《測量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻》實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)教案
更新時(shí)間：2021-09-19 14:00:29作者：教育文稿網(wǎng)
《測量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻》實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)教案
湖北省棗陽市第一中學(xué)王天明
從教材分析、學(xué)情分析、教法分析、學(xué)法指導(dǎo)、教學(xué)過程幾個(gè)方面來加以闡述。
一、教材分析
地位：測電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻按照新課標(biāo)要求是一節(jié)實(shí)驗(yàn)課，是高考的必考實(shí)驗(yàn)之一。更是高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)中熱點(diǎn)。能力要求較高。這節(jié)課是對(duì)前面內(nèi)容閉合電路歐姆定律的鞏固應(yīng)用和加深理解。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中涉及到的圖像法是一種很重要也很常用的方法。所以本節(jié)課既是知識(shí)的學(xué)習(xí)也是方法的學(xué)習(xí)。
重點(diǎn)：因?yàn)檫@節(jié)課是一節(jié)實(shí)驗(yàn)課，所以我確定這節(jié)課的重點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)原理的理解，實(shí)驗(yàn)方案，器材的選擇，圖象法的應(yīng)用。
難點(diǎn)：由于現(xiàn)階段的學(xué)生理性思維還不夠成熟，有些物理方法的應(yīng)用還不夠熟練，所以這節(jié)課的難點(diǎn)是圖像法的應(yīng)用，器材選擇以及誤差的分析。對(duì)于重難點(diǎn)的突破本著低起點(diǎn)、小步子的原則，逐步問題引導(dǎo)學(xué)生、自主探究、以練代學(xué)、邊練邊學(xué)的方式實(shí)現(xiàn)自我突破。
二．新課學(xué)習(xí)后學(xué)生的現(xiàn)狀分析
從學(xué)生看，通過閉合電路歐姆定律的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)《測電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻》原理有了一些基本的了解，具時(shí)體來說，學(xué)生的狀況如下。
知識(shí)方面：通過新課的學(xué)習(xí)學(xué)生對(duì)“測電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)原理、目的容易理解，在路端電壓和電流的關(guān)系上有初步認(rèn)識(shí)；多數(shù)同學(xué)都知道U—I圖像中圖像與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)表示待測電源的電動(dòng)勢(shì)，圖像的斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻。
方法方面：新課學(xué)習(xí)后，前面“測金屬絲電阻率”和“描繪小燈泡的伏安特性曲線”打下了一定的基礎(chǔ)，本實(shí)驗(yàn)的基本方法—伏安法（伏特表和電流表結(jié)合測量）學(xué)生們掌握的較為容易，但在其他方法上處理起來較為陌生，比方說用電流表和電阻箱結(jié)合測量——安阻法、電壓表和電阻箱結(jié)合測量——伏阻法等，其實(shí)就是伏安法的變形，有些學(xué)生難以掌握。
能力方面：數(shù)據(jù)處理上縱軸的起點(diǎn)不從零開始的情況下較陌生，作圖時(shí)用圖像與橫軸的夾角的正切值表示斜率的錯(cuò)誤也時(shí)常出現(xiàn)。安阻法，伏阻法不能將橫縱兩軸的物理量”化曲為直“，滑動(dòng)變阻器的大小難以選擇，實(shí)驗(yàn)電路圖不能準(zhǔn)確畫出，處理數(shù)據(jù)的能力有待加強(qiáng)，誤差分析，創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力更待提高。
三、教學(xué)方法,學(xué)法指導(dǎo)
物理教學(xué)重在啟發(fā)思維、教會(huì)方法，所以依據(jù)實(shí)際學(xué)情，主要采取問題啟發(fā)法、自主探究法等教學(xué)方法，這樣做的目的是降低難度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)欲望，通過啟發(fā)的方式引導(dǎo)學(xué)生自主探究。利用實(shí)際訓(xùn)練學(xué)習(xí)和鞏固新知，達(dá)到既學(xué)會(huì)知識(shí)又學(xué)會(huì)方法的目的。
四、教學(xué)過程（兩課時(shí)）
本著以學(xué)生為主體的原則我將設(shè)計(jì)情境導(dǎo)入、實(shí)驗(yàn)原理探究、數(shù)據(jù)處理分析、小結(jié)、鞏固練習(xí)六個(gè)環(huán)節(jié)。
環(huán)節(jié)一：情景引入。
回憶閉合電路毆姆定律及電源的電學(xué)特性,根據(jù)情景出一個(gè)小練習(xí)讓學(xué)生求解電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，這樣做是為讓學(xué)生從已有知識(shí)入手，既降低學(xué)習(xí)難度也為本節(jié)課的學(xué)習(xí)做知識(shí)準(zhǔn)備。
環(huán)節(jié)二：實(shí)驗(yàn)原理探究
實(shí)驗(yàn)原理探究是這節(jié)課的主要內(nèi)容，問題引導(dǎo)：
1.閉合電路毆姆定律的三種表達(dá)式中如何確定E和r，哪種方便
2.如何在實(shí)驗(yàn)中測出相關(guān)量
3.根據(jù)所測量如何設(shè)計(jì)電路圖
4.如何選擇器材，重點(diǎn)在滑動(dòng)變阻器的大小選擇上作出理論分析，讓學(xué)生加深印象。這個(gè)過程引導(dǎo)學(xué)生來完成，在過程中遇到的問題通過多元對(duì)話的方式解決，比如老師的點(diǎn)撥、同學(xué)間的相互討論和相互指導(dǎo)。
實(shí)驗(yàn)方案的確定，這是本節(jié)課的重點(diǎn)。這個(gè)重點(diǎn)的突破借助剛才的練習(xí)和小組討論可以輕松完成，各組可在黑板上展示設(shè)計(jì)方案，其他組的同學(xué)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，最后對(duì)存在的問題進(jìn)行修正。學(xué)生會(huì)做出幾種正確的方案，在肯定學(xué)生的同時(shí)提醒學(xué)生本節(jié)課主要以伏安法為例進(jìn)行探究。
圖1圖2
環(huán)節(jié)三：數(shù)據(jù)處理，圖象分析。
在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)上，先用解析法，在導(dǎo)入復(fù)習(xí)時(shí)已經(jīng)練習(xí)過。體會(huì)計(jì)算法和圖像法兩種不同的方法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)劣。而圖像法是這節(jié)課的難點(diǎn)，對(duì)此在導(dǎo)學(xué)案上層層設(shè)置任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在數(shù)據(jù)采集、坐標(biāo)選取和點(diǎn)的描繪等等，實(shí)現(xiàn)了難點(diǎn)的邊練邊學(xué)。
讓學(xué)生先按常規(guī)縱坐標(biāo)起點(diǎn)作圖，圖象有何特點(diǎn)，求解時(shí)有什么困難，如何解決。再按縱坐標(biāo)非零起點(diǎn)作圖，體會(huì)兩種作法的區(qū)別與好處。同時(shí)對(duì)電源內(nèi)阻的選擇上有什么要求。對(duì)于大部分同學(xué)來說連線時(shí)會(huì)有些問題，在黑板上做集中演示，給學(xué)生一個(gè)正確的做法，規(guī)范學(xué)生的作圖。讓學(xué)生結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)通過討論的方式得出圖線的物理意義，數(shù)學(xué)方程，斜率，截距的含義。求內(nèi)阻時(shí)易錯(cuò)問題重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)。在這個(gè)過程中不斷向?qū)W生強(qiáng)化善于用數(shù)學(xué)方法研究物理問題的思維。
環(huán)節(jié)四：誤差分析
在誤差分析上是一難點(diǎn)，學(xué)生理解較困難，可根據(jù)學(xué)生實(shí)際講解。用伏安法測量時(shí)兩種接法的區(qū)別，引導(dǎo)學(xué)生分析誤差出現(xiàn)的原因。思考：
1、如果兩個(gè)表都是理想表，請(qǐng)問兩種電路測得結(jié)果是否一樣？
2、如果不是理想表，兩種方法有何區(qū)別？系統(tǒng)誤差產(chǎn)生于何處？
3、誤差導(dǎo)致測量值與真實(shí)值間有何偏差？
請(qǐng)小組代表就剛才思考問題進(jìn)行回答，有不恰當(dāng)處或有待完善之處請(qǐng)同組成員補(bǔ)充，也可請(qǐng)其他小組補(bǔ)充、修正。
教師分析：【引導(dǎo)一】根據(jù)誤差來源分析：
圖1誤差源自于電流表不是干路電流，則真正用于計(jì)算電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的表達(dá)式為：；
圖2誤差源自于電壓表不是路端電壓，則真正用于計(jì)算電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的表達(dá)式為：。
式中、為真實(shí)值，可以利用解二元一次方程組的方法，求出、，對(duì)比E、r，則可明確測量值與真實(shí)值間差異。
?。ù颂幹蛔鲆龑?dǎo)思考，不做演算）
【引導(dǎo)二】上述方法可行，但復(fù)雜、不易算，能不能有更簡便的思路來進(jìn)行誤差分析？（提示：等效電源）
圖1分析
其中等效電源電動(dòng)勢(shì)E等和內(nèi)阻為r等：
E等=E真r等=
結(jié)論：E測=E等<E真
r測=r等<r真
圖2分析
其中等效電源電動(dòng)勢(shì)E等和內(nèi)阻為r等：
E等=E真r等=
結(jié)論：E測=E等=E真
r測=r等＞r真
兩個(gè)實(shí)驗(yàn)電路圖都存在系統(tǒng)誤差，但是在圖2中得到的內(nèi)阻r，其相對(duì)誤差大，因此在教材中以圖1作為測量電路圖。
【引導(dǎo)三】作圖像比較理想和實(shí)際兩種情況，進(jìn)而找到誤差及其造成誤差的原因
環(huán)節(jié)五實(shí)驗(yàn)原理拓展。
用電流表和電阻箱結(jié)合測量——安阻法、電壓表和電阻箱結(jié)合測量——伏阻法，其實(shí)就是伏安法的變形，學(xué)生也難以掌握。尤其是處理數(shù)據(jù)中用圖象法處理時(shí)化曲為直要求較高可作例題處理。讓學(xué)生體會(huì)。
用電流表、電阻箱測量
縱軸截距：斜率：
用電壓表、電阻箱測量
縱軸截距：斜率：
環(huán)節(jié)六處理習(xí)題加以鞏固
某同學(xué)要測量某電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的器材，設(shè)計(jì)了如圖的實(shí)驗(yàn)電路。
(1)請(qǐng)根據(jù)電路圖將如圖乙的器材連接成電路
(2)閉合開關(guān)后，調(diào)節(jié)電阻箱接入電路的阻值。得到多組電阻箱接入電路的阻值R和對(duì)應(yīng)的電壓表的示數(shù)U，為了比較準(zhǔn)確地得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。該同學(xué)準(zhǔn)備用直線圖象來處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，圖象的縱坐標(biāo)表示電壓表讀數(shù)U，則圖象的橫坐標(biāo)表示的物理量應(yīng)該是________。
(3)該同學(xué)又嘗試用另一種圖象來處理數(shù)據(jù)。即根據(jù)測得的多組電阻箱的阻值R和記錄的對(duì)應(yīng)電壓表的讀數(shù)U，作出－圖象如圖丙所示，圖線與橫、縱坐標(biāo)軸的截距分別為－b、a，定值電阻的阻值用R0表示。則可得該電源的電動(dòng)勢(shì)為________，內(nèi)阻為________；測得的電動(dòng)勢(shì)與真實(shí)值比________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。
總結(jié)：1.測電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理
2.實(shí)驗(yàn)電路圖及數(shù)據(jù)處理方法。
3.電路中誤差的大小分析