《测量电源电动势和内阻》实验教学设计教案

北京中考2021-09-19 14:00:29教育文稿网

  
  《测量电源电动势和内阻》实验教学设计教案
  湖北省枣阳市第一中学王天明
  从教材分析、学情分析、教法分析、学法指导、教学过程几个方面来加以阐述。
   一、教材分析
   地位:测电源电动势和内阻按照新课标要求是一节实验课,是高考的必考实验之一。更是高考电学实验中热点。能力要求较高。这节课是对前面内容闭合电路欧姆定律的巩固应用和加深理解。在实验数据处理中涉及到的图像法是一种很重要也很常用的方法。所以本节课既是知识的学习也是方法的学习。
  重点:因为这节课是一节实验课,所以我确定这节课的重点是实验原理的理解,实验方案,器材的选择,图象法的应用。
  难点:由于现阶段的学生理性思维还不够成熟,有些物理方法的应用还不够熟练,所以这节课的难点是图像法的应用,器材选择以及误差的分析。对于重难点的突破本着低起点、小步子的原则,逐步问题引导学生、自主探究、以练代学、边练边学的方式实现自我突破。
  二.新课学习后学生的现状分析
   从学生看,通过闭合电路欧姆定律的学习,学生对《测电源的电动势和内阻》原理有了一些基本的了解,具时体来说,学生的状况如下。
  知识方面:通过新课的学习学生对“测电源的电动势和内阻”的实验原理、目的容易理解,在路端电压和电流的关系上有初步认识;多数同学都知道U—I图像中图像与纵坐标的交点表示待测电源的电动势,图像的斜率的绝对值表示内阻。
   方法方面:新课学习后,前面“测金属丝电阻率”和“描绘小灯泡的伏安特性曲线”打下了一定的基础,本实验的基本方法—伏安法(伏特表和电流表结合测量)学生们掌握的较为容易,但在其他方法上处理起来较为陌生,比方说用电流表和电阻箱结合测量——安阻法、电压表和电阻箱结合测量——伏阻法等,其实就是伏安法的变形,有些学生难以掌握。
   能力方面:数据处理上纵轴的起点不从零开始的情况下较陌生,作图时用图像与横轴的夹角的正切值表示斜率的错误也时常出现。安阻法,伏阻法不能将横纵两轴的物理量”化曲为直“,滑动变阻器的大小难以选择,实验电路图不能准确画出,处理数据的能力有待加强,误差分析,创新设计能力更待提高。
  三、教学方法,学法指导
   物理教学重在启发思维、教会方法,所以依据实际学情,主要采取问题启发法、自主探究法等教学方法,这样做的目的是降低难度,激发学生的学习热情和学习欲望,通过启发的方式引导学生自主探究。利用实际训练学习和巩固新知,达到既学会知识又学会方法的目的。
  四、教学过程(两课时)
   本着以学生为主体的原则我将设计情境导入、实验原理探究、数据处理分析、小结、巩固练习六个环节。
   环节一:情景引入。
  回忆闭合电路殴姆定律及电源的电学特性,根据情景出一个小练习让学生求解电源的电动势和内阻,这样做是为让学生从已有知识入手,既降低学习难度也为本节课的学习做知识准备。
   环节二:实验原理探究
  实验原理探究是这节课的主要内容,问题引导:
  1.闭合电路殴姆定律的三种表达式中如何确定E和r,哪种方便
  2.如何在实验中测出相关量
  3.根据所测量如何设计电路图
  4.如何选择器材,重点在滑动变阻器的大小选择上作出理论分析,让学生加深印象。这个过程引导学生来完成,在过程中遇到的问题通过多元对话的方式解决,比如老师的点拨、同学间的相互讨论和相互指导。
  实验方案的确定,这是本节课的重点。这个重点的突破借助刚才的练习和小组讨论可以轻松完成,各组可在黑板上展示设计方案,其他组的同学进行点评,最后对存在的问题进行修正。学生会做出几种正确的方案,在肯定学生的同时提醒学生本节课主要以伏安法为例进行探究。
   
  图1图2
  环节三:数据处理,图象分析。
  在数据处理环节上,先用解析法,在导入复习时已经练习过。体会计算法和图像法两种不同的方法处理数据的优劣。而图像法是这节课的难点,对此在导学案上层层设置任务,引导学生在数据采集、坐标选取和点的描绘等等,实现了难点的边练边学。
  让学生先按常规纵坐标起点作图,图象有何特点,求解时有什么困难,如何解决。再按纵坐标非零起点作图,体会两种作法的区别与好处。同时对电源内阻的选择上有什么要求。对于大部分同学来说连线时会有些问题,在黑板上做集中演示,给学生一个正确的做法,规范学生的作图。让学生结合数学知识通过讨论的方式得出图线的物理意义,数学方程,斜率,截距的含义。求内阻时易错问题重点强调。在这个过程中不断向学生强化善于用数学方法研究物理问题的思维。
  环节四:误差分析
  在误差分析上是一难点,学生理解较困难,可根据学生实际讲解。用伏安法测量时两种接法的区别,引导学生分析误差出现的原因。思考:
  1、如果两个表都是理想表,请问两种电路测得结果是否一样?
  2、如果不是理想表,两种方法有何区别?系统误差产生于何处?
  3、误差导致测量值与真实值间有何偏差?
  请小组代表就刚才思考问题进行回答,有不恰当处或有待完善之处请同组成员补充,也可请其他小组补充、修正。
  教师分析:【引导一】根据误差来源分析:
  图1误差源自于电流表不是干路电流,则真正用于计算电动势和内阻的表达式为:;
  图2误差源自于电压表不是路端电压,则真正用于计算电动势和内阻的表达式为:。
  式中、为真实值,可以利用解二元一次方程组的方法,求出、,对比E、r,则可明确测量值与真实值间差异。
  (此处只做引导思考,不做演算)
  【引导二】上述方法可行,但复杂、不易算,能不能有更简便的思路来进行误差分析?(提示:等效电源)
  图1分析
  其中等效电源电动势E等和内阻为r等:
  E等=E真r等=
  结论:E测=E等<E真
  r测=r等<r真
  图2分析
  其中等效电源电动势E等和内阻为r等:
  E等=E真r等=
  结论:E测=E等=E真
  r测=r等>r真
  两个实验电路图都存在系统误差,但是在图2中得到的内阻r,其相对误差大,因此在教材中以图1作为测量电路图。
  【引导三】作图像比较理想和实际两种情况,进而找到误差及其造成误差的原因
  环节五实验原理拓展。
  用电流表和电阻箱结合测量——安阻法、电压表和电阻箱结合测量——伏阻法,其实就是伏安法的变形,学生也难以掌握。尤其是处理数据中用图象法处理时化曲为直要求较高可作例题处理。让学生体会。
  用电流表、电阻箱测量
  纵轴截距:斜率:
  用电压表、电阻箱测量
  纵轴截距:斜率:
  环节六处理习题加以巩固
  某同学要测量某电源的电动势和内阻,根据实验室提供的器材,设计了如图的实验电路。
  (1)请根据电路图将如图乙的器材连接成电路
  (2)闭合开关后,调节电阻箱接入电路的阻值。得到多组电阻箱接入电路的阻值R和对应的电压表的示数U,为了比较准确地得出实验结论。该同学准备用直线图象来处理实验数据,图象的纵坐标表示电压表读数U,则图象的横坐标表示的物理量应该是________。
  (3)该同学又尝试用另一种图象来处理数据。即根据测得的多组电阻箱的阻值R和记录的对应电压表的读数U,作出-图象如图丙所示,图线与横、纵坐标轴的截距分别为-b、a,定值电阻的阻值用R0表示。则可得该电源的电动势为________,内阻为________;测得的电动势与真实值比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
  总结:1.测电源电动势和内阻的实验原理
  2.实验电路图及数据处理方法。
  3.电路中误差的大小分析
  

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