12.3电池电动势和内阻的测量 教学设计-2024-2025学年高中·必修第3册《物理》人教版

教学设计
课程基本信息
学科 高中物理 年级 高二 学期 秋季
课题 实验：电池电动势和内阻的测量
教科书 书 名：物理必修第三册
教学目标
1.物理观念：进一步感受电源路端电压随电流的变化关系，通过实验再次认识电动势、内阻是电源的重要参量； 2.科学思维：经历实验过程，掌握实验原理和方法，学会根据图像合理外推进行数据处理的方法； 3.科学探究：以测量水果电池为任务，经历体验设计测量电源的电动势和内阻实验的电路、选择实验的仪器、连接实验电路，变通电路设计； 4.科学态度与责任：尝试进行电源电动势和内阻测量误差的分析，了解测量中减小误差的方法；
教学内容
教学重点： 1.掌握实验原理和方法，学会处理实验数据。只有掌握了原理和方法，才能加深对电动势和内阻的理解； 2.在伏安法的基础上理解伏阻法、安阻法； 教学难点： 1. 用不同的方法测量电动势内阻，用图像法处理实验数据、实验误差分析。图像中的两个截距点的处理办法； 2. 水果电池的测量以及数据分析； 教学准备：多媒体课件、西红柿、电表、铜片、锌片等； 学生准备：课前预习教材、复习上节课已学过的电学知识；
教学过程
任务1：测量干电池的电动势和内阻 问题情境1：如图1根据上节课学习的内容，说说如何设计实验测量干电池的电动势和内阻？ 问题问题指向的核心素养1.电源的电动势能不能用电压表直接测量？1.通过问题让学生意识到路端电压与电动势的不同（物理观念：物质观、相互作用观）； 2.聚焦问题，提出科学问题，引导学生从原理出发提出解决方案（科学思维、质疑能力）； 3.根据学生的答案提出科学要求，聚焦科学素养（科学探究与科学思维）；2.如何根据电流与路端电压的关系测量电源电动势和内阻？3.能不能改进实验减小偶然误差？4.有没有更加直观、科学的数据处理方法？
设计意图： （1）以学过的内容为接口顺势提出新的问题，这样可以让学生更顺利地进入学习状态； （2）在学生回答的基础上，进一步明确问题，聚焦问题，提出研究主题； （3）根据学生的回答，不断地进行科学“纠正”，学生的认知过程有曲折前进的过程，学习更加有效； 任务2：实验数据处理 给出实验方案如图2，分析实验原理。科学直观地处理数据获得结论，并提出有效的减小误差的做法。 问题情境2：根据实验电路图，测量数据如何得精准的到电源电动势与内阻？ 1. 数据采集好了之后如何通过作图法获得测量数据？从现象到理论，从数据到抽象，考察了学生的科学思维（科学思维）。 2.在图3中，U,I均在变化，不变的是什么？通过变化的现象看到背后不变的规律：其一：学生要理解，电动势是守恒的，变化的是电流和路端电压，这两个物理量可视；其二：学生要有图像思维，从一次函数中可以看到斜率与截距是定值，应该决定着“什么”（科学思维，创新思维）。3. 如图4，是某次实验中测得的数据，这样的图像在计算时是否准确？你有没有相应的改进方法？请你说一说。4.这个实验中有没有误差？误差不可避免，学生会分析误差说明对原理、操作有更深刻的理解，对事物的矛盾性与有限性有了解（物理观念：相互作用观）。
设计意图： （1）通过实验数据处理，获得结论的过程可以让学生对实验原理、实验操作有更科学的把握； （2）提出实验误差，让学生对误差的认识深刻，加强学生的误差分析意识也让学生理解了实验的客观性与有限性，提升学生的科学观念、实验观念。 任务3.测量水果电池的电动势与内阻 问题情境3：如图所示的器材，你能测出水果电池的内阻吗？ 问题问题指向的核心素养1.根据如图5的器材，你能设计电路图测量水果电池的电动势和内阻吗？提出实际问题，展示实际器材，让学生的思考真正有效（科学态度）；通过系统误差的问题提出，强化学生的“问题意识”、“误差意识”（物理观念：物质观、相互作用观）；提出“创新”问题，引导学生创造性的解决问题（科学探究、科学思维）； 2.作出电路图，提出科学的数据处理方法；3.这个实验有系统误差吗？4.你可以选择需要的仪器，可以直接测量微安表和水果电池的内阻吗？试试看。5.图8中，在测量微安表内阻时发现微安表指针偏转很厉害，这是什么原因？这样测量的内阻合理吗？通过创新问题，发现新现象，提出挑战性问题，激发学生深入思考（物理观念：相互作用观）；6.将锌片换成一个大小形状完全相同的铜片测量内阻合理吗？内阻是否只是两金属片中间部分的物质造成的？如果不是，影响实验结果吗？提出方案，学生评价，培养创新意识，提高分析能力（科学思维：物理建模）；7.通过图10数据处理，你能初步得到哪些结论？你能用之前的数据进行评估吗？得到测量数据，联系之前初测数据进行评估评价是科学实验的重要环节（科学态度、科学思维）；8.除了以上两种方式，还有没有其他测量方法？这些方法有什么共同点？给出问题，让学生从原理角度出发，提出新的见解，并总结共同点，以促进物理方法、思想、观念上的提升；
设计意图： （1）通过粗测、精测，让学生对一个具体的任务有了更全面的把握； （2）通过新问题，提出新挑战，给学生强烈的思维冲击力，促进学生深度学习的发生；（3）将粗测数据于精测数据进行联系评估，发现吻合度很高，说明实验的客观性、准确性，强化了学生的科学思维与科学态度； 教学反思： 本节课主要以“测量电池的电动势和内阻”为载体，徐徐展开。涉及到了实验原理、实验方案、数据采集、数据分析和误差分析等环节。整节课以3个大任务展开：原理提出、数据处理、真实问题的解决。三个任务环环相扣，紧密围绕“闭合电路欧姆定律原理下的测量”问题。这个过程中学生更深刻的体会到了电动势的守恒性以及负载对路端电压的影响，体会到了间接测量，通过变化测定不变的物理量问题。本节课很出彩的是水果电池问题，课上提出了新的问题“水果电池内阻可以直接测量吗？电流表内阻要忽略吗？”并且提出了创新解决方案：用铜片代替锌片等效测量内阻、测量微安表内阻评估误差大小。这些问题层层推进，对学生的科学思维培养、创新意识提升均具有积极的作用。