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《测定电池的电动势和内阻》教学设计

  来源:小编整理   阅读  时间:2019-03-24  k币:0  收藏

一、教学设计思想

当代的知识观认为,人的知识是由个体通过与环境的相互作用而主动建构的,其建构的知识,与个体自身的认知有着紧密的联系。美国缅因州的国家训练实验室的“学习金字塔”理论认为,在“实际演练”中学习、并“马上加以应用”是学习效率最高的两种学习方式。本堂课,设计了多种使用学生身边随手可得的材料制作的电池,开放让学生去探究测量这些电池的电动势与内阻,就是意在丰富学生的认知,让学生亲自动手、动脑探究,促进知识的建构及探究能力的培养。在这同时亦强化学习与学生生活、现代社会及科技发展的联系,引导学生关注物理学的技术应用所带来的社会问题,培养学生的社会参与意识和对社会负责任的态度。

“测定电池的电动势和内阻”是对闭合电路欧姆定律的深化和实际应用,学生通过本节课的学习,既能进一步分析电学问题的思路,又能加深对闭合电路欧姆定律的理解,激发学生的学习兴趣,培养其合作、探究、交流的能力。

本节课先利用学生最常见的物件组成一个实用的电池,激发学生的学习动机,并引出环保电池的话题,让学生应用所学的物理知识测量各种简易电池的电动势和内阻,继续研究开发环保电池,从而进一步培养其环保的意识。在教学中引导学生充分运用已学过的知识和方法,利用实验室现有的器材探索测量电池电动势和内阻的方法,使学生在实践中经历科学探索的过程,培养学生的探究能力和实验设计能力。

在探究测量方案的过程中,教师巧妙地预设了一些困难,学生按照自己设计的伏安法连接电路进行测量时,会发现电流传感器没有读数,此时引导学生找出原因,寻找解决问题的方法,探究更好测量方案,从而培养学生实事求是的科学态度和不断求索的精神。学生通过合作共同完成实验,尝试经过思考发表自己的见解,运用物理原理和研究方法解决与生产和生活相关的实际问题。,让学生亲历合作探究的过程,培养学生的合作精神,深化对物理知识与方法的理解,提高其解决实际问题的能力。

二、《课标》要求、学情分析

1、《高中物理新课程标准》对本节课的要求是:“测量电源的电动势和内阻”。

2、在本节课之前,学生已经知道电源的电动势和内阻的概念,也知道闭合电路欧姆定律的基本内容,具备基本实验操作技能。

三、教材分析与处理

在人教版教材中,《测定电池的电动势和内阻》阐述了测量电池电动势和内阻的三种常见的方法。教材建设用铜丝和铁丝插入马铃薯或苹果中做成水果电池进行测量,在测量方法上选择伏安法。但在实际操作中,如果用一般的电流表进行测量,会由于电流表的读数太小以至于实验无法进行下去,要换用毫安表或者多用表进行测量。对于这个问题,我没有提供精确度更高的器材,而是要学生从测量方案上去解决问题,引导学生根据现有的器材改进测量方案,完成电动势和内阻的测量。这个问题其实是一个难得的困难预设,学生根据自己设计的方案进行测量,发现有困难,学生再通过讨论与思考,重新设计测量方案,解决器材不足的问题。这样学生就可以经历探究测量方案,检验方案和修改方案的过程,体验科学探究的艰辛和失败后再获得成功的喜悦。

在本节中,实验方案的确定是教学的重点,实验数据的处理,特别是图像法处理数据,即是教学的难点,也是教学的重点。如果要在一个课时的时间内完成本节内容的学习,留给学生思考的空间与时间则会严重不足。因而在此,本人拟安排两个课时来完成本节的教学内容。第一节课让学生自主探究测量电池电动势和内阻的方案,让学生通过本节课,进一步分析电学问题的思路,加深对闭合电路欧姆定律的理解,同时培养学生合作、交流、实验探究及创新思维等能力。第二节课着重于引导学生用伏安法测量电动势和内阻及用图像法处理数据,培养学生实验的操作、数据处理及误差分析的能力。

本教学设计是其中的第一节课的设计。

四、教学目标

1、知识与技能

(1)掌握测量电源电动势和内阻的基本方法。

(2)通过对实验方案的探究,深化对闭合电路欧姆定律的理解,培养学生实验探究能力及创新思维能力。

2、过程与方法

(1)会根据实验室提供的器材,通过自主探究,设计合适的方案测量电源的电动势和内阻。

(2)经历实验方案的设计过程和实验操作的过程,掌握科学探究的基本方法。

3、情感态度与价值观

(1)培养学生交流与合作的学习态度,体验交流、分享的愉悦。

(2)通过实验手段解决物理问题,培养学生实事求是的科学态度和不断求索的精神。

(3)通过测量电动势和内阻研究环保电池,培养学生的环保意识和珍惜环境资源的观念。

五、教学重点与难点

1、重点:根据实验室提供的器材设计测量电池电动势和内阻的方案。

2、难点:测量方案的优化。

六、教学资源

1、教具:啤酒、锌片、铜片、玻璃杯、挂钟、电子钟、自制教具等。

2、实验器材:计算机、数据采集器、电压传感器、电流传感器、电阻箱、滑动变阻器、干电池、开关、导线等。

3、备测电池材料:铜片、锌片、苹果、雪梨、土豆、香蕉、啤酒、盐水等。

七、教学流程图

流程图: 延期: 演示实验

,流程图: 延期: 课件
流程图: 延期: 实验
 

 


流程图: 数据: 观察、激起兴趣

 

 

 


流程图: 数据: 分组设计测量方案

 

 


                                                              

流程图: 延期: 实验
 


流程图: 数据: 发现问题:电流表没有读数

 

 

 

 

 


流程图: 数据: 学生分析实验结果

 


流程图: 数据: 学生小结

 

 

 

 

 


八、教学过程

环节

教学内容

设计意图

引入

 

 

 

一、演示实验

把一个正常运转的挂钟的电池取下来,挂钟的正负极分别用导线接碳棒和锌片,碳棒和锌片放在玻璃杯里,往玻璃杯倒入啤酒,挂钟又正常运转起来了。

二、介绍环保电池

啤酒电池是原电池的一种,这类电池的优点就是不存在一般干电池的污染问题。近年来,很多国家都在研制开发一类无污染的环保电池。1995我国研发了海水电池,利用普通的铝板和海水空气发电,不会对环境造成任何污染,这种电池在航海领域上已得到广泛的应用。

三、成立学习小组,引入新课。

我们成立一个环保电池研究开发小组,用我们所学到的物理知识继续研究环保电池。我们已经学习了描述一个电源的两个重要参量--电动势和内阻,我们今天先来学习如何测量电池的电动势和内阻,通过对各种电池电动势和内阻的测量来找出更多可以作为环保电池的材料。

 

1、演示啤酒电池使挂钟运转起来激发学生的学习兴趣。

2、引出环保电池的话题,引起学生的学习动机,培养学生的环保意识。

3、成立环保电池研究小组,提高学生参与学习的积极性,让学生了解电池在生活生产中的应用,关注科学技术的现状及发展趋势。

提出问题

一、展示几种待测电池

1、啤酒电池:用锌片、铜片和啤酒做成的电池。

2、海水电池:用锌片、铜片和海水做成的电池。

3、苹果电池:用锌片、铜片和苹果做成的电池。

4、雪梨电池:用锌片、铜片和雪梨做成的电池。

5、土豆电池:用锌片、铜片和土豆做成的电池

6、香蕉电池:用锌片、铜片和香蕉做成的电池。

二、提出问题:

怎样测量这些电池的电动势和内阻?

可以做原电池的材料很多,这里选取了几种比较常见的材料,让学生分组探究测量电动势和内阻的方法。

探究测量 方案

一、学生分组探究实验方案

学生分成六个小组,分别根据实验室提供的器材探究测量电池的电动势和内阻的方案。

二、实验室所提供的器材

1、计算机、数据采集器;

2、电流传感器(内阻r0.1Ω,量程:-2A2A

3、电压传感器(内阻r≈500kΩ ,量程:-20V~20V);

4滑动变阻器、电阻箱;

5、开关、导线等。

三、提出问题:

根据实验室提供的器材,设计一个测量方案,测量电池的电动势和内阻。在设计测量方案的时候,请思考以下问题:

1、要得到E、r的值,你要测量哪些量?

2、你要用到哪些器材?

3、你的理论依据是什么?

请根据你设计的测量方案画出电路图,写出实验原理

 

每一组学生测量的电池都不同,实验室尽可能地提供实验器材,让学生探究测量电池电动势和内阻的方法。在这个过程中不限制学生的方法,让学生的思维得以开放。学生可以用各种器材进行尝`试,不管测量方案成功与否,目的是为了让学生经历探究的过程,就算方案失败了,学生也会有所收获。

分享测量方案

一、学生交流、介绍自己组的测量方案

学生可能出现的测量方案有:

1、伏安法:用电流传感器和电压传感器测量电源的电动势和内阻。

根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir,如果能测出U、r的两组数据,就可以列出两个关于E,r的方程,解出E和r。

2、安阻法:用电流传感器和电阻箱测量电动势和内阻。

把闭合电路欧姆定律改写为E=IR+Ir,如果能测出I,R的两组数据,也可以得到关于E和r的两个方程,解出E和r。

 

3、伏阻法:用电压传感器和电阻箱测量电源的电动势和内阻。

把闭合电路欧姆定律改写为,如果能测出U,R的两组数据,也可以得到关于E和r的两个方程,解出E和r。

 

4、其它方法:等效电源法、综合法等。

1、在此环节中,实验室提供了很多器材,所以学生探究出来的测量方案可能有很多种,学生通过交流、分享制定出一套比较完整的测量方案。

2、每一组有六个人,在探究测量方案的时候每个人都可能有不同的意见和想法,所以在这个过程中要求每一组的组员要经过讨论与交流,最后确定测量方案。培养学生的团结协助精神,养成交流与合作的良好习惯。

3、由于实验室提供的器材很多,可以用来测量电动势和内阻的方法。也很多,学生要通过不断的尝试,找出测量电动势和内阻的最佳方案。培养学生合理选择实验器材的能力。

检验测量方案

一、检验测量方案

让学生按照自己设计的方案连接电路。检验测量方案是否可行。

学生连接电路后会发现电流传感器没有读数。

二、提出问题:

为什么电流传感器没有读数?

学生分析原因:电流传感器没有示数是因为电流太小了。

三、修改测量方案。

由于电路的电流太小,电流传感器的精确度不能满足测量的要求,引导学生用伏阻法进行测量。

如果学生在探究测量方案环节中只探究出伏安法,就让学生先按照伏案法连接电路,发现问题后再让学生继续探究测量方案,最后确定一个可行的测量方法:伏阻法。

1、用实验来检验学生设计的测量方案。

2、引导学生分析电流传感器没有读数的原因,让学生继续寻找更好的测量方案。

3、培养学生实事求是的科学态度和不断求索的精神。

 

学生实验

一、连接电路,采集数据。

    学生连接电路,进行实验,采集数据。

二、处理数据。

学生数据,展示实验结果。

三、分析实验结果。

根据学生测量出来的电动势和内阻,回应在探究环节中遇到的问题:为什么电流传感器没有读数?(电池内阻太大)

四、误差分析

提出问题:用伏阻法测量电池的电动势和内阻误差来源有哪些?(电压传感器分流)

教师展示电压传感器的内阻r≈500kΩ ,误差很小,如果用一般的电压表误差就比较大。

五、实验演示。

用学生做实验的苹果电池和土豆电池跟一个数字电子钟串联起来,让数字电子钟正常工作。

    1、学生按照自己探究的测量方案进行实验,连接电路采集数据,并处理数据,培养学生的动手能力,提高学生的实验素养。

    2、引导学生分析实验误差,体验电压传感器的优点,适当选择实验器材。

实践与拓展

一、实践与拓展

    环保电池的研究和开发还要解决很多问题,例如电池的可持续性和经济效益等。同学们可以应用今天所学到的知识和方法继续研究环保电池。

2、引导学生关注能源和污染问题,培养学生的环保意识和保护资源的观念。

小结

一、引导学生小结

1、掌握测量原电池的电动势和内阻的方法。

2、经历探究测量方案的过程,掌握科学探究的基本方法。

3、在探究过程中遇到困难,我们要实事求是,分析原因,继续寻找更好的方法。

二、课后思考

1、如果我们要用伏安法测量电动势和内阻,我们需要改进什么器材?

2、除了用列方程组的方法来处理数据,还有什么方法?

1、引导学生从三维教学目标进行小结,在落实教学目标的同时体会探究的过程和方法。

2、让学生思考其它处理数据的方法。

 

九、板书设计

 


§10 测定电池的电动势和内阻

一、实验目的:测定电池的电动势和内阻

二、实验器材:

三、实验原理:闭合电路欧姆定律

四、实验方案:

1E=U+Ir(伏安法)    2、E=IR+Ir(安阻法)         3、(伏阻法)

 

课后思考。

 

 

测定电池的电动势和内阻实验报告

 

     小组  组长:            成员:                                      .

 

一、实验目的:                                       

 

二、你测量的电池是:                                

 

三、你选择的器材有:                                                           

 

四、实验原理:                                           

 

五、实验方案:

1、实验电路图:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2、连接电路,采集数据。

 

 

 

 

 

 

 

 

3、数据处理:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4、你测量的结果是:(        电池)E=               r=              

学生实验情况记录表

实验:测定电池的电动势和内阻

序号

组长

组员

被测电池

实验方案

实验操作

实验结果

其它情况

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

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