本節(jié)課內(nèi)容為高二物理選修3—1的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻測(cè)定，通過(guò)伏安法進(jìn)行電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻測(cè)量。教學(xué)設(shè)計(jì)旨在引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的閉合電路歐姆定律知識(shí)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖，并進(jìn)行測(cè)量。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生將學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作步驟、數(shù)據(jù)處理及誤差分析，提升實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力。重點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)電路圖的設(shè)計(jì)，難點(diǎn)同樣集中于此。課程采用探究法、討論法和實(shí)驗(yàn)法，準(zhǔn)備了必要的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)踐操作。通過(guò)小組討論和方案分享，學(xué)生們將優(yōu)化設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析測(cè)量誤差，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度和探索精神。學(xué)生需完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告并進(jìn)行反思，以鞏固所學(xué)知識(shí)。

本課是高二物理選修3—1的第二章第十節(jié)，內(nèi)容為測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。掌握電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻的測(cè)量對(duì)于我們合理使用電源至關(guān)重要。本節(jié)主要講解了通過(guò)伏安法來(lái)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的電路，以及如何運(yùn)用圖像法來(lái)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

二、設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)思路

在本節(jié)教學(xué)中，我們將引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的閉合電路歐姆定律的相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)電路圖，并進(jìn)行電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量。在教師的指導(dǎo)下，幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和背后的原理。通過(guò)這節(jié)課，我們旨在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理和誤差分析能力，并激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

明確本次實(shí)驗(yàn)的目的，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，探討實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)，規(guī)范實(shí)驗(yàn)流程，最后進(jìn)行誤差和數(shù)據(jù)分析。

三、學(xué)情與教材分析

學(xué)生們已經(jīng)學(xué)習(xí)了閉合電路歐姆定律以及用伏安法測(cè)量電阻的基本知識(shí)，對(duì)閉合電路的內(nèi)、外電路有了一定了解。然而，因接觸電學(xué)實(shí)驗(yàn)不多，學(xué)生們?cè)陔娐吩O(shè)計(jì)能力方面仍需進(jìn)一步提升，這也是本實(shí)驗(yàn)的重要任務(wù)之一。提高學(xué)生利用圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力也是本次實(shí)驗(yàn)探索的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

四、教學(xué)目標(biāo)

1. 知識(shí)與技能：讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)電路圖的設(shè)計(jì)方法。

掌握使用儀器測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展學(xué)生的思維，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情。

2. 過(guò)程與方法：學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖，掌握數(shù)據(jù)圖像處理的方法，學(xué)習(xí)誤差分析。

3. 情感態(tài)度與價(jià)值觀：培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑的習(xí)慣、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度和探索精神，提高觀察能力、思維能力和動(dòng)手能力，增強(qiáng)對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣。

五、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

1. 重點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)電路圖的設(shè)計(jì)。

2. 難點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)電路圖的設(shè)計(jì)。

六、教學(xué)方法：探究法、討論法、實(shí)驗(yàn)法。

七、教學(xué)準(zhǔn)備儀器：

電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、兩節(jié)舊干電池、電池盒、導(dǎo)線若干。

八、教學(xué)過(guò)程

今天我們將測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。請(qǐng)各組同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)原理圖，組內(nèi)討論后將優(yōu)化的方案以圖形式畫(huà)到黑板上。(以下，我將假設(shè)若干學(xué)習(xí)小組，并假設(shè)一些學(xué)生的情況，以便靈活應(yīng)對(duì)實(shí)際授課需求。)

同學(xué)們紛紛完成了他們的設(shè)計(jì)圖。我邀請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)觀察，找出哪些小組的設(shè)計(jì)方案是相似的。經(jīng)過(guò)討論，大家刪除了相同的設(shè)計(jì)方案，保留了不同的設(shè)計(jì)方案。我讓幾個(gè)小組的同學(xué)上臺(tái)分享他們的設(shè)計(jì)思路。

例如，3小組的張茜展示了他們的電路圖，并解釋說(shuō)：“我們用電壓表測(cè)量路端電壓，用電流表測(cè)總電流，根據(jù)U=E-Ir列方程組求解E和r。”

我詢問(wèn)：“張茜他們的想法可行嗎？”同學(xué)們紛紛點(diǎn)頭。我接著引導(dǎo)大家思考這種方案是否還有其他處理數(shù)據(jù)的方法。6組的李強(qiáng)同學(xué)提出：“我們還可以繪制閉合電路的U—I圖像來(lái)求解E和r。”我建議他們嘗試這種方法，看看哪種方法的誤差更小。

此時(shí)，4小組的李梅站起來(lái)說(shuō)：“我們的設(shè)計(jì)思路與3小組相似，只是在電壓表和電流表的連接位置上有所不同，我覺(jué)得我們的方案也能實(shí)現(xiàn)。”我故意問(wèn)大家：“你們覺(jué)得4小組的方案和3小組的方案，哪個(gè)更好？”

教室里瞬間安靜下來(lái)，同學(xué)們思考著，有的甚至小聲說(shuō)道，兩者的結(jié)果應(yīng)該是一樣的。

我問(wèn)道：“那么，哪個(gè)方案的測(cè)量誤差更小呢？”

這時(shí)候，教室里熱鬧起來(lái)，學(xué)生們開(kāi)始熱烈討論，3小組認(rèn)為他們測(cè)的路端電壓更準(zhǔn)確，而4小組認(rèn)為他們的總電流更準(zhǔn)確，大家急于找到解決這個(gè)問(wèn)題的方法。

我詢問(wèn)大家：利用閉合電路的U和I求E和r，能否同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)出電壓和總電流，同學(xué)們一致認(rèn)為不可以。我建議大家依據(jù)所選儀器和實(shí)驗(yàn)?zāi)康模x擇一個(gè)誤差更小的設(shè)計(jì)方案。

這時(shí)，8小組的張森興奮地發(fā)言：“我認(rèn)為3小組的設(shè)計(jì)方案誤差更小，因?yàn)?小組的測(cè)量誤差主要來(lái)源于電壓表的分流作用，而電壓表的內(nèi)阻遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器和電流表的電阻，其分流量可以忽略。相比之下，4小組的誤差則來(lái)源于電流表的分壓作用，而電流表的內(nèi)阻并不比滑動(dòng)變阻器小太多，其分壓作用是顯而易見(jiàn)的。”聽(tīng)完張森的分析，大家恍若明白了過(guò)來(lái)。我及時(shí)提醒同學(xué)們：“以后在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，務(wù)必要圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康模M量減少實(shí)驗(yàn)誤差。”

2小組的代表張柯明設(shè)計(jì)了如下電路圖：“我們想利用閉合電路歐姆定律，借助電流表測(cè)定電流，用電阻箱測(cè)電阻，列方程組求解E和r。”

6小組的張松則表示：“這種方法也可以繪制R—1/I的圖像，縱截距即為r，圖像斜率即為電動(dòng)勢(shì)。”

我贊同他們的做法，并提醒他們注意坐標(biāo)原點(diǎn)的選取，然后我鼓勵(lì)他們?nèi)デ懊娴膶?shí)驗(yàn)桌取需要的儀器。

過(guò)了一會(huì)兒，張松氣呼呼地跑過(guò)來(lái)：“電流表只剩一個(gè)了，因?yàn)楸粡埧旅髂米吡恕！?小組的同學(xué)頓時(shí)撅起嘴不高興了。我假裝和6小組的同學(xué)探討：“你們能否用其他儀器代替電流表？”聽(tīng)我這么一說(shuō)，6小組的同學(xué)紛紛不理我。

這時(shí)，5小組的候林站起來(lái)說(shuō)：“大家看看我們?cè)O(shè)計(jì)的電路圖，我認(rèn)為我們的方案與張松的設(shè)計(jì)相當(dāng)接近。如果沒(méi)有電流表，我們可以用電壓表來(lái)代替。結(jié)合電阻箱的值，我們能夠輕松求出總電流，利用U=E-Ir來(lái)求解E和r，也可以使用來(lái)求解E和r。你們可以嘗試一下這個(gè)方案。”

聽(tīng)完候林同學(xué)的分析，我?guī)ь^為他鼓掌，并說(shuō)：“同學(xué)們，大家的設(shè)計(jì)都很好，也有道理。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路時(shí)務(wù)必要圍繞實(shí)驗(yàn)原理，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器，以減少實(shí)驗(yàn)誤差。我們不僅要學(xué)會(huì)在有條件下做好實(shí)驗(yàn)，更要在沒(méi)有條件時(shí)創(chuàng)造條件，努力做好實(shí)驗(yàn)。”希望通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，大家能夠不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案以測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。

我讓各組上臺(tái)，根據(jù)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)的方案領(lǐng)取儀器，并要求他們逐一清點(diǎn)，輕拿輕放。同學(xué)們高高興興地把各組的“寶貝”領(lǐng)回去，教室也隨之熱鬧起來(lái)。我提醒大家：“別急著接通電路，接電路時(shí)要注意哪些問(wèn)題？”

有的同學(xué)提到要注意電壓表和電流表的電流流向；有的說(shuō)在接線時(shí)要把電源斷開(kāi)；還有的提到要留意滑動(dòng)電阻器滑片的位置和電阻箱的初始阻值；甚至有的說(shuō)接線一定要確保牢固等。聽(tīng)了大家的發(fā)言，我才放下心來(lái)，讓他們動(dòng)手操作。這時(shí)我在教室中巡視，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)糾正，經(jīng)過(guò)不到6分鐘，大家便接好了電路。他們認(rèn)真地測(cè)量數(shù)據(jù)并記錄結(jié)果，通過(guò)列方程或作圖求解，認(rèn)真分析和計(jì)算。我也糾正他們?cè)谧x數(shù)時(shí)的錯(cuò)誤方法，要求他們規(guī)范作圖，正確處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果。完成實(shí)驗(yàn)后，我建議各組交換電源進(jìn)行測(cè)量，相互對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果，交流方法，分析誤差。同學(xué)們熱情高漲，經(jīng)過(guò)20分鐘基本完成了實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

我讓同學(xué)們分享這次實(shí)驗(yàn)的收獲：李巖說(shuō)：“我學(xué)到了三種不同的方法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。”

蔣鵬說(shuō)：“我學(xué)會(huì)了如何正確連接電路。”

高利說(shuō)：“我掌握了誤差分析和數(shù)據(jù)處理的方法。”

王虎則表示：“我認(rèn)為實(shí)驗(yàn)中電壓表、電流表和電阻箱的讀取非常重要，務(wù)必要小心。”

我回應(yīng)道：“大家說(shuō)得很好，通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們要學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)方法、操作技巧以及數(shù)據(jù)處理和誤差分析的技巧。這對(duì)未來(lái)的實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要，希望大家完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并寫(xiě)出反思。”

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