視頻標(biāo)簽：電動勢和內(nèi)阻

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視頻課題：高中物理人教版選修《測定電池的電動勢和內(nèi)阻》安徽省優(yōu)課

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高中物理人教版選修《測定電池的電動勢和內(nèi)阻》安徽省優(yōu)課

測定電池電動勢和內(nèi)阻 教學(xué)設(shè)計    
 
一、教材內(nèi)容分析 
本節(jié)課主要介紹了用伏安法測定電池的電動勢與內(nèi)阻的電路以及用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)方法。電源的特性主要由電動勢與內(nèi)阻來描述，因此測量電動勢和內(nèi)阻對于合理使用電源具有重要的意義。 
二、設(shè)計理念與設(shè)計思路 
本節(jié)教學(xué)中主要讓學(xué)生應(yīng)用已經(jīng)學(xué)過的閉合電路歐姆定律知識，測定電池電動勢和內(nèi)阻，教學(xué)中在教師的引導(dǎo)下，讓學(xué)生明白該怎么做，為什么這樣做。本節(jié)內(nèi)容涉及到動手實驗及用圖象法處理數(shù)據(jù)，通過學(xué)生自己的探索，不但把學(xué)過的知識應(yīng)用于實際，還可以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。 
驅(qū)動學(xué)生閱讀教科書，理解測量方案；通過實例引導(dǎo)學(xué)生，引領(lǐng)他們學(xué)習(xí)運用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)。經(jīng)歷實驗過程，采集實驗數(shù)據(jù)；組織學(xué)生交流實驗成果，引導(dǎo)學(xué)生對實驗成果進(jìn)行分析、總結(jié)和成果分享。 
三、學(xué)情與教材分析 
學(xué)生已經(jīng)掌握了閉合電路歐姆定律，并且已經(jīng)有從電路的內(nèi)、外電阻來分析電路的意識，但是由于對電學(xué)實驗接觸比較少，對于電路的分析能力仍需進(jìn)一步的加強，這也是本實驗的一個重要任務(wù)。另外，對于數(shù)據(jù)的處理，學(xué)生較熟悉的是計算法〔亦稱代數(shù)法、公式法〕，學(xué)習(xí)運用圖像法處理數(shù)據(jù)是本次實驗教學(xué)的一個重要目標(biāo)。 
 
一、教學(xué)目標(biāo) 
1.通過閱讀，理解伏安法測定電池電動勢和內(nèi)電阻的原理，學(xué)會設(shè)計適合的測量電路。 
2.經(jīng)歷測量過程，學(xué)會利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法（還包括運用Excel軟件），理解誤差的成因，會選用誤差較小的測量方案。 
3.理解和靈活運用實驗手段處理物理問題的基本程序和技能。 
二、教學(xué)重點與難點 
1.重點：測量方案和利用圖像處理數(shù)據(jù)。 2.難點：誤差分析以及實驗方法的變通運用。 
三、教學(xué)準(zhǔn)備 
每四位學(xué)生配備兩套實驗儀器，要用兩套方案測定電源的電動勢和內(nèi)電阻。 儀器Ⅰ：電流表（0~0.6A），電壓表（0~3.0V），滑動變阻器（10Ω，2A），電鍵，兩節(jié)舊干電池，電池盒，導(dǎo)線若干。各個實驗組均配備。 
 
                    
             
                    
                            高中物理教學(xué)設(shè)計                  選修3-1第二章 10測定電池電動勢和內(nèi)阻            績溪中學(xué) 汪松元   
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儀器Ⅱ：電流表（0~0.6A），電阻箱（0~99.9Ω），電鍵，兩節(jié)舊干電池，電池盒，導(dǎo)線若干。A和C大組中的各個實驗組配備。 
儀器Ⅲ：電壓表（0~3.0V），電阻箱（0~99.9Ω），電鍵，兩節(jié)舊干電池，電池盒，導(dǎo)線若干。B和D大組中的各個實驗組配備。 
四、教學(xué)過程預(yù)設(shè)   
㈠ 研讀教科書 理解實驗方案和原理 
測定電池電動勢和內(nèi)阻教科書中介紹有哪些方案，實驗原理是什么？ 驅(qū)動學(xué)生閱讀教科書（6min.） 
學(xué)生活動：畫實驗電路——數(shù)據(jù)處理——方案變通 
電池電動勢E 、內(nèi)電阻r ，路端電壓U、電流I，電阻箱的電阻值為R。        
寫出電路中測量值與電動勢E、內(nèi)阻r之間的關(guān)系式 
()VUErII            ()AERrRI             ()V
UUR
REUr
 
（相對教科書：比教科書的處理要精確些；考慮了電壓表的分流，只有
VII時，才有UErI。方便學(xué)生理解誤差的起因與誤差修正。思考：只
有正規(guī)，才有機會！） 
㈡ 思考與質(zhì)疑 學(xué)會數(shù)據(jù)分析與處理 
方法1：獲取兩組數(shù)據(jù)，代入方程，解得E和r 
方法2：獲取多組數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)方格紙上描點作圖，利用圖線求出E和r。 U——I圖線對應(yīng)的關(guān)系式為UErI，U軸上的截距即為E, E=1.46V，斜率k=-r=-0.72Ω，r=0.72Ω。（excel現(xiàn)場處理，動態(tài)顯示。數(shù)形結(jié)合思想方法） 
用任意兩組數(shù)據(jù)求解，偶然誤差往往較大（excel現(xiàn)場處理，動態(tài)顯示）。 如果用第3和第4組數(shù)據(jù)求解，則E34=1. 61V，偏大，r=1.20Ω，偏大。 如果用第4和第5組數(shù)據(jù)求解，則E45=1. 38V，偏小，r=0.57Ω，偏小。 
V 
A 
R 
E     r 
S 
A 
R 
E     r 
S 
V 
R 
E     r 
S 
 
                    
             
                    
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而用圖像法處理，可以發(fā)現(xiàn)誤差大的數(shù)據(jù)，甚至可以發(fā)現(xiàn)并剔除錯誤的數(shù)據(jù)，減少實驗的誤差。 
  1 2 3 4 5 6 I/A 0.12 0.20 0.31 0.36 0.50 0.57 U/V 
1.37 
1.32 
1.24 
1.18 
1.10 
1.05 
 
 
電流表讀數(shù)I/A 0.015  0.028  0.037  0.049  0.062  0.073  電壓表讀數(shù)U/V 
0.73  
0.60  
0.52  
0.42  
0.30  
0.20  
電壓表內(nèi)阻為100Ω 電壓表分流IV/A 
0.007  0.006  0.005  0.004  0.003  0.002  
干路電流I干/A 0.022  0.034  0.042  0.053  0.065  0.075  
由于電壓表的分流，測量值描點作出的圖線為圖像中的黑線，則E偏小，r偏小。若電壓表內(nèi)阻為100Ω，如何修正電流的偏差？（過程參與：啟發(fā)學(xué)生修正第1組
和第6組實驗數(shù)據(jù)，并且在U——I圖線上描點、擬合；啟發(fā)思考：為什么第1組比第6組的分流電流大些？）。（excel現(xiàn)場處理，動態(tài)顯示） 
 
                    
             
                    
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安阻法測量數(shù)據(jù)的處理   1 2 3 4 5 6 R(Ω) 95.0  75.0  55.0  45.0  35.0  25.0  I(mA) 
15.0  18.7  24.8  29.5  38.0  48.0  1/I（A-1） 66.7  
53.5  40.3  33.9  26.3  20.8  IR(V) 
1.42  
1.40  
1.36  
1.33  
1.26  
1.20  
（曲線改直處理技術(shù)）（excel現(xiàn)場處理，動態(tài)顯示） 
 
（回歸教科書上的伏安法。excel現(xiàn)場處理，動態(tài)顯示） 
 
                    
             
                    
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伏阻法測量數(shù)據(jù)的處理 
（曲線改直處理技術(shù)）（excel現(xiàn)場處理，動態(tài)顯示） 
R/Ω 200 100 50 20 10 5 4 2 U/V 2.19 2.17 2.13 2.02 1.85 1.58 1.48 1.11 1R  /Ω－1
 0.01 0.01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.25 0.5 1U
  /V－1
 0.46 0.46 0.47 0.5 0.54 0.63 0.68 0.9 U/R  (A) 
0.02 
0.04 
0.07 
0.17 
0.31 
0.53 
0.62 
0.93 
 
 
                    
             
                    
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（回歸教科書上的伏安法。excel現(xiàn)場處理，動態(tài)顯示） 
 
 
㈢ 學(xué)生隨堂分組實驗 培育相應(yīng)的實驗素養(yǎng)—數(shù)據(jù)的獲取與處理素養(yǎng) 
每四位學(xué)生配備兩套實驗儀器，要用兩套方案測定電源的電動勢和內(nèi)電阻。 
 
                    
             
                    
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A、C兩大組儀器配備與相應(yīng)方案 
儀器Ⅰ：電流表（0~0.6A），電壓表（0~3.0V），滑動變阻器（10Ω，2A），電鍵，兩節(jié)舊干電池，電池盒，導(dǎo)線若干。 
儀器Ⅱ：電流表（0~0.6A），電阻箱（0~99.9Ω），電鍵，兩節(jié)舊干電池，電池盒，導(dǎo)線若干。 
B和D大組儀器配備與相應(yīng)方案 
儀器Ⅰ：電流表（0~0.6A），電壓表（0~3.0V），滑動變阻器（10Ω，2A），電鍵，兩節(jié)舊干電池，電池盒，導(dǎo)線若干。 
儀器Ⅲ：電壓表（0~3.0V），電阻箱（0~99.9Ω），電鍵，兩節(jié)舊干電池，電池盒，導(dǎo)線若干。 
 
㈣ 實驗成果展示與評價 培養(yǎng)交流素養(yǎng)和評價能力 
層級 
考察指標(biāo) 
評定成績 解讀實驗電路與原理 閱讀后能獨立畫出三種電路、寫出三
個表達(dá)式 
30 領(lǐng)會數(shù)據(jù)的處理方法 會用圖像法求出電動勢內(nèi)阻 20 實驗操作數(shù)據(jù)獲取、處理 兩套方案操作正確、數(shù)據(jù)正確全面；處理方法得當(dāng)。 
30 展示與交流 對實驗過程及其成果展示、能說出誤差的主要成因 
10 拓展練習(xí) 
會運用實驗的基本原理變通與活用測高阻值的電源 
10 
 
㈤ 小結(jié)與作業(yè)布置 培養(yǎng)歸納能力和應(yīng)用知識分析解決問題的能力 拓展練習(xí)  用實驗的基本原理變通與活用測高阻值的電源 
例題1、某同學(xué)用伏安法測一節(jié)干電池的電動勢E和內(nèi)電阻r，所給的其他器材有： A．電壓表(0～3 V～15 V) B．電流表(0～0.6 A～3 A) C．變阻器R1(10 Ω，2 A) 
D．變阻器R2(1 000 Ω，0.1 A) E．電鍵S和導(dǎo)線若干 
(1)實驗中電流表應(yīng)選用的量程為________；電壓表應(yīng)選用的量程為________；變阻器應(yīng)選用________(標(biāo)明變阻器代號)； 
(2)根據(jù)實驗要求連接實物電路圖；  
 
 
                    
             
                    
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(3)實驗測得的6組數(shù)據(jù)已在U－I圖中標(biāo)出，如圖所示．請你根據(jù)數(shù)據(jù)點位置完成U－I圖線，并由圖線求出該電池的電動勢E＝________ V，電阻r＝________ Ω.  
(4) 如果要測量水果電池的電動勢和內(nèi)阻（約1V，100Ω） 
A．電壓表(0～3 V，約3kΩ) 
B．電壓表(0～1.5 V，約1.5kΩ)  C．電流表(0～0.6 A約0.2Ω) D．電流表(0～100mA，約6Ω) E．變阻器R1(10 Ω，2 A) F．變阻器R2(200 Ω，0.1 A) G．電鍵S和導(dǎo)線若干 
(1)實驗中電流表應(yīng)選用的量程為________；電壓表應(yīng)選用的量程為________；變阻器應(yīng)選用________(標(biāo)明變阻器代號)； (2)根據(jù)實驗要求畫出實物電路圖；  
訓(xùn)練、有一電阻值約為20 Ω、額定功率約為7.2 W的電阻，現(xiàn)準(zhǔn)備用伏安法測量多組數(shù)據(jù)，借助I－U圖象較準(zhǔn)確地測其阻值，實驗室提供的器材有： A．電流表(量程0～3 A，內(nèi)阻約0.1 Ω) B．電流表(量程0～0.6 A，內(nèi)阻約0.5 Ω) C．電壓表(量程0～3 V，內(nèi)阻約3 kΩ) D．電壓表(量程0～15 V，內(nèi)阻約15 kΩ) 
E．滑動變阻器(阻值0～10 Ω，額定電流2 A) F．直流電源(電動勢12 V，內(nèi)阻不計) G．開關(guān)及導(dǎo)線若干 
①要使測量誤差盡量小，電流表應(yīng)選擇________，電壓表應(yīng)選擇________．(填序號字母) 
②請在圖中按實驗要求完成測量電路的實物連接．  
(2)利用如圖a所示電路測量電池組的電動勢E和內(nèi)阻r.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出1/I－R圖線如圖b所示，其中R為電阻箱讀數(shù)，I為電流表讀數(shù)，不計電流表內(nèi)阻，由此可以得到E＝________V，縱截距與電動勢的乘積表示的物理意義是________，數(shù)值和單位為________．

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