物理：2.9《实验：测定电池的电动势和内阻》教案（粤教版选修3-1）

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2.9实验：测定电池的电动势和内阻
教学前设计：
教学需要分析：高中学生在学习了闭合电路的欧姆定律后有应用这一规律解决实际问题的愿望，同时在实验数据的处理中学生已认识到误差问题，寻找一种即减小误差又能得出结论的方法成为此阶段的教学需要。
教学者分析：高二学生独立性、自主性、求知欲都较强。学生在前一段学习中（知识与技能）已掌握闭合电路的欧姆定律的表达式，连接电路的技能已经很熟练，对间接测量时试验数据的处理已有了一定的认识。（过程与方法）也经历了测“小灯泡的伏安特性曲线”、“测定金属的电阻率”等实验过程，掌握了电学实验的基本仪器的使用和处理数据的方法。（情感态度与价值观）培养了一定的探索精神，学生渴望通过物理实验获得更多的知识。
教学内容分析：本节是学完闭合电路的欧姆定律后继应用计算、分析多用电表后的又一重要应用。掌握测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法，学会用图象法处理实验数据，是本节课的主要内容。本节的教学对进一步理解闭合电路的欧姆定律很有帮助，对今后物理实验及数据处理都有实际意义。
教学任务分析：根据学习者分析和教学内容分析制定了以下教学目标、重点、难点、教学策略，选择了以下媒体。
教学目标：（一）知识与技能
1、掌握测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法。
2、学会用图象法处理实验数据,认识试验数据的处理方法不同误差的大小不同
（二）过程与方法
经历设计电路和选择仪器、处理数据的过程，使学生学习科学的实验方法、合理地处理数据的方法。
（三）情感、态度与价值观
使学生理解和掌握运用实验手段处理物理问题的基本程序和技能，具备敢于质疑的习惯、严谨求实的态度和不断求索的精神，培养学生观察能力、思维能力和操作能力，提高学生对物理学习的动机和兴趣。
重点：掌握实验原理和方法，学会处理实验数据。
难点：用图象法处理实验数据，明确图像物理意义。
教学策略的制定：根据加涅的九段论（引起注意、告诉学生目标、刺激对先前学习的回忆、呈现刺激材料、提供学习指导、诱发学习行为、提供反馈、评定行为、促进记忆和迁移）制定如下
教学方法：
（知识与技能目标）分组实验，演示作图
（过程与方法目标）实验参与、数据处理
（情感态度与价值观）直接强化法
教学媒体：考虑本节实验课，重点是掌握技能，学习方法。故本节课选择实物媒体以利于学生动手操作和形成直观的经验。
媒体如下：测定电池的电动势和内阻的有关实验器材、教材、黑板
教学流程图
教学活动
（一）引入新课
我们已经学习了闭合电路的欧姆定律，请大家写出有关的公式。
学生回忆并写出闭合电路欧姆定律公式。① ②
③ ④
这节课我们就根据闭合电路的欧姆定律，来测量电池的电动势和内阻。并学习一种新的数据处理方法。
（二）进行新课
1、实验原理
提出问题：现在有一个干电池，要想测出其电动势和内电阻，你需要什么仪器，采用什么样的电路图，原理是什么？
学生讨论后，可以得到多种实验方案。
（1）用电压表、电流表、可变电阻（如滑动变阻器）测量。如图2.9-1所示：
原理公式：（红笔标示）
（2）用电流表、电阻箱测量。如图2.9-2所示：
原理公式：
（3）用电压表、电阻箱测量。如图2.9-3所示：
原理公式：
这几种方法均可测量，今天我们这节课选择第一种测量方案。通常称为伏安法。
2、实验方法
教师：引导学生阅读教材70页相关内容，回答问题。
（1）用水果电池的优点是什么？电源的正负极如何鉴别？其内阻与哪些因素有关？实验过程中会有何变化？实验中要注意什么？（实际的电源使用中内阻，电动势都会发是变化，这里必须事先说明为了减小误差， 测量中读数要快，读出数后立即断开电源，避免电动势发生较大的变化，带来误差）
（2）选择合适的实验器材（这里主要是让学生注意电流表、电压表的量程）
（3）简要写出实验步骤。（考虑课堂容量，误差问题暂不分析，以便突出实验测量和数据处理的重点）
学生：分析上边的实验原理，电路图，解决以上问题。
3、学生实验：
学生2人一组，合作实验。教师转行指导， 有问题及时处理。要记录至少六组实验数据。（激励学生抢先到黑板前填写本组数据。）
4、数据处理
原则上，利用两组数据便可得到结果，但这样做误差会比较大，为此，我们可以多测几组求平均（实验较快的组可进行），也可以将数据描在图上，利用图线解决问题。
教师出示画好坐标的小黑板,引导学生建立坐标轴。
明确：
（1）图线的纵坐标是路端电压，它反映的是：当电流强度I增大时，路端电压U将随之减小，U与I成线性关系，U=E-Ir。从数学上讲，图像的斜率正是内阻r，截距正是电动势E，也就是说只要画出U-I图像，就可求得电动势和内阻。
学生动手画出坐标轴并描点。
教师描点，并示范作图。强调图像为直线的原因。
（2）电阻的伏安特性曲线中，U与I成正比，前提是R保持一定，而这里的U-I图线中，E、r不变，外电阻R改变，正是R的变化，才有I和U的变化。
实验中至少得到5组以上实验数据，画在图上拟合出一条直线。要求：使多数点落在直线上，并且分布在直线两侧的数据点的个数要大致相等，这样，可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。
讨论：将图线延长，与横纵轴的交点各代表什么情况？
归纳：将图线两侧延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就是电源电动势E。横轴截距点（路端电压U=0）意味着短路情况，它的数值就是短路电流。
说明：①两个截距点均是无法用实验实际测到的，是利用得到的图线向两侧合理外推得到的。
②由于r一般很小，得到的图线斜率的绝对值就较小。为了使测量结果准确，可以将纵轴的坐标不从零开始，计算r时选取直线上相距较远的两点求得。此时斜率仍代表内阻，纵轴截距仍代表电动势。
教师转行指导，对作图有困难的同学提供帮助，及时解决问题。
学生完成图像，并求出电动势和内阻。（在全班范围展示作图好的同学的图像和求得的电动势值，使学生认识图像法处理数据的优点。）
（三）课后小结
这节课我们学习了测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法。并学习了用图象法处理实验数据。U-I图线的纵轴截距代表电动势，斜率代表内阻。
作业：完成实验报告
板书设计：
2.9实验：测定电池的电动势和内阻
一、实验原理（电路图） 三、记录表格
二、实验器材 四、数据处理
教学后设计
教学设计成果的评价：
自我评价：本设计的教学目标阐述较好，通过教学，知识与技能的两条目标基本实现学生掌握了测定电池电动势和内阻的原理和实验方法。学会用图象法处理实验数据,认识试验数据的处理方法不同误差的大小不同。学生经历设计电路和选择仪器、处理数据的过程，学习图像法，伏安法等实验方法、学会更合理地处理数据。 培养学生敢于质疑的习惯、严谨求实的态度和不断求索的精神，并且培养学生观察能力、思维能力和操作能力，提高了学生对物理学习的动机和兴趣。这些目标的实现，与教学媒体的选择，教学策略的应用是有关的，实验法完成测量是本节的第一亮点，用图像法处理数据的方法成功完成是第二亮点。此设计，教师便于及时调控课堂节奏。
学生反应：1、学生在集体回答、小组讨论、和个别活动中都表现积极，表明对教学进程的适应。
2、学生实验水平及数形结合、图像处理问题方面得到提高。
存在的问题：
1、 器材的选择：本实验中选用水果电池，学生兴趣较高，但处理不当，内阻变化太快，造成部分实验不能测出6组数据。
2、 媒体选择：实验课教学，未考虑使用电脑多媒体，课堂活跃程度不够。
解决思路：
1、换用电动势、内阻相对稳定的旧一些的干电池来试验。
2、适当用电脑多媒体演示画出图像的几种不同情况，以期学生能对图像法减少误差，图像法求电动势、内阻有更深的理解。
引起注意
（组织上课）
刺激对先前学习的回忆（复习）
告诉学生目标
呈现刺激材料
（苹果电池提出实验）
学生实验
（培养动手能力合作意识）
提供学习指导（可以用图像来帮助处理实验数据）
提供反馈（学生实验的特点，和数据处理的好坏，引导更正）
评定行为
（今天学到什么，表现如何）小结
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