《实验：电池电动势和内阻的测量》教学设计

《实验：电池电动势和内阻的测量》教学设计【教材分析】本节是闭合电路的欧姆定律的深化和实际应用，本节主要介绍了用伏安法测量电池的电动势与内阻，以及处理实验数据的方法——图象法，同时也是对前几节所学电路知识和实验技能的综合运用与提升。学生通过本节的学习，既能巩固电学问题的分析思路，加深对闭合电路的欧姆定律的理解，了解电池的主要特性，又能激发学生的学习兴趣，培养学生合作、探究、交流能力，具有很重要的实际意义。【学情分析】学生已经掌握了闭合电路的欧姆定律，并且已经有从电路的内、外电阻来分析电路的意识，掌握了电流表、电压表的使用方法．但是由于对电学实验接触比较少，对于电路的分析能力仍需进一步加强，这也是本实验探究的一个重要任务。另外，对于数据的处理，学生较熟悉的是计算法，利用图象处理数据的能力的培养与提高是本次实验探究的另一个重要任务。【教学目标】eq\b\lc\(\a\vs4\al\co1(●))知识与技能（1）了解并掌握测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法。（2）学习用图象法处理实验数据。eq\b\lc\(\a\vs4\al\co1(●))过程与方法。（1）体验测定电源的电动势和内阻的探究过程，并通过设计电路和选择仪器，开阔思路，激发兴趣。（2）体验实验研究中获取数据、分析数据、寻找规律的科学思维方法。eq\b\lc\(\a\vs4\al\co1(●))情感、态度与价值观使学生理解和掌握运用实验手段处理物理问题的基本程序和技能，具备敢于质疑的习惯、严谨求实的态度和不断求索的精神，培养学生观察能力、思维能力和操作能力，提高学生对物理学习的动机和兴趣。【教学重难点】本节的重点是利用图线处理数据，而难点是如何利用图线得到结论以及实验误差的分析。【教学方法】实验法、讲解法【教学准备】学案实验报告【教学过程设计】主要教学过程教学设计教师活动学生活动一、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。【提出问题】现在有一节干电池，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？回忆并写出闭合电路的欧姆定律公式。学生讨论、交流、总结。二、新课教学【实验器材】待测电池，电压表，电流表，滑动变阻器，开关，导线。【实验方案】学生讨论后，可以得到多种实验方案：1．用电压表、电流表、滑动变阻器测量．如图所示。原理公式：E＝U＋Ir2.用电流表、电阻箱测量．如图所示：原理公式：E＝IR＋Ir3．用电压表、电阻箱测量。如图所示.。原理公式：E＝U＋eq\f(U,R)r教师总结：这几种方法均可测量，本节选择用伏安法测量，即第（1）种方案。【实验步骤】1.按原理图连接实物图2.闭合开关前，把滑动变阻器的滑片移到一端使其阻值最大。3.闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表的读数有明显示数，记录一组电流表和电压表的示数，用同样的方法测量并记录几组（I，U）值（至少6组）。第1组第2组第3组第4组第5组第6组U/VI/A4.断开开关，整理好器材。5.数据处理方法一：联立方程求解eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋I1r,E＝U2＋I2r))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，为了减小误差，我们可以多测几组求平均值。方法二：图象法在坐标纸上以I为横坐标，路端电压U为纵坐标，用测出几组坐标（I，U）画出U-I图象。实验中至少得到6组数据，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、纵轴的交点各代表什么情况？如何利用图象求出电源的电动势和内阻？归纳：将图线延长，分别交轴与A、B两点。A点意味着开路情况，它的纵轴截距就是电池的电动势E；B点意味着短路情况，它的横轴截距就是短路电流；斜率的绝对值为电池内阻。说明：①A、B两点均是无法用实验实际测到的，是利用得到的图线合理外推得到的。②由于r一般很小，得到的图线斜率的绝对值较小。为了使测量结果准确，可以将纵轴的坐标不从零开始，计算r时选取直线上相距较远的两点求得。【误差分析】实验中的误差属于系统误差，请同学们进一步讨论，得到的数值是偏大还是偏小？（提示：利用图线及合理的推理）可以请几位同学发言，最后得到结论。用E0表示电动势的真实值，r0表示内阻的真实值，如图所示，由于电压表的分流作用，电流表的示数I不是流过电池的电流I0，直线①是根据U、I的测量值所作出的UI图线，由于I＜I0，而且U越大，I和I0之间的误差就越大，而电压表的示数U就是电池的路端电压的真实值U0，除了读数会有误差外，可以认为U＝U0，经过修正后，直线②就是电池真实值反映的U-I曲线，由图线可以很直观地看出E＜E0，r＜r0。【注意事项】1.为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的干电池。2.干电池在大电流放电时，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3A，短时间放电不宜超过0.5A．因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完立即断电。3.要测出不少于6组（I，U）数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，要将测出的（I，U）数据中，第1和第4为一组，第2和第5为一组，第3和第6为一组，分别解出E、r值再求平均值。4.在画U-I图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧。个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分的抵消，从而提高精确度。5.干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小，即不会比电动势小很多，这时，在画U-I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始（横坐标I必须从零开始）。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流。不过直线斜率的绝对值照样还是电源的内阻，这时要特别注意计算斜率时纵轴的刻度不从零开始。学生通过小组讨论、合作学习，展示本组的实验原理及电路图。学生依据电路图连接实物图。连接电路后，进行测量，记录并整理测量数据。思考如何处理分析数据。学生思考、讨论，发表自己的观点，并说明依据。对实验的系统误差进行讨论。三、课堂小结回顾本节“你学到了什么？”四、课后作业1.教材问题与练习1～3。2.完成学案。【板书设计】10实验：测定电池的电动势和内阻实验器材：待测电池，电压表，电流表，滑动变阻器，开关，导线实验方案：原理公式：E＝U＋Ir原理公式：E＝IR＋Ir原理公式：E＝U＋eq\f(U,R)r【教学反思】本节是操作性很强的实验课，从实验的应用价值、原理分析，从电路设计到实际动手实验获取实验数据，从对实验数据进行处理到得出结论、进行误差分析，都体现了物理实验中理性思维的魅力及实验操作技能的重要性，在整个过程中，体现了交流合作的重要性。本节包括实验原理分析、电路设计及实际动手实验获取实验数据、组织学生对实验数据进行处理和得出结论、进行误差分析。通过复习闭合电路的欧姆定律，为实验设计做好知识铺垫。实验方案由学生自己完成并展评，体现了学生自主学习的思想，充分挖掘学生的潜能。在方案设计中学生有不同的方案，组织学生对不同的方案进行交流与讨论