高中物理《電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻》教案 教科版選修3-1

1、電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻一 教材分析本節(jié)課是高中物理選修31的第四章第三節(jié)，這節(jié)課內(nèi)容是測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻，電源的特性主要由電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻來(lái)描述，因此測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻對(duì)于合理使用電源具有重要的意義，在上一節(jié)介紹的測(cè)量電源內(nèi)電壓的方法，在許多情況下是不可行的，這一節(jié)在它的基礎(chǔ)上，從實(shí)用的角度向?qū)W生提出了新的問題，即怎樣簡(jiǎn)潔的測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻？ 只有設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)電路，選擇必要的實(shí)驗(yàn)器材，科學(xué)的處理數(shù)據(jù)，才能得到滿意的結(jié)果。本節(jié)課主要介紹了用伏安法測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻的電路以及一種新的處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。重點(diǎn)是：實(shí)驗(yàn)方案的獲取與利用圖像法處理數(shù)據(jù)。難點(diǎn)是如何利用圖線得到結(jié)論

2、以及實(shí)驗(yàn)誤差的分析。本節(jié)教學(xué)中主要讓學(xué)生自己根據(jù)已經(jīng)學(xué)過的關(guān)于閉合電路歐姆定理等相關(guān)知識(shí)，通過自己的探索，把學(xué)過的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際，本節(jié)內(nèi)容涉及到的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)及用圖象法處理數(shù)據(jù)，這正是學(xué)生感興趣的內(nèi)容，通過學(xué)生自己的探索，不但把學(xué)過的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際還可以激發(fā)他們的創(chuàng)新精神。二 教學(xué)目標(biāo)1知識(shí)與技能：使學(xué)生掌握利用儀器測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的方法，并通過設(shè)計(jì)電路和選擇儀器，開闊思路，激發(fā)興趣。2.過程與方法：學(xué)會(huì)利用圖線處理數(shù)據(jù)的方法。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀：使學(xué)生理解和掌握運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段處理物理問題的基本程序和技能，具備敢于質(zhì)疑的習(xí)慣、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度和不斷求索的精神，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、思維能力和操作能

3、力，提高學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)和興趣。三 設(shè)計(jì)思路測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻其實(shí)就是對(duì)閉合電路歐姆定理的應(yīng)用，這節(jié)課的安排主要是對(duì)閉合電路歐姆定理的應(yīng)用反饋。因此，本著鞏固和深化所學(xué)知識(shí)，以及能夠把所學(xué)過的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的思想，本節(jié)內(nèi)容我設(shè)計(jì)如下：把全班同學(xué)分成八個(gè)小組，要求每一個(gè)小組在課下利用課余時(shí)間查閱資料了解測(cè)量電阻的各種方案，看是否可以用于本節(jié)內(nèi)容中，能夠設(shè)計(jì)哪些方案來(lái)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻， 并且設(shè)計(jì)好本組將要應(yīng)用的測(cè)量方案。4.2節(jié)分兩個(gè)課時(shí)，第一課時(shí)主要課堂上讓學(xué)生分小組展示他們的方案，按照理論闡述、模擬演示、自我評(píng)價(jià)的程序進(jìn)行展示。教師和其他小組的學(xué)生作為評(píng)委，讓展示的學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)答辯，

4、教師和其他小組的學(xué)生可以向他們提問。最后教師對(duì)各小組進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定實(shí)驗(yàn)方案。第二課時(shí)主要是引導(dǎo)學(xué)生，讓其探究出處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重要方法圖象法，以及必要的誤差分析。重點(diǎn)是學(xué)習(xí)圖象法處理數(shù)據(jù)。這節(jié)內(nèi)容以課內(nèi)外相結(jié)合的形式，課下讓學(xué)生進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，課上組織學(xué)生匯報(bào)交流，教師只是作為指導(dǎo)者，引導(dǎo)學(xué)生分析原理，指導(dǎo)學(xué)生在實(shí)際操作中應(yīng)該考慮哪些問題，幫助學(xué)生完善方案，因此，本節(jié)內(nèi)容中采用研究性的探究式教學(xué)，充分的體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。教師改變?cè)瓉?lái)的傳授式教學(xué)方式，以觀眾的身份對(duì)學(xué)生提問，在問題中把這節(jié)課的內(nèi)容滲透給學(xué)生，以評(píng)委的身份對(duì)學(xué)生的成果進(jìn)行評(píng)價(jià)并且提出改進(jìn)方案。四 教學(xué)準(zhǔn)備首先，對(duì)全班的學(xué)生進(jìn)行分組，

5、每個(gè)小組自己設(shè)計(jì)測(cè)量方案，設(shè)計(jì)過程中要考慮到實(shí)際操作，要求能夠方便的測(cè)量出電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻。這一步要提前布置，給學(xué)生足夠的時(shí)間去準(zhǔn)備。其次，設(shè)計(jì)過程中需要的儀器向?qū)嶒?yàn)室申請(qǐng)，需要有關(guān)的知識(shí)自己查閱資料，遇到難題時(shí)可以找老師幫忙解決。最后，因?yàn)檫@節(jié)內(nèi)容有課件展示，有分組實(shí)驗(yàn)，所以安排在多媒體教室上課。上課前和實(shí)驗(yàn)員協(xié)調(diào)好，預(yù)先將部分一起放在每組的課桌上，同學(xué)們上課前分小組確定座位，留出一張課桌做實(shí)驗(yàn)用。準(zhǔn)備好音箱和話筒，以便使學(xué)生聽得清楚。五 教學(xué)過程（分兩課時(shí)）（第一課時(shí)）回顧上節(jié)所學(xué)內(nèi)容，引入新內(nèi)容教師： 上堂課我們學(xué)習(xí)了閉合電路的歐姆定律，那么此定律文字怎么述？公式怎么寫？學(xué)生： 閉合電路中的

6、電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟整個(gè)電路的電阻成反比，這就是閉合電路的歐姆定律。教師： 這兒有一節(jié)干電池，請(qǐng)問同學(xué)在我們已學(xué)過的物理量中有哪幾個(gè)物理量是用來(lái)描寫電源的性質(zhì)？學(xué)生： E r教師： 在你們桌上都有一節(jié)這樣的干電池，這些干電池有的是比較新的，有的是比較舊的，我們可以用些什么方法來(lái)測(cè)出這一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻呢？這就是我們這節(jié)課所需要解決的問題。投影 4.2 測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻教師： 前面我們已經(jīng)學(xué)了閉合電路的歐姆定律。投影 定律的內(nèi)容教師： 接下來(lái)就請(qǐng)同學(xué)根據(jù)閉合電路的歐姆定律，大家在下面以學(xué)習(xí)小組為單位討論，看可以有哪幾種方法來(lái)測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，然后把你們?cè)O(shè)計(jì)出來(lái)的電路圖畫在白

7、紙上，列出求解方程式。設(shè)計(jì)完畢以后，每一組請(qǐng)一位同學(xué)起來(lái)作為代表講一下你們這一組的設(shè)計(jì)思路。我們比賽一下看哪一組的設(shè)計(jì)方案即合理又最多，現(xiàn)在開始討論。學(xué)生互相討論、設(shè)計(jì)測(cè)量方案教師： 請(qǐng)每組同學(xué)推出一名代表介紹設(shè)計(jì)的方案，同時(shí)將設(shè)計(jì)方案中的電路圖投影到屏幕上。學(xué)生介紹設(shè)計(jì)方案教師： 同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)的方案很多，接下來(lái)請(qǐng)同學(xué)們針對(duì)這些設(shè)計(jì)方案來(lái)思考一下，如果根據(jù)他們測(cè)量時(shí)所使用的測(cè)量?jī)x器和所列方程的形式，看看有什么相同的地方？投影： 方案1電路圖學(xué)生： 使用一個(gè)電流表 一個(gè)伏特表 一個(gè)滑動(dòng)變阻器 (板書)投影： 方案 2電路圖學(xué)生： 使用一個(gè)伏特表 一個(gè)變阻箱 (板書)投影： 方案 3電路圖學(xué)生： 使

8、用一個(gè)電流表 一個(gè)變阻箱 E=I（R+r） (板書)教師： 同學(xué)們根據(jù)分析對(duì)比，現(xiàn)在得出了測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的三種方法。投影： 方案1 E=Ir+U方案2 方案3 E=I（R+r）方案1 方案2 方案3 教師： 盡管這三種方法所列的方程形式不同，但他們的本質(zhì)是一樣的，都是閉合電路的歐姆定律。在第一種方法中E=U+Ir，其中E r是要求的，只要得到兩組不同的I和U的數(shù)值，列兩個(gè)方程，便可求得E r。至于外電路上的電阻R可以是已知的，也可以是未知的，只要能改變就行了，也就是說(shuō)可以是兩個(gè)定值電阻，可以是滑動(dòng)變阻器，可以是電阻箱，等等。另外兩種方法與第一種方法相比，最大的區(qū)別在于他們只用了一個(gè)電表，但

9、是外電路上的電阻必須是已知的。這就給外電路上的電阻有了一定的限制，在這二種情況下，滑動(dòng)變阻器是不能用的。電流表、電壓表及滑動(dòng)變阻器的規(guī)格要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體需要來(lái)確定，以方案一為例，看看我們用到的電路圖里面 、各需測(cè)的是什么？選用電路圖時(shí)，還可將 接在外面，原則上也是可以的，那么我們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)時(shí)是否兩個(gè)都可以，還是哪一個(gè)更好？為什么？學(xué)生：兩種方式測(cè)量都會(huì)帶來(lái)誤差。采用圖1 示數(shù)準(zhǔn)確 示數(shù)偏大采用圖2 示數(shù)準(zhǔn)確 示數(shù)偏小選用哪種方式，要根據(jù)實(shí)際測(cè)量的需要確定，現(xiàn)在要想測(cè)出電源的內(nèi)阻，如果采用圖2方式，最后得到的結(jié)果相當(dāng)于電源內(nèi)阻與電流表內(nèi)阻的總和，而兩者相差又不太多，這樣一來(lái)誤差就會(huì)比較大，所以應(yīng)采

10、用圖1的電路圖。明確各儀器的規(guī)格：電流表00.6A量程，電壓表03V量程?；瑒?dòng)變阻器050。此外，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。教師：請(qǐng)同學(xué)根據(jù)桌上的實(shí)驗(yàn)器材，任選其中的一到二種方法，測(cè)一下你們桌上這一節(jié)新舊不一的干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，在實(shí)驗(yàn)以前先請(qǐng)同學(xué)講一下本實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)。學(xué)生：1）按電路圖用導(dǎo)線將實(shí)驗(yàn)器材連接起來(lái)。2）連接電路時(shí)，電鍵必須斷開。3）電流必須從電表的正接線柱流入，負(fù)接線柱流出，并且要注意量程的選擇，盡量用舊電池，其內(nèi)阻較大，效果明顯。4）如使用滑動(dòng)變阻器，連接時(shí)必須一上一下，電鍵閉合以前，電阻達(dá) 到最大。5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，先斷開電鍵。（學(xué)生答的不全，教師補(bǔ)充）教師：實(shí)驗(yàn)方法，電路圖有了

11、，注意事項(xiàng)也知道了，請(qǐng)同學(xué)開始實(shí)驗(yàn)并得出數(shù)據(jù)并思考怎樣處理數(shù)據(jù)。以組為單位學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。思考如何處理數(shù)據(jù)，為下節(jié)課學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。（第二課時(shí)）1.回顧上節(jié)課內(nèi)容，例舉實(shí)驗(yàn)方案，教師： 我們這節(jié)課例舉上次方案一，看看應(yīng)該怎樣處理數(shù)據(jù)及分析誤差才能夠正確的得出電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻，請(qǐng)一位同學(xué)講講你處理數(shù)據(jù)的方法。學(xué)生：對(duì)于方案一我們可以利用公式：E=Ir+U 測(cè)量出兩組數(shù)據(jù)就可以建立方程組解出 E和 r 教師：原則上，利用兩組數(shù)據(jù)便可得到結(jié)果，但這樣做誤差會(huì)比較大，為此，我們可以想些什么辦法減少誤差呢？學(xué)生：采用測(cè)量多組數(shù)據(jù) 建立多個(gè)方程組，然后解出對(duì)應(yīng)的E和r值，然后取平均值，就可以減少誤差。

12、投影：用平均值法求E和r: 把所測(cè)量的數(shù)據(jù)代入閉合電路歐姆定律E=U+Ir中，得 計(jì)算出 同理，把其他幾組r2、r3，E2、E3計(jì)算出來(lái)，用公式r= ， E=， 即為所求電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r. 老師：用數(shù)學(xué)法測(cè)量計(jì)算比較麻煩，有沒有更加好一點(diǎn)的方法處理數(shù)據(jù)呢？投影：根據(jù)閉合電路歐姆定律U=E-Ir 聯(lián)系實(shí)驗(yàn)方案一 ，可以看出什么信息學(xué)生回答總結(jié)： 利用UI圖像求電源電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r: 根據(jù)閉合電路歐姆定律U=E-Ir可知，U是I的一次函數(shù)，則UI圖像應(yīng)該是一條直線. 投影：UI 圖象如右圖。教師：那么大家觀察圖象，直線與U軸、I軸各有交 點(diǎn)， 那么兩個(gè)交點(diǎn)分別代表什么物理意義，直線的斜率又代

13、表什么呢？學(xué)生回答總結(jié)：直線與U軸相交點(diǎn)的值，I等于零， 此值即為斷路時(shí)的路端電壓應(yīng)等于電源電動(dòng)勢(shì)E；這條直線與I軸的交點(diǎn)表示U=0 (外電路短路)時(shí)的短路電流 I0，而且I0 = ， 由U=E-Ir可知直線斜率為-r，計(jì)算內(nèi)阻時(shí)，要在直線上任取兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的點(diǎn)，用r=| |計(jì)算電池的內(nèi)阻r. 投影：用幾何畫板模擬畫圖，取一組用方案一得出的數(shù)據(jù)描點(diǎn)。教師：在坐標(biāo)紙上建立UI坐標(biāo)系，依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中畫出相應(yīng)的點(diǎn)，怎樣連接這些點(diǎn)呢？是否兩兩相連？學(xué)生討論后回答總結(jié)：兩兩相連得出的折線不符合理論分析的結(jié)果，應(yīng)該作一條直線使之通過盡可能多的點(diǎn)，并使不在直線上的點(diǎn)盡可能均勻的分布在兩旁. 離直線教

14、遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)該舍棄，如圖甲所示，延長(zhǎng)這條直線， 讀出它與U軸相交點(diǎn)的值，此值即為斷路時(shí)的路端電壓應(yīng)等于電源電動(dòng)勢(shì)E；這條直線與I軸的交點(diǎn)表示U=0 (外電路短路)時(shí)的短路電流 I0，而且I0 = ，還計(jì)算出內(nèi)阻r=| | .教師：A、B兩點(diǎn)均是無(wú)法用實(shí)驗(yàn)實(shí)際測(cè)到的，是利用得到的圖線向兩側(cè)合理外推得到的。當(dāng)干電池內(nèi)阻較小時(shí)，路端電壓U的變化較小，坐標(biāo)圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)所描直線呈現(xiàn)如下圖乙所示的狀況，下部大面積空間得不到利用，作圖時(shí)也易造成較大誤差，為此可使坐標(biāo)不從零開始如圖丙所示，并把坐標(biāo)的標(biāo)度取得小一些，可使結(jié)果的誤差減小些，要注意的是: 此時(shí)圖像與橫軸的交點(diǎn)不表示短路電流，計(jì)算內(nèi)阻時(shí)，要在直線上任取兩個(gè)

15、相距較遠(yuǎn)的點(diǎn)，用r=| | .來(lái)計(jì)算電池的內(nèi)阻r. （教學(xué)過程中必須明確）：圖線的縱坐標(biāo)是路端電壓，它反映的是：當(dāng)電流強(qiáng)度I增大時(shí)，路端電壓U將隨之減小，U與I成線性關(guān)系，U=E-Ir。也就是說(shuō)它所反映的是電源的性質(zhì)，所以也叫電源的外特性曲線。電阻的伏安特性曲線中，U與I成正比，前提是R保持一定，而這里的U-I圖線中，E、r不變，外電阻R改變，正是R的變化，才有I和U的變化。實(shí)驗(yàn)中至少得到6組數(shù)據(jù)，畫在圖上擬合出一條直線。要求：使多數(shù)點(diǎn)落在直線上，并且分布在直線兩側(cè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)要大致相等，這樣，可使偶然誤差得到部分抵消，從而提高精確度。歸納：將圖線兩側(cè)延長(zhǎng)，分別交軸與A、B點(diǎn)。A點(diǎn)意味著斷路情況，它的縱軸截距就是電源電動(dòng)勢(shì)E。說(shuō)明：A、B兩點(diǎn)均是無(wú)法用實(shí)驗(yàn)實(shí)際測(cè)到的，是利用得到的圖線向兩側(cè)合理外推得到的。由于r一般很小，得到的圖線斜率的絕對(duì)值就較小。為了使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，可以將縱軸的坐標(biāo)