2022年高中物理 《測量電源的電動勢和內(nèi)電阻》教案3 魯科版選修3-1

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1、2022年高中物理 《測量電源的電動勢和內(nèi)電阻》教案3 魯科版選修3-1 一 教材分析 本節(jié)課是高中物理選修3—1的第四章第三節(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，在上一節(jié)介紹的測量電源內(nèi)電壓的方法，在許多情況下是不可行的，這一節(jié)在它的基礎(chǔ)上，從實(shí)用的角度向?qū)W生提出了新的問題，即怎樣簡潔的測量電源的電動勢與內(nèi)阻？ 只有設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)電路，選擇必要的實(shí)驗(yàn)器材，科學(xué)的處理數(shù)據(jù)，才能得到滿意的結(jié)果。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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法——用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2、 重點(diǎn)是：實(shí)驗(yàn)方案的獲取與利用圖像法處理數(shù)據(jù)。難點(diǎn)是如何利用圖線得到結(jié)論以及實(shí)驗(yàn)誤差的分析。本節(jié)教學(xué)中主要讓學(xué)生自己根據(jù)已經(jīng)學(xué)過的關(guān)于閉合電路歐姆定理等相關(guān)知識，通過自己的探索，把學(xué)過的知識應(yīng)用于實(shí)際，本節(jié)內(nèi)容涉及到的動手實(shí)驗(yàn)及用圖象法處理數(shù)據(jù)，這正是學(xué)生感興趣的內(nèi)容，通過學(xué)生自己的探索，不但把學(xué)過的知識應(yīng)用于實(shí)際還可以激發(fā)他們的創(chuàng)新精神。 二 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(jì)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。 3.情感態(tài)度與價(jià)值觀：使學(xué)生理解和掌握運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段處理物理問題的基本程序和技能

3、，具備敢于質(zhì)疑的習(xí)慣、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)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。 三 設(shè)計(jì)思路 測量電源的電動勢與內(nèi)阻其實(shí)就是對閉合電路歐姆定理的應(yīng)用，這節(jié)課的安排主要是對閉合電路歐姆定理的應(yīng)用反饋。因此，本著鞏固和深化所學(xué)知識，以及能夠把所學(xué)過的知識應(yīng)用于實(shí)際的思想，本節(jié)內(nèi)容我設(shè)計(jì)如下： 把全班同學(xué)分成八個小組，要求每一個小組在課下利用課余時(shí)間查閱資料了解測量電阻的各種方案，看是否可以用于本節(jié)內(nèi)容中，能夠設(shè)計(jì)哪些方案來測量電源的電動勢與內(nèi)阻， 并且設(shè)計(jì)好本組將要應(yīng)用的測量方案。4.2節(jié)分兩個課時(shí)，第一課時(shí)主要課堂上讓學(xué)生分小組展示他們的方案，

4、按照理論闡述、模擬演示、自我評價(jià)的程序進(jìn)行展示。教師和其他小組的學(xué)生作為評委，讓展示的學(xué)生現(xiàn)場答辯，教師和其他小組的學(xué)生可以向他們提問。最后教師對各小組進(jìn)行評價(jià)，確定實(shí)驗(yàn)方案。第二課時(shí)主要是引導(dǎo)學(xué)生，讓其探究出處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重要方法——圖象法，以及必要的誤差分析。重點(diǎn)是學(xué)習(xí)圖象法處理數(shù)據(jù)。 這節(jié)內(nèi)容以課內(nèi)外相結(jié)合的形式，課下讓學(xué)生進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，課上組織學(xué)生匯報(bào)交流，教師只是作為指導(dǎo)者，引導(dǎo)學(xué)生分析原理，指導(dǎo)學(xué)生在實(shí)際操作中應(yīng)該考慮哪些問題，幫助學(xué)生完善方案，因此，本節(jié)內(nèi)容中采用研究性的探究式教學(xué)，充分的體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。教師改變原來的傳授式教學(xué)方式，以觀眾的身份對學(xué)生提問，在問題中把這節(jié)課

5、的內(nèi)容滲透給學(xué)生，以評委的身份對學(xué)生的成果進(jìn)行評價(jià)并且提出改進(jìn)方案。 四 教學(xué)準(zhǔn)備 首先，對全班的學(xué)生進(jìn)行分組，每個小組自己設(shè)計(jì)測量方案，設(shè)計(jì)過程中要考慮到實(shí)際操作，要求能夠方便的測量出電動勢與內(nèi)阻。這一步要提前布置，給學(xué)生足夠的時(shí)間去準(zhǔn)備。其次，設(shè)計(jì)過程中需要的儀器向?qū)嶒?yàn)室申請，需要有關(guān)的知識自己查閱資料，遇到難題時(shí)可以找老師幫忙解決。最后，因?yàn)檫@節(jié)內(nèi)容有課件展示，有分組實(shí)驗(yàn)，所以安排在多媒體教室上課。上課前和實(shí)驗(yàn)員協(xié)調(diào)好，預(yù)先將部分一起放在每組的課桌上，同學(xué)們上課前分小組確定座位，留出一張課桌做實(shí)驗(yàn)用。準(zhǔn)備好音箱和話筒，以便使學(xué)生聽得清楚。 五 教學(xué)過程（分兩課時(shí)） （第一課時(shí)）

6、 回顧上節(jié)所學(xué)內(nèi)容，引入新內(nèi)容 教師： 上堂課我們學(xué)習(xí)了閉合電路的歐姆定律，那么此定律文字怎么述？公式怎么寫？ 學(xué)生： 閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比，跟整個電路的電阻成反 比，這就是閉合電路的歐姆定律。 教師： 這兒有一節(jié)干電池，請問同學(xué)在我們已學(xué)過的物理量中有哪幾個物理量是用來描寫電源的性質(zhì)？ 學(xué)生： E r 教師： 在你們桌上都有一節(jié)這樣的干電池，這些干電池有的是比較新的，有的是比較舊的，我們可以用些什么方法來測出這一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻呢？這就是我們這節(jié)課所需要解決的問題。 投影 4.2 測電源的電動勢和內(nèi)阻 教師： 前面我們已經(jīng)學(xué)了閉合電路的歐姆定律。

7、投影 定律的內(nèi)容 教師： 接下來就請同學(xué)根據(jù)閉合電路的歐姆定律，大家在下面以學(xué)習(xí)小組為單位討論，看可以有哪幾種方法來測電源的電動勢和內(nèi)阻，然后把你們設(shè)計(jì)出來的電路圖畫在白紙上，列出求解方程式。設(shè)計(jì)完畢以后，每一組請一位同學(xué)起來作為代表講一下你們這一組的設(shè)計(jì)思路。我們比賽一下看哪一組的設(shè)計(jì)方案即合理又最多，現(xiàn)在開始討論。 學(xué)生互相討論、設(shè)計(jì)測量方案………… 教師： 請每組同學(xué)推出一名代表介紹設(shè)計(jì)的方案，同時(shí)將設(shè)計(jì)方案中的電路圖投影到屏幕上。 學(xué)生介紹設(shè)計(jì)方案………… 教師： 同學(xué)們設(shè)計(jì)的方案很多，接下來請同學(xué)們針對這些設(shè)計(jì)方案來思考一下，如果根據(jù)他們測量時(shí)所使用的測量儀器和所列方程的形

8、式，看看有什么相同的地方？ 投影： 方案1電路圖 學(xué)生： 使用一個電流表 一個伏特表 一個滑動變阻器 (板書) 投影： 方案 2電路圖 學(xué)生： 使用一個伏特表 一個變阻箱 (板書) 投影： 方案 3電路圖 學(xué)生： 使用一個電流表 一個變阻箱 E=I（R+r） (板書) 教師： 同學(xué)們根據(jù)分析對比，現(xiàn)在得出了測電源電動勢和內(nèi)阻的三種方法。 投影： 方案1 E=Ir+U 方案2 方案3 E=I（R+r） 方案1 方案2 方案3 教師： 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。在第一種方法中E=U+Ir，其中E r是要求的，只要

9、得到兩組不同的I和U的數(shù)值，列兩個方程，便可求得E r。至于外電路上的電阻R可以是已知的，也可以是未知的，只要能改變就行了，也就是說可以是兩個定值電阻，可以是滑動變阻器，可以是電阻箱，等等。另外兩種方法與第一種方法相比，最大的區(qū)別在于他們只用了一個電表，但是外電路上的電阻必須是已知的。這就給外電路上的電阻有了一定的限制，在這二種情況下，滑動變阻器是不能用的。電流表、電壓表及滑動變阻器的規(guī)格要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體需要來確定，以方案一為例，看看我們用到的電路圖里面 、各需測的是什么？選用電路圖時(shí)，還可將 接在外面，原則上也是可以的，那么我們在做實(shí)驗(yàn)時(shí)是否兩個都可以，還是哪一個更好？為什么？ 學(xué)生：兩種

10、方式測量都會帶來誤差。 采用圖1 示數(shù)準(zhǔn)確 示數(shù)偏大 采用圖2 示數(shù)準(zhǔn)確 示數(shù)偏小 選用哪種方式，要根據(jù)實(shí)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。明確各儀器的規(guī)格： 電流表0～0.6A量程，電壓表0～3V量程。 滑動變阻器0～50Ω。 此外，開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。 教師：請同學(xué)根據(jù)桌上的實(shí)驗(yàn)器材，任選其中的一到二種方法，測一下你們桌上這一節(jié)新舊不一的干電池的電動勢和內(nèi)阻，在實(shí)驗(yàn)以前先請同學(xué)講一下本實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)。 學(xué)生：1）按電路圖用導(dǎo)線將實(shí)

11、驗(yàn)器材連接起來。 2）連接電路時(shí)，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，盡量用舊電池，其內(nèi)阻較大，效果明顯。 4）如使用滑動變阻器，連接時(shí)必須一上一下，電鍵閉合以前，電阻達(dá) 到最大。 5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，先斷開電鍵。 （學(xué)生答的不全，教師補(bǔ)充） 教師：實(shí)驗(yàn)方法，電路圖有了，注意事項(xiàng)也知道了，請同學(xué)開始實(shí)驗(yàn)并得出數(shù)據(jù)并思考怎樣處理數(shù)據(jù)。 以組為單位學(xué)生動手實(shí)驗(yàn)，得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。思考如何處理數(shù)據(jù)，為下節(jié)課學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。 （第二課時(shí)） 1.回顧上節(jié)課內(nèi)容，例舉實(shí)驗(yàn)方案， 教師： 我們這節(jié)課例舉上次方案一，看看應(yīng)該怎樣處理數(shù)據(jù)及分

12、析誤差才能夠正確的得出電動勢與內(nèi)阻，請一位同學(xué)講講你處理數(shù)據(jù)的方法。 學(xué)生：對于方案一我們可以利用公式：E=Ir+U 測量出兩組數(shù)據(jù)就可以建立方程組解出 E和 r 教師：原則上，利用兩組數(shù)據(jù)便可得到結(jié)果，但這樣做誤差會比較大，為此，我們可以想些什么辦法減少誤差呢？ 學(xué)生：采用測量多組數(shù)據(jù) 建立多個方程組，然后解出對應(yīng)的E和r值，然后取平均值，就可以減少誤差。 投影：用平均值法求E和r: 把所測量的數(shù)據(jù)代入閉合電路歐姆定律E=U+Ir 中，得 計(jì)算出 同理，把其他幾組r2、r3，E2、E3計(jì)算出來， 用公式r= ， E=， 即為所求電源的電動勢E和內(nèi)阻r. 老師：用數(shù)學(xué)法測

13、量計(jì)算比較麻煩，有沒有更加好一點(diǎn)的方法處理數(shù)據(jù)呢？ 投影：根據(jù)閉合電路歐姆定律U=E-Ir 聯(lián)系實(shí)驗(yàn)方案一 ，可以看出什么信息 學(xué)生回答總結(jié)： 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：那么大家觀察圖象，直線與U軸、I軸各有交 點(diǎn)， 那么兩個交點(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(shí)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(shí)的短路電流 I0，而且I0 =

14、， 由U=E-Ir可知直線斜率為-r，計(jì)算內(nèi)阻時(shí)，要在直線上任取兩個相距較遠(yuǎn)的點(diǎn)，用r=| |計(jì)算電池的內(nèi)阻r. 投影：用幾何畫板模擬畫圖，取一組用方案一得出的數(shù)據(jù)描點(diǎn)。 教師：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，如圖甲所示，延長這條直線， 讀出它與U軸相交點(diǎn)的值，此值即為斷路時(shí)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(shí)的短路電

15、流 I0，而且I0 = ，還計(jì)算出內(nèi)阻r=| | . 教師：A、B兩點(diǎn)均是無法用實(shí)驗(yàn)實(shí)際測到的，是利用得到的圖線向兩側(cè)合理外推得到的。當(dāng)干電池內(nèi)阻較小時(shí)，路端電壓U的變化較小，坐標(biāo)圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)所描直線呈現(xiàn)如下圖乙所示的狀況，下部大面積空間得不到利用，作圖時(shí)也易造成較大誤差，為此可使坐標(biāo)不從零開始如圖丙所示，并把坐標(biāo)的標(biāo)度取得小一些，可使結(jié)果的誤差減小些，要注意的是: 此時(shí)圖像與橫軸的交點(diǎn)不表示短路電流，計(jì)算內(nèi)阻時(shí)，要在直線上任取兩個相距較遠(yuǎn)的點(diǎn)，用r=| | .來計(jì)算電池的內(nèi)阻r. （教學(xué)過程中必須明確）： ①圖線的縱坐標(biāo)是路端電壓，它反映的是：當(dāng)電流強(qiáng)度I增大時(shí)，路端電壓U將隨之減小，

16、U與I成線性關(guān)系，U=E-Ir。也就是說它所反映的是電源的性質(zhì)，所以也叫電源的外特性曲線。 ②電阻的伏安特性曲線中，U與I成正比，前提是R保持一定，而這里的U-I圖線中，E、r不變，外電阻R改變，正是R的變化，才有I和U的變化。 實(shí)驗(yàn)中至少得到6組數(shù)據(jù)，畫在圖上擬合出一條直線。要求：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)的個數(shù)要大致相等，這樣，可使偶然誤差得到部分抵消，從而提高精確度。 歸納：將圖線兩側(cè)延長，分別交軸與A、B點(diǎn)。 A點(diǎn)意味著斷路情況，它的縱軸截距就是電源電動勢E。 說明：①A、B兩點(diǎn)均是無法用實(shí)驗(yàn)實(shí)際測到的，是利用得到的圖線向兩側(cè)合理外推得到的。 ②由于

17、r一般很小，得到的圖線斜率的絕對值就較小。為了使測量結(jié)果準(zhǔn)確，可以將縱軸的坐標(biāo)不從零開始，計(jì)算r時(shí)選取直線上相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)求得。 2.誤差分析： 實(shí)驗(yàn)中的誤差屬于系統(tǒng)誤差，請同學(xué)們進(jìn)一步討論，得到的數(shù)值是偏大還是偏??？（提示：利用圖線及合理的推理） 可以請幾位同學(xué)發(fā)言，最后得到結(jié)論。 因?yàn)?電壓表的分流作用 所以 I真=I測＋I(xiàn)V 即（I真-I測）↑，反映在圖線上： 當(dāng)U=0時(shí)，IV→0 I→I真 故r真＞r測 E真＞E測 3.課后小結(jié) 利用圖線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理是物理實(shí)驗(yàn)中常用的一種方法，圖象法的注意事項(xiàng)幾點(diǎn)前面以有說明，加以強(qiáng)調(diào)。 4.布置作業(yè)： a．思考用其他幾種方案如何處理數(shù)據(jù)及誤差分析。 b．寫好實(shí)驗(yàn)報(bào)告。