广东省中山市卓雅外国语学校-高中物理-创新实验-测定电池的电动势和内阻

第8页测定电池的电动势和内阻说课稿一、使用教材：高二年级使用的人民教育出版社出版的高中物理选修3-1第二章第10节：测定电池的电动势和内阻。实验器材：根底实验用：学生用可调内阻电池，电流表，电压表，滑动变阻器，电阻箱，开关，导线假设干。传感器实验用：两节废旧干电池，测定电池电动势和内阻的电路板，滑动变阻器，电压传感器，电流传感器，信息采集器，电脑及相应软件，导线假设干。实验创新要点/改良要点：1、本实验选用的待测电池不是传统的废旧干电池，而是学生用可调内阻电池。它具有以下优点：〔1〕学生感觉这个电池比拟新鲜，从而可以充分激发学生的学习积极性；〔2〕可以通过调节液面的高度对其内阻进行调节；〔3〕内部可以填充自来水，也可以用其他电解液，使用起来比拟灵活，本实验中选用的是稀硫酸溶液。2、在误差分析中，如果仅从公式推导方面分析，学生对本实验的理解只停留在数量上的认识，对物理原理的认识缺乏；如果仅从U-I图来分析，学生就感觉比拟空洞。所以我的方法是先让学生合作推导表达式，再作出U-I图并结合电路图进行分析，最后回到电路图中深入理解本实验的物理本质。3、在数据分析中，先让学生通过实验数据的记录画出U-I图，再通过理论推导分析并与数学函数比照，深入理解图像及误差来源。4、利用传感器设备来处理此实验会更方便快捷地得到结果。5、在实验拓展中，引入半偏法粗略地检验实验结果，同时让学生更加深入地理解电路。通过问题的启发，让学生自己思考探讨其他测定电池电动势和内阻的方法。四、实验原理/实验思路设计：电源电动势和内阻不能直接进行测量，因此要通过闭合电路欧姆定律E=U+Ir，测量电路中的路端电压和电流，从而计算电动势和内阻。方法一：联立方程组求解方法二：从U-I图中求解。本实验采用方法二。实验教学目标〔一〕知识与技能1、通过读书明确测量电源电动势和内阻的实验原理，即闭合电路的欧姆定律；2、在实验时可以根据实验原理设计电路图并会实物的连接。〔二〕过程与方法1、在实验过程中进一步感受路端电压随电流变化的关系；2、学会根据图像合理外推进行数据处理的方法；3、尝试分析电源电动势和内阻的测量误差，了解测量中减小误差的方法；〔三〕情感态度与价值观：培养学生仔细观察，真实记录实验数据等良好的实验习惯和实事求是的品质。实验教学内容1、提前一天让学生进实验室给自己的电池充好电，课上首先通过问题的提出让学生思考并给出实验原理，然后让学生小组配合做实验，连好电路之后闭合电键，在移动滑动变阻器滑片P的过程中观察电流表和电压表的读数，记录下不少于六组数据，之后根据记录下的数据采用描点作图法绘制U-I图，读出纵轴截距E和横轴截距Im，并求出电池内阻。2、采取三种方法详细分析在电流表和电压表的两种不同接法中产生的误差。首先让学生合作讨论推导出U的表达式，比照y=kx+b分析测量值与真实值之间的关系，再作出U-I图线同时结合电路图进行分析，最后回到电路图中再次分析。这样的过程可以让学生深入理解本实验的本质。3、传感器实验室中做本实验：在测定电池电动势和内阻的电路板装入待测的两节废旧干电池，电路中连入滑动变阻器，并连入电压传感器和电流传感器，通过采集器将数据输入电脑中，翻开软件，移动滑片P的过程中记录下不少于六组数据，之后绘图，并进行直线拟合，可以在函数表达式中读出电动势和内阻。4、讲解例题。5、实验拓展中演示半偏法，并引导学生探讨得出I-R法和U-R法。实验教学过程我要求学生提前一天进入实验室给自己的电池连好电路进行充电，以便上课使用。图1是充电时的学生用可调内阻电池。图11、通过问题引课：昨天充好电的电池的电动势和内阻如何进行测量？(1)学生通过读书给出实验原理： (2)给出实验器材：学生用可调内阻电池，电流表，电压表，滑动变阻器，电阻箱，开关，导线假设干。(3)强调实验中的考前须知：连电路之前电键处于翻开状态；闭合电键前保证滑动变阻器连入电路的阻值最大；调节滑动变阻器的滑片，使两表的示数都有明显的变化以后才能读数。让学生通过小组合作展开实验并画出U-I图线。(1)布置任务：各小组按照设计好的电路图将实物进行连接，闭合电键后调节滑动变阻器的滑片记录下不少于六组读数并记入表1，并根据记录的数据作出U-I图。表1123456U/VI/A 图2为学生做实验时的照片。图2在学生动手做实验的过程中，讲桌上放一套我连好的实物电路〔如图3〕供学生参考，并对学生进行个别指导，同时在大屏幕上播放我做实验的过程。图3图4为学生的作品展示：图4(2)紧接着提出这样两个问题：问题1：图线为什么是一条向下倾斜的直线？问题2：倾斜直线可以与坐标轴真实相交吗？(3)提示学生再次分析实验原理，推导U关于I的表达式。根据E=U+Ir，得到U=-rI+E，比照数学函数表达式y=kx+b，学生立即明白了图线的物理意义：图线在U轴上的截距是电流为0时电池路端电压的值，等于电池电动势E，图线在I轴上的截距是路端电压为0时的电流Im，得到电池内阻。在实验中，电流和路端电压无法为0，所以图线在接近坐标轴的数据是无法进行测量的，必须画成虚线，图线与坐标轴没有真实交点。3、误差分析问题1：误差从何而来？由于电压表和电流表本身具有电阻，给测量结果带来误差．问题2：电表有几种接法？ 两种。给学生布置任务，按照表2完成两种电路图的误差分析。主要完成公式推导局部。表2电路图公式推导U-I图减小误差方法适用范围如果仅从公式推导方面分析实验误差，学生对本实验的理解就只停留在数量上的认识，对物理原理的认识就缺乏；如果仅从U-I图来分析实验误差，学生就感觉比拟空洞。所以我的方法是先让学生合作推导表达式，再作出U-I图并结合电路图进行分析，最后回到电路图中深入理解物理本质。完成后的表格如下：表3电路图公式推导U-I图减小误差方法适用范围内阻小的电源内阻大的电源我从以下三种方法来进行了详细的讲解。第一种方法是从公式推导来看，最根本的依然是实验原理，即闭合电路的欧姆定律。首先写出E的表达式，接着推导出U关于I的表达式，再和数学上的函数表达式y=kx+b进行比照，观察各项表达的含义。左图中测量结果偏小，右图中内阻测量结果偏小，电动势测量结果准确。这种方法虽然看似比拟繁琐，但是它从最根底、最本质的角度给学生作出解释，使学生的理解比拟扎实。第二种方法是从U-I图结合电路分析，左图中电压表读数为准确值，电流表读数比真实值小，其误差来源于电压表的分流效果，当路端电压为0时电压表不分流，所以二者在横轴上有交点，随着路端电压的增大，电压表分得的电流增大，故而测量值与真实值之间的差距也增大；右图中电流表的读数为准确值，电压表的读数比真实值小，其误差来源于电流表的分压效果，当电流为0时电流表不分压，所以二者在纵轴上有交点，即测得的电动势是准确值，随着电路中电流的增大，电流表分得的电压增大，故而测量值与真实值之间的差距也增大。在以上两种方法的根底上，第三种方法是再回到电路图上进行分析，左图中测得的是电源和电压表的电阻，所以测量值偏小；右图中测得的是电源和电流表的电阻，所以内阻测量值偏大。通过以上三种方法的分析，学生对本实验的误差有了深入的理解。4、我在传感器实验室也做了本实验，读数更加方便。这是测定电池电动势和内阻的电路板，左边装入待测的两节废旧干电池，电路中连入滑动变阻器，还连入了电压传感器和电流传感器，通过采集器将数据输入电脑中。下边来进行数据采集。减小滑动变阻器连入电路中的电阻过程中，很明显观察到电压表的示数逐渐减小，电流表的示数逐渐增大。下边进行图像采集。移动滑片P的过程中记录下不少于六组数据。之后根据刚刚采集的数据来进行绘图，横轴表示电流，纵轴表示电压，在图中描出了刚刚采集的数据所对应的点，然后进行直线拟合。这条直线与纵轴的交点是电池的电动势，与横轴的交点是短路电流，其倾斜程度表示电池的内阻。可以读出E=1.68伏特，r=16.9欧姆。5、之后我给学生配了一道例题来稳固学生的学习效果。6、实验拓展 本实验的拓展实验有很多，这里我给出了几种根本的拓展实验。通过三个问题让学生通过小组讨论给出实验方案。问题1：如何检验实验结果的准确性？问题2：如果没有电压表怎么办？问题3：如果没有电流表怎么办？〔1〕半偏法来粗略地检验实验数据的准确性。图5把电压表直接连到电池两端，如左图，闭合电键读出电池电动势为1.9V，和刚刚的测量值是一致的。当然，这个值是此时的路端电压，小于真实的电动势。然后连入电阻箱，如右图，闭合电键，调整电阻箱连入电路中的电阻，使得电压表的读数为刚刚的一半，此时电阻箱的读数就是电池的内阻。读数为4欧姆，和刚刚的测量结果相符。〔2〕如果没有电压表，可以用I-R法。实验原理及误差分析如图8。图6〔3〕如果没有电流表，可以用U-R法