1、测定电源电动势和内阻 一、教材内容分析 本节课是高中物 理选修 31 的第四章第二节，这节课内容是测量电源的 电动势与内阻，电源的特性主要由电动势与内阻来描述，因此测量电动势和内 阻对于合理使用电源具有重要的意义。本节 课主要介绍了用伏安法测量电源的 电动势与内阻的电路以及 一种新的处理实验数据的方法用图象法处理实验 数据。 二、设计理念与设计思路 本节教学中主要让学生应用已经学过的闭合电路欧姆定理的相关知识，测 量电源电动势和内阻，在教学中在教师的引导下，让学生明白该怎么做，为什 么这样做。本节内容涉及到动手实验及用图象法处理数据，通过学生自己的探 索，不但把学过的知识应用于实际，还可以激发
2、他们的学习兴趣。 随着目的的明确，引导测量方案（包括电路图）的形成，在探究过程中如 实收集实验数据，然后师生共同探讨，得到较好的实验数据处理方法，并让学 生表达实验结果，引导其对所得结果进行误差分析。 三、学情与教材分析 学生已经掌握了闭合电路欧姆定律，并且已经有从电路的内、外电阻来分 析电路的意识，但是由于对电学实验接触比较少，对实验电路的选择、设计能 力还没有形成，对于电路的分析能力仍需进一步的加强，这也是本实验探究的 一个重要任务。另外，对于数据的处理，学生较熟悉的是计算法亦称代书法 ，利用图像处理数据的能力的培养是本次实验探究的另一个重要任务。 四、教学目标 1 知识与技能：使学生掌握
3、利用仪器测量电池电动势和内电阻的方法，并 通过设计电路和选择仪器，开阔思路，激发兴趣。 2.过程与方法：学会利用图线处理数据的方法、误差分析。 3.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。 五、重点、难点分析 1.重点：测量方案和利用图线处理数据 2.难点：如何利用图线得到结论 六、教学准备 电流表，电压表，滑动变阻器，开关，一节电池，电池盒，导线若干。 七、教学流程设计 来源:Z,xx,k.Com 开始 教学引入 探究课题 原理讨
4、论 实验探究 收集数据 方案设计 仪器选择 数据处理 方式方法 结论表达 误差分析 课堂总结 激趣 明确研究课题 讨论：实验原理讨论与选择 根据原理设计实验方案 选择适当的仪器 教师辅导， 生生交流 师生交流 代数法与作图法 学生表达测量结果 实验误差（系统误差） 师生共同总结 八、教学过程设计 教学 环节 学习内容 教师活动 学生活动 预期效果 教学引入 明确研究课题、 引起探究兴趣 引言、课题介 绍 调动学生 学习的兴 趣，活跃 课堂的气 氛，使学 生乐于探 究。 实验原理探讨 原理选择：闭合 电路欧姆定律 及其他rREI 变形形式： E=U+Ir、 rU 提问 1、欲得到某个 干电池的电
5、 动势和内阻， 可以怎么做？ 2、选用欧姆定 律的那种形 式比较好 回答问题 1、闭合电路欧姆定 律： rREI E=U+Ir （U=E-Ir）U 2、选用 E=U+Ir （U=E-Ir） 较好 掌握测量 的几种原 理。第一 和第三要 求电阻已 知，且从 数据处理 方便看， 第二种方 案 E=U+Ir 亦可采用 图像法， 较好。 实验方案 电表连接方式选 择：作实验电路 图来源:Zxxk.Com 提问 根据原理作出 实验电路图， 重点是电表的 连接方式 思考与讨论 最终得到如上的电 路图 掌握实际 操作中选 择仪器与 实验方法 实验探究 动手实验，收集 数据 根据方案进行实验， 并如实纪录数据
6、 真正动手 实践，尊 重实验现 实 1、数据处理方法 提问 如何处理数据得 出结论？ 结论： 1、代数法，多次实 验取平均值 2、图像法，作 U-I 曲线，利用图像 信息求得。 关键掌握 利用图线 的信息， 如：斜率、 两坐标轴 的截距等 含图像 的获得 数据处理方案 2、对实验图像的 认识 提问 1、由实验数据 得到的数据 在图上的分 布特点 2、曲线的斜率、 U 轴截距、I 轴截距各表 示什么？ 学生回答 1、数据只分布在第 一象限，且大致应 成一条斜率为负的 直线 2、斜率表示 -r，U 轴截距 表示电源电 动势 I 轴截距表示短路 电流 增强运用 图像处理 数据的能 力，培养 看图的能
7、 力以及分 析问题、 解决问题 的能力 实验结论表达 通过实验得到结 论 引导 让学生自己表达 实验得到的结果 学生发言 表达自己的实验结 果 误差分析 对所 得的实验结 论进行误差分析 引导 让学生对自 己 的实验结果进行 讨论来源:学科网 ZXXK 学生发言 误差分析： 1、原理引起的误 差 2、仪器读数引起 的误差 课堂总结 1、实验原理及电 路选择 2、数据处理方法 及误差分析 九、课堂实录 测量电源的电动势与内阻 教师：在你们桌上都有一节这样的干电池，我们已学过用来描述电源的性质物 理量是 E、r，今天我们要用实验手段来测量一节电池的 E、r。 根据我们学过的知识，你可以用几种什么方
8、法来测出这一节干电池的电 动来源:学科网 ZXXK 势和内阻呢？ 教师：同桌同学一起研究一下，看可以通过测量哪些物理量来测电源的电动势 和内阻，然后把你们设计出来的电路图画在白纸上，列出求解方程式。 学生设计方案 教师：下面请同学们把你设计好的方案拿来跟大家一起探讨一下，谁先来？ 方案 1 学生： 使用一个电流 表、一个电压表、一个滑动变 阻器 E=Ir+ U (板书 ) 方案 2 学生： 使用一个电压表、一个电阻箱 (板书)rRE 方案 3 学生： 使用一个电流表、一个电阻箱 E=I（R+r） (板书) 教师： 根据同学们得除了测电源电动势和内阻的三种方法，现在分析对比一 下。 投影 ：方案
9、 1 E=Ir+U 方案 2 rRUE 方案 3 E=I（R+r） 教师： 同学们很辛苦才得出三种不同方案，尽管这三种方法所列的方程形式不 同，但他们的本质是一样的，都是闭合电路的欧姆定律。三种方案中哪 种方案最好 ？ A E 、r E、 r V 师生： 1、方案 2 和方案 3 与方案 1 相比，最大的区别在于方案 2 和方案 3 只 用了一个电表，外电路上的电阻必须是已知的，这就给外电路上的电阻 带来一定的限制，滑动变阻器是不能用的。 2、方案 1 中， E r 是欲求的，除了采用方案 2、3 相同的数据处理办 法外，还可以采用一种独特的处理方案，前面练习时我们有碰到过 图像法。 教师：基
10、于上述原因，我们选用方案 1。但是，即便是选择方案 1，同学们也 有这样的两种连接方式，那么我们在做实验时是否两个都可以，还是 哪一个更好？ 师生：选用哪种方式，要根据实际测量的需要确定，现在要想测出电源的内阻， 如果采用图 2 方式，最后得到的结果相当于电源内阻与电流表内阻的总 和，而两者相差又不太多，这样一来误差就会比较大，所以应采用图 1 的电路图。 教师：在大家桌上都有 电流表、电压表、050 滑动变阻器各一个，电键一个，导线若干。 教师：电流表、电压表选择什么量程？ 师生：电流表 00.6A，电压表 03V 教师：接下来同学们可以开始进行实验，收集数据，要多测几组以便取平均， 至少测
11、 6 组。在实验以前先请同学做电学实验的注意事项。 师生：1）按电路图先串联后并联。 2）连接电路时，电键必须断开。 3）电流必须从电表的正接线柱流入，负接线柱流出，并且要注意量程的 选择。 4）如使用滑动变阻器处于安全的位置。 5）因电池较旧，每测量一次断开电源，调节后再通电，保证电流较大。 6）实验结束时，先断开电键。 以组为单位学生动手实验，如实纪录实验数据 教师：得到了实验数据，你有几种办法处理数据得出正确的电动势与内阻？ 图2 图1 学生：我们可以利用公式：E=Ir+U 用两组数据就可以建立方程组解出 E 和 r， 然后取平均值； 也可以采用图像法，利用 UI 图像求电源电动势 E
12、和内阻 r:根据闭合电 路欧姆定律 U=E-Ir 可知，U 是 I 的一次函数，则 UI 图像应该是一条直 线. 投影：UI 图象如右图。 教师：如何得到这条直线，在坐标纸上建立 UI 坐标系，依据测量数据在坐标 系中画出相应的点，怎样连接这些点呢？是否两两相连？ 学生讨论后回答总结：两两相连得出的折线不符合理论分析的结果，应该作一 条直线使之通过尽可能多的点，并使不在直线上的点尽可能均匀的分布 在两旁.离直线教远的点应该舍弃，这实际上也是取平均的思想。 教师：那么大家观察图象，直线与 U 轴、I 轴各有交点，这两个交点分别代表 什么物理意义，直线的斜率又代表什么呢？ 学生回答总结：直线与 U
13、 轴相交点的值，I 等于零，此值即为断路时的路端电 压 应等于电源电动势 E； 这条直线与 I 轴的交点表示 U=0 (外电路短路)时的短路电流 I 0，而且 I0 ，r 由 U=E-Ir 可知直线斜率为-r，计算内阻时，要在直线上任取两个相距较 远的点，用 r=|k|计算电池的内阻 r。 教师：下面同学们把数据所得数据描到书上的坐标系中，作出图线，从而得出 测量结果，等下请同学来说一下他的测量结果。 学生 ：结果表达。 一下环节如有时间就讲，没有时间下次课讲 误差分析： 实验中由于电压表的分流作用，使得测量的电流与真实的电流大小不同 而来源:Zxxk.Com 造成的误差属于系统误差，请同学们
14、进一步讨论，这个 E、r 测量得到的 数值是偏大还是偏小？（提示：利用图线及合理的推理） 可以请几位同学发言 ，最后得到结论。 因为 电压表的分流作用 所以 I 真 =I 测 I V，某个电压值时电流要 比 测量值大一点。 当 U=0 时，I V0 II 真 测量 U/V I/A 真实 故 r 真 r 测 E 真 E 十、教学反思 这节课的设计意图要让学生在教师的引导下掌握测量电源电动势和内阻 的原理和方法，教师的引导只是为了让学生更加高效的学习，把重点放在原理、 电路的获得，以及探究过程的实际操作，再到后面的数据处理，特别是利用图 象法处理数据，课堂内容的设计环环相扣，注重培养学生的实验探究能力。不 足之处在于课堂的容量偏大，对于不同的学生情况可能还应根据最后要达到的 目标做一些调整，有些环节，如欧姆定律的三种形式和相应的电路图可以改成 教师引导，重点放在电表连接方式的讨论上来，这也是为后面的误差分析做好 铺垫。另，因数据处理方法移到实验探究前做些必要的补充，这样时间上的安 排也是合理的。 总体说来，一节课要有所偏重，想把每个方面都做好很难，教师只有根据 自己学生的情况做一些必要的调整才是最合理的。
