高中物理人教版 (新课标)选修310 实验：测定电池的电动势和内阻教案

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修310 实验：测定电池的电动势和内阻教案，共4页。教案主要包含了知识与技能，过程与方法，情感态度与价值观等内容，欢迎下载使用。

eq \(\s\up7(),\s\d5(整体设计))


教学目标


一、知识与技能


1．理解闭合电路欧姆定律内容。


2．理解测定电源的电动势和内阻的基本原理，体验测定电源的电动势和内阻的探究过程。


3．用解析法和图象法求解电动势和内阻。


4．使学生掌握利用仪器测量电池电动势和内电阻的方法，并通过设计电路和选择仪器，开阔思路，激发兴趣。


二、过程与方法


1．体验实验研究中获取数据、分析数据、寻找规律的科学思维方法。


2．学会利用图线处理数据的方法。


三、情感态度与价值观


使学生理解和掌握运用实验手段处理物理问题的基本程序和技能，具备敢于质疑的习惯、严谨求实的态度和不断求索的精神，培养学生观察能力、思维能力和操作能力，提高学生对物理学习的动机和兴趣。


教学重点


利用图线处理数据


教学难点


如何利用图线得到结论以及实验误差的分析


教学工具


电池，电压表，电流表，滑动变阻器，开关，导线


教学方法


实验法，讲解法


eq \(\s\up7(),\s\d5(教学过程))


导入新课


回顾上节所学内容，引入新内容


教师：上堂课我们学习了闭合电路的欧姆定律，那么此定律文字怎么叙述？公式怎么写？


学生：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比，这就是闭合电路的欧姆定律。


提出问题：现在有一节干电池，要想测出其电动势和内电阻，你需要什么仪器，采用什么样的电路图，原理是什么？


学生讨论后，得到的大致答案为：由前面的闭合电路欧姆定律I＝E/(r＋R)可知E＝I(R＋r)，或E＝U＋Ir，只需测出几组相应的数值便可得到，可以采用以下的电路图：





这几种方法均可测量，今天我们这节课选择用测量的这一种。


主要教学过程


1．实验原理：闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir


2．实验器材：


学生回答：测路端电压；测干路电流，即过电源的电流。需测量的是一节干电池，电动势约为1.5 V，内电阻大约为零点几欧。


电流表、电压表及滑动变阻器的规格要根据实验的具体需要来确定，看看我们用到的电路图里面各需测的是什么？


提出问题：选用电路图时，还可将接在外面，原则上也是可以的，那么我们在做实验时是否两个都可以，还是哪一个更好？为什么？


学生回答：两种方式测量都会带来误差。


采用图1示数准确示数偏小


采用图2示数准确示数偏小


图1


图2








选用哪种方式，要根据实际测量的需要确定，现在要想测出电源的内阻，如果采用图2方式，最后得到的结果相当于电源内阻与电流表内阻的总和，而两者相差又不太多，这样一来误差就会比较大，所以应采用图1的电路图。明确各仪器的规格：


电流表0～0.6 A量程，电压表0～3 V量程。


滑动变阻器0～50 Ω。


此外，开关一个，导线若干。


3．数据处理：


原则上，利用两组数据便可得到结果，但这样做误差会比较大，为此，我们可以多测几组求平均，也可以将数据描在图上，利用图线解决问题。





明确：


①图线的纵坐标是路端电压，它反映的是：当电流I增大时，路端电压U将随之减小，U与I成线性关系，U＝E－Ir。也就是说它所反映的是电源的性质，所以也叫电源的外特性曲线。


②电阻的伏安特性曲线中，U与I成正比，前提是R保持一定，而这里的UI图线中，E、r不变，外电阻R改变，正是R的变化，才有I和U的变化。


实验中至少得到5组数据，画在图上拟合出一条直线。要求：使多数点落在直线上，并且分布在直线两侧的数据点的个数要大致相等，这样，可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。


讨论：将图线延长，与横纵轴的交点各代表什么情况？


归纳：将图线两侧延长，分别交轴与A、B点。


A点意味着开路情况，它的纵轴截距就是电源电动势E。


说明：


①A、B两点均是无法用实验实际测到的，是利用得到的图线向两侧合理外推得到的。


②由于r一般很小，得到的图线斜率的绝对值就较小。为了使测量结果准确，可以将纵轴的坐标不从零开始，计算r时选取直线上相距较远的两点求得。


4．误差分析：


实验中的误差属于系统误差，请同学们进一步讨论，得到的数值是偏大还是偏小？(提示：利用图线及合理的推理)





可以请几位同学发言，最后得到结论。


因为电压表的分流作用


所以I真＝I测＋IV


即(I真－I测)↑，


反映在图线上：


当U＝0时，IV→0，I→I真


故r真＞r测，E真＞E测


5．布置作业：


认真看书，写好实验报告。


eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(课后小结))


利用图线进行数据处理是物理实验中常用的一种方法。最好是利用直线来解决，如力学中“用单摆测重力加速度”的实验就可以利用T2l图线来求g。


eq \(\s\up7(),\s\d5(备课资料))


关于欧姆的趣闻轶事


1．灵巧的手艺是从事科学实验之本


欧姆的家境十分困难，但从小受到良好的熏陶，父亲是个技术熟练的锁匠，还爱好数学和哲学。父亲对他的技术启蒙，使欧姆养成了动手的好习惯，他心灵手巧，做什么都像样。物理是一门实验学科，如果只会动脑不会动手，那么就好像是用一条腿走路，走不快也走不远。欧姆要不是有这一手好手艺，木工、车工、钳工样样都能来一手，那么他是不可能获得如此成就的。


在进行电流随电压变化的实验中，欧姆正是巧妙地利用电流的磁效应，自己动手制成了电流扭秤，用它来测量电流大小，才取得了较精确的结果。


2．乌云和尘埃遮不住科学真理之光


1827年，欧姆发表《伽伐尼电路的数学论述》，从理论上论证了欧姆定律，欧姆满以为研究成果一定会受到学术界的承认也会请他去教课。可是他想错了。书的出版招来不少讽刺和诋毁，大学教授们看不起他这个中学教师。德国人鲍尔攻击他说：“以虔诚的眼光看待世界的人不要去读这本书，因为它纯然是不可置信的欺骗，它的唯一目的是要亵渎自然的尊严。”这一切使欧姆十分伤心，他在给朋友的信中写道：“伽伐尼电路的诞生已经给我带来了巨大的痛苦，我真抱怨它生不逢时，因为深居朝廷的人学识浅薄，他们不能理解它的母亲的真实感情。”


当然也有不少人为欧姆抱不平，发表欧姆论文的《化学和物理杂志》主编施韦格(即电流计发明者)写信给欧姆说：“请您相信，在乌云和尘埃后面的真理之光最终会透射出来，并含笑驱散它们。”欧姆辞去了在科隆的职务，又去当了几年私人教师，直到七、八年之后，随着研究电路工作的进展，人们逐渐认识到欧姆定律的重要性，欧姆本人的声誉也大大提高。1841年英国皇家学会授予他科普利奖章，1842年被聘为国外会员，1845年被接纳为巴伐利亚科学院院士。为纪念他，电阻的单位“欧姆”，以他的姓氏命名。