高中物理人教必修三第12章第3節(jié)實驗：電池電動勢和內(nèi)阻的測量 教學設(shè)計

1、驗：電池電動勢和內(nèi)阻的測量 教學設(shè)計課題 實驗：電池電動勢和內(nèi)阻的測量單元12學科物理年級高二教材分析本節(jié)課所采用的教材是人教版高中物理必修3第12章第3節(jié)的內(nèi)容, 教科書提供了三種實驗方法供教學中選擇，但實驗原理大致相同，教學中用第一種方法進行詳細分析，其余的可以讓學生課后進行思考要讓學生理清電動勢和內(nèi)阻測量的思維線索。通過“實驗：測定電池的電動勢和內(nèi)阻”這節(jié)課的學習，學生可以更靈活地運用閉合電路歐姆定律，再一次熟悉用圖象處理數(shù)據(jù)的方法，還可以得到電學實驗中許多操作技能的訓練，因此，本節(jié)教學的目的不只是教給學生一種測量電動勢的方法重要的是通過實驗更好地理解電動勢這一概念。至于用測量路端電壓的

2、方法測量電動勢，在前面已有涉及，如 “斷路時的路端電壓等于電源電動勢，我們常根據(jù)這個道理測量電源的電動勢”的表述。實際測量時可以根據(jù)需要和器材的具體情況選擇合適的方法。教學目標與核心素養(yǎng)一、教學目標1.知道測量電源電動勢和內(nèi)電阻的實驗原理，進一步感受電源路端電壓隨電流變化的關(guān)系。2.學會根據(jù)圖像合理外推進行數(shù)據(jù)處理的方法。3、嘗試進行電源電動勢和內(nèi)阻測量誤差的分析，了解測量中減小誤差的方法。二、核心素養(yǎng)物理觀念：通過操作實驗，讓學生形成對實驗具有嚴謹科學態(tài)度的物理觀念?？茖W思維：體驗實驗研究中獲取數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、尋找規(guī)律的科學思維方法科學探究：經(jīng)歷實驗過程，掌握實驗方法，學會根據(jù)圖像合理外推進

3、行數(shù)據(jù)處理的方法?？茖W態(tài)度與責任：培養(yǎng)仔細觀察，真實記錄實驗數(shù)據(jù)等良好的實驗習慣和實事求是的品質(zhì)。重點利用圖線處理數(shù)據(jù)。難點如何利用圖線得到結(jié)論以及實驗誤差的分析。教學過程教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設(shè)計意圖導入新課知識回顧：什么是閉合電路歐姆定律，它的表達式有哪些？參考答案：閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。這個結(jié)論叫作閉合電路的歐姆定律。表達式： E U外 U內(nèi) U外 表示 IR，U內(nèi) 表示 Ir。根據(jù)閉合電路歐姆定律，有多種方法可以測定電池的電動勢和內(nèi)阻。這節(jié)課我們就根據(jù)閉合電路的歐姆定律，來測量電池的電動勢和內(nèi)阻?；貞洸懗鲩]合電路的歐姆定律公式. 為實驗的

4、順利進行做鋪墊講授新課一、實驗思路1.測E和r的實驗方法:U-I法根據(jù)閉合電路的歐姆定律：E U Ir 可知如果能測出 U、I 的兩組數(shù)據(jù)，就可以列出兩個關(guān)于 E、r 的方程，從中解出 E 和 r。 E：待測電動勢；r：待測內(nèi)阻；：路端電壓；：通過電源的電流；用電壓表、電流表加上一個滑動變阻器 R，就能測定電源的電動勢 E 和內(nèi)阻 r。實驗電路如圖2.測E和r的實驗方法： I-R法 閉合電路的歐姆定律E U I r 可寫成：E IR I r ，測出 I、R 的兩組數(shù)據(jù)，也可以得到關(guān)于E和r 的兩個方程，從中解出E和r。用電流表和電阻箱可以測定電源的電動勢E和內(nèi)阻r，電路如圖。3.測E和r的實驗

5、方法： U-R閉合電路的歐姆定律 E U Ir 可寫成： 測出 U、R 的兩組數(shù)據(jù)，通過解方程組求出 E 和 r。這樣用電壓表和電阻箱來測定電源的電動勢 E 和內(nèi)阻 r。下面選用方法 1 測定電池的電動勢 E 和內(nèi)阻 r。二、物理量的測量思考討論：如果用E U Ir 測E和r是否只需測量兩組 U、I 數(shù)據(jù)，聯(lián)立方程解得E 和 r 就行呢？采用方法2和3呢？不行，只測量兩組數(shù)據(jù)，誤差可能較大。只有多次測量，并對數(shù)據(jù)進行處理，才能減小誤差。所以，應該使用滑動變阻器改變外電路的電阻，進行多次測量。無論采取哪種方法，為了減小誤差，都應該進行多次測量。三、數(shù)據(jù)分析方法一：公式法 測量若干組數(shù)據(jù)，利用E=

6、U+Ir 解方程解方程組 E=U1+I1rE=U1+I1r可得 為了減小誤差，最后以 E 的平均值和 r的平均值作為實驗結(jié)果。方法二：圖象法 E U Ir 得：U rI E 相當于二元一次方程k=r b=E（1）作圖方法以 U 為縱坐標、I 為橫坐標建立平面直角坐標系。根據(jù)實驗測得的幾組數(shù)據(jù)在坐標系中描點，這些點大致分布在一條直線上，把明顯偏離的點舍去，用直尺畫一條直線，使盡可能多的點落在這條直線上，不在直線上的點大致均衡地分布在直線兩側(cè)。某次實驗結(jié)果的 U-I 圖像（2）電源的電動勢 E這條直線與U坐標軸的交點值表示斷路時的路端電壓，這時的電壓 U 等于電源的電動勢 E。思考：直線與I軸交點

7、是不是短路電流？它表示的意義是什么？由于U軸的起點不為0，故直線與I軸交點不是短路電流而是U1.20V時的電流。（2）電源的內(nèi)阻 r根據(jù)這條直線可以推出 U 0 時的短路電流。根據(jù) 求出電源的內(nèi)阻 r。由k=r通過求解 U-I 圖像斜率的絕對值也可以求出電源的內(nèi)阻 r，即 求出電源的內(nèi)阻 r。實驗一：測量干電池的電動勢和內(nèi)阻1.實驗器材：待測舊電池一節(jié)，滑動變阻器，電壓表（03V），電流表（00.6A），導線若干，開關(guān)一只，鉛筆，坐標紙。2.實驗電路3.實驗步驟(1)確定電流表、電壓表的量程，按實驗電路圖連接好電路，并將滑動變阻器的滑片移到使接入電路的阻值為最大值的一端。(2)閉合開關(guān)S，接通

8、電路，將滑動變阻器的滑片由一端向另一端移動，從電流表有明顯讀數(shù)開始，記錄一組電流表、電壓表讀數(shù)。(3)同樣的方法，依次記錄多組U、I值。(4)斷開開關(guān)S，拆除電路。(5)利用公式法和圖像法求出電動勢和內(nèi)阻。4.實驗數(shù)據(jù)序號123456電壓U/V1.451.401.301.251.201.10電流I/A0.0600.1200.2400.2600.3600.4805.實驗數(shù)據(jù)處理由圖象可知，圖象與縱坐標軸的交點即為電動勢，所以E=1.50V，電源內(nèi)阻6.注意事項(1)實驗前必須把變阻器的滑片置于阻值最大的位置，以防止出現(xiàn)燒壞電流表的事故。(2)為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些。(3)

9、 讀數(shù)要快，讀完后立即切斷電源。(4)作U-I圖像時，要盡量使多數(shù)點落在直線上，不在直線上的點均勻分布在直線兩側(cè)。(5)作U-I圖像時，如果出現(xiàn)某組數(shù)據(jù)對應的點偏離直線較遠，就表明這組數(shù)據(jù)的偶然誤差較大，可將該點舍去。(6)縱坐標可不從零開始，直線的斜率等于電源內(nèi)阻，計算內(nèi)阻時，要在直線上取兩較遠點用 求出 (橫坐標必須從零開始)。(7)圖線與縱軸交點的縱坐標等于電源電動勢，與橫軸交點的橫坐標等于短路電流，由此可知，用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)的優(yōu)點是求得的是平均值。7.誤差分析把圖中的R和電流表看成外電路，則電壓表看成內(nèi)電路的一部分，故實際測出的是電池和電壓表這個整體等效的r和E。 誤差來源于電壓表

10、的分流作用，適宜測小內(nèi)阻電源。知識拓展電流表看成內(nèi)電路的一部分，故實際測出的是電池和電流表這個整體等效的r和E。E測=E r測=r+RAr誤差來源于電流表的分壓作用，適宜測大內(nèi)阻電源。實驗二：測量水果電池的電動勢和內(nèi)阻實驗器材：銅片、鋅片、梨、電阻箱、電壓表。出示圖片：水果電池把銅片和鋅片相隔約1 cm插入一個梨中，就制成一個水果電池。銅片和鋅片相距越近、插入越深，電池的內(nèi)阻就越小。銅片是電池的正極，鋅片是負極。實驗步驟：1.把水果電池、電阻箱、電壓表等按圖連接起來。2.根據(jù) 用電壓表和電阻箱測出多組電壓U和電阻R，并記錄在預先繪制的表格中。3.求出水果電池的電動勢和內(nèi)阻。注意：水果電池的內(nèi)阻

11、較大，容易測量。但實驗時，內(nèi)阻會發(fā)生明顯改變。測量應盡量迅速，在內(nèi)阻發(fā)生較大變化之前結(jié)束測量。課堂練習1.在“測定電源電動勢和內(nèi)阻”的實驗中，針對兩個不同的電源得出如圖所示的1、2兩條圖線，則兩個電源的動勢E1和E2、內(nèi)阻r1和r2滿足關(guān)系）（）AE1E2，r1r2 BE1E2，r1r2 CE1E2，r1r2 DE1E2，r1r2答案： C2在測電源的電動勢和內(nèi)阻時。某次實驗記錄數(shù)據(jù)畫出U-I圖象，下列關(guān)于這個圖象的說法中正確的是（）A縱軸截距表示待測電源的電動勢，即E=3V B橫軸截距表示短路電流，即I短=0.6A C根據(jù)rE/ I短 ，計算出待測電源內(nèi)阻為5 D該實驗中電源的內(nèi)阻為2 答案

12、：A3.如圖是測量電源電動勢和內(nèi)電阻的電路，關(guān)于誤差說法正確的是（ ）A由于電流表的分壓作用，使內(nèi)電阻的測量值小于真實值 B由于電流表的分壓作用，使內(nèi)電阻的測量值大于真實值C由于電壓表的分流作用，使內(nèi)電阻的測量值小于真實值 D測出的電動勢比真實值小答案：B4在“測定電池電動勢和內(nèi)阻”的實驗中，某同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，作出了正確的U-I圖象，如圖所示，其中圖線斜率絕對值的物理含義是（）A短路電流 B電池內(nèi)阻 C電池電動勢 D全電路電阻答案： B拓展提高1.“測定電池的電動勢和內(nèi)阻”的實驗中，下列注意事項中錯誤的是 （）A應選用舊的干電池作為被測電源，以使電壓表示數(shù)的變化比較明顯 B移動變阻器的觸頭時

13、，不能使滑動變阻器短路造成電流表過載 C應選用內(nèi)阻較小的電壓表和電流表 D由實驗記錄數(shù)據(jù)作U-I圖象時，應通過盡可能多的點畫一條直線，并使不在直線上點大致均勻分布在直線兩側(cè) 答案：C2測量電池電動勢和內(nèi)電阻，根據(jù)測得數(shù)據(jù)作出了外電路U-I圖線，由圖可知（）A電池電動勢的可以直接測得為1.40 V B電池內(nèi)阻的測量值為3.50 C外電路發(fā)生短路時的電流為0.40 A D電壓表的示數(shù)為1.20 V時，電流表的示數(shù)I=0.20 A 答案：D3.用如圖所示電路（R1，R2為標準定值電阻）測定電池的電動勢和內(nèi)電阻時，如果偶然誤差可以忽略不計，則下列說法中正確的是（）A電動勢的測量值小于真實值 B內(nèi)電阻的

14、測量值小于真實值 C測量誤差的產(chǎn)生原因是電流表具有內(nèi)電阻 D測量誤差的產(chǎn)生原因是測量次數(shù)少，不能用圖象法求電池的電動勢和內(nèi)電阻答案：C學生閱讀課文說出實驗思路，展示本組的實驗原理及電路圖學生思考討論需要測量的物理量運用公式法推導出E，r理解圖像法的意義，并動手做出圖像學生思考討論學生依據(jù)電路圖連接實物圖.連接電路后，進行測量，記錄并整理測量數(shù)據(jù).學生閱讀注意事項學生對實驗的系統(tǒng)誤差進行討論.學生閱讀課文測量水果電池的電動勢和內(nèi)阻學生練習鍛煉學生的自主學習能力，掌握實驗原理理解減小誤差的方法，進行多次測量。鍛煉學生的推導計算能力幫助學生理解圖像的意義理解直線與I軸交點的意義鍛煉學生的動手能力鍛煉學生根據(jù)圖像合理外推進行數(shù)據(jù)處理的方法進一步理解測量電池電動勢和內(nèi)阻實驗理解如圖誤差來源于電壓表的分流作用，適宜測小內(nèi)阻電源。鍛煉學生的自主學習能力鞏固本節(jié)的知識課堂小結(jié)1.求電源的電動勢 E，電源的內(nèi)阻 r公式法圖像法這條直線與U坐標軸的交點值表示斷路時的路端電壓，這時的電壓 U 等于電源的電