基于核心素養(yǎng)的實驗設(shè)計

任孝有

在學(xué)生對《測電源的電動勢和內(nèi)阻》預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，在實驗室完成分組實驗，具體環(huán)節(jié)如下。

環(huán)節(jié)一 創(chuàng)設(shè)情境 溫故知新

（1）觀察PPT上各種電池的圖片，標(biāo)出的如1.5V代表的是哪個物理量？

答：電動勢

（2）電源內(nèi)部有電阻，流過電源的電流跟內(nèi)阻、外阻和電動勢間存在什么關(guān)系？

（3）桌面上電池的電動勢多少？標(biāo)出來了嗎？

答：1.5V。

（4）真的是1.5V？

答：應(yīng)該是吧！？

（5）怎么確定是否為1.5V？

答：實際測量。

環(huán)節(jié)二 教師引領(lǐng)的粗略測量，使學(xué)生對電動勢和內(nèi)阻的大小形成初步印象。

（1）是否可以這樣測量電動勢？

答：可以吧（學(xué)生會有爭論）

（2）電壓表測量的是內(nèi)壓、外壓還是電動勢？

答：電壓表是一個會說話的大電阻，能夠說出自身兩端的電壓，是外壓， 不包含內(nèi)壓，所以測值小于電源的電動勢。

（3）那么是否可以這樣測量電動勢？

答：測量方式要結(jié)合實際的需求，如果允許的實驗誤差范圍較大，可以這樣粗測。

學(xué)生動手測量，注意用帶有香蕉頭的導(dǎo)線，將香蕉頭直接插入表的接線孔中。

（4）教師詢問各組的測量結(jié)果，并再次大聲說出，尋問哪些組測量的結(jié)果是1.5V？

答：大多是小于1.5V，也可能有等于1.5V的。

（5）測量結(jié)果低于1.5V，是忽略內(nèi)壓造成的，還是電動勢本身就是低于1.5V呢？少數(shù)測量結(jié)果等于1.5V，是電動勢大于1.5V，還是其他原因？

答：不好確定，暫且擱置。

（6）能粗測電動勢，能否粗測內(nèi)阻？

（7）是否可以這樣粗略測量內(nèi)阻？

用剛剛粗測的電動勢除以電流表的電流，因為電流表是一個會說話的小電阻，忽略它的電阻，就可以算出內(nèi)阻。

答：可以。

（8）電流過大怎么辦？

答：電流過大可以加保護(hù)電阻。

（9）桌面上有電阻嗎？（只有一個滑動變阻器）

答：用滑動變阻器。

（10）滑動變阻器接入的的阻值 已知嗎？

答：全阻值接入。

（11）好辦法！如果不加保護(hù)電阻，怎么辦？

答：電流過大可以選電流表的大量程。

（12）電源發(fā)熱怎么辦？怎么少發(fā)熱？想想焦耳定律，減少發(fā)熱的時間，怎么做到時間短？

答：試觸！

學(xué)生動手測量，要眼疾手快。教師詢問各組的測量結(jié)果，并再次大聲說出，總結(jié)測量結(jié)果大約為1歐。

這樣學(xué)生對電池內(nèi)阻的數(shù)值有了一個粗略的印象，下面結(jié)合課本進(jìn)行精確測量。

環(huán)節(jié)三 學(xué)生分組精確測量

明確實驗任務(wù)：利用桌面給定的器材（電流表、電壓表、滑動變阻器、開關(guān)各一個，導(dǎo)線若干），測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)電阻。要求盡量減小實驗誤差。思考設(shè)計什么樣的電路？根據(jù)什么原理？

1、實驗設(shè)計

（1）充分設(shè)計，畫出電路圖。

（2）引導(dǎo)回憶預(yù)習(xí)過的教材內(nèi)容，翻看課本，結(jié)合給定器材，找到思路。

（3）手機拍照投屏，學(xué)生講解為什么用書上的第一種伏安法，而不能用第二種伏阻法、第三種安阻法？

答：后兩種方法如果用，可以將滑動變阻器全阻值接入，通過銘牌可以看到是5歐，要實現(xiàn)多次測量可以按比例接入不同阻值，但誤差較大，所以不能用。

（4）板畫最終方案

（5）提問電流表能否這樣連接？

引導(dǎo)思考二者有什么不同？保留這個疑問，實驗時可以任選一種實驗電路，做的快的可以兩者都測。

2.實驗過程的注意事項

（6）電路連接

安全第一：電流正進(jìn)負(fù)出;閉合開關(guān)前滑動變阻器接入阻值最大。

（7）數(shù)據(jù)測量

為便于讀數(shù)，電流表指針壓線測量;減少發(fā)熱，動作要麻利，電流要小于0.5A。

（8）數(shù)據(jù)處理

示范說明公式計算繁瑣，圖象簡潔直觀，板畫U-I圖像，讀出電動勢，算出內(nèi)阻。

環(huán)節(jié)四 實踐操作

觀察指導(dǎo)各組操作并將畫完的圖線投屏，分析圖線畫的是否正確，對比各組的測量結(jié)果。

環(huán)節(jié)五 分享交流

（1）體會下次如何更好的使用坐標(biāo)紙？

答：縱坐標(biāo)不從零開始，而是設(shè)定為接近最小的電壓測量值的整數(shù)值。

（2）為什么畫成直線而不是折線？

答：根據(jù)U=E-Ir，實驗原理已經(jīng)告訴我們U-I圖線是一條直線。各點不完全在一條直線上，是因為測量時存在偶然誤差，因此我們畫線時穿過盡可能多的點，不能落在線上的點大致分布在線的兩側(cè)，就是在減少這個偶然誤差，相比公式法取平均值要簡潔得多。

環(huán)節(jié)六 實驗反思

（1）利用整體反饋數(shù)據(jù)，電動勢確實不是標(biāo)定的1.5V，說明了什么？

答：電動勢會改變。可以查閱資料，了解電動勢改變的原因。

（2）如何用excel軟件快速處理數(shù)據(jù)？

答：擬合數(shù)據(jù)，教師示范。

在具體實踐過程中，需要兩節(jié)45分鐘的課時完成本篇設(shè)計，學(xué)生能夠跟隨教師，深入思考，認(rèn)真實驗，探尋結(jié)果，發(fā)現(xiàn)問題，感受科學(xué)的研究過程。實驗中師生不斷提出物理問題，從簡單到復(fù)雜獲取和處理信息，對實驗過程和結(jié)果進(jìn)行了交流、評估、反思，幫助學(xué)生對實驗的各個環(huán)節(jié)充分體驗，進(jìn)而形成科學(xué)的思維習(xí)慣，達(dá)到了預(yù)期的目的。