《實(shí)驗(yàn)：電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量》教學(xué)設(shè)計(jì)

《實(shí)驗(yàn)：電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量》教學(xué)設(shè)計(jì)【教材分析】本節(jié)是閉合電路的歐姆定律的深化和實(shí)際應(yīng)用，本節(jié)主要介紹了用伏安法測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻，以及處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法——圖象法，同時(shí)也是對(duì)前幾節(jié)所學(xué)電路知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的綜合運(yùn)用與提升。學(xué)生通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)，既能鞏固電學(xué)問(wèn)題的分析思路，加深對(duì)閉合電路的歐姆定律的理解，了解電池的主要特性，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生合作、探究、交流能力，具有很重要的實(shí)際意義?！緦W(xué)情分析】學(xué)生已經(jīng)掌握了閉合電路的歐姆定律，并且已經(jīng)有從電路的內(nèi)、外電阻來(lái)分析電路的意識(shí)，掌握了電流表、電壓表的使用方法．但是由于對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)接觸比較少，對(duì)于電路的分析能力仍需進(jìn)一步加強(qiáng)，這也是本實(shí)驗(yàn)探究的一個(gè)重要任務(wù)。另外，對(duì)于數(shù)據(jù)的處理，學(xué)生較熟悉的是計(jì)算法，利用圖象處理數(shù)據(jù)的能力的培養(yǎng)與提高是本次實(shí)驗(yàn)探究的另一個(gè)重要任務(wù)。【教學(xué)目標(biāo)】eq\b\lc\(\a\vs4\al\co1(●))知識(shí)與技能（1）了解并掌握測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的原理和實(shí)驗(yàn)方法。（2）學(xué)習(xí)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。eq\b\lc\(\a\vs4\al\co1(●))過(guò)程與方法。（1）體驗(yàn)測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的探究過(guò)程，并通過(guò)設(shè)計(jì)電路和選擇儀器，開闊思路，激發(fā)興趣。（2）體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)研究中獲取數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、尋找規(guī)律的科學(xué)思維方法。eq\b\lc\(\a\vs4\al\co1(●))情感、態(tài)度與價(jià)值觀使學(xué)生理解和掌握運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段處理物理問(wèn)題的基本程序和技能，具備敢于質(zhì)疑的習(xí)慣、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度和不斷求索的精神，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、思維能力和操作能力，提高學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)和興趣?！窘虒W(xué)重難點(diǎn)】本節(jié)的重點(diǎn)是利用圖線處理數(shù)據(jù)，而難點(diǎn)是如何利用圖線得到結(jié)論以及實(shí)驗(yàn)誤差的分析?！窘虒W(xué)方法】實(shí)驗(yàn)法、講解法【教學(xué)準(zhǔn)備】學(xué)案實(shí)驗(yàn)報(bào)告【教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)】主要教學(xué)過(guò)程教學(xué)設(shè)計(jì)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)一、引入新課我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了閉合電路的歐姆定律，請(qǐng)大家寫出有關(guān)的公式。【提出問(wèn)題】現(xiàn)在有一節(jié)干電池，要想測(cè)出其電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，你需要什么儀器，采用什么樣的電路圖，原理是什么？回憶并寫出閉合電路的歐姆定律公式。學(xué)生討論、交流、總結(jié)。二、新課教學(xué)【實(shí)驗(yàn)器材】待測(cè)電池，電壓表，電流表，滑動(dòng)變阻器，開關(guān)，導(dǎo)線。【實(shí)驗(yàn)方案】學(xué)生討論后，可以得到多種實(shí)驗(yàn)方案：1．用電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器測(cè)量．如圖所示。原理公式：E＝U＋I(xiàn)r2.用電流表、電阻箱測(cè)量．如圖所示：原理公式：E＝IR＋I(xiàn)r3．用電壓表、電阻箱測(cè)量。如圖所示.。原理公式：E＝U＋eq\f(U,R)r教師總結(jié)：這幾種方法均可測(cè)量，本節(jié)選擇用伏安法測(cè)量，即第（1）種方案?！緦?shí)驗(yàn)步驟】1.按原理圖連接實(shí)物圖2.閉合開關(guān)前，把滑動(dòng)變阻器的滑片移到一端使其阻值最大。3.閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表的讀數(shù)有明顯示數(shù)，記錄一組電流表和電壓表的示數(shù)，用同樣的方法測(cè)量并記錄幾組（I，U）值（至少6組）。第1組第2組第3組第4組第5組第6組U/VI/A4.斷開開關(guān)，整理好器材。5.數(shù)據(jù)處理方法一：聯(lián)立方程求解eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋I(xiàn)1r,E＝U2＋I(xiàn)2r))原則上，利用兩組數(shù)據(jù)便可得到結(jié)果，但這樣做誤差會(huì)比較大，為了減小誤差，我們可以多測(cè)幾組求平均值。方法二：圖象法在坐標(biāo)紙上以I為橫坐標(biāo)，路端電壓U為縱坐標(biāo)，用測(cè)出幾組坐標(biāo)（I，U）畫出U-I圖象。實(shí)驗(yàn)中至少得到6組數(shù)據(jù)，畫在圖上擬合出一條直線。要求：使多數(shù)點(diǎn)落在直線上，并且分布在直線兩側(cè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)要大致相等，這樣，可使偶然誤差得到部分抵消，從而提高精確度。討論：將圖線延長(zhǎng)，與橫、縱軸的交點(diǎn)各代表什么情況？如何利用圖象求出電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻？歸納：將圖線延長(zhǎng)，分別交軸與A、B兩點(diǎn)。A點(diǎn)意味著開路情況，它的縱軸截距就是電池的電動(dòng)勢(shì)E；B點(diǎn)意味著短路情況，它的橫軸截距就是短路電流；斜率的絕對(duì)值為電池內(nèi)阻。說(shuō)明：①A、B兩點(diǎn)均是無(wú)法用實(shí)驗(yàn)實(shí)際測(cè)到的，是利用得到的圖線合理外推得到的。②由于r一般很小，得到的圖線斜率的絕對(duì)值較小。為了使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，可以將縱軸的坐標(biāo)不從零開始，計(jì)算r時(shí)選取直線上相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)求得?！菊`差分析】實(shí)驗(yàn)中的誤差屬于系統(tǒng)誤差，請(qǐng)同學(xué)們進(jìn)一步討論，得到的數(shù)值是偏大還是偏小？（提示：利用圖線及合理的推理）可以請(qǐng)幾位同學(xué)發(fā)言，最后得到結(jié)論。用E0表示電動(dòng)勢(shì)的真實(shí)值，r0表示內(nèi)阻的真實(shí)值，如圖所示，由于電壓表的分流作用，電流表的示數(shù)I不是流過(guò)電池的電流I0，直線①是根據(jù)U、I的測(cè)量值所作出的UI圖線，由于I＜I0，而且U越大，I和I0之間的誤差就越大，而電壓表的示數(shù)U就是電池的路端電壓的真實(shí)值U0，除了讀數(shù)會(huì)有誤差外，可以認(rèn)為U＝U0，經(jīng)過(guò)修正后，直線②就是電池真實(shí)值反映的U-I曲線，由圖線可以很直觀地看出E＜E0，r＜r0?！咀⒁馐马?xiàng)】1.為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，可選用已使用過(guò)一段時(shí)間的干電池。2.干電池在大電流放電時(shí)，電動(dòng)勢(shì)E會(huì)明顯下降，內(nèi)阻r會(huì)明顯增大，故長(zhǎng)時(shí)間放電不宜超過(guò)0.3A，短時(shí)間放電不宜超過(guò)0.5A．因此，實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過(guò)大，讀電表要快，每次讀完立即斷電。3.要測(cè)出不少于6組（I，U）數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，用方程組求解時(shí)，要將測(cè)出的（I，U）數(shù)據(jù)中，第1和第4為一組，第2和第5為一組，第3和第6為一組，分別解出E、r值再求平均值。4.在畫U-I圖線時(shí)，要使較多的點(diǎn)落在這條直線上或使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)。個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去不予考慮。這樣，就可使偶然誤差得到部分的抵消，從而提高精確度。5.干電池內(nèi)阻較小時(shí)路端電壓U的變化也較小，即不會(huì)比電動(dòng)勢(shì)小很多，這時(shí)，在畫U-I圖線時(shí)，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始（橫坐標(biāo)I必須從零開始）。但這時(shí)圖線和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流。不過(guò)直線斜率的絕對(duì)值照樣還是電源的內(nèi)阻，這時(shí)要特別注意計(jì)算斜率時(shí)縱軸的刻度不從零開始。學(xué)生通過(guò)小組討論、合作學(xué)習(xí)，展示本組的實(shí)驗(yàn)原理及電路圖。學(xué)生依據(jù)電路圖連接實(shí)物圖。連接電路后，進(jìn)行測(cè)量，記錄并整理測(cè)量數(shù)據(jù)。思考如何處理分析數(shù)據(jù)。學(xué)生思考、討論，發(fā)表自己的觀點(diǎn)，并說(shuō)明依據(jù)。對(duì)實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差進(jìn)行討論。三、課堂小結(jié)回顧本節(jié)“你學(xué)到了什么？”四、課后作業(yè)1.教材問(wèn)題與練習(xí)1～3。2.完成學(xué)案?！景鍟O(shè)計(jì)】10實(shí)驗(yàn)：測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)器材：待測(cè)電池，電壓表，電流表，滑動(dòng)變阻器，開關(guān)，導(dǎo)線實(shí)驗(yàn)方案：原理公式：E＝U＋I(xiàn)r原理公式：E＝IR＋I(xiàn)r原理公式：E＝U＋eq\f(U,R)r【教學(xué)反思】本節(jié)是操作性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課，從實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用價(jià)值、原理分析，從電路設(shè)計(jì)到實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理到得出結(jié)論、進(jìn)行誤差分析，都體現(xiàn)了物理實(shí)驗(yàn)中理性思維的魅力及實(shí)驗(yàn)操作技能的重要性，在整個(gè)過(guò)程中，體現(xiàn)了交流合作的重要性。本節(jié)包括實(shí)驗(yàn)原理分析、電路設(shè)計(jì)及實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、組織學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和得出結(jié)論、進(jìn)行誤差分析。通過(guò)復(fù)習(xí)閉合電路的歐姆定律，為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)做好知識(shí)鋪墊。實(shí)驗(yàn)方案由學(xué)生自己完成并展評(píng)，體現(xiàn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的思想，充分挖掘?qū)W生的潛能。在方案設(shè)計(jì)中學(xué)生有不同的方案，組織學(xué)生對(duì)不同的方案進(jìn)行交流與討論