1、实验：测定电池的电动势和内阻教学分析本节课是教材中少有的以“实验”冠名的课型，是应用前面所学知识，更灵活地运用闭合电路欧姆定律，再一次熟悉用图象处理数据的方法，还可以得到电学实验中许多操作技能的训练。本节课的教学目标不只是教给学生一种测量电动势的方法，更重要的是通过实验更好地理解电动势这一概念。教科书提供了三种实验方法供教学选择，覆盖了该定律所有表达形式，并且配合相应的电路图，因而也是对该定律很好的总结。教学中可以就第一种方法进行详细分析，其余的可以让学生进行理论探究。除了这3种典型方法测电动势，还有一种第7节提到的“断路时的路端电压等于电源电动势”的方法，实际测量时可以根据需要和器材的具体情
2、况选择合适的方法。教学目标1知道测量电源电动势和内电阻的实验原理，进一步感受电源路端电压随电流变化的关系。2经历实验过程，掌握实验方法，学会根据图象合理外推进行数据处理的方法。3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。4培养仔细观察，真实记录实验数据等良好的实验习惯和实事求是的品质。教学重点难点经历实验过程形成良好实验习惯是教学重点；根据图象进行数据处理是教学难点。教学方法与手段实验室分组实验。以学案导学指导学生预习、操作和数据处理。教学媒体1节干电池，滑动变阻器，开关，电流表和电压表各1只，导线若干，坐标纸，铅笔。知识准备回顾用图象处理数据的方法及注意事项、闭合电路
3、欧姆定律的表达式及相应的电路图。导入新课事件1教学任务：依据导学案预习实验原理。师生活动：教师提供导学案，组织学生参考教科书自主完成填空并交流。1实验目的：测定电源的电动势和内电阻2实验原理：(1)用电压表、电流表、可变电阻(如滑动变阻器)测量。如图1所示：测出两组U、I值，就能算出电动势和内阻。原理公式：EUIr图1图2图3(2)用电流表、电阻箱测量。如图2所示：测出两组I、R值，就能算出电动势和内阻。原理公式：ERIIr(3)用电压表、电阻箱测量。如图3所示：测出两组U、R值，就能算出电动势和内阻。原理公式：EUr注意：(2)(3)方案中的器材，为什么不用滑动变阻器而要用电阻箱？组织学生讨
4、论。事件2教学任务：以图1所示的方法介绍实验步骤。学情分析：由于学生有高一的基础和“描绘小灯泡伏安特性曲线”的基础，至此对用图象处理数据的方法已经比较熟悉，可以快速过渡到U轴的非零起点情况。师生活动：指导学生认识实验仪器，确定实验步骤，并连接电路。3实验器材：电池(待测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线，坐标纸、铅笔。4实验步骤：(1)确定电流表、电压表的量程，按照电路原理图把器材连接好。(2)把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端。(3)闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电压表和电流表的读数。(4)继续调节变阻器，测量并记录几组I、U值。(5)断开开关，整理好器材。(
5、6)数据处理：在坐标纸上作UI图，求出E、r。注意：老师逐组检查电路后学生方可动手操作。事件3教学任务：介绍注意事项。师生活动：(1)内阻太小，电池路端电压变化就不明显。所以要选用内阻较大的干电池进行测量(或与电池串联一个几欧姆的已知阻值的电阻充当内阻)。(2)实验电路图：电压表测路端电压，开关要控制全电路(包括电压表)。(3)误差原因：E、r测量值误差来源均是电压表的分流作用引起的。请思考：为什么用电压表测电源两端电压，而不是测滑动变阻器两端电压？(4)安培表一般选00.6 A挡，伏特表一般选03 V挡。(5)电流不能过大，一般小于0.5 A。(6)由于干电池的内电阻较小(0.5欧1.5欧)
6、，如果电路短路，电路中电流过大，会损坏电表和电池，因而调节滑动变阻器时要防止电阻为零的情况发生。(7)为了不使在外电阻较小时，电路中的电流长时间超过干电池的正常放电电流(0.3安)，应使通电时间越短越好，只是在读取数据时让电路接通，否则易损伤电池。事件4教学任务：学生分组动手实验，教师巡视，解答学生问题或疑难；收集学生操作过程中的问题，以备最后总结。师生活动：教师要主动发现学生实验过程的不当操作，及时纠正。若有共性的问题则需及时公开纠正。实验中，学生可能提出的或者出现的问题：1外电路电阻变化时，路端电压变化不明显，为什么？解释：电源内阻太小，所以端电压变化不明显。2电压表有示数，电流表无示数。
7、可能原因：电流表支路电路接触不良，断路。3数据处理时，U与I图线坐标从(0,0)开始，图象不美观，不能使图线延长交于I轴。解决方法：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。事件5教学任务：数据处理的方法介绍。数据处理：(1)计算法电压(V)电流(A)每两组数据结合，联立求得E和r，再求平均值，减小误差。 (2)图象法利用图线处理数据时，要明确：图线的纵坐标是路端电压，它反映的是：当电流I增大时，路端电压U将随之减小，U与I成线性关系，UEIr。也就是说它所反映的是电源的性质，所以也叫电源的外特性曲线。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UI图线中
8、，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。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U0)意味着短路情况，它的数值就是短路电流。说明：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。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。事件6教学任务：巩固训
9、练。1用电流表和电压表测两节干电池的电动势E和内电阻r，读得的各组数据用实心圆点标于坐标图上，如图甲所示。(1)根据各点表示的数据在图上描出UI图线。由此求得：E_ V，r_ 。(均保留两位有效数字)。甲乙(2)把图乙的实验器材连成实验开始时的线路。2测量电源B的电动势E及内阻r(E约为4.5 V，r约为1.5 )。器材：量程3 V的理想电压表 V，量程0.5 A的电流表A(具有一定内阻)，固定电阻R4 ，滑动变阻器R，开关K，导线若干。画出实验电路原理图。图中的元件需要用题目中给出的符号或字母标出。实验中，当电流表读数为I1时，电压表读数为U1；当电流表读数为I2时，电压表读数为U2。则可以
10、求出E_，r_(用I1、I2、U1、U2及R表示)。【思维拓展】由于电源内阻太小，所以实验中的路端电压即电压表的示数变化不明显，这也造成一定的实验误差，针对这一情况，可以采取什么办法？【思考讨论】可以增大电池内阻，对一个既定的电源来说，可以串联一个定值电阻。参考答案：1(1)2.962.98 V，0.940.96 (2)见左下图2固定电阻器起保护电阻作用，滑动变阻器用限流接法就可以，原理图如右上图所示。根据闭合电路的欧姆定律可得EU1I1(rR)EU2I2(rR)解得E，rR答案：如图E，rR事件7教学任务：引导学生从知识、方法、情感三个侧面小结本节课的学习活动。1复习本节教材。完成导学案实验
11、报告。2完成课本课后问题与练习。9实验：测定电源的电动势和内阻1实验目的：测定电源的电动势和内电阻2实验原理：(1)原理公式：EUIr如图1所示图1图2图3(2)原理公式：ERIIr如图2所示(3)原理公式：EUUr/R如图3所示3实验器材：电池(待测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线，坐标纸。4实验步骤：5注意事项：6数据处理：(1)计算法：(2)图象法：纵轴截距：电源电动势E横轴截距：短路电流分小组制作水果电池，设计测量水果电池的电动势和内电阻的实验方案，采集数据，进行对比处理，进行误差的分析论证。本节实验课是在导学案进行先导的情况下的设计，也就是说，在正式进入实验课之前，学生
12、可以在导学案的提示下进行自主学习，初步了解实验的目的、实验的原理、实验的器材、步骤以及注意事项等。课堂上教师的任务是将学生自主学习的内容进行纠正、强调、解释，将更多的时间留给学生进行实际的操作。要能够预想到学生在实验中可能遇到的问题并根据实际情况进行指导。电源内阻很小，所以电压表示数变化不明显以及数据的处理是难点，设计中的处理是，先让学生通过实验获得感性认识，再通过引导、讲解进行答疑落实，这样符合学生的认知规律，知识掌握效果好。对于习题的处理，还是围绕这一难点，将内阻小所造成的误差的解决和数据的处理进行了落实。教学设计(二)教学目标一、知识与技能1理解闭合电路欧姆定律内容。2理解测定电源的电动
13、势和内阻的基本原理，体验测定电源的电动势和内阻的探究过程。3用解析法和图象法求解电动势和内阻。4使学生掌握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。二、过程与方法1体验实验研究中获取数据、分析数据、寻找规律的科学思维方法。2学会利用图线处理数据的方法。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。教学重点利用图线处理数据教学难点如何利用图线得到结论以及实验误差的分析教学工具电池，电压表，电流表，滑动变
14、阻器，开关，导线教学方法实验法，讲解法导入新课回顾上节所学内容，引入新内容教师：上堂课我们学习了闭合电路的欧姆定律，那么此定律文字怎么叙述？公式怎么写？学生：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比，这就是闭合电路的欧姆定律。提出问题：现在有一节干电池，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，得到的大致答案为：由前面的闭合电路欧姆定律IE/(rR)可知EI(Rr)，或EUIr，只需测出几组相应的数值便可得到，可以采用以下的电路图：这几种方法均可测量，今天我们这节课选择用测量的这一种。主要教学过程1实验原理：闭合电路欧姆定律EUI
15、r2实验器材：学生回答：测路端电压；测干路电流，即过电源的电流。需测量的是一节干电池，电动势约为1.5 V，内电阻大约为零点几欧。电流表、电压表及滑动变阻器的规格要根据实验的具体需要来确定，看看我们用到的电路图里面各需测的是什么？提出问题：选用电路图时，还可将接在外面，原则上也是可以的，那么我们在做实验时是否两个都可以，还是哪一个更好？为什么？学生回答：两种方式测量都会带来误差。采用图1示数准确示数偏小采用图2示数准确示数偏小图1 图2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
16、差就会比较大，所以应采用图1的电路图。明确各仪器的规格：电流表00.6 A量程，电压表03 V量程。滑动变阻器050 。此外，开关一个，导线若干。3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，也可以将数据描在图上，利用图线解决问题。明确：图线的纵坐标是路端电压，它反映的是：当电流I增大时，路端电压U将随之减小，U与I成线性关系，UEIr。也就是说它所反映的是电源的性质，所以也叫电源的外特性曲线。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UI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
17、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，分别交轴与A、B点。A点意味着开路情况，它的纵轴截距就是电源电动势E。说明：A、B两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。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。4误差分析：实验中的误差属于系统误差，请同学们进一步讨论，得到的数值是偏大还是偏小？(提示：利用图线
18、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IV即(I真I测)，反映在图线上：当U0时，IV0，II真故r真r测，E真E测5布置作业：认真看书，写好实验报告。利用图线进行数据处理是物理实验中常用的一种方法。最好是利用直线来解决，如力学中“用单摆测重力加速度”的实验就可以利用T2l图线来求g。关于欧姆的趣闻轶事1灵巧的手艺是从事科学实验之本欧姆的家境十分困难，但从小受到良好的熏陶，父亲是个技术熟练的锁匠，还爱好数学和哲学。父亲对他的技术启蒙，使欧姆养成了动手的好习惯，他心灵手巧，做什么都像样。物理是一门实验学科，如果只会动脑不会动手，那么就好像是用一条腿走路，
19、走不快也走不远。欧姆要不是有这一手好手艺，木工、车工、钳工样样都能来一手，那么他是不可能获得如此成就的。在进行电流随电压变化的实验中，欧姆正是巧妙地利用电流的磁效应，自己动手制成了电流扭秤，用它来测量电流大小，才取得了较精确的结果。2乌云和尘埃遮不住科学真理之光1827年，欧姆发表伽伐尼电路的数学论述，从理论上论证了欧姆定律，欧姆满以为研究成果一定会受到学术界的承认也会请他去教课。可是他想错了。书的出版招来不少讽刺和诋毁，大学教授们看不起他这个中学教师。德国人鲍尔攻击他说：“以虔诚的眼光看待世界的人不要去读这本书，因为它纯然是不可置信的欺骗，它的唯一目的是要亵渎自然的尊严。”这一切使欧姆十分伤
20、心，他在给朋友的信中写道：“伽伐尼电路的诞生已经给我带来了巨大的痛苦，我真抱怨它生不逢时，因为深居朝廷的人学识浅薄，他们不能理解它的母亲的真实感情。”当然也有不少人为欧姆抱不平，发表欧姆论文的化学和物理杂志主编施韦格(即电流计发明者)写信给欧姆说：“请您相信，在乌云和尘埃后面的真理之光最终会透射出来，并含笑驱散它们。”欧姆辞去了在科隆的职务，又去当了几年私人教师，直到七、八年之后，随着研究电路工作的进展，人们逐渐认识到欧姆定律的重要性，欧姆本人的声誉也大大提高。1841年英国皇家学会授予他科普利奖章，1842年被聘为国外会员，1845年被接纳为巴伐利亚科学院院士。为纪念他，电阻的单位“欧姆”，以他的姓氏命名。
