本節(jié)課內(nèi)容為高二物理選修3—1的電動勢和內(nèi)阻測定，通過伏安法進(jìn)行電源的電動勢和內(nèi)阻測量。教學(xué)設(shè)計旨在引導(dǎo)學(xué)生運用已學(xué)的閉合電路歐姆定律知識，設(shè)計實驗電路圖，并進(jìn)行測量。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生將學(xué)習(xí)實驗操作步驟、數(shù)據(jù)處理及誤差分析，提升實驗設(shè)計能力和動手能力。重點在于實驗電路圖的設(shè)計，難點同樣集中于此。課程采用探究法、討論法和實驗法，準(zhǔn)備了必要的實驗儀器進(jìn)行實踐操作。通過小組討論和方案分享，學(xué)生們將優(yōu)化設(shè)計方案并進(jìn)行實驗，分析測量誤差，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實的態(tài)度和探索精神。學(xué)生需完成實驗報告并進(jìn)行反思，以鞏固所學(xué)知識。

本課是高二物理選修3—1的第二章第十節(jié)，內(nèi)容為測定電池的電動勢和內(nèi)阻。掌握電動勢與內(nèi)阻的測量對于我們合理使用電源至關(guān)重要。本節(jié)主要講解了通過伏安法來測量電源的電動勢和內(nèi)阻的電路，以及如何運用圖像法來處理實驗數(shù)據(jù)。

二、設(shè)計理念與設(shè)計思路

在本節(jié)教學(xué)中，我們將引導(dǎo)學(xué)生運用已學(xué)的閉合電路歐姆定律的相關(guān)知識設(shè)計電路圖，并進(jìn)行電池電動勢和內(nèi)阻的測量。在教師的指導(dǎo)下，幫助學(xué)生理解實驗的操作步驟和背后的原理。通過這節(jié)課，我們旨在培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計、實驗操作、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。

明確本次實驗的目的，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗方案，探討實驗操作細(xì)節(jié)，規(guī)范實驗流程，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量電阻的基本知識，對閉合電路的內(nèi)、外電路有了一定了解。然而，因接觸電學(xué)實驗不多，學(xué)生們在電路設(shè)計能力方面仍需進(jìn)一步提升，這也是本實驗的重要任務(wù)之一。提高學(xué)生利用圖像處理實驗數(shù)據(jù)的能力也是本次實驗探索的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

四、教學(xué)目標(biāo)

1. 知識與技能：讓學(xué)生掌握實驗電路圖的設(shè)計方法。

掌握使用儀器測量電池電動勢和內(nèi)阻的方法，通過實驗擴(kuò)展學(xué)生的思維，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情。

2. 過程與方法：學(xué)會設(shè)計實驗電路圖，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)度與價值觀：培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑的習(xí)慣、嚴(yán)謹(jǐn)求實的態(tài)度和探索精神，提高觀察能力、思維能力和動手能力，增強(qiáng)對物理學(xué)習(xí)的興趣。

五、重點、難點分析

1. 重點：實驗電路圖的設(shè)計。

2. 難點：實驗電路圖的設(shè)計。

六、教學(xué)方法：探究法、討論法、實驗法。

七、教學(xué)準(zhǔn)備儀器：

電流表、電壓表、滑動變阻器、開關(guān)、兩節(jié)舊干電池、電池盒、導(dǎo)線若干。

八、教學(xué)過程

今天我們將測定電源的電動勢和內(nèi)電阻。請各組同學(xué)根據(jù)實驗?zāi)繕?biāo)，設(shè)計好實驗原理圖，組內(nèi)討論后將優(yōu)化的方案以圖形式畫到黑板上。(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)對實際授課需求。)

同學(xué)們紛紛完成了他們的設(shè)計圖。我邀請同學(xué)們仔細(xì)觀察，找出哪些小組的設(shè)計方案是相似的。經(jīng)過討論，大家刪除了相同的設(shè)計方案，保留了不同的設(shè)計方案。我讓幾個小組的同學(xué)上臺分享他們的設(shè)計思路。

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

我詢問：“張茜他們的想法可行嗎？”同學(xué)們紛紛點頭。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圖像來求解E和r?！蔽医ㄗh他們嘗試這種方法，看看哪種方法的誤差更小。

此時，4小組的李梅站起來說：“我們的設(shè)計思路與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，我覺得我們的方案也能實現(xiàn)?！蔽夜室鈫柎蠹遥骸澳銈冇X得4小組的方案和3小組的方案，哪個更好？”

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

我問道：“那么，哪個方案的測量誤差更小呢？”

這時候，教室里熱鬧起來，學(xué)生們開始熱烈討論，3小組認(rèn)為他們測的路端電壓更準(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問題的方法。

我詢問大家：利用閉合電路的U和I求E和r，能否同時準(zhǔn)確測出電壓和總電流，同學(xué)們一致認(rèn)為不可以。我建議大家依據(jù)所選儀器和實驗?zāi)康?，選擇一個誤差更小的設(shè)計方案。

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

2小組的代表張柯明設(shè)計了如下電路圖：“我們想利用閉合電路歐姆定律，借助電流表測定電流，用電阻箱測電阻，列方程組求解E和r?！?/p>

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，圖像斜率即為電動勢。”

我贊同他們的做法，并提醒他們注意坐標(biāo)原點的選取，然后我鼓勵他們?nèi)デ懊娴膶嶒炞廊⌒枰膬x器。

過了一會兒，張松氣呼呼地跑過來：“電流表只剩一個了，因為被張柯明拿走了?！?小組的同學(xué)頓時撅起嘴不高興了。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？”聽我這么一說，6小組的同學(xué)紛紛不理我。

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

聽完候林同學(xué)的分析，我?guī)ь^為他鼓掌，并說：“同學(xué)們，大家的設(shè)計都很好，也有道理。在設(shè)計實驗電路時務(wù)必要圍繞實驗原理，同時結(jié)合現(xiàn)有的實驗儀器，以減少實驗誤差。我們不僅要學(xué)會在有條件下做好實驗，更要在沒有條件時創(chuàng)造條件，努力做好實驗?！毕Ｍㄟ^這次實驗，大家能夠不斷優(yōu)化實驗方案以測量電池的電動勢和內(nèi)阻。

我讓各組上臺，根據(jù)同學(xué)們設(shè)計的方案領(lǐng)取儀器，并要求他們逐一清點，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。我提醒大家：“別急著接通電路，接電路時要注意哪些問題？”

有的同學(xué)提到要注意電壓表和電流表的電流流向；有的說在接線時要把電源斷開；還有的提到要留意滑動電阻器滑片的位置和電阻箱的初始阻值；甚至有的說接線一定要確保牢固等。聽了大家的發(fā)言，我才放下心來，讓他們動手操作。這時我在教室中巡視，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正，經(jīng)過不到6分鐘，大家便接好了電路。他們認(rèn)真地測量數(shù)據(jù)并記錄結(jié)果，通過列方程或作圖求解，認(rèn)真分析和計算。我也糾正他們在讀數(shù)時的錯誤方法，要求他們規(guī)范作圖，正確處理實驗結(jié)果。完成實驗后，我建議各組交換電源進(jìn)行測量，相互對照實驗結(jié)果，交流方法，分析誤差。同學(xué)們熱情高漲，經(jīng)過20分鐘基本完成了實驗任務(wù)。

我讓同學(xué)們分享這次實驗的收獲：李巖說：“我學(xué)到了三種不同的方法測電源電動勢和內(nèi)阻?！?/p>

蔣鵬說：“我學(xué)會了如何正確連接電路。”

高利說：“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)為實驗中電壓表、電流表和電阻箱的讀取非常重要，務(wù)必要小心?！?/p>

我回應(yīng)道：“大家說得很好，通過實驗我們要學(xué)習(xí)實驗方法、操作技巧以及數(shù)據(jù)處理和誤差分析的技巧。這對未來的實驗至關(guān)重要，希望大家完成實驗報告，并寫出反思?！?/p>

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