪器与实验方法实验探究动手实验，收集数据根据方案进行实验，并如实纪录数据真正动手实践，尊重实验现实数据处理方案1、数据处理方法〔提问〕如何处理数据得出结论？结论：1、代数法，多次实验取平均值2、图像法，作U-I曲线，利用图像信息求得。关键掌握利用图线的信息，如：斜率、两坐标轴的截距等〔含图像的获得〕2、对实验图像的认识〔提问〕1、由实验数据得到的数据在图上的分布特点2、曲线的斜率、U轴截距、I轴截距各表示什么？〔学生回答〕1、数据只分布在第一象限，且大致应成一条斜率为负的直线2、斜率表示-r，U轴截距表示电源电动势I轴截距表示短路电流增强运用图像处理数据的能力，培养看图的能力以及分析问题、解决问题的能力实验结论表达通过实验得到结论〔引导〕让学生自己表达实验得到的结果〔学生发言〕表达自己的实验结果误差分析对所得的实验结论进行误差分析〔引导〕让学生对自己的实验结果进行讨论〔学生发言〕误差分析：1、原理引起的误差2、仪器读数引起的误差课堂总结1、实验原理及电路选择2、数据处理方法及误差分析九、课堂实录测量电源的电动势与内阻教师：在你们桌上都有一节这样的干电池，我们已学过用来描述电源的性质物理量是E、r，今天我们要用实验手段来测量一节电池的E、r。根据我们学过的知识，你可以用几种什么方法来测出这一节干电池的电动势和内阻呢？教师：同桌同学一起研究一下，看可以通过测量哪些物理量来测电源的电动势和内阻，然后把你们设计出来的电路图画在白纸上，列出求解方程式。…………学生设计方案…………教师：下面请同学们把你设计好的方案拿来跟大家一起探讨一下，谁先来？方案1学生：使用一个电流表、一个电压表、一个滑动变阻器E=Ir+U(板书)方案2学生：使用一个电压表、一个电阻箱rRUUE(板书)方案3学生：使用一个电流表、一个电阻箱E=I（R+r）(板书)教师：根据同学们得除了测电源电动势和内阻的三种方法，现在分析对比一下。〔投影：方案1E=Ir+U方案2rRUUE方案3E=I（R+r）〕教师：同学们很辛苦才得出三种不同方案，尽管这三种方法所列的方程形式不同，但他们的本质是一样的，都是闭合电路的欧姆定律。三种方案中哪种方案最好？师生：1、方案2和方案3与方案1相比，最大的区别在于方案2和方案3只用了一个电表，外电路上的电阻必须是已知的，这就给外电路上的电阻带来一定的限制，滑动变阻器是不能用的。AE、rE、rV2、方案1中，Er是欲求的，除了采用方案2、3相同的数据处理办法外，还可以采用一种独特的处理方案，前面练习时我们有碰到过——图像法。教师：基于上述原因，我们选用方案1。但是，即便是选择方案1，同学们也有这样的两种连接方式，那么我们在做实验时是否两个都可以，还是哪一个更好？师生：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。教师：在大家桌上都有电流表、电压表、0～50Ω滑动变阻器各一个，电键一个，导线若干。教师：电流表、电压表选择什么量程？师生：电流表0～0.6A，电压表0～3V教师：接下来同学们可以开始进行实验，收集数据，要多测几组以便取平均，至少测6组。在实验以前先请同学做电学实验的注意事项。师生：1）按电路图先串联后并联。2）连接电路时，电键必须断开。3）电流必须从电表的正接线柱流入，负接线柱流出，并且要注意量程的选择。4）如使用滑动变阻器处于安全的位置。5）因电池较旧，每测量一次断开电源，调节后再通电，保证电流较大。6）实验结束时，先断开电键。以组为单位学生动手实验，如实纪录实验数据教师：得到了实验数据，你有几种办法处理数据得出正确的电动势与内阻？学生：我们可以利用公式：E=Ir+U用两组数据就可以建立方程组解出E和r，然后取平均值；也可以采用图像法，利用U—I图像求电源电动势E和内阻r:根据闭合电图－2图－1路欧姆定律U=E-Ir可知，U是I的一次函数，则U—I图像应该是一条直线.投影：U—I图象如右图。教师：如何得到这条直线，在坐标纸上建立U—I坐标系，依据测量数据在坐标系中画出相应的点，怎样连接这些点呢？是否两两相连？学生讨论后回答总结：两两相连得出的折线不符合理论分析的结果，应该作一条直线使之通过尽可能多的点，并使不在直线上的点尽可能均匀的分布在两旁.离直线教远的点应该舍弃，这实际上也是取平均的思想。教师：那么大家观察图象，直线与U轴、I轴各有交点，这两个交点分别代表什么物理意义，直线的斜率又代表什么呢？学生回答总结：直线与U轴相交点的值，I等于零，此值即为断路时的路端电压应等于电源电动势E；这条直线与I轴的交点表示U=0(外电路短路)时的短路电流I0，而且I0rE＝，由U=E-Ir可知直线斜率为-r，计算内阻时，要在直线上任取两个相距较远的点，用r=|k|计算电池的内阻r。教师：下面同学们把数据所得数据描到书上的坐标系中，作出图线，从而得出测量结果，等下请同学来说一下他的测量结果。学生：结果表达。〔一下环节如有时间就讲，没有时间下次课讲〕误差分析：实验中由于电压表的分流作用，使得测量的电流与真实的电流大小不同而造成的误差属于系统误差，请同学们进一步讨论，这个E、r测量得到的数值是偏大还是偏小？（提示：利用图线及合理的推理）可以请几位同学发言，最后得到结论。因为电压表的分流作用所以I真=I测＋IV，某个电压值时电流要比测量值大一点。当U=0时，IV→0I→I真故r真＞r测E真＞E测量U/VI/A真实十、教学反思这节课的设计意图要让学生在教师的引导下掌握测量电源电动势和内阻的原理和方法，教师的引导只是为了让学生更加高效的学习，把重点放在原理、电路的获得，以及探究过程的实际操作，再到后面的数据处理，特别是利用图象法处理数据，课堂内容的设计环环相扣，注重培养学生的实验探究能力。不足之处在于课堂的容量偏大，对于不同的学生情况可能还应根据最后要达到的目标做一些调整，有些环节，如欧姆定律的三种形式和相应的电路图可以改成教师引导，重点放在电表连接方式的讨论上来，这也是为后面的误差分析做好铺垫。另，因数据处理方法移到实验探究前做些必要的补充，这样时间上的安排也是合理的。总体说来，一节课要有所偏重，想把每个方面都做好很难，教师只有根据自己学生的情况做一些必要的调整才是最合理的。