人教版 (2019)必修 第三册3 实验：电池电动势和内阻的测量教学设计及反思

这是一份人教版 (2019)必修 第三册3 实验：电池电动势和内阻的测量教学设计及反思，共11页。教案主要包含了教学目标，核心素养，数据分析等内容，欢迎下载使用。

课题
实验：电池电动势和内阻的测量
单元
12
学科
物理
年级
高二
教材
分析
本节课所采用的教材是人教版高中物理必修3第12章第3节的内容, 教科书提供了三种实验方法供教学中选择，但实验原理大致相同，教学中用第一种方法进行详细分析，其余的可以让学生课后进行思考．要让学生理清电动势和内阻测量的思维线索。
通过“实验：测定电池的电动势和内阻”这节课的学习，学生可以更灵活地运用闭合电路欧姆定律，再一次熟悉用图象处理数据的方法，还可以得到电学实验中许多操作技能的训练，因此，本节教学的目的不只是教给学生一种测量电动势的方法．重要的是通过实验更好地理解电动势这一概念。
至于用测量路端电压的方法测量电动势，在前面已有涉及，如 “断路时的路端电压等于电源电动势，我们常根据这个道理测量电源的电动势”的表述。实际测量时可以根据需要和器材的具体情况选择合适的方法。
教学目标与核心素养
一、教学目标
1.知道测量电源电动势和内电阻的实验原理，进一步感受电源路端电压随电流变化的关系。
2.学会根据图像合理外推进行数据处理的方法。
3、尝试进行电源电动势和内阻测量误差的分析，了解测量中减小误差的方法。
二、核心素养
物理观念：通过操作实验，让学生形成对实验具有严谨科学态度的物理观念。
科学思维：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．
科学探究：经历实验过程，掌握实验方法，学会根据图像合理外推进行数据处理的方法。
科学态度与责任：培养仔细观察，真实记录实验数据等良好的实验习惯和实事求是的品质。
重点
利用图线处理数据。
难点
如何利用图线得到结论以及实验误差的分析。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
知识回顾：什么是闭合电路欧姆定律，它的表达式有哪些？
参考答案：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。这个结论叫作闭合电路的欧姆定律。
表达式： E ＝U外 ＋ U内 U外 表示 IR，U内 表示 Ir。根据闭合电路欧姆定律，有多种方法可以测定电池的电动势和内阻。这节课我们就根据闭合电路的欧姆定律，来测量电池的电动势和内阻。
回忆并写出闭合电路的欧姆定律公式.

为实验的顺利进行做铺垫
讲授新课
一、实验思路
1.测E和r的实验方法:U-I法
根据闭合电路的欧姆定律：E ＝ U ＋ Ir 可知如果能测出 U、I 的两组数据，就可以列出两个关于 E、r 的方程，从中解出 E 和 r。

E：待测电动势；r：待测内阻；Ｕ：路端电压；Ｉ：通过电源的电流；
用电压表、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。实验电路如图
2.测E和r的实验方法： I-R法
闭合电路的欧姆定律E ＝ U ＋ I r 可写成：E ＝ IR ＋ I r ，测出 I、R 的两组数据，也可以得到关于E和r 的两个方程，从中解出E和r。
用电流表和电阻箱可以测定电源的电动势E和内阻r，电路如图。
3.测E和r的实验方法： U-R
闭合电路的欧姆定律 E＝ U ＋ Ir 可写成： 测出 U、R 的两组数据，通过解方程组求出 E 和 r。
这样用电压表和电阻箱来测定电源的电动势 E 和内阻 r。
下面选用方法 1 测定电池的电动势 E 和内阻 r。
二、物理量的测量
思考讨论：如果用E＝ U ＋ Ir 测E和r是否只需测量两组 U、I 数据，联立方程解得E 和 r 就行呢？采用方法2和3呢？
不行，只测量两组数据，误差可能较大。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。
无论采取哪种方法，为了减小误差，都应该进行多次测量。
三、数据分析
方法一：公式法 测量若干组数据，利用E=U+Ir 解方程
解方程组 E=U1+I1r
E=U1+I1r
可得
为了减小误差，最后以 E 的平均值和 r的平均值作为实验结果。
方法二：图象法
E＝ U ＋ Ir 得：U ＝－rI ＋ E
相当于二元一次方程k=－r b=E
（1）作图方法
以 U 为纵坐标、I 为横坐标建立平面直角坐标系。根据实验测得的几组数据在坐标系中描点，这些点大致分布在一条直线上，把明显偏离的点舍去，用直尺画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点大致均衡地分布在直线两侧。
某次实验结果的 U-I 图像
（2）电源的电动势 E
这条直线与U坐标轴的交点值表示断路时的路端电压，这时的电压 U 等于电源的电动势 E。
思考：直线与I轴交点是不是短路电流？它表示的意义是什么？
由于U轴的起点不为0，故直线与I轴交点不是短路电流而是U＝1.20V时的电流。
（2）电源的内阻 r
①根据这条直线可以推出 U ＝ 0 时的短路电流。根据 求出电源的内阻 r。
②由k=－r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 求出电源的内阻 r。
实验一：测量干电池的电动势和内阻
1.实验器材：待测旧电池一节，滑动变阻器，电压表（0~3V），电流表（0~0.6A），导线若干，开关一只，铅笔，坐标纸。
2.实验电路
3.实验步骤
(1)确定电流表、电压表的量程，按实验电路图连接好电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端。
(2)闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数。
(3)同样的方法，依次记录多组U、I值。
(4)断开开关S，拆除电路。
(5)利用公式法和图像法求出电动势和内阻。
4.实验数据
序号
1
2
3
4
5
6
电压U/V
1.45
1.40
1.30
1.25
1.20
1.10
电流I/A
0.060
0.120
0.240
0.260
0.360
0.480
5.实验数据处理
由图象可知，图象与纵坐标轴的交点即为电动势，所以E=1.50V，电源内阻
6.注意事项
(1)实验前必须把变阻器的滑片置于阻值最大的位置，以防止出现烧坏电流表的事故。
(2)为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些。
(3) 读数要快，读完后立即切断电源。
(4)作U-I图像时，要尽量使多数点落在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线两侧。
(5)作U-I图像时，如果出现某组数据对应的点偏离直线较远，就表明这组数据的偶然误差较大，可将该点舍去。
(6)纵坐标可不从零开始，直线的斜率等于电源内阻，计算内阻时，要在直线上取两较远点用 求出 (横坐标必须从零开始)。
(7)图线与纵轴交点的纵坐标等于电源电动势，与横轴交点的横坐标等于短路电流，由此可知，用图像法处理实验数据的优点是求得的是平均值。
7.误差分析
把图中的R和电流表看成外电路，则电压表看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这个整体等效的r和E。

误差来源于电压表的分流作用，适宜测小内阻电源。
知识拓展
电流表看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电流表这个整体等效的r和E。
E测=E r测=r+RA>r
误差来源于电流表的分压作用，适宜测大内阻电源。
实验二：测量水果电池的电动势和内阻
实验器材：铜片、锌片、梨、电阻箱、电压表。
出示图片：水果电池
把铜片和锌片相隔约1 cm插入一个梨中，就制成一个水果电池。铜片和锌片相距越近、插入越深，电池的内阻就越小。铜片是电池的正极，锌片是负极。
实验步骤：1.把水果电池、电阻箱、电压表等按图连接起来。
2.根据 用电压表和电阻箱测出多组电压U和电阻R，并记录在预先绘制的表格中。
3.求出水果电池的电动势和内阻。
注意：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。
课堂练习
1.在“测定电源电动势和内阻”的实验中，针对两个不同的电源得出如图所示的1、2两条图线，则两个电源的动势E1和E2、内阻r1和r2满足关系）（ ）
A．E1＞E2，r1＞r2
B．E1＞E2，r1＜r2
C．E1＜E2，r1＜r2
D．E1＜E2，r1＞r2
答案： C
2．在测电源的电动势和内阻时。某次实验记录数据画出U-I图象，下列关于这个图象的说法中正确的是（ ）
A．纵轴截距表示待测电源的电动势，即E=3V
B．横轴截距表示短路电流，即I短=0.6A
C．根据r＝E/ I短 ，计算出待测电源内阻为5Ω
D．该实验中电源的内阻为2Ω
答案：A
3.如图是测量电源电动势和内电阻的电路，关于误差说法正确的
是（ ）
A．由于电流表的分压作用，使内电阻的测量值小于真实值
B．由于电流表的分压作用，使内电阻的测量值大于真实值
C．由于电压表的分流作用，使内电阻的测量值小于真实值
D．测出的电动势比真实值小
答案：B
4．在“测定电池电动势和内阻”的实验中，某同学根据实验数据，作出了正确的U-I图象，如图所示，其中图线斜率绝对值的物理含义是（ ）
A．短路电流
B．电池内阻
C．电池电动势
D．全电路电阻
答案： B
拓展提高
1.“测定电池的电动势和内阻”的实验中，下列注意事项中错误的是 （ ）
A．应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表示数的变化比较明显
B．移动变阻器的触头时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载
C．应选用内阻较小的电压表和电流表
D．由实验记录数据作U-I图象时，应通过尽可能多的点画一条直线，并使不在直线上点大致均匀分布在直线两侧
答案：C
2．测量电池电动势和内电阻，根据测得数据作出了外电路U-I图线，由图可知（ ）
A．电池电动势的可以直接测得为1.40 V
B．电池内阻的测量值为3.50Ω
C．外电路发生短路时的电流为0.40 A
D．电压表的示数为1.20 V时，电流表的
示数I′=0.20 A
答案：D
3.用如图所示电路（R1，R2为标准定值电阻）测定电池的电动势和内电阻时，如果偶然误差可以忽略不计，则下列说法中正确的是（ ）
A．电动势的测量值小于真实值
B．内电阻的测量值小于真实值
C．测量误差的产生原因是电流表具有内电阻
D．测量误差的产生原因是测量次数少，不能
用图象法求电池的电动势和内电阻
答案：C
学生阅读课文说出实验思路，展示本组的实验原理及电路图
学生思考讨论需要测量的物理量
运用公式法推导出E，r
理解图像法的意义，并动手做出图像
学生思考讨论
学生依据电路图连接实物图.
连接电路后，进行测量，记录并整理测量数据.
学生阅读注意事项
学生对实验的系统误差进行讨论.
学生阅读课文测量水果电池的电动势和内阻
学生练习
锻炼学生的自主学习能力，掌握实验原理
理解减小误差的方法，进行多次测量。
锻炼学生的推导计算能力
帮助学生理解图像的意义
理解直线与I轴交点的意义
锻炼学生的动手能力
锻炼学生根据图像合理外推进行数据处理的方法
进一步理解测量电池电动势和内阻实验
理解如图误差来源于电压表的分流作用，适宜测小内阻电源。
锻炼学生的自主学习能力
巩固本节的知识
课堂小结
1.求电源的电动势 E，电源的内阻 r
①公式法
②图像法
这条直线与U坐标轴的交点值表示断路时的路端电压，这时的电压 U 等于电源的电动势 E。
2.误差分析
误差来源于电压表的分流作用，适宜测小内阻电源。

梳理自己本节所学知识进行交流
根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书
一、实验思路
1.U-I法：E=U+Ir 2.I-R法：E=IR+Ir 3. U-R法：
二、物理量的测量
应该进行多次测量U、I 数据
三、数据分析
方法一：公式法
方法二：图象法
实验一：测量干电池的电动势和内阻
1.实验器材
2.实验电路
3.实验步骤
4.实验数据
5. 实验数据处理
实验二：测量水果电池的电动势和内阻