高中物理-实验 测定电池的电动势和内阻教学设计学情分析教材分析课后反思

本节是学完闭合电路的欧姆定律后继应用计算、分析多用电表后的又一重要应用。掌握测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法，学会用图象法处理实验数据，是本节课的主要内容。本节的学习对进一步理解闭合电路的欧姆定律很有帮助，对今后物理实验及数据处理都有实际意义。存在的问题：器材的选择：本实验中选用水果电池，学生兴趣较高，但处理不当，内阻变化太快，造成部分实验不能测出6组数据。媒体选择：实验课教学，未考虑使用电脑多媒体，课堂活跃程度不够。解决思路：1、换用电动势、内阻相对稳定的旧一些的干电池来试验。2、适当用电脑多媒体演示画出图像的几种不同情况，以期学生能对图像法减少误差，图像法求电动势、内阻有更深的理解。本科教材选自人民教育出版社物理选修3-1按照课程标准分级目标要求，高二年级要达到运用逻辑思维联系实际解决实际问题的能力。对实验，要求明确实验目的，学会提出问题，做出假设，按照理论设计实验验证，最后得出结论。1.在“测定电源电动势和内阻”的实验中，某同学根据实验数据，作出了正确的U－I图象，如图2－10－11所示，其中图线斜率绝对值的物理含义是()图2－10－11A．短路电流B．电源内阻C．电源电动势D．全电路电阻解析：选B.由闭合电路公式E＝I(R＋r)＝U＋Ir得U＝E－Ir，所以在U－I图象中图线斜率表示电源内阻．故正确答案为B.2．用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中，下列说法中错误的是()A．应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表读数变化明显B．应选用内阻较小的电压表和电流表C．移动滑动变阻器的滑片时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载D．使滑动变阻器阻值尽量大一些，测量误差才小解析：选BD.选用电表时应选用内阻较大的电压表和内阻较小的电流表；同时，滑动变阻器的阻值不能太大．如果这样电流较小，电流表读数误差较大，故应选B、D.3．(2011年朝阳区高二检测)如图2－10－12所示，是甲、乙、丙三位同学设计的测量电源电动势和内电阻的电路．电路中R1、R2为已知阻值的电阻．下列说法中正确的是()图2－10－12A．只有甲同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻B．只有乙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻C．只有丙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻D．三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻解析：选D.图甲中可用E＝I1(r＋R1)、E＝I2(r＋R2)求得电源的电动势和内电阻，图乙中可用E＝U1＋eq\f(U1,R1)r、E＝U2＋eq\f(U2,R2)·r求得电源的电动势和内电阻，而图丙中可用E＝U1＋I1r、E＝U2＋I2r求得电源的电动势和内电阻，故三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻，故D正确．4．(2011年滨州市高二检测)某研究性学习小组利用如图2－10－13所示电路测量某电池的电动势E和内电阻r.由于该电池的内电阻r较小，因此在电路中接入了一阻值为2.00Ω的定值电阻R0.(1)按照实物连线图在虚线框内画出实验电路图：图2－10－13(2)闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读出电压表相应的示数U，并计算出通过电阻箱的电流数值I，为了比较准确地得出实验结论，在坐标纸中画出了如图2－10－14所示的U－I图象，由图象可得：E＝________V，r＝________Ω.图2－10－14解析：(1)电路如图所示．(2)由U－I图象可知电源的电动势E＝2.0V，当电源的外电压为U＝1.3V时，电源中的电流为I＝0.28A由E＝U＋Ir′得Xkb1.comr′＝eq\f(E－U,I)＝eq\f(2.00－1.30,0.28)Ω＝2.5Ω又r′＝r＋R0，∴r＝r′－R0＝2.5Ω－2Ω＝0.5Ω.答案：(1)见解析(2)2.00.55．现有一特殊电池，它的电动势E约为9V，内阻r约为40Ω，已知该电池允许输出的最大电流为50mA.为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图2－10－15甲所示的电路进行实验，图中电流表的内阻RA已经测出，阻值为5Ω，R为电阻箱，阻值范围0～999.9Ω，R0为定值电阻，对电路起保护作用．图2－10－15(1)实验室备有的定值电阻R0有以下几种规格：A．10Ω B．50ΩC．150Ω D．500Ω本实验选用哪一种规格的定值电阻最好________．(2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电流表的示数，记录多组数据，作出了图2－10－15乙所示的图线，则根据该同学作出的图线可求得该电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.解析：(1)回路中的最小电阻R总＝eq\f(E,Im)＝eq\f(9,50×10－3)Ω＝180Ω，R0为保护电阻，当R＝0时，电源电流也不会超出50mA，则R0＝R总－r－RA＝135Ω，C最合适，A、B太小起不到保护作用，D太大，会使电路中的电流测量范围太小．(2)由闭合电路欧姆定律有E＝I(r＋R0＋RA＋R)得eq\f(1,I)＝eq\f(r＋R0＋RA＋R,E)＝eq\f(r＋RA,E)＋eq\f(1,E)(R＋R0)＝eq\f(r＋5,E)＋eq\f(1,E)(R＋R0)，图线的斜率为eq\f(1,E)，由图线知斜率k＝eq\f(45－5,4×102)＝eq\f(1,E)得E＝10V，图线与纵轴截距为eq\f(r＋5,E)＝5，解得r＝45Ω.答案：(1)C(2)10456．(2011年周口高二检测)用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的实验中，被测电源是两节干电池串联的电池组．可供选择的实验器材如下：新课标第一网A．电流表，量程0～0.6A,0～3AB．毫安表，量程0～100μA,0～100mAC．电压表，量程0～3V,0～15VD．滑动变阻器，0～1000Ω，0.1AE．滑动变阻器，0～20Ω，2AF．电键一个，导线若干(1)为了尽量得到较好效果，电流表应选__________，量程应选________，电压表量程应选________，滑动变阻器应选________．(2)如图2－10－16有甲、乙两个可供选择的电路，应选________电路进行实验．实验中误差是由于________表的读数比实验值偏________．图2－10－16解析：(1)一般干电池允许通过的最大电流为0.5A，故电流表应该选A，其量程应该选0～0.6A．两节干电池串联后的电动势为3.0V，故电压表量程应该选0～3V．滑动变阻器的最大阻值只需要比电池组的内阻大几倍即可，故选择E.(2)应该选乙电路，电流表的内阻和滑动变阻器的阻值相差不大，其分压作用不可忽略，而电压表的内阻相对滑动变阻器的阻值来讲大很多，其分流作用可以忽略，故选择乙电路．实验中电压表的示数是路端电压，电流表的示数比干路中的电流略小，所以实验中的误差是由于电流表的读数比实际值偏小所造成的．答案：(1)A0～0.6A0～3VE(2)乙电流小7．(2009年高考海南卷)图2－10－17甲是利用两个电流表A1和A2测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图．图中S为开关，R为滑动变阻器，固定电阻R1和A1内阻之和为10000Ω(比r和滑动变阻器的总电阻都大得多)，A2为理想电流表．图2－10－17(1)按电路原理图在图乙虚线框内各实物图之间画出连线．(2)在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑动端c移动至______(填“a端”、“中央”或“b端”)．(3)闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置，读出电流表A1和A2的示数I1和I2，多次改变滑动端c的位置，得到的数据为I1(mA)0.1200.1250.1300.1350.1400.145I2(mA)48040032023214068在图2－10－18所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1－I2曲线．图2－10－18(4)利用所得曲线求得电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(保留两位小数)(5)该电路中电源输出的短路电流Im＝________A.解析：(1)连线如图甲所示(2)接通开关前应使滑动变阻器接入电路时阻值最大，故应使移动端c移动至b端．(4)由图乙知纵轴截距为0.149mA，故电动势E＝10000×0.149×10－3V＝1.49V.由闭合电路欧姆定律可得内阻r＝eq\f(E－I1×104,I1＋I2)＝0.60Ω.(5)短路电流Im＝eq\f(E,r)＝2.5A.答案：见解析意见与建议：声音不够洪亮，不够有激情。可以多一些实验演示。高二学生独立性、自主性、求知欲都较强。学生在前一段学习中（知识与技能）已掌握闭合电路的欧姆定律的表达式，连接电路的技能已经很熟练，对间接测量时试验数据的处理已有了一定的认识。（过程与方法）也经历了测“小灯泡的伏安特性曲线”、“测定金属的电阻率”等实验过程，掌握了电学实验的基本仪器的使用和处理数据的方法。（情感态度与价值观）培养了一定的探索精神，学生渴望通过物理实验获得更多的知识。教学设计成果的评价：自我评价：本设计的教学目标阐述较好，通过教学，知识与技能的两条目标基本实现学生掌握了测定电池电动势和内阻的原理和实验方法。学会用图象法处理实验数据,认识试验数据的处理方法不同误差的大小不同。学生经历设计电路和选择仪器、处理数据的过程，学习图像法，伏安法等实验方法、学会更合理地处理数据。培养学生敢于质疑的习惯、严谨求实的态度和不断求索的精神，并且培养学生观察能力、思维能力和操作能力，提高了学生对物理学习的动机和兴趣。这些目标的实现，与教学媒体的选择，教学策略的应用是有关的，实验法完成测量是本节的第一亮点，用图像法处理数据的方法成功完成是第二亮点。此设计，教师便于及时调控课堂节奏。学生反应：1、学生在集体回答、小组讨论、和个别活动中都表现积极，表明对教学进程的适应。2、学生实验水平及数形结合、图像处理问题方面得到提高。2.9实验：测定电池的电动势和内阻教学设计-教学流程图引起注意引起注意（组织上课）刺激对先前学习的回忆（复习）告诉学生目标呈现刺激材料（苹果电池提出实验）学生实验（培养动手能力合作意识）提供学习指导（可以用图像来帮助处理实验数据）提供反馈（学生实验的特点，和数据处理的好坏，引导更正）评定行为（今天学到什么，表现如何）小结教学活动（一）引入新课我们已经学习了闭合电路的欧姆定律，请大家写出有关的公式。学生回忆并写出闭合电路欧姆定律公式。①②③④这节课我们就根据闭合电路的欧姆定律，来测量电池的电动势和内阻。并学习一种新的数据处理方法。（二）进行新课1、实验原理提出问题：现在有一个干电池，要想测出其电动势和内电阻，你需要什么仪器，采用什么样的电路图，原理是什么？学生讨论后，可以得到多种实验方案。（1）用电压表、电流表、可变电阻（如滑动变阻器）测量。如图2.9-1所示：原理公式：（红笔标示）（2）用电流表、电阻箱测量。如图2.9-2所示：原理公式：（3）用电压表、电阻箱测量。如图2.9-3所示：原理公式：这几种方法均可测量，今天我们这节课选择第一种测量方案。通常称为伏安法。2、实验方法教师：引导学生阅读教材70页相关内容，回答问题。（1）用水果电池的优点是什么？电源的正负极如何鉴别？其内阻与哪些因素有关？实验过程中会有何变化？实验中要注意什么？（实际的电源使用中内阻，电动势都会发是变化，这里必须事先说明为了减小误差，测量中读数要快，读出数后立即断开电源，避免电动势发生较大的变化，带来误差）（2）选择合适的实验器材（这里主要是让学生注意电流表、电压表的量程）（3）简要写出实验步骤。（考虑课堂容量，误差问题暂不分析，以便突出实验测量和数据处理的重点）学生：分析上边的实验原理，电路图，解决以上问题。3、学生实验：学生2人一组，合作实验。教师转行指导，有问题及时处理。要记录至少六组实验数据。（激励学生抢先到黑板前填写本组数据。）4、数据处理原则上，利用两组数据便可得到结果，但这样做误差会比较大，为此，我们可以多测几组求平均（实验较快的组可进行），也可以将数据描在图上，利用图线解决问题。教师出示画好坐标的小黑板,引导学生建立坐标轴。明确：（1）图线的纵坐标是路端电压，它反映的是：当电流强度I增大时，路端电压U将随之减小，U与I成线性关系，U=E-Ir。从数学上讲，图像的斜率正是内阻r，截距正是电动势E，也就是说只要画出U-I图像，就可求得电动势和内阻。学生动手画出坐标轴并描点。教师描点，并示范作图。强调图像为直线的原因。（2）电阻的伏安特性曲线中，U与I成正比，前提是R保持一定，而这里的U-I图线中，E、r不变，外电阻R改变，正是R的变化，才有I和U的变化。实验中至少得到5组以上实验数据，画在图上拟合出一条直线。要求：使多数点落在直线上，并且分布在直线两侧的数据点的个数要大致相等，这样，可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。讨论：将图线延长，与横纵轴的交点各代表