12.3《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)課題 12.3《實(shí)驗(yàn):電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量 》學(xué)科物理年級(jí) 教材分析本節(jié)課是普通高中教科書人教版物理(必修第三冊(cè))第十二章第3節(jié)內(nèi)容,它安排在閉合電路歐姆定律之后,是閉合電路歐姆定律的深化和實(shí)際應(yīng)用。教材設(shè)置了實(shí)驗(yàn)思路、物理量的測(cè)量、數(shù)據(jù)分析、參考案例、練習(xí)與應(yīng)用五個(gè)環(huán)節(jié),注意到了學(xué)生以前的學(xué)習(xí)基礎(chǔ),體現(xiàn)了教材對(duì)電學(xué)問題的分析思路和閉合電路歐姆定律應(yīng)用的重視,符合學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律,與課標(biāo)要求一致,能較好落實(shí)科學(xué)思維和科學(xué)探究的物理核心素養(yǎng)教育。學(xué)情分析高二學(xué)生對(duì)于電源有一定的生活經(jīng)驗(yàn),例如知道干電池兩極間的電壓是1.5 V,初步了解電源內(nèi)部的工作機(jī)理。通過前面的學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)掌握電壓表電流表的使用方法,知道電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻、閉合電路歐姆定律,會(huì)利用閉合電路歐姆定律列式求解路端電壓與負(fù)載的關(guān)系以及 U-I 圖像,具備實(shí)驗(yàn)測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的學(xué)習(xí)條件。學(xué)生已經(jīng)初步具備了發(fā)現(xiàn)問題,并通過科學(xué)探究解決問題的能力,但由于對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)接觸比較少,對(duì)電路的分析以及處理數(shù)據(jù)能力仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)一、教學(xué)目標(biāo)1.了解并掌握測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的原理和實(shí)驗(yàn)方法。2.學(xué)習(xí)用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3.會(huì)對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行分析,了解測(cè)量中減小誤差的方法。二、核心素養(yǎng)物理觀念:通過掌握測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的原理和實(shí)驗(yàn)方法,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)觀點(diǎn)研究問題觀念。科學(xué)思維:通過分析測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的原理,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作性思考問題能力。科學(xué)探究:通過探究測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)方法,理解閉合電路歐姆定律的本質(zhì).科學(xué)態(tài)度與責(zé)任:通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí),使學(xué)生體會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思想,增強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際的習(xí)慣意識(shí)。重點(diǎn)1、電路的連接和實(shí)驗(yàn)器材的選擇,選擇測(cè)量方案;2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。難點(diǎn)1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論后,要判斷圖像的斜率和截距等的意義2. 理解實(shí)驗(yàn)思路,并能列式和變形,通過對(duì)比數(shù)學(xué)方程得出結(jié)論。 教學(xué)過程環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新課一、學(xué)習(xí)目標(biāo)展示1.了解并掌握測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的原理和實(shí)驗(yàn)方法。2.學(xué)習(xí)用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3.會(huì)對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行分析,了解測(cè)量中減小誤差的方法。二、情景引入  電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻都是電源的重要參數(shù)。根據(jù)閉合電路歐姆定律,有多種方法可以測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。請(qǐng)你思考并提出一兩種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。  如何解釋這一現(xiàn)象呢?了解本節(jié)課學(xué)習(xí)目標(biāo) 學(xué)生觀察圖片認(rèn)真思考 有目的的學(xué)習(xí) 為引入課題做鋪墊   講授新課自學(xué)感知一、實(shí)驗(yàn)原理原理:如圖,根據(jù)閉合電路歐姆定律電源電動(dòng)勢(shì)E、內(nèi)阻r,與路端電壓U、電流I的關(guān)系可以寫成 E=U+I(xiàn)r,如果能測(cè)出U、I的組數(shù)據(jù),就可以列出兩個(gè)關(guān)于E、r的方程,從中解出E和r。2.方法:(伏安法)電壓電流表加上一個(gè)滑動(dòng)變阻器R,就能測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。改變R的阻值,測(cè)出兩組UI的值,根據(jù)閉合電路歐姆定律可列出兩個(gè)方程:    二、物理量的測(cè)量實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量路端電壓U電流I兩個(gè)物理量。然而,只測(cè)量?jī)山M數(shù)據(jù),通過聯(lián)立方程組解得E和r,誤差卻很大。只有多次測(cè)量,并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,才能減小誤差。所以,應(yīng)該使用滑動(dòng)變阻器改變外電路的電阻,進(jìn)行多次測(cè)量。三、數(shù)據(jù)分析減小測(cè)量誤差,本實(shí)驗(yàn)常選用以下兩種數(shù)據(jù)處理方法:1、公式法:根據(jù)多次測(cè)量的結(jié)果,分別列出若干組聯(lián)立方程,求出若干組E和r,最后以E的平均值和r的平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2、圖像法:將前面公式改寫成:U=-Ir+E,以U為縱坐標(biāo)、I為橫坐標(biāo)建立平面直角坐標(biāo)系。根據(jù)幾組U、I的測(cè)量數(shù)據(jù),在坐標(biāo)系中描點(diǎn),畫出直線。某次實(shí)驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果如圖所示,一般采用兩種方法求E和r:(1)直線與U坐標(biāo)軸的交點(diǎn)值表示斷路時(shí)的路端電壓,這時(shí)的電壓U等于電源的電動(dòng)勢(shì)E。根據(jù)這條直線可以推出U=0時(shí)的短路電流。根據(jù)公式:r=E/I  可以求出內(nèi)阻r。(2)從直線方程 U=-Ir+E 的角度理解,通過求解U-I圖像的斜率的絕對(duì)值也可以求出電源的內(nèi)阻r,即r 參考案例1:測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻由于干電池的內(nèi)阻較小,當(dāng)電流I變化時(shí),電壓U的變化可能較小。為了得到更加精確的測(cè)量結(jié)果,作圖時(shí),電壓軸的起點(diǎn)坐標(biāo)一般不從0開始,應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇合適的起點(diǎn)坐標(biāo)。舊的干電池的內(nèi)阻相對(duì)于新的干電池要大得多,容易測(cè)量,可以選擇的干電池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。參考案例2:測(cè)量水果電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻銅片鋅片相隔1cm插入一個(gè)梨中,就制成一個(gè)水果電池。銅片和鋅片相距越近、插入越深,電池的內(nèi)阻就越。銅片是極,鋅片是負(fù)極。水果電池的內(nèi)阻較,容易測(cè)量。但實(shí)驗(yàn)時(shí),內(nèi)阻會(huì)發(fā)生明顯改變。測(cè)量應(yīng)盡量迅速,在內(nèi)阻發(fā)生較大變化之前結(jié)束測(cè)量。 探究解惑   探究一:如果只有一個(gè)電流表或者一個(gè)電壓表,你能設(shè)計(jì)出測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的電路嗎?還需要什么器材?1、安阻法:如圖,用一個(gè)電流表加上一個(gè)電阻箱R,就能測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。通過改變電阻箱的電阻,測(cè)出兩組R、I數(shù)據(jù),就可以列出兩個(gè)關(guān)于Er的方程:EI1(R1r),EI2(R2r)2、伏阻法:如圖,用一個(gè)電壓表加上一個(gè)電阻箱R,就能測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。 通過改變電阻箱的電阻,測(cè)出兩組U、R數(shù)據(jù),就可以列出兩個(gè)關(guān)于E、r的方程:EU1U1r/R1,EU2U2r/R2得:  圖像處理數(shù)據(jù)的方法1.用安阻法時(shí),EI(Rr)變形后REr。可以作出R-­圖像。圖像的斜率為電動(dòng)勢(shì)E,縱截距的絕對(duì)值為內(nèi)阻r2.用伏阻法時(shí),EUr,變形后可得·,作出-­圖像,圖像的斜率為,縱截距為?!  ?/span>【例1】有一特殊電池,它的電動(dòng)勢(shì)約為9 V,內(nèi)阻約為40 Ω,已知該電池允許輸出的最大電流為50 mA。為了測(cè)定這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,某同學(xué)利用如圖甲所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn),圖中電流表的內(nèi)阻RA5 ΩR為電阻箱,阻值范圍為0999.9 Ω,R0為定值電阻,對(duì)電源起保護(hù)作用。(1)本實(shí)驗(yàn)中的R0應(yīng)選________(填字母)。A10 Ω  B50  Ω   C150  Ω  D500  Ω(2)該同學(xué)接入符合要求的R0后,閉合開關(guān)S,調(diào)整電阻箱的阻值,讀取電流表的示數(shù),記錄多組數(shù)據(jù),作出了如圖乙所示的圖線,則根據(jù)圖線可求得該電池的電動(dòng)勢(shì)E________V,內(nèi)阻r________ Ω解析:(1)當(dāng)電阻箱接入電路的阻值為0時(shí),電路中的電流不能超過50 mA,即電路中電阻的最小值約為180  Ω,除去電源內(nèi)阻、圖中電流表的內(nèi)阻,可知C選項(xiàng)最為合適。(2)UEIrI(R0RRA)EIr,變形得結(jié)合題圖可得E10 V,r45  Ω。答案:(1)C (2)10 45探究二:作圖法處理數(shù)據(jù)時(shí),怎樣提高測(cè)量精度?(1)畫圖線時(shí)應(yīng)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。(2)干電池內(nèi)阻較小時(shí)U的變化較小,坐標(biāo)圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)將呈現(xiàn)如圖甲所示的狀況,下面大面積空間得不到利用,為此可使縱軸坐標(biāo)不從零開始,如圖乙所示,把坐標(biāo)的比例放大,可使結(jié)果的誤差減小。此時(shí)圖線橫截距不表示短路電流,計(jì)算內(nèi)阻要在直線上任取兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的點(diǎn),用r 計(jì)算出電池的內(nèi)阻r       【例2 如圖所示的電路中,當(dāng)S閉合時(shí),電壓表和電流表(均為理想電表)的示數(shù)各為1.6 V0.4 A。當(dāng)S斷開時(shí),它們的示數(shù)各改變0.1 V0.1 A,求電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。[答案] 2 V 1 Ω [解析] 當(dāng)S閉合時(shí), R1、R2并聯(lián)接入電路,當(dāng)S斷開時(shí),只有R1接入電路,此時(shí)路端電壓增大、干路電流減小。當(dāng)S閉合時(shí),由閉合電路歐姆定律得:UEIr,即1.6E0.4r當(dāng)S斷開時(shí),只有R1接入電路,由閉合電路歐姆定律得:U′=EIr,即1.60.1E(0.40.1)r由①②得:E2 V,r1 Ω探究三:伏安法測(cè)量Er實(shí)驗(yàn)的誤差分析:1.偶然誤差主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作U-­I 圖像時(shí)描點(diǎn)不準(zhǔn)確。2.系統(tǒng)誤差主要原因是未考慮電壓表的分流作用,使得電流表上讀出的數(shù)值比實(shí)際的總電流(即流過電源的電流)要小一些。U越大,電流表的讀數(shù)與總電流的偏差就越大,將測(cè)量結(jié)果與真實(shí)情況在U-­I坐標(biāo)系中表示出來,如圖所示,可見E測(cè)<E,r測(cè)<r。【例3】某同學(xué)通過查找資料自己動(dòng)手制作了一個(gè)水果電池(電動(dòng)勢(shì)約為4.5 V,內(nèi)阻約為1.5 Ω),現(xiàn)要測(cè)量這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r,他從實(shí)驗(yàn)室借到一個(gè)開關(guān)、一個(gè)滑動(dòng)變阻器(最大阻值為12 Ω),一只電壓表(量程為3 V,內(nèi)阻約為15 kΩ),一只電流表(量程為0.6 A,內(nèi)阻約為2 Ω),一個(gè)定值電阻R05 Ω和若干導(dǎo)線。(1)該同學(xué)利用上述器材設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路,開關(guān)閉合前滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值應(yīng)調(diào)到________(選填“最大”或“最小”)。(2)斷開開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值,再閉合開關(guān)S,讀取并記錄電壓表的示數(shù)及電流表的示數(shù)。改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置,多次重復(fù)上述操作,可得到多組電壓值U及電流值I,并以U為縱坐標(biāo),以I為橫坐標(biāo),畫出U­I的關(guān)系圖線(該圖線為一直線),如圖乙所示。由圖線可求得電池組的電動(dòng)勢(shì)E________V,內(nèi)阻r________Ω。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)利用該實(shí)驗(yàn)電路測(cè)出的電動(dòng)勢(shì)E測(cè)和內(nèi)阻r測(cè)與真實(shí)值Er相比,理論上E測(cè)________E,r測(cè)________r(選填“>”“<”或“=”)。引起該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要原因是_______________________________________________。[解析] (1)閉合開關(guān)之前,為防止電表過載,保證電路的安全,滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)放在電阻的阻值最大處。(2)在圖線中,圖線與縱軸的交點(diǎn)就是所要測(cè)量的電動(dòng)勢(shì),讀數(shù)為4.4 V;電壓為1.0 V時(shí),電流約為0.57 A,內(nèi)電阻可以使用公式rR0 Ω5.96 Ω,所以,內(nèi)電阻r0.96 Ω(3) 路中,從電源流出的電流,分別流向電流表和電壓表支路,故電流表的讀數(shù)小于總電流,這時(shí),可以把以上的電路等效成如圖的電路:很明顯,根據(jù)公式r 計(jì)算出的結(jié)果r測(cè)R0、rRv三者的混聯(lián)電阻,因此r測(cè)要小于rR0,即內(nèi)電阻的測(cè)量值小于真實(shí)值;同樣的原因,r分擔(dān)的電壓也會(huì)偏小,導(dǎo)致電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值也偏小。[答案] (1)最大 (2)4.4 0.96 (3)< < 電壓表的分流      學(xué)生閱讀課文,認(rèn)真研究,然后填空,對(duì)填不出的空重新看書理解并與同桌討論。  學(xué)生理解后記憶                     學(xué)生思考討論并回答 學(xué)生獨(dú)立完成解題過程          在教師的引導(dǎo)下學(xué)生分析。 學(xué)生思考討論并在教師的引導(dǎo)下回答          學(xué)生練習(xí)      把讀書自學(xué)的機(jī)會(huì)還給學(xué)生。       鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力  幫助學(xué)生透徹理解規(guī)律的實(shí)質(zhì)。                  讓學(xué)生理解實(shí)際情形下所學(xué)知識(shí)是如何應(yīng)用的。  鍛煉學(xué)生的分析能力,                               教師引導(dǎo)下的討論,注重學(xué)生的討論過程,淡化探究的結(jié)果,給學(xué)生成功的喜悅。 強(qiáng)化所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用。課堂小結(jié) 梳理自己本節(jié)所學(xué)知識(shí)。根據(jù)學(xué)生表述,查漏補(bǔ)缺, 板書12.3《實(shí)驗(yàn):電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量 》一、實(shí)驗(yàn)思路1.原理:如圖,根據(jù)閉合電路歐姆定律,,測(cè)出U、I的兩組數(shù)據(jù),就可以列出兩個(gè)關(guān)于E、r的方程,從中解出E和r。2.方法:(伏安法)用電壓表電流表加上一個(gè)滑動(dòng)變阻器R,改變R的阻值,測(cè)出兩組U、I的值,   二、物理量的測(cè)量:需要測(cè)量路端電壓U和電流I兩個(gè)物理量。應(yīng)該使用滑動(dòng)變阻器改變外電路的電阻,進(jìn)行多次測(cè)量。三、數(shù)據(jù)分析1、公式法:2、圖像法:(1)r=E/I  (2)r  教學(xué)反思  

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