高中物理人教版 (2019)必修第三册第十二章电能能量守恒定律3 实验：电池电动势和内阻的测量教案

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这是一份高中物理人教版 (2019)必修第三册第十二章电能能量守恒定律3 实验：电池电动势和内阻的测量教案，共5页。教案主要包含了新课引入，新课教学等内容，欢迎下载使用。

〖教材分析〗
教科书提供了一种实验方法，剩下两种六个同学们思考的。但是在参考案例2中并不是使用教科书提供的实验方法。虽然如此，但实验原理大致相同。教学中可以就一种方法进行实验教学。通过这节课的学习让学生能够更加清晰的理解闭合电路的欧姆定律，以及实验数据的处理方法的优越性等。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：理解实验思路的合理性，以及用图象处理实验数据的有效性。
科学思维：经历实验的操作和测量过程，以及通过图象处理实验数据的过程，体验如何选择电表的内接和外接，减少系统误差的操作方法。
科学探究：通过实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。
科学态度与责任：通过探究激发学生的求知欲和创新精神。
〖教学重点与难点〗
重点：掌握实验原理和方法，学会除了实验数据。
难点：用图像处理实验数据
〖教学方法〗
教师启发引导与探究法相结合，并辅以问题法、演示法、归纳法等。
〖教学准备〗
水果、干电池、坐标纸、导线开关、多用电表、电阻箱、电流表、电压表、多媒体课件等。
〖教学过程〗
一、新课引入
在前面的学习中，我们知道电池内是有电阻的，我们还知道用伏安法测灯泡的电阻，那怎么测量电池的内阻呢？
这还得用到伏安法。
二、新课教学
（一）测量原理
①电压表、电流表测量
实验原理：根据闭合电路的欧姆定律，电源电动势E、内阻r，与路端电压U、电流I的关系可以写成 E=U＋Ir.
一般希望知道E和r因此需要测出路端电压U和电流I，有两个未知数，所以至少要测出U、I的两组数据
E＝U1＋I1r
E＝U2＋I2r
联立两个关于E、 r的方程，从中解出E和r。
实验电路：
实验器材：电压表、电流表加上一个滑动变阻器R，就能测定电源的电动势E和内阻r。测量电路可以这样连接。这是测量电动势和内阻的一种方法。
思考：如果只有一个电流表没有电压表，你能设计出测量电源电动势和内阻的电路吗？还需要什么器材？如果只有一个电压表呢？
②电流表、电阻箱测量
→E＝IR＋Ir
实验原理：U＝IR
E＝U＋Ir
根据这个式子如果能够知道I、R的两组数据，也是可以得到关于E、r的两个方程，于是能够从中解出E和r。
实验电路：
实验器材：电流可以用已给的电流表测量出来，而电阻我们可以选用用电阻箱，它方便读数，方便调节电阻大小以便获得多组数据。
③电压表、电阻箱测量
实验原理：
E＝U＋Ir
如果能够得到U、R的两组数据，也可以通过解方程得E和r。
实验电路：
实验器材：电压我们通过给定的电压表测量，电阻还是用电阻箱就好了。
（二）物理量的测量
实验中需要测量路端电压U和电流I两个物理量。然而，是否只需测量两组U、I数据，联立方程解得E 和r就行呢?
只测量两组数据，通过联立方程解得E 和r，看起来比较简单，误差却可能较大。只有多次测量，并对数据进行处理，才能减小误差。所以，应该使用滑动变阻器改变外电路的电阻，进行多次测量。
（三）数据分析
1.公式法
把实验数据两两分组，分别列出若干组联立方程。
E＝U1＋I1r
E＝U2＋I2r
联立两个方程，解得：，
最后以E 的平均值和r的平均值作为实验结果。这种方法的实验结果比只用两组U、I数据求得的结果误差小。
采用另外一种方法，也能减小误差，而且更简便、直观。
2.图像法——电源的伏安特性曲线
E＝U＋Ir式可以改写成U＝-Ir+E。把测出的多组U、I值，以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U－I坐标系。根据几组 U、I的测量数据，在坐标系中描点。
如图所示，此时可以看到这些点大致呈直线分布，画出这条直线。
思考：这条直线与电压及电流坐标轴交点的物理意义是什么？怎样用这些数据得到电源电动势和内阻？
①图线与U坐标轴的交点：U=E。
②图线与I坐标轴的交点：可以读得I短，根据短路电流与电源内阻r、电动势E的关系可以求出电源的内阻r。
③另外，如果从直线方程U=-Ir+E的角度理解，通过求解U-I图像斜率的绝对值也可以求出电源的内阻r，即。
注意：纵坐标可以不从0开始，但这并不影响直线与坐标轴的交点。
课堂练习
例1.一个学生利用实验方法测得数据，根据这些数据，画出了如图所示的 U-I图象，从图中可得出电源电动势为______V，内阻为______Ω。
解题提示：直线与U坐标轴的交点值表示断路时的路端电压，可以直接读得2.9V，直线与I坐标轴的交点，可以读得I短=0.5A。根据关系可以求出电源的内阻r=2.6Ω。
（四）进行实验
参考案例1：测量干电池的电动势和内阻
旧电池的内阻相对于新电池要大得多，容易测量。实验中可以选择旧的干电池进行实验。因为新电池的内阻较小，放到图像上，图线的斜率较小，不利于作图分析和计算。
参考案例2：测量水果电池的电动势和内阻
水果电池的内阻较大，容易测量。但实验时，内阻会发生明显改变。测量应尽量迅速，在内阻发生较大变化之前结束测量。
〖板书设计〗
12.3实验：电池电动势和内阻的测量
①图线与U坐标轴的交点：U=E。
②图线与I坐标轴的交点：可以读得I短，根据短路电流与电源内阻r、电动势E的关系可以求出电源的内阻r。
③另外，如果从直线方程U=-Ir+E的角度理解，通过求解U-I图像斜率的绝对值也可以求出电源的内阻r，即。
〖教学反思〗
本节课我们运用闭合电路欧姆定律来测量电池电动势和内阻，通过不断变化公式的形式得到三种不同的测量方法。进一步激发学生的发散性思维。实验中的数据处理是实验的重要组成部分，利用图像法处理数据的优点是可以看出物理量之间的变化趋势，要重点分析图线与坐标轴的物理意义。电压U
电流I

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