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课题

实验：电池电动势和内阻的测量

教学内容分析

本节是在介绍了闭合电路欧姆定律的基础上，应用这一定律对电源的电动势和内阻加以测量，既是在通过设计和进行实验加深学生对闭合电路欧姆定律的认识和掌握程度，也在帮助学生对电源电动势和内阻有更深入的了解。同时，在基础的伏安法测电阻的基础上，本节的教学中也对一些特殊情况进行了分析，采用了伏阻法、安阻法、伏伏法、安安法等方式设计实验，并对各种方法中的误差进行了分析。这些拓展内容锻炼了学生灵活运用闭合电路欧姆定律，并结合公式、图像进行分析的能力。

学情分析

学生在初中物理课的学习中已经接触过应用伏安法测量电阻的实验，在前面的学习中，对电流表的内接法和外接法也有了一些认知。但在本节课的教学中，由于电源电动势测量的特殊性，学生必须在以往知识的基础上进行进一步的分析，才能完成实验的设计。拓展的几种情况和误差分析也对学生灵活运用知识进行综合分析的能力提出了要求。

教学目标

1、经历实验设计过程，理解测定电源电动势和内阻的实验原理。

2、在理解实验原理的基础上，能完成测电源电动势和内阻的规范实验操作。

3、学会利用U-I图像处理数据并得出电源的电动势和内阻，进一步体会利用图像进行数据处理的方法。

4、尝试分析电源电动势和内阻的测量误差，了解实验中减小误差的方法。

教学

重难点

教学重点：

用U-I图像测定电池的电动势和内阻。

教学难点：

用U-I图像测定电池的电动势和内阻。

教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

新课导入

【提问】电动势和内阻是电源的两个重要参量，若电池的电动势和内阻未知，我们该如何测量？有哪些测量方法呢？

思考。

在上一节的基础上提出新的问题，引发学生的思考。

环节一

方案一：

伏安法

【提问】电源电动势能直接用电压表测量吗？

【提问】既然电压表只能测量路端电压，那么，路端电压与电动势之间的关系是怎样的？

【提问】此关系式中的哪些量是可直接测量的，哪些量是待测的？

【提问】要测得E和r，需要至少几组数据？

【提问】电路要怎样设计？

【提问】应选用哪种接法？

提示：被测电源内阻的阻值通常不大。

【提问】应选用哪些器材？怎样连接？

【提问】实验步骤应该是怎样的？

①确定电流表、电压表的量程，按原理图连接电路；

②把变阻器的滑动片移到使阻值最大的一端；

③闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电流表和电压表的示数，用同样的方法测量并记录几组I和U的值；

④断开开关，整理好器材。

【提问】测量得到的数据要怎样处理？

提示：直接套用公式。

提示：借助图像。

注意事项：

①电键闭合前，变阻器滑片应置于阻值最大位置处；

②使用内阻较大一些的旧电池。在实验中不要将电流调得太大，每次读完数后立即断电，以免使电动势和内阻发生变化.如果使用的是水果电池，它的内阻虽然比较大，但不够稳定，测量前要做好充分的准备，测量尽量迅速；

③要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大一些；

④画U-I图线时，应使图线通过尽可能多的点，并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去；

⑤画U-I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当的值开始，（但横坐标必须从0开始)但这时图线与横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电动势E，图线的斜率的绝对值仍为内阻r；

⑥画U-I图线时，坐标轴的单位选择要恰当，使做出的图线基本充满整个区域为宜，不能使图线位于某一角上；

⑦使用U-I图线计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点，用公式计算出电源的内阻r。

【播放视频】测定电池的电动势和内阻。

思考并回答：

不能。一旦将电压表连接到电源两端，构成回路，电压表的内阻就要分压，使得电压表测量的成为路端电压。

思考并回答：

思考并回答：

E：待测电动势

U：路端电压

I：通过电源的电流

r：待测内阻

思考并回答：

至少两组数据，即，

思考并回答：

有电流表外接、内接两种接法。

思考并回答：

由“小外偏小”可知，应采用电流表外接法。

根据设计的电路图，选定实验器材、画实物图。

根据设计的电路，说出实验步骤。

思考并回答：

①公式法：

代入和计算出，，并多次测量取平均值。

②图像法：在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，用测出几组的U、I值画出U-I图像。

则纵轴截距表示电动势E，横轴截距表示短路电流I_短，斜率表示内阻r。

观看视频。

应用上一节路端电压与外电路负载之间的关系进行分析。

明确待测物理量和可直接读数的物理量，为后续的实验设计做准备。

结合原理式，分析实验方法。

强调对电源的内接和外接与前面学习过的对用电器的内接和外接的区别。

结合判断外接法的选择依据的口诀，及被测电源的特点确定实验电路。

引导学生练习选取实验器材并连接实物图电路。

引导学生练习根据实验设计给出实验步骤。

由直接代数计算和绘制图像两种方式处理数据，加强学生对实验原理和图像中各要素含义的认识。

以视频的方式加深学生对此实验过程的认识。

环节二

拓展：

伏安法

误差分析

【提问】用电流表外接的伏安法进行测量，误差来源于哪里？

【讲述】这一方法适用于：①内阻r很小(例：干电池)，②滑动变阻器R阻值要小。

【讲述】U-I图像修正如图所示。

【提问】由图像可以分析，此方法测量的电动势、内阻的误差情况如何？

【讲述】说明：

①电压表内阻越大，电压表分流越小，系统误差越小。

②电压表内阻已知，可求流过电压表的电流，可消除系统误差。

【提问】用电流表内接的伏安法进行测量，误差来源于哪里？

【讲述】这一方法适用于：①内阻r很大(例：水果电池)，②滑动变阻器R阻值要大。

【讲述】U-I图像修正如图所示。

【提问】由图像可以分析，此方法测量的电动势、内阻的误差情况如何？

【讲述】说明：

①电流表内阻越小，电流表分压越小，系统误差越小。

②电流表内阻已知，可求电流表两端电压，可消除系统误差。

【提问】如果采用公式计算的方式处理数据，对电流表内接的方法，怎样分析误差？

【讲述】还可以采用等效电源的方法来分析：对电流表外接法，把电源和电压表看成一个整体，这样测得的就是这个整体的路端电压和通过这个整体的电流，计算出的就是这个整体的电动势和这个整体的内电阻。这个整体的电动势相当于开路时电压表所分得的电压，整体的电阻相当于电源和电压表并联的阻值。即：，。

【讲述】对电流表内接的方法，把电流表和电源等效为一新电源，如图虚线框所示，这个等效电源的内阻r_测为r和R_A的串联总电阻，也就是测量值，即。等效电源的电动势为电流表和电源串联后的路端电压，也就是测量值，即。

思考并回答：

电压表分流。路端电压越大，电压表分流越多。

理解适用条件。

观察图像，对比测量值与真实值的图像，思考原因。

分析图像并回答：

，

结合上述分析加以理解。

思考并回答：

电流表表分压。通过电源的电流越大，电流表分压越多。

理解适用条件。

观察图像，对比测量值与真实值的图像，思考原因。

分析图像并回答：

，

结合上述分析加以理解。

思考并回答：

不考虑电表影响时，

由和，计算得，。

考虑电表影响时，

由和，计算得，。

由此可知，，，与图像法的分析结果一致。

理解用等效电源的方法做误差分析的思路和分析过程。

结合前面外接法的相关内容，判断此实验中的误差来源及适用范围。

根据对误差的分析，绘制修正图，并借助图像判断外接法测量得到的电动势与电源内阻与真实值之间的差别。

结合前面内接法的相关内容，判断此实验中的误差来源及适用范围。

根据对误差的分析，绘制修正图，并借助图像判断内接法测量得到的电动势与电源内阻与真实值之间的差别。

从理论推导的角度验证由图像判断的内接法、外接法的测量值与真实值之间的关系。

由等效电源的方式验证内接法、外接法的测量值与真实值之间的关系。

环节三

方案二：

伏阻法

【提问】如果没有电流表，怎样设计实验？

【提问】怎样处理数据？

【提问】误差来源于哪里？

思考并回答：

采用一个电阻箱、一块电压表、一个电键和导线若干，测量一节使用过的干电池的电动势和内阻。

参考前面的分析，思考并回答：

①公式法：由和，计算得，。

②图像法：解析式为

思考并回答：

电压表的分流。电压表内阻已知，可消除系统误差。

，

采用一块电压表和一个变阻器，重新设计此实验。加深学生对实验原理的掌握。

结合伏阻法的特点，引导学生从公式法推算测量值的表达式，及利用图像分析数据。

环节四

方案三：

安阻法

【提问】如果没有电压表，怎样设计实验？

【提问】怎样处理数据？

【提问】误差来源于哪里？

【提问】怎样进行误差分析？

思考并回答：

采用一个电阻箱、一块电流表、一个电键和导线若干，测量一节使用过的干电池的电动势和内阻。

参考前面的分析，思考并回答：

①公式法：由和，计算得，。

②图像法：解析式为

思考并回答：

电流表的分压。电流表内阻已知，可消除系统误差。

参考前面的分析，思考并回答：

①不考虑电流表内阻时，得出的是E，r的测量值：由和，计算得，。②考虑电流表内阻时，得出的是E，r的真实值：由和，计算得，。可知，，。

采用一块电流表和一个变阻器，重新设计此实验。加深学生对实验原理的掌握。

结合安阻法的特点，引导学生从公式法推算测量值的表达式，及利用图像分析数据。

分析安阻法实验的误差来源，并对电动势、内阻的误差情况进行判断。

环节五

方案四：

安安法

【提问】如果没有电压表，但有两块电流表，怎样设计实验？

思考并回答：

采用一个定值电阻、两块电流表、一个电键和导线若干, 测量一节使用过的干电池的电动势和内阻。

原理是：

在前面实验的基础上，由两块电流表设计此实验，并得出实验原理。

环节六

方案五：

伏伏法

【提问】如果没有电流表，但有两块电压表，怎样设计实验？

【随堂练习】

思考并回答：

采用一个定值电阻、两块电压表、一个电键和导线若干，测量一节使用过的干电池的电动势和内阻。

原理是：

练习巩固本节知识点。

在前面实验的基础上，由两块电压表设计此实验，并得出实验原理。

课堂总结

板书设计

§12.3实验：电池电动势和内阻的测量

1、伏安法：

①原理：

②电路：外接法

③实验步骤：

④数据处理：公式法、图像法

⑤误差分析：公式法、图像法、等效电源法

2、伏阻法：

①电路图：

②数据处理：

3、安阻法：

①电路图：

②数据处理：

③误差分析

4、安安法：

①原理：

②电路图：

5、伏伏法：

①原理：

②电路图：

作业设计

1、梳理本节知识点。

2、教材P92“练习与应用”。

教学反思与评价