4.3 测量电源的电动势和内阻 教学设计（表格式）

《测量电源电动势与内阻》教学设计
【课题】测量电源电动势与内阻（第一课时）
【教材】粤教版高中必修三第四章第三节
【教学时间】40分钟
【教学对象】高中二年级学生
【教学内容分析】
1.课程标准对本节的要求:
理解闭合电路欧姆定律，会测量电源的电动势和内阻，体会图像法在研究物理问题中的作用。此外，测量电源的电动势和内阻实验为课标要求的必修3学生必做实验之一。
根据对课标的分析，学生需知道电源电动势和内阻是标志电源性能的重要参数，要能利用闭合电路欧姆定律设计“测量电源电动势和内阻”的实验方案，并能通过实验操作测量出电源电动势和内阻，学习有关的电路连接、测量方面的实验操作技能和规范，通过对实验数据的处理，体会图像在研究物理中的作用。
2.教材的地位和作用:
本节课《测量电源电动势与内阻》是粤教版高中必修三第四章第三节的内容，教材围绕“电源的电动势和内阻是描述电源特性的重要参数”这一结论提出本节课实验的目的“测量电源电动势与电阻”。选用实验器材后，提供了伏安法和安阻法两种实验方案，并在实践与拓展栏目提出“可以用电压表、电阻箱来测定电源的电动势和内阻”即伏阻法。教材将伏安法放在了最前面，伏安法是测定电源电动势和内阻的主要方法，必须理解其原理，才能以不变应万变，开展安阻法、伏阻法、安安法、伏伏法等创新实验的研究。
本节内容放在闭合电路的欧姆定律之后，通过“实验：测定电池的电动势和内阻”这节课的学习，可以深化学生对电源电动势概念和闭合电路欧姆定律的理解，进一步熟悉用图像处理数据的方法，提高实验操作技能。
【学情分析】
1.学生的知识基础
学生已学习了闭合电路欧姆定律内容，能理解电源的U-I图像的斜率和截距含义，能根据表达式设计测量电动势和内阻的电路原理图。
2.学生的能力基础
学生在高一的学习中已多次练习用图像法处理数据，具有分析图像、归纳总结得出实验结论的能力。
3.学生的心理特点
高二年级学生的积极性、主动性较强，有参与意识，喜爱进行实验探究。因此可以通过直观的物理实验和生动的课堂讨论来调动学生的学习兴趣
【教学目标】
物理观念
了解并掌握测量电源的电动势和内阻的实验原理，加深对闭合电路欧姆定律的理解。
2.科学思维
通过利用U-I图像处理数据并得出电源的电动势和内阻，学会根据、图像合理外推进行数据处理的方法。
3.科学探究
通过实验方案设计、进行实验获取数据、处理数据、得出结论等过程，提高学生的科学探究能力。
4.科学态度与责任
通过测量电源电动势与内阻的实验，培养学生独立思考、实事求是、勇于创新的科学态度和团结协作的科学精神，感受物理学科研究的方法和意义。
【教学重点】
理解伏安法的原理，并用U-I图像处理数据并得到电源电动势和内阻
【教学难点】
根据闭合电路欧姆定律设计测量电动势和内阻的多种实验方案
【教学策略设计】
本节课在教学的指导思想上，始终坚持“教师为主导，学生为主体”的原则，通过教师创设问题情境和有效的设问引导，让学生亲历通过实验得出结论的过程。
1.教学方法
综合应用了实验演示、实验探究、讲授、谈话等多种教学方法，并采取了多媒体辅助教学，把教学过程设计成以知识和实验为基础，以问题为主线的师生对话交流的过程。
2.学法指导
在学法指导上，让学生尝试自己设计实验方案、处理数据、分析归纳得出结论，使学生在获取知识过程中，领会物理学的研究方法，受到科学思维方法训练的同时提高科学探究的能力。
【教学用具】
小灯泡；自制水果电池；干电池；导线；开关；
电压表；电流表；滑动变阻器；多媒体课件；
【教学流程图】
【教学过程设计】
教学环节和教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
新课导入 实验演示： (1)测量水果电池和干电池的电动势（粗测） (2)将水果电池和干电池分别接入小灯泡电路中 明确实验目的 测量电池电动势和内阻 1)进行实验，引导学生读出电压表示数。 2)用两种电池与小灯泡、开关组成回路，闭合开关，引导学生观察小灯泡亮度变化 3)提问：电池是如何影响小灯泡的亮暗的呢？ 4)电路中电流与哪些因素有关？（复习闭合电路的欧姆定律） 5)电池的电动势和内阻共同影响着电路的电流大小，是两个重要的参数 期待回答： 1) 1.5V；2.5V 2)干电池和小灯泡串联后，灯泡发光；水果电池回路中的小灯泡不亮 3)通过小灯泡的电流（灯泡实际功率） 4)电流大小不仅和电池的电动势有关，还和内阻有关。 5)理解测量电池的电动势和内阻的必要性 利用水果电池激发学生学习兴趣，引入新课
一、伏安法 【方案设计】 电压表连接电池两端 确定实验电路图 探讨数据处理方法 【实验器材】 【实验步骤】 【收集数据】 【数据处理】 1) 能否直接将电压表连接到电池两端测量电池电动势？误差如何？ U=E-Ir → I=0 → U断=E U=E-Ir → I≠0 → U＜E 若r较小，分压较小，可用于粗测电动势；若r较大，分压较大，测量结果和实际电动势差别较大，不适用 那如何较精确测量电动势？ 2)要想改变电流，可以在电路中连接什么器材？接法？ 3)电流表的接法？ 4)限流式，电流表外接法，可画出实验电路图 5)根据电路图，若不考虑电表内阻，根据闭合电路欧姆定律，电流I=？ 6)电压表示数U=？ 故，将两组数据代入即可求解E、r 7)在上述方法的基础上,如何减小因测量所带来的偶然误差呢？ 8)使用滑动变阻器改变外电路电阻，进行多次测量得到多组数据，两两联立方程，求出若干组E和r，最后以E的平均值和r的平均值作为实验结果。多组数据取平均的方法，误差减小了，但处理起来比较复杂。在上述方法的基础上，有没有更简便、直观的方法呢？ 9)以U 为纵坐标、I 为横坐标建立坐标系。根据U=E-Ir,可知U、I为一次函数关系，如果做多组测量，标出坐标点，进行拟合，那么点大致呈直线分布，画出U-I图为一条直线。根据公式，直线与纵坐标轴的截距为？斜率表示？ 唯一性器材 滑动变阻器、 电压表、电流表量程 根据学生说出的步骤，指出实验操作过程中需要注意的事项 连接时注意电表量程 滑动变阻器滑片位置 读电表要快，每次读完立即断电，以免干电池E 和 r 出现明显变化 根据实验步骤进行实验，引导学生读数，并将数据记录在黑板的表格中 I/AU/V
1)将表格中的数据输入EXCEL中，画出散点图， 2)数据输入EXCEL中做出的图测量数据只分布在坐标系的一小部分区域，如何解决？ 3)调整后的直线与坐标轴的交点值是否发生了改变呢？ 4)进行拟合得到拟合直线方程 期待回答： 1)改变电流、电压值，测两组数据联立求解 2)滑动变阻器；限流式 3)相对电源，电流表外接法 5) 6) U=IR 7)多组数据取平均 8)图像法 9)U=E-Ir 电池电动势;图像斜率的绝对值为电池的内阻 1)干电池、开关、导线 2)阻值较小的(10Ω) 3)0-3V;0-0.6A 根据原理图连接实物；闭合开关，调节滑动变阻器，读取并记录多组I、U的示数I、U；断开开关，整理器材；处理数据，得出结论 规范实验操作，读电流表、电压表并记录数据 2)调整纵轴起点和比例，使数据大致布满整个坐标区域。 3)没有。 4)根据已得到的图像求出电动势及内阻 使学生经历设计实验方案的过程，确定实验电路图 复习闭合电路欧姆定律，为后续理解实验原理做铺垫 帮助学生理解减小误差的方法：进行多次测量 对比解析法和图像法处理数据的优缺点 帮助学生理解图像的意义 锻炼学生根据图像合理外推进行数据处理的方法
安阻法 【方案设计】 确定实验电路图 探讨数据处理方法 提出问题：没有电压表、滑动变阻器，只有电流表、电阻箱、电池、开关。我们可否改造方案中的电路图测量电池电动势和内阻？ 1)若用图像法进行数据处理，伏安法作U-I图，在这我们需要作什么图？ 2)图中斜率、纵轴截距分别表示什么？ 虽然没有电压表直接测外电压，但是电阻箱可以直接测外电阻，根据U =IR。总电流和外电阻的乘积来替代直接测外电压。 E=U+Ir= IR+Ir 作 图 2)； 锻炼学生的推理能力
伏阻法 【方案设计】 确定实验电路图 探讨数据处理方法 提出问题：没有电流表、滑动变阻器，只有电压表、电阻箱、电池、开关。我们可否改造方案中的电路图测量电池电动势和内阻？ 1)若用图像法进行数据处理，我们需要作什么图？ 2)图中斜率、纵轴截距分别表示什么？ 虽然没有电流表直接测总电流，但是电阻箱可以直接测外电阻，根据I =U/R可用外电压和外电阻的比值来替代直接测电流。 作 图 2)； 锻炼学生的科学推理能力
课堂小结 这节课我们研究了电池电动势和内阻的测量方案，开始我们以测量外电压和总电流方法为例即伏安法，比较了解析法和图像法的优劣，最终选择既简洁偶然误差又小的图像法进行数据处理。进行实验，处理数据，最终测得一节干电池的电动势和内阻。接着研究了用电流表、电阻箱的安阻法以及用电压表、电阻箱的伏阻法测量电池电动势和内阻的方法，并分析了图像法进行数据处理的原理。 回顾本堂课所学习内容 巩固本节所学知识
课后思考 在使用外电压和总电流的测量方案时，电压表和电流表的内阻对实验测量结果有影响吗？如果有，测得的电动势和内阻值与真实值之间的大小关系又如何呢？ 课后思考，尝试分析电压表和电流表的内阻对实验测量结果的影响 为下节课学习各方法测量电源电动势和内阻的系统误差分析做铺垫
拓展训练 若时间不够布置为作业 测量由两节干电池组成的电池组的电动势和内电阻，R为电阻箱， R0=5.0Ω为保护电阻。多次调整电阻箱的阻值，读取并记录电压表的示数U及电阻箱接入电路中的阻值R。 并以为纵坐标，以为横坐标，画出的关系图线（该图线为一直线）如图乙所示。由图线可求得电池组的电动势E = V， 内阻r = Ω。 （保留两位有效数字） 根据闭合电路欧姆定律写出电流表达式： 由U =IR 根据公式明确斜率与纵截距含义，求解 E=2.9V r=1.1Ω
【板书设计】