基于核心素养的实验设计

任孝有

在学生对《测电源的电动势和内阻》预习的基础上，在实验室完成分组实验，具体环节如下。

环节一 创设情境 温故知新

（1）观察PPT上各种电池的图片，标出的如1.5V代表的是哪个物理量？

答：电动势

（2）电源内部有电阻，流过电源的电流跟内阻、外阻和电动势间存在什么关系？

（3）桌面上电池的电动势多少？标出来了吗？

答：1.5V。

（4）真的是1.5V？

答：应该是吧！？

（5）怎么确定是否为1.5V？

答：实际测量。

环节二 教师引领的粗略测量，使学生对电动势和内阻的大小形成初步印象。

（1）是否可以这样测量电动势？

答：可以吧（学生会有争论）

（2）电压表测量的是内压、外压还是电动势？

答：电压表是一个会说话的大电阻，能够说出自身两端的电压，是外压， 不包含内压，所以测值小于电源的电动势。

（3）那么是否可以这样测量电动势？

答：测量方式要结合实际的需求，如果允许的实验误差范围较大，可以这样粗测。

学生动手测量，注意用带有香蕉头的导线，将香蕉头直接插入表的接线孔中。

（4）教师询问各组的测量结果，并再次大声说出，寻问哪些组测量的结果是1.5V？

答：大多是小于1.5V，也可能有等于1.5V的。

（5）测量结果低于1.5V，是忽略内压造成的，还是电动势本身就是低于1.5V呢？少数测量结果等于1.5V，是電动势大于1.5V，还是其他原因？

答：不好确定，暂且搁置。

（6）能粗测电动势，能否粗测内阻？

（7）是否可以这样粗略测量内阻？

用刚刚粗测的电动势除以电流表的电流，因为电流表是一个会说话的小电阻，忽略它的电阻，就可以算出内阻。

答：可以。

（8）电流过大怎么办？

答：电流过大可以加保护电阻。

（9）桌面上有电阻吗？（只有一个滑动变阻器）

答：用滑动变阻器。

（10）滑动变阻器接入的的阻值 已知吗？

答：全阻值接入。

（11）好办法！如果不加保护电阻，怎么办？

答：电流过大可以选电流表的大量程。

（12）电源发热怎么办？怎么少发热？想想焦耳定律，减少发热的时间，怎么做到时间短？

答：试触！

学生动手测量，要眼疾手快。教师询问各组的测量结果，并再次大声说出，总结测量结果大约为1欧。

这样学生对电池内阻的数值有了一个粗略的印象，下面结合课本进行精确测量。

环节三 学生分组精确测量

明确实验任务：利用桌面给定的器材（电流表、电压表、滑动变阻器、开关各一个，导线若干），测定一节干电池的电动势和内电阻。要求尽量减小实验误差。思考设计什么样的电路？根据什么原理？

1、实验设计

（1）充分设计，画出电路图。

（2）引导回忆预习过的教材内容，翻看课本，结合给定器材，找到思路。

（3）手机拍照投屏，学生讲解为什么用书上的第一种伏安法，而不能用第二种伏阻法、第三种安阻法？

答：后两种方法如果用，可以将滑动变阻器全阻值接入，通过铭牌可以看到是5欧，要实现多次测量可以按比例接入不同阻值，但误差较大，所以不能用。

（4）板画最终方案

（5）提问电流表能否这样连接？

引导思考二者有什么不同？保留这个疑问，实验时可以任选一种实验电路，做的快的可以两者都测。

2.实验过程的注意事项

（6）电路连接

安全第一：电流正进负出;闭合开关前滑动变阻器接入阻值最大。

（7）数据测量

为便于读数，电流表指针压线测量;减少发热，动作要麻利，电流要小于0.5A。

（8）数据处理

示范说明公式计算繁琐，图象简洁直观，板画U-I图像，读出电动势，算出内阻。

环节四 实践操作

观察指导各组操作并将画完的图线投屏，分析图线画的是否正确，对比各组的测量结果。

环节五 分享交流

（1）体会下次如何更好的使用坐标纸？

答：纵坐标不从零开始，而是设定为接近最小的电压测量值的整数值。

（2）为什么画成直线而不是折线？

答：根据U=E-Ir，实验原理已经告诉我们U-I图线是一条直线。各点不完全在一条直线上，是因为测量时存在偶然误差，因此我们画线时穿过尽可能多的点，不能落在线上的点大致分布在线的两侧，就是在减少这个偶然误差，相比公式法取平均值要简洁得多。

环节六 实验反思

（1）利用整体反馈数据，电动势确实不是标定的1.5V，说明了什么？

答：电动势会改变。可以查阅资料，了解电动势改变的原因。

（2）如何用excel软件快速处理数据？

答：拟合数据，教师示范。

在具体实践过程中，需要两节45分钟的课时完成本篇设计，学生能够跟随教师，深入思考，认真实验，探寻结果，发现问题，感受科学的研究过程。实验中师生不断提出物理问题，从简单到复杂获取和处理信息，对实验过程和结果进行了交流、评估、反思，帮助学生对实验的各个环节充分体验，进而形成科学的思维习惯，达到了预期的目的。