2019-2020年滬科版3-1選修三4.2《測量電源的電動勢和內阻》WORD教案2.doc

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2019-2020年滬科版3-1選修三4.2《測量電源的電動勢和內阻》WORD教案2 一、教材內容分析 本節(jié)課是高中物理選修3—1的第四章第二節(jié)，這節(jié)課內容是測量電源的電動勢與內阻，電源的特性主要由電動勢與內阻來描述，因此測量電動勢和內阻對于合理使用電源具有重要的意義。本節(jié)課主要介紹了用伏安法測量電源的電動勢與內阻的電路以及一種新的處理實驗數(shù)據(jù)的方法——用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)。 二、設計理念與設計思路 本節(jié)教學中主要讓學生應用已經學過的閉合電路歐姆定理的相關知識，測量電源電動勢和內阻，在教學中在教師的引導下，讓學生明白該怎么做，為什么這樣做。本節(jié)內容涉及到動手實驗及用圖象法處理數(shù)據(jù)，通過學生自己的探索，不但把學過的知識應用于實際，還可以激發(fā)他們的學習興趣。 隨著目的的明確，引導測量方案（包括電路圖）的形成，在探究過程中如實收集實驗數(shù)據(jù)，然后師生共同探討，得到較好的實驗數(shù)據(jù)處理方法，并讓學生表達實驗結果，引導其對所得結果進行誤差分析。 三、學情與教材分析 學生已經掌握了閉合電路歐姆定律，并且已經有從電路的內、外電阻來分析電路的意識，但是由于對電學實驗接觸比較少，對實驗電路的選擇、設計能力還沒有形成，對于電路的分析能力仍需進一步的加強，這也是本實驗探究的一個重要任務。另外，對于數(shù)據(jù)的處理，學生較熟悉的是計算法〔亦稱代書法〕，利用圖像處理數(shù)據(jù)的能力的培養(yǎng)是本次實驗探究的另一個重要任務。 四、教學目標 1知識與技能：使學生掌握利用儀器測量電池電動勢和內電阻的方法，并通過設計電路和選擇儀器，開闊思路，激發(fā)興趣。 2.過程與方法：學會利用圖線處理數(shù)據(jù)的方法、誤差分析。 3.情感態(tài)度與價值觀：使學生理解和掌握運用實驗手段處理物理問題的基本程序和技能，具備敢于質疑的習慣、嚴謹求實的態(tài)度和不斷求索的精神，培養(yǎng)學生觀察能力、思維能力和操作能力，提高學生對物理學習的動機和興趣。 五、重點、難點分析 1.重點：測量方案和利用圖線處理數(shù)據(jù) 2.難點：如何利用圖線得到結論 六、教學準備 電流表，電壓表，滑動變阻器，開關，一節(jié)電池，電池盒，導線若干。 七、教學流程設計 開始 激趣 教學引入 明確研究課題 探究課題 討論：實驗原理討論與選擇 原理討論 根據(jù)原理設計實驗方案 選擇適當?shù)膬x器 方案設計 儀器選擇 教師輔導， 生——生交流 師——生交流 實驗探究 收集數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)處理 方式方法 代數(shù)法與作圖法 學生表達測量結果 結論表達 實驗誤差（系統(tǒng)誤差） 誤差分析 師生共同總結 課堂總結 八、教學過程設計 教學環(huán)節(jié) 學習內容 教師活動 學生活動 預期效果 教學引入 明確研究課題、引起探究興趣 引言、課題介紹 調動學生學習的興趣，活躍課堂的氣氛，使學生樂于探究。 實驗原理探討 原理選擇：閉合電路歐姆定律 及其他變形形式：E=U+Ir、 〔提問〕 1、 欲得到某個干電池的電動勢和內阻，可以怎么做？ 2、 選用歐姆定律的那種形式比較好 〔回答問題〕 1、閉合電路歐姆定律： E=U+Ir （U=E-Ir） 2、選用 E=U+Ir （U=E-Ir） 較好 掌握測量的幾種原理。第一和第三要求電阻已知，且從數(shù)據(jù)處理方便看，第二種方案E=U+Ir亦可采用圖像法，較好。 實驗方案 電表連接方式選擇：作實驗電路圖 〔提問〕 根據(jù)原理作出實驗電路圖，重點是電表的連接方式 〔思考與討論〕 最終得到如上的電路圖 掌握實際操作中選擇儀器與實驗方法 實驗探究 動手實驗，收集數(shù)據(jù) 根據(jù)方案進行實驗，并如實紀錄數(shù)據(jù) 真正動手實踐，尊重實驗現(xiàn)實 數(shù)據(jù)處理方案 1、 數(shù)據(jù)處理方法 〔提問〕 如何處理數(shù)據(jù)得出結論？ 結論： 1、 代數(shù)法，多次實驗取平均值 2、 圖像法，作U-I曲線，利用圖像信息求得。 關鍵掌握利用圖線的信息，如：斜率、兩坐標軸的截距等〔含圖像的獲得〕 2、 對實驗圖像的認識 〔提問〕 1、 由實驗數(shù)據(jù)得到的數(shù)據(jù)在圖上的分布特點 2、 曲線的斜率、U軸截距、I軸截距各表示什么？ 〔學生回答〕 1、數(shù)據(jù)只分布在第一象限，且大致應成一條斜率為負的直線 2、斜率表示-r，U軸截距表示電源電動勢 I軸截距表示短路電流 增強運用圖像處理數(shù)據(jù)的能力，培養(yǎng)看圖的能力以及分析問題、解決問題的能力 實驗結論表達 通過實驗得到結論 〔引導〕 讓學生自己表達實驗得到的結果 〔學生發(fā)言〕 表達自己的實驗結果 誤差分析 對所得的實驗結論進行誤差分析 〔引導〕 讓學生對自己的實驗結果進行討論 〔學生發(fā)言〕 誤差分析： 1、 原理引起的誤差 2、 儀器讀數(shù)引起的誤差 課堂總結 1、 實驗原理及電路選擇 2、 數(shù)據(jù)處理方法及誤差分析 九、課堂實錄 測量電源的電動勢與內阻 教師：在你們桌上都有一節(jié)這樣的干電池，我們已學過用來描述電源的性質物理量是E、r，今天我們要用實驗手段來測量一節(jié)電池的E、r。 根據(jù)我們學過的知識，你可以用幾種什么方法來測出這一節(jié)干電池的電動 勢和內阻呢？ 教師：同桌同學一起研究一下，看可以通過測量哪些物理量來測電源的電動勢和內阻，然后把你們設計出來的電路圖畫在白紙上，列出求解方程式。 …………學生設計方案………… 教師：下面請同學們把你設計好的方案拿來跟大家一起探討一下，誰先來？ 方案 1 學生：使用一個電流表、一個電壓表、一個滑動變阻器 E=Ir+U(板書) 方案 2 A E、r 學生：使用一個電壓表、一個電阻箱(板書) E、r V 方案 3 學生：使用一個電流表、一個電阻箱 E=I（R+r） (板書) 教師：根據(jù)同學們得除了測電源電動勢和內阻的三種方法，現(xiàn)在分析對比一下。 〔投影 ：方案1 E=Ir+U 方案2 方案3 E=I（R+r）〕 教師： 同學們很辛苦才得出三種不同方案，盡管這三種方法所列的方程形式不 同，但他們的本質是一樣的，都是閉合電路的歐姆定律。三種方案中哪 種方案最好？ 師生： 1、方案2和方案3與方案1相比，最大的區(qū)別在于方案2和方案3只用了一個電表，外電路上的電阻必須是已知的，這就給外電路上的電阻帶來一定的限制，滑動變阻器是不能用的。 2、方案1中， E r是欲求的，除了采用方案2、3相同的數(shù)據(jù)處理辦法外，還可以采用一種獨特的處理方案，前面練習時我們有碰到過——圖像法。 圖－1 教師：基于上述原因，我們選用方案1。但是，即便是選擇方案1，同學們也有這樣的兩種連接方式，那么我們在做實驗時是否兩個都可以，還是哪一個更好？ 圖－2 師生：選用哪種方式，要根據(jù)實際測量的需要確定，現(xiàn)在要想測出電源的內阻，如果采用圖2方式，最后得到的結果相當于電源內阻與電流表內阻的總和，而兩者相差又不太多，這樣一來誤差就會比較大，所以應采用圖1的電路圖。 教師：在大家桌上都有 電流表、電壓表、0～50Ω滑動變阻器各一個，電鍵一個，導線若干。 教師：電流表、電壓表選擇什么量程？ 師生：電流表0～0.6A，電壓表0～3V 教師：接下來同學們可以開始進行實驗，收集數(shù)據(jù)，要多測幾組以便取平均，至少測6組。在實驗以前先請同學做電學實驗的注意事項。 師生：1）按電路圖先串聯(lián)后并聯(lián)。 2）連接電路時，電鍵必須斷開。 3）電流必須從電表的正接線柱流入，負接線柱流出，并且要注意量程的選擇。 4）如使用滑動變阻器處于安全的位置。 5）因電池較舊，每測量一次斷開電源，調節(jié)后再通電，保證電流較大。 6）實驗結束時，先斷開電鍵。 以組為單位學生動手實驗，如實紀錄實驗數(shù)據(jù) 教師：得到了實驗數(shù)據(jù)，你有幾種辦法處理數(shù)據(jù)得出正確的電動勢與內阻？ 學生：我們可以利用公式：E=Ir+U用兩組數(shù)據(jù)就可以建立方程組解出E和r，然后取平均值； 也可以采用圖像法，利用U—I圖像求電源電動勢E和內阻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圖像應該是一條直 線. 投影：U—I圖象如右圖。 教師：如何得到這條直線，在坐標紙上建立U—I坐標系，依據(jù)測量數(shù)據(jù)在坐標系中畫出相應的點，怎樣連接這些點呢？是否兩兩相連？ 學生討論后回答總結：兩兩相連得出的折線不符合理論分析的結果，應該作一條直線使之通過盡可能多的點，并使不在直線上的點盡可能均勻的分布在兩旁.離直線教遠的點應該舍棄，這實際上也是取平均的思想。 教師：那么大家觀察圖象，直線與U軸、I軸各有交點，這兩個交點分別代表什么物理意義，直線的斜率又代表什么呢？ 學生回答總結：直線與U軸相交點的值，I等于零，此值即為斷路時的路端電壓 應等于電源電動勢E； 這條直線與I軸的交點表示U=0 (外電路短路)時的短路電流 I0，而且 I0， 由U=E-Ir可知直線斜率為-r，計算內阻時，要在直線上任取兩個相距較 遠的點，用r=|k|計算電池的內阻r。 教師：下面同學們把數(shù)據(jù)所得數(shù)據(jù)描到書上的坐標系中，作出圖線，從而得出測量結果，等下請同學來說一下他的測量結果。 學生：結果表達。 〔一下環(huán)節(jié)如有時間就講，沒有時間下次課講〕 誤差分析： 實驗中由于電壓表的分流作用，使得測量的電流與真實的電流大小不同而 造成的誤差屬于系統(tǒng)誤差，請同學們進一步討論，這個E、r測量得到的 數(shù)值是偏大還是偏??？（提示：利用圖線及合理的推理） 可以請幾位同學發(fā)言，最后得到結論。 因為 電壓表的分流作用 測量 U/V I/A 真實 所以 I真=I測＋IV，某個電壓值時電流要比 測量值大一點。 當U=0時，IV→0 I→I真 故r真＞r測 E真＞E 十、教學反思 這節(jié)課的設計意圖要讓學生在教師的引導下掌握測量電源電動勢和內阻 的原理和方法，教師的引導只是為了讓學生更加高效的學習，把重點放在原理、電路的獲得，以及探究過程的實際操作，再到后面的數(shù)據(jù)處理，特別是利用圖象法處理數(shù)據(jù)，課堂內容的設計環(huán)環(huán)相扣，注重培養(yǎng)學生的實驗探究能力。不足之處在于課堂的容量偏大，對于不同的學生情況可能還應根據(jù)最后要達到的目標做一些調整，有些環(huán)節(jié)，如歐姆定律的三種形式和相應的電路圖可以改成教師引導，重點放在電表連接方式的討論上來，這也是為后面的誤差分析做好鋪墊。另，因數(shù)據(jù)處理方法移到實驗探究前做些必要的補充，這樣時間上的安排也是合理的。 總體說來，一節(jié)課要有所偏重，想把每個方面都做好很難，教師只有根據(jù)自己學生的情況做一些必要的調整才是最合理的。