高中物理-實驗測定電池的電動勢和內(nèi)阻教學設計學情分析教材分析課后反思

班級姓名姓名分數(shù)2.10實驗：測定電池的電動勢和內(nèi)電阻【學習目標】1．知道測量電源電動勢和內(nèi)阻的實驗原理，進一步感受電源路端電壓隨電流變化的關系。2．經(jīng)歷實驗過程，掌握實驗方法，學會根據(jù)圖像合理外推進行數(shù)據(jù)處理的方法。3．嘗試進行電源電動勢和內(nèi)阻測量誤差的分析，了解測量中減小誤差的方法。4．培養(yǎng)仔細觀察，真實記錄實驗數(shù)據(jù)等的良好的實驗習慣和實事求是的品質(zhì)。要點一、實驗原理測定電池的電動勢和內(nèi)阻的基本原理是閉合電路的歐姆定律，但是根據(jù)不同的實驗器材和閉合電路的歐姆定律的不同表達式，采用的方法是不同的，常用的有以下三種．1．伏安法測和（1）實驗電路如圖所示．（2）實驗原理根據(jù)閉合電路歐姆定律：，改變外電路電阻，用電流表和電壓表測出兩組總電流，和路端電壓，即可得到兩個歐姆定律方程：和，解此方程組可得電源的電動勢為，電源的內(nèi)阻為．本實驗是用電壓表和電流表同時測電壓和電流，所以稱為“伏安法”，但這里的被測對象是電源．2．電流表和電阻箱法測和（1）實驗電路如圖所示．（2）實驗原理：改變電阻箱的阻值，記錄和，應用，求出和．3．電壓表和電阻箱法測和（1）實驗電路如圖所示．（2）實驗原理：改變電阻箱的阻值，記錄和，應用，求出和。要點二、實驗方法1．按照電路圖(伏安法)選擇所需的實驗器材，并確定電流表、電壓表的量程，把器材連接好，如圖所示，注意應使開關處于斷開狀態(tài)，且使滑動變阻器的滑動片移到阻值最大的一端（圖中是最右端）．2．閉合開關，改變滑片的位置，讀出電壓表的讀數(shù)和電流表的讀數(shù)，并填入事先繪制好的表格．3．多次改變滑片的位置，讀出對應的多組數(shù)據(jù)，并一一填入下表中．實驗序號4．斷開開關，整理好器材．5．數(shù)據(jù)處理：用原理中的方法計算或從，圖中找出電動勢和內(nèi)電阻．要點三、數(shù)據(jù)處理1．平均數(shù)值：運用解方程，求解電動勢和內(nèi)電阻．為了減小實驗誤差，應該利用值多求幾組電動勢和內(nèi)電阻的值，算出它們的平均值，即，．2．圖象法：據(jù)，可得．即對于一定的電源，根據(jù)測量的值描繪出一條圖線，如圖所示，它是一條斜向下的直線，這條直線與縱軸的交點表示電動勢，與橫軸，的交點表示短路電流，圖線的斜率的絕對值表示內(nèi)阻．（1）理論分析法對于測量電路，由閉合電路的歐姆定律得，，解得：，．若考慮電壓表的分流作用，方程修正為：，．解得，．比較得，．（2）圖象修正法由于電壓表分流，使電流表示數(shù)小于電池的輸出電流．，而，越大，越大．它們的關系如圖所示．實測的圖線為，經(jīng)過修正后的圖線為，可看出的斜率絕對值和在縱軸上截距都小于，即實測的和都小于真實值．例1．“用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內(nèi)電阻”的實驗，供選用的器材有A．電流表（量程：，）B．電流表（量程：，）C．電壓表（量程：，）D．電壓表（量程：，）E．滑動變阻器（，額定電流）F．滑動變阻器（，額定電流）G．待測電源（一節(jié)一號干電池）、開關、導線若干（1）請在題中虛線框中畫出能使本實驗測量精確程度高的實驗電路．（2）電路中電流表應選用________，電壓表應選用________，滑動變阻器應選用________．（用字母代號填寫）（3）如圖所示為實驗所需器材，請按原理圖連接成正確的實驗電路．例2．用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內(nèi)電阻，所用電路如圖甲所示，一位同學測得的組數(shù)據(jù)如下表所示．組別123456電流0.120.200.310.320.500.57電壓1.371.321.241.181.101.05（1）試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖乙中作出圖線．（2）根據(jù)圖線求出電池的電動勢，電池的內(nèi)電阻．（3）若一位同學未畫出圖線，只選用其中兩組和數(shù)據(jù)，可利用公式，算出和，這樣做可能得出誤差較大的結果．選用第________組和第________組數(shù)據(jù)，求得的誤差最大．例3．通過實驗描繪一個“2V1W”小燈泡的U-I曲線，可供選擇的儀器有：A．量程0～0.6A，內(nèi)阻約0.2Ω的電流表B．量程0～100mA，內(nèi)阻約5Ω的電流表C．量程0～3V，內(nèi)阻10kΩ的電壓表D．量程0～15V，內(nèi)阻50kΩ的電壓表E．最大阻值為20Ω，額定電流為1A的滑動變阻器F．最大阻值為1kΩ，額定電流為0.1A的滑動變阻器G．蓄電池4V、導線、開關等(1)為了調(diào)節(jié)方便、測量準確，實驗中應選用電流表A，電壓表C，那么滑動變阻器應該選________(填器材的序號)；(2)若該同學已正確選用器材，并連接好部分實驗電路，如圖4甲，請在圖甲中完成其余的電路連接，要求小燈泡兩端的電壓能在0～2V范圍內(nèi)連續(xù)變化，且盡可能減小實驗誤差；圖4(3)該同學在正確完成實驗后得到圖乙所示的小燈泡U-I特性曲線，將此小燈泡接在電動勢為1.5V，內(nèi)阻為3.0Ω的電源上，小燈泡的實際功率是________W。例4某研究性學習小組利用圖2-10-9所示的電路測量某電池的電動勢E和內(nèi)阻r。由于電池的內(nèi)阻很小，因此在電路中接入了一個阻值為2.0Ω的定值電阻R0，閉合開關S，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，讀出電壓表相應的示數(shù)，得到了如下數(shù)據(jù)：圖2-10-9電阻箱讀數(shù)R/Ω40.0020.0012.008.006.005.00電壓表示數(shù)U/V1.891.781.661.571.431.35(1)為了比較準確地得出實驗結論，該小組的同學準備用圖像來處理實驗數(shù)據(jù)。圖像的縱坐標表示電壓表讀數(shù)U，則圖像的橫坐標表示的物理量應該是____________________。(2)計算出與該組數(shù)據(jù)對應的物理量并填在表格中。(3)在圖2-10-10所示的圖像中作圖，利用圖像得出E＝________V，r＝________Ω。圖2-10-10例1．【答案】（1）見解析（2）ACE（3）見解析【解析】（1）電路如圖，由于在如圖所示的電路中只要電壓表的內(nèi)阻RVr，這種條件很容易實現(xiàn)，所以應選用該電路．（2）考慮到待測電源只有一節(jié)干電池，所以電壓表應選C；放電電流又不能太大，一般不超過，所以電流表應選A，變阻器不能選擇太大的阻值，從允許最大電流和減小實驗誤差來看，應選擇電阻較小而額定電流較大的滑動變阻器E，故器材應選A、C、E．（3）如圖所示．注意閉合開關前，要使滑動變阻器接入電路的電阻最大，即滑到最左端．例2【答案】（1）見解析（2）（3）【解析】本題主要考查用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)．（1）作圖時先建立坐標系，建立坐標系時縱軸的電壓應從開始取點，再進行描點，然后連線．在連線時發(fā)現(xiàn)坐標（）顯然不在直線上，所以應將此點舍掉．連線如圖所示．（2）連成線后，將線延長分別與兩坐標軸相交，在縱軸的截距為，此即為電動勢．再利用點（）和點（）可求出這條直線的斜率的絕對值．。（3）選用第3組和第4組數(shù)據(jù)求得的結果誤差最大．由圖知，當過第3組和第4組數(shù)據(jù)作直線時，此直線與原直線偏離最大，因此誤差最大．例3.解析：(1)為了調(diào)節(jié)方便、測量準確，實驗中應選用電流表A，電壓表C，滑動變阻器應用分壓式接法，應選阻值小的變阻器，故應選E。(2)小燈泡兩端的電壓能從0開始連續(xù)變化，滑動變阻器應采用分壓接法，燈泡正常發(fā)光時的電阻R＝4Ω，電壓表內(nèi)阻為10kΩ，燈泡電阻遠小于電壓表內(nèi)阻，電流表應選擇外接法，實驗電路圖如圖所示。(3)將此小燈泡接在電動勢為1.5V，內(nèi)阻為3.0Ω的電源上，在圖乙所示坐標系內(nèi)作出等效電源的U-I圖像，圖像如圖所示，由圖示可知，燈泡兩端實際電壓U＝0.6V，電流I＝0.3A，燈泡實際功率P＝UI＝0.6×0.3W＝0.18W。例4[解析](1)由閉合電路歐姆定律可得E＝U＋eq\f(U,R)·(R0＋r)，所以有U＝E－eq\f(U,R)·(R0＋r)；顯然，若用eq\f(U,R)作為圖像的橫坐標，可得一次函數(shù)，則圖像是直線，圖像與縱軸的交點表示電池的電動勢，圖像斜率的絕對值表示R0＋r。(2)根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)，找出電壓表示數(shù)U與所對應電阻的阻值R，由歐姆定律I＝eq\f(U,R)可求出相應的電流。(3)根據(jù)(2)中所得數(shù)據(jù)，在坐標系中描出對應的點，然后根據(jù)坐標系中的點作直線，作出電源的路端電壓與電流關系圖像如圖所示；由圖像可知，電源電動勢E＝2.0V；由于圖像斜率絕對值等于電源內(nèi)阻與定值電阻阻值之和，得k＝r＋R0＝eq\f(E－U,I)＝2.4Ω，得電池的內(nèi)阻r＝k－R0＝2.4Ω－2.0Ω＝0.4Ω。[答案](1)電壓U與電阻R的比值eq\f(U,R)(或電流I)(2)表格中數(shù)據(jù)如下：電阻箱讀數(shù)R/Ω40.0020.0012.008.006.005.00電壓表示數(shù)U/V1.891.781.661.571.431.35eq\f(U,R)/A0.0470.0890.1380.1960.2380.270(3)圖像見解析2.00.4學情分析學生已經(jīng)學習了閉合電路歐姆定律的內(nèi)容，能夠計算關電路中電阻、電流、電壓的關系，學習過導體電阻率的測定，具備了電學實驗處理的基本方法基本思路，能夠?qū)唵蔚膱D像經(jīng)行處理，具備充分的數(shù)形結合思想。效果分析在教學設計中以教師講授為基本結合學生小組學習交流進行展開，努力做到：1.以學生為中心，把課堂還給學生。2.以學生為主體，重點以學生小組討論學習為重。本節(jié)課仍需完善之處：1.板書設計仍需優(yōu)化，缺少課堂的巡視指導；2.總結環(huán)節(jié)不夠清晰，方法總結不夠透徹。教材分析測定電池的電動勢和內(nèi)電阻是人教版高中物理必修3第十二章第3節(jié)的內(nèi)容，在高考中常以實驗題考察2020年高考理卷第14題就對本實驗進行了綜合考察包括實驗方案，用電器，電路形式，U-I圖像數(shù)據(jù)處理等等?？梢姳緦嶒炘陔娐分幸约霸诟呖贾械闹匾匚?。本節(jié)課幫學生更好的鞏固了閉合電路的歐姆定律，并提高了對數(shù)據(jù)的分析處理，拓展了學生的學習視野，提高了學生的物理學習興趣。評測練習（2020卷）14.實驗方案對實驗測量的精度有直接的影響，某學習小組對“測量電源的電動勢和內(nèi)阻”的實驗方案進行了探究。實驗室提供的器材有：干電池一節(jié)（電動勢約1.5V，內(nèi)阻小于1Ω）；電壓表V（量程3V，內(nèi)阻約3kΩ）；電流表A（量程0.6A，內(nèi)阻約1Ω）；滑動變阻器R（最大阻值20Ω）；定值電阻R1（阻值2Ω）；定值電阻R2（阻值5Ω）；開關一個，導線若干。(1)該小組按照圖甲所示的電路進行實驗，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器阻值使電流表示數(shù)逐漸接近滿偏，記錄此過程中電壓表和電流表的示數(shù)，利用實驗數(shù)據(jù)在U-I坐標紙上描點，如圖乙所示，結果發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)的變化范圍比較小，出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因是_____。（單選，填正確答案標號）A．電壓表分流B．干電池內(nèi)阻較小C．滑動變阻器最大阻值較小D．電流表內(nèi)阻較小(2)針對電壓表示數(shù)的變化范圍比較小的問題，該小組利用實驗室提供的器材改進了實驗方案，重新測量得到的數(shù)據(jù)如下表所示。序號1234567I/A0.080.140.200.260.320.360.40U/V1.351.201.050.880.730.710.52請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，回答以下問題：①答題卡的坐標紙上已標出后3組數(shù)據(jù)對應的坐標點，請在答題卡的坐標紙上標出前4組數(shù)據(jù)對應的坐標點并畫出U-I圖像________。②根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知，所選的定值電阻為_____（填“R1”或“R2”）。③用筆畫線代替導線，請在答題卡上按照改進后方案，將實物圖連接成完整電路____________。課后反思優(yōu)勢本節(jié)課教學設計合理特別是對用圖象進行數(shù)據(jù)處理的方法這一重點的處理，由淺入深，帶領學生逐步去學會處理的思想。同時充分利用物