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2019-2020年高中物理 4.2《測定電源電動勢和內(nèi)阻》教案 滬科版選修3-1 一、教材內(nèi)容分析 本節(jié)課是高中物理選修3—1的第四章第二節(jié)，這節(jié)課內(nèi)容是測量電源的電動勢與內(nèi)阻，電源的特性主要由電動勢與內(nèi)阻來描述，因此測量電動勢和內(nèi)阻對于合理使用電源具有重要的意義。本節(jié)課主要介紹了用伏安法測量電源的電動勢與內(nèi)阻的電路以及一種新的處理實驗數(shù)據(jù)的方法——用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)。 二、設(shè)計理念與設(shè)計思路 本節(jié)教學(xué)中主要讓學(xué)生應(yīng)用已經(jīng)學(xué)過的閉合電路歐姆定理的相關(guān)知識，測量電源電動勢和內(nèi)阻，在教學(xué)中在教師的引導(dǎo)下，讓學(xué)生明白該怎么做，為什么這樣做。本節(jié)內(nèi)容涉及到動手實驗及用圖象法處理數(shù)據(jù)，通過學(xué)生自己的探索，不但把學(xué)過的知識應(yīng)用于實際，還可以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。 隨著目的的明確，引導(dǎo)測量方案（包括電路圖）的形成，在探究過程中如實收集實驗數(shù)據(jù)，然后師生共同探討，得到較好的實驗數(shù)據(jù)處理方法，并讓學(xué)生表達(dá)實驗結(jié)果，引導(dǎo)其對所得結(jié)果進(jìn)行誤差分析。 三、學(xué)情與教材分析 學(xué)生已經(jīng)掌握了閉合電路歐姆定律，并且已經(jīng)有從電路的內(nèi)、外電阻來分析電路的意識，但是由于對電學(xué)實驗接觸比較少，對實驗電路的選擇、設(shè)計能力還沒有形成，對于電路的分析能力仍需進(jìn)一步的加強(qiáng)，這也是本實驗探究的一個重要任務(wù)。另外，對于數(shù)據(jù)的處理，學(xué)生較熟悉的是計算法〔亦稱代書法〕，利用圖像處理數(shù)據(jù)的能力的培養(yǎng)是本次實驗探究的另一個重要任務(wù)。 四、教學(xué)目標(biāo) 1知識與技能：使學(xué)生掌握利用儀器測量電池電動勢和內(nèi)電阻的方法，并通過設(shè)計電路和選擇儀器，開闊思路，激發(fā)興趣。 2.過程與方法：學(xué)會利用圖線處理數(shù)據(jù)的方法、誤差分析。 3.情感態(tài)度與價值觀：使學(xué)生理解和掌握運(yùn)用實驗手段處理物理問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)生對物理學(xué)習(xí)的動機(jī)和興趣。 五、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析 1.重點(diǎn)：測量方案和利用圖線處理數(shù)據(jù) 2.難點(diǎn)：如何利用圖線得到結(jié)論 六、教學(xué)準(zhǔn)備 電流表，電壓表，滑動變阻器，開關(guān)，一節(jié)電池，電池盒，導(dǎo)線若干。 七、教學(xué)流程設(shè)計 開始 激趣 教學(xué)引入 明確研究課題 探究課題 討論：實驗原理討論與選擇 原理討論 根據(jù)原理設(shè)計實驗方案 選擇適當(dāng)?shù)膬x器 方案設(shè)計 儀器選擇 教師輔導(dǎo)， 生——生交流 師——生交流 實驗探究 收集數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)處理 方式方法 代數(shù)法與作圖法 學(xué)生表達(dá)測量結(jié)果 結(jié)論表達(dá) 實驗誤差（系統(tǒng)誤差） 誤差分析 師生共同總結(jié) 課堂總結(jié) 八、教學(xué)過程設(shè)計 教學(xué)環(huán)節(jié) 學(xué)習(xí)內(nèi)容 教師活動 學(xué)生活動 預(yù)期效果 教學(xué)引入 明確研究課題、引起探究興趣 引言、課題介紹 調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，活躍課堂的氣氛，使學(xué)生樂于探究。 實驗原理探討 原理選擇：閉合電路歐姆定律 及其他變形形式：E=U+Ir、 〔提問〕 1、 欲得到某個干電池的電動勢和內(nèi)阻，可以怎么做？ 2、 選用歐姆定律的那種形式比較好 〔回答問題〕 1、閉合電路歐姆定律： E=U+Ir （U=E-Ir） 2、選用 E=U+Ir （U=E-Ir） 較好 掌握測量的幾種原理。第一和第三要求電阻已知，且從數(shù)據(jù)處理方便看，第二種方案E=U+Ir亦可采用圖像法，較好。 實驗方案 電表連接方式選擇：作實驗電路圖 〔提問〕 根據(jù)原理作出實驗電路圖，重點(diǎn)是電表的連接方式 〔思考與討論〕 最終得到如上的電路圖 掌握實際操作中選擇儀器與實驗方法 實驗探究 動手實驗，收集數(shù)據(jù) 根據(jù)方案進(jìn)行實驗，并如實紀(jì)錄數(shù)據(jù) 真正動手實踐，尊重實驗現(xiàn)實 數(shù)據(jù)處理方案 1、 數(shù)據(jù)處理方法 〔提問〕 如何處理數(shù)據(jù)得出結(jié)論？ 結(jié)論： 1、 代數(shù)法，多次實驗取平均值 2、 圖像法，作U-I曲線，利用圖像信息求得。 關(guān)鍵掌握利用圖線的信息，如：斜率、兩坐標(biāo)軸的截距等〔含圖像的獲得〕 2、 對實驗圖像的認(rèn)識 〔提問〕 1、 由實驗數(shù)據(jù)得到的數(shù)據(jù)在圖上的分布特點(diǎn) 2、 曲線的斜率、U軸截距、I軸截距各表示什么？ 〔學(xué)生回答〕 1、數(shù)據(jù)只分布在第一象限，且大致應(yīng)成一條斜率為負(fù)的直線 2、斜率表示-r，U軸截距表示電源電動勢 I軸截距表示短路電流 增強(qiáng)運(yùn)用圖像處理數(shù)據(jù)的能力，培養(yǎng)看圖的能力以及分析問題、解決問題的能力 實驗結(jié)論表達(dá) 通過實驗得到結(jié)論 〔引導(dǎo)〕 讓學(xué)生自己表達(dá)實驗得到的結(jié)果 〔學(xué)生發(fā)言〕 表達(dá)自己的實驗結(jié)果 誤差分析 對所得的實驗結(jié)論進(jìn)行誤差分析 〔引導(dǎo)〕 讓學(xué)生對自己的實驗結(jié)果進(jìn)行討論 〔學(xué)生發(fā)言〕 誤差分析： 1、 原理引起的誤差 2、 儀器讀數(shù)引起的誤差 課堂總結(jié) 1、 實驗原理及電路選擇 2、 數(shù)據(jù)處理方法及誤差分析 九、課堂實錄 測量電源的電動勢與內(nèi)阻 教師：在你們桌上都有一節(jié)這樣的干電池，我們已學(xué)過用來描述電源的性質(zhì)物理量是E、r，今天我們要用實驗手段來測量一節(jié)電池的E、r。 根據(jù)我們學(xué)過的知識，你可以用幾種什么方法來測出這一節(jié)干電池的電動 勢和內(nèi)阻呢？ 教師：同桌同學(xué)一起研究一下，看可以通過測量哪些物理量來測電源的電動勢和內(nèi)阻，然后把你們設(shè)計出來的電路圖畫在白紙上，列出求解方程式。 …………學(xué)生設(shè)計方案………… 教師：下面請同學(xué)們把你設(shè)計好的方案拿來跟大家一起探討一下，誰先來？ 方案 1 學(xué)生：使用一個電流表、一個電壓表、一個滑動變阻器 E=Ir+U(板書) 方案 2 A E、r 學(xué)生：使用一個電壓表、一個電阻箱(板書) E、r V 方案 3 學(xué)生：使用一個電流表、一個電阻箱 E=I（R+r） (板書) 教師：根據(jù)同學(xué)們得除了測電源電動勢和內(nèi)阻的三種方法，現(xiàn)在分析對比一下。 〔投影 ：方案1 E=Ir+U 方案2 方案3 E=I（R+r）〕 教師： 同學(xué)們很辛苦才得出三種不同方案，盡管這三種方法所列的方程形式不 同，但他們的本質(zhì)是一樣的，都是閉合電路的歐姆定律。三種方案中哪 種方案最好？ 師生： 1、方案2和方案3與方案1相比，最大的區(qū)別在于方案2和方案3只用了一個電表，外電路上的電阻必須是已知的，這就給外電路上的電阻帶來一定的限制，滑動變阻器是不能用的。 2、方案1中， E r是欲求的，除了采用方案2、3相同的數(shù)據(jù)處理辦法外，還可以采用一種獨(dú)特的處理方案，前面練習(xí)時我們有碰到過——圖像法。 圖－1 教師：基于上述原因，我們選用方案1。但是，即便是選擇方案1，同學(xué)們也有這樣的兩種連接方式，那么我們在做實驗時是否兩個都可以，還是哪一個更好？ 圖－2 師生：選用哪種方式，要根據(jù)實際測量的需要確定，現(xiàn)在要想測出電源的內(nèi)阻，如果采用圖2方式，最后得到的結(jié)果相當(dāng)于電源內(nèi)阻與電流表內(nèi)阻的總和，而兩者相差又不太多，這樣一來誤差就會比較大，所以應(yīng)采用圖1的電路圖。 教師：在大家桌上都有 電流表、電壓表、0～50Ω滑動變阻器各一個，電鍵一個，導(dǎo)線若干。 教師：電流表、電壓表選擇什么量程？ 師生：電流表0～0.6A，電壓表0～3V 教師：接下來同學(xué)們可以開始進(jìn)行實驗，收集數(shù)據(jù)，要多測幾組以便取平均，至少測6組。在實驗以前先請同學(xué)做電學(xué)實驗的注意事項。 師生：1）按電路圖先串聯(lián)后并聯(lián)。 2）連接電路時，電鍵必須斷開。 3）電流必須從電表的正接線柱流入，負(fù)接線柱流出，并且要注意量程的選擇。 4）如使用滑動變阻器處于安全的位置。 5）因電池較舊，每測量一次斷開電源，調(diào)節(jié)后再通電，保證電流較大。 6）實驗結(jié)束時，先斷開電鍵。 以組為單位學(xué)生動手實驗，如實紀(jì)錄實驗數(shù)據(jù) 教師：得到了實驗數(shù)據(jù)，你有幾種辦法處理數(shù)據(jù)得出正確的電動勢與內(nèi)阻？ 學(xué)生：我們可以利用公式：E=Ir+U用兩組數(shù)據(jù)就可以建立方程組解出E和r，然后取平均值； 也可以采用圖像法，利用U—I圖像求電源電動勢E和內(nèi)阻r:根據(jù)閉合電 路歐姆定律U=E-Ir可知，U是I的一次函數(shù)，則U—I圖像應(yīng)該是一條直 線. 投影：U—I圖象如右圖。 教師：如何得到這條直線，在坐標(biāo)紙上建立U—I坐標(biāo)系，依據(jù)測量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中畫出相應(yīng)的點(diǎn)，怎樣連接這些點(diǎn)呢？是否兩兩相連？ 學(xué)生討論后回答總結(jié)：兩兩相連得出的折線不符合理論分析的結(jié)果，應(yīng)該作一條直線使之通過盡可能多的點(diǎn)，并使不在直線上的點(diǎn)盡可能均勻的分布在兩旁.離直線教遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)該舍棄，這實際上也是取平均的思想。 教師：那么大家觀察圖象，直線與U軸、I軸各有交點(diǎn)，這兩個交點(diǎn)分別代表什么物理意義，直線的斜率又代表什么呢？ 學(xué)生回答總結(jié)：直線與U軸相交點(diǎn)的值，I等于零，此值即為斷路時的路端電壓 應(yīng)等于電源電動勢E； 這條直線與I軸的交點(diǎn)表示U=0 (外電路短路)時的短路電流 I0，而且 I0， 由U=E-Ir可知直線斜率為-r，計算內(nèi)阻時，要在直線上任取兩個相距較 遠(yuǎn)的點(diǎn)，用r=|k|計算電池的內(nèi)阻r。 教師：下面同學(xué)們把數(shù)據(jù)所得數(shù)據(jù)描到書上的坐標(biāo)系中，作出圖線，從而得出測量結(jié)果，等下請同學(xué)來說一下他的測量結(jié)果。 學(xué)生：結(jié)果表達(dá)。 〔一下環(huán)節(jié)如有時間就講，沒有時間下次課講〕 誤差分析： 實驗中由于電壓表的分流作用，使得測量的電流與真實的電流大小不同而 造成的誤差屬于系統(tǒng)誤差，請同學(xué)們進(jìn)一步討論，這個E、r測量得到的 數(shù)值是偏大還是偏?。浚ㄌ崾荆豪脠D線及合理的推理） 可以請幾位同學(xué)發(fā)言，最后得到結(jié)論。 因為 電壓表的分流作用 測量 U/V I/A 真實 所以 I真=I測＋I(xiàn)V，某個電壓值時電流要比 測量值大一點(diǎn)。 當(dāng)U=0時，IV→0 I→I真 故r真＞r測 E真＞E 十、教學(xué)反思 這節(jié)課的設(shè)計意圖要讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)下掌握測量電源電動勢和內(nèi)阻 的原理和方法，教師的引導(dǎo)只是為了讓學(xué)生更加高效的學(xué)習(xí)，把重點(diǎn)放在原理、電路的獲得，以及探究過程的實際操作，再到后面的數(shù)據(jù)處理，特別是利用圖象法處理數(shù)據(jù)，課堂內(nèi)容的設(shè)計環(huán)環(huán)相扣，注重培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力。不足之處在于課堂的容量偏大，對于不同的學(xué)生情況可能還應(yīng)根據(jù)最后要達(dá)到的目標(biāo)做一些調(diào)整，有些環(huán)節(jié)，如歐姆定律的三種形式和相應(yīng)的電路圖可以改成教師引導(dǎo)，重點(diǎn)放在電表連接方式的討論上來，這也是為后面的誤差分析做好鋪墊。另，因數(shù)據(jù)處理方法移到實驗探究前做些必要的補(bǔ)充，這樣時間上的安排也是合理的。 總體說來，一節(jié)課要有所偏重，想把每個方面都做好很難，教師只有根據(jù)自己學(xué)生的情況做一些必要的調(diào)整才是最合理的。