時(shí)間：2023-05-30 10:37:03
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電源電動(dòng)勢(shì)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)勢(shì)；內(nèi)阻；方法；誤差
中圖分類(lèi)號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1002-7661（2014）10-266-02
測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻是電學(xué)部分一個(gè)很重要的實(shí)驗(yàn)，也是高考命題的熱點(diǎn)，對(duì)于該實(shí)驗(yàn)的測(cè)量方法，在參考各類(lèi)考題的基礎(chǔ)上，歸納整理了幾種常見(jiàn)類(lèi)型。
一、用一只電壓表和電流表測(cè)量
電路如圖1-1所示，設(shè)被測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，滑動(dòng)滑動(dòng)變阻器，得到不同阻值時(shí)對(duì)應(yīng)的電流表和電壓表示數(shù)分別為I1、U1和I2、U2，由閉合電路歐姆定律可得
解得
誤差：由于電壓表要分流，測(cè)量值小于真實(shí)值E測(cè)＜ E真、r測(cè)＜ r真。減小誤差的方法是盡量選用內(nèi)阻較大的電壓表。
圖像法處理
①將 轉(zhuǎn)化為 ，作出U-I圖像，
如圖1-2所示，此圖像:
縱軸截距=E
直線(xiàn)斜率=r
②將 轉(zhuǎn)化為 ，作出I-U圖像，
如圖1-3所示，此圖像:
橫軸截距=E
直線(xiàn)斜率的倒數(shù)=r
二、用兩只電流表測(cè)量
電路如圖2-1所示，利用已知內(nèi)阻的電流表來(lái)獲得路端電壓。設(shè)被測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，電流表A1內(nèi)阻為R。
當(dāng)s1閉合s2斷開(kāi)時(shí)，A1示數(shù)為I，由閉合電路歐姆定律可得
當(dāng)s1、s2都閉合時(shí)，A1示數(shù)為I1，A2示數(shù)為I2，由閉合電路歐姆定律可得
解得
此方法無(wú)系統(tǒng)誤差。
三、用兩只電壓表測(cè)量
電路如圖3-1所示，利用已知內(nèi)阻的電壓表來(lái)獲得電路電流。設(shè)被測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，電流表V1內(nèi)阻為R。
當(dāng)s1閉合s2斷開(kāi)時(shí)，V1示數(shù)為U1，V2示數(shù)為U2，由閉合電路歐姆定律可得
當(dāng)s1、s2都閉合時(shí)，V1示數(shù)為U，由閉合電路歐姆定律可得
解得
此方法無(wú)系統(tǒng)誤差。
四、用一只電流表和電阻箱測(cè)量
電路如圖4-1所示，設(shè)被測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，電流表A內(nèi)阻為RA。改變電阻箱的阻值，當(dāng)電阻箱的阻值為R1時(shí)，電流表示數(shù)為I1，當(dāng)電阻箱的阻值為R2時(shí)，電流表示數(shù)為I2，由閉合電路歐姆定律可得
解得
E=
r=
由上式可知電流表對(duì)電源電動(dòng)勢(shì)無(wú)影響，對(duì)內(nèi)阻有影響。若忽略電流表內(nèi)阻時(shí)，則有
E= r=
此種方法使得E測(cè)= E真、r測(cè)＞ r真。減小誤差的方法是盡量選用內(nèi)阻較小的電流表。
圖像法處理
①將 轉(zhuǎn)化為 ，作出R- 圖像，如圖4-2所示，此圖像:
直線(xiàn)斜率=E
縱軸截距- RA=r
計(jì)算出電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。
若忽略電流表內(nèi)阻時(shí)，則有 ，作出R- 圖像，
如圖4-3所示，此圖像:
直線(xiàn)斜率=E
縱軸截距=r
②將 轉(zhuǎn)化為 ，作出 -R圖像，
如圖4-4所示，此圖像:
直線(xiàn)斜率的倒數(shù)= E
縱軸截距=
計(jì)算出電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。
若忽略電流表內(nèi)阻時(shí)，則有 ，作出 -R圖像，
如圖4-5所示，此圖像：
直線(xiàn)斜率的倒數(shù)=電動(dòng)勢(shì)E
縱軸截距=
計(jì)算出電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。
五、用一只電壓表和電阻箱測(cè)量
電路如圖5-1所示，設(shè)被測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，電壓表V內(nèi)阻為RV。改變電阻箱的阻值，當(dāng)電阻箱的阻值為R1時(shí)，電流表示數(shù)為U1，當(dāng)電阻箱的阻值為R2時(shí)，電流表示數(shù)為U2，由閉合電路歐姆定律可得
解得
由上式可看出電壓表內(nèi)阻對(duì)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻都有影響。若電壓表內(nèi)阻無(wú)窮大，則有
此種方法使得E測(cè)＜E真、r測(cè)＜ r真。減小誤差的方法是盡量選用內(nèi)阻較大的電壓表。
圖像法處理
①將 轉(zhuǎn)化為 ，
作出 - 圖像，如圖5-2所示，此圖像:
直線(xiàn)斜率=縱軸截距=
計(jì)算出電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。
若電壓表內(nèi)阻無(wú)窮大，則有 ，作出 - 圖像，如圖5-3所示，此圖像:
直線(xiàn)斜率=
縱軸截距=
計(jì)算出電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。
②將 轉(zhuǎn)化為 ，
作出 - 圖像，如圖5-4所示，此圖像:
直線(xiàn)斜率=
縱軸截距=
計(jì)算出電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。
若電壓表內(nèi)阻無(wú)窮大，則有 ，
作出 - 圖像，如圖5-5所示，此圖像：
直線(xiàn)斜率=
縱軸截距=
計(jì)算出電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。
等效法亦稱(chēng)“等效替代法”，是科學(xué)研究中常用的思維方法之一.中學(xué)生可以這樣來(lái)理解電源和電阻的組合：一個(gè)實(shí)際的電源，就是一個(gè)（內(nèi)阻不計(jì)的）恒壓源和一個(gè)定值電阻的組合.當(dāng)需要的時(shí)候我們也可將一個(gè)電源和一個(gè)定值電阻構(gòu)成一個(gè)新的電源，其組成有兩種形式：
圖1
1．電源（電動(dòng)勢(shì)E、內(nèi)阻r）和一個(gè)定值電阻R串聯(lián)組成一個(gè)等效電源
根據(jù)閉合電路歐姆定律，當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí)，其路端電壓等于電動(dòng)勢(shì).我們就讓上面的組合電源的外電路斷開(kāi)，顯然此時(shí)它的路端電壓就是E，所以等效電源的等效電動(dòng)勢(shì)就是E1等=E；同理，當(dāng)外電路短路時(shí)，電路和電流達(dá)到最大，而電動(dòng)勢(shì)和最大電流的比值就是內(nèi)電阻，可以推得等效電源的內(nèi)電阻為r1=r+R.
圖2
2．電源（電動(dòng)勢(shì)E、內(nèi)阻r）和一個(gè)定值電阻R并聯(lián)組成一個(gè)等效電源
類(lèi)上，先讓外電路斷開(kāi)，等效電源的電壓就是R兩端的電壓，所以ER=E1等=RE（R+r）；再讓外電路短路，最大的放電電流為Er，所以等效電源的等效內(nèi)阻為r1=Rr（r+R）.
二、測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的原理、實(shí)驗(yàn)電路及誤
差分析
1．實(shí)驗(yàn)原理
根據(jù)閉合電路的歐姆定律，其方法有：
圖3 圖4
（1）如圖3，改變變阻器的阻值，從電流表、電壓表中讀出幾組U和I值.
由U=E-Ir，可得E=I1U2-I2U1I1-I2，r=U2-U1I1-I2.
（2）為了減小誤差，至少測(cè)出六組U和I值，且變化范圍要大些，然后在U-I圖中描點(diǎn)作圖.由圖線(xiàn)縱截距和斜率找出E和r(r=UI)，如圖4.
2．誤差分析
（1）在圖3中，因電壓表的分流作用使得A中所測(cè)電流小于電源的總電流而引起實(shí)驗(yàn)誤差.由電路分析得E=U1+(I1+U1Rv)r，E=U2+(I2+U2Rv)r.
由此可得電源的電動(dòng)勢(shì)和電阻的真實(shí)值.
E=I2U1-I1U2(I2-I1)-U1-U2Rv；
r=U1-U2(I2-I1)-U1-U2Rv.
ε真>E測(cè)；r真>r測(cè).
（2）用圖象法定性地分析電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量值與真實(shí)值的大小關(guān)系.對(duì)于一個(gè) 閉合電路，其電源的輸出特性曲線(xiàn)（即U-I）的縱截距即為電源的電動(dòng)勢(shì)、斜率的絕對(duì)值即為電源的內(nèi)電組.采用甲圖電壓表測(cè)得確實(shí)為電源的輸出電壓，而電流表測(cè)得電流即實(shí)驗(yàn)中干路電流比實(shí)際干路電流要小，故反映在同一U-I圖線(xiàn)中，對(duì)應(yīng)的同一值，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)在真實(shí)點(diǎn)的左方，當(dāng)理想情況時(shí)，電壓表的分流對(duì)干路電流無(wú)影響，即實(shí)驗(yàn)圖線(xiàn)與實(shí)際圖線(xiàn)在橫軸上截距相同.
三、用等效電源的思想對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行誤差分析
圖5
用等效電源的觀點(diǎn)來(lái)分析實(shí)驗(yàn)誤差，學(xué)生比較容易理解.其方法如下：
1 理論計(jì)算法
根據(jù)閉合電路歐姆定律E=U+Ir，兩次測(cè)量方程為 E測(cè)=U1+I1r測(cè)，E測(cè)=U2+I2r測(cè)，解得E測(cè)=，r測(cè)=
若采用圖1電路測(cè)量時(shí)，考慮電流表和電壓表的內(nèi)阻，應(yīng)用閉合電路歐姆定律有E真=U1+（I1+）r真， E真 =U2+(I2+)r真，E真、r真為電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的真實(shí)值，解得E真=，r真=，比較E測(cè)、E真，r測(cè)、r真得E測(cè)＜E真， r測(cè)＜r真，用圖1電路測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，E測(cè)偏小，r測(cè)偏小
若采用圖2電路時(shí)，考濾電流表和電壓表的內(nèi)阻，應(yīng)用閉合電路歐姆定律有：E真=U1+I1r真+I1RA ，E真=U2+I2r真+I2RA，解得E真=， r真= ，比較E測(cè)、E真、r測(cè)、r真可知；E測(cè)=E真，r測(cè)＞r真，即用圖2電路測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻時(shí)，電動(dòng)勢(shì)無(wú)系統(tǒng)誤差，r測(cè)偏大。
2 圖象修正法
2．1 用圖1電路測(cè)量，用測(cè)量值作U-I圖象，如圖3所示，從圖象上可以求出E測(cè)、r測(cè)，縱軸截距即為E測(cè)，r測(cè)=，外壓為0時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流為短路電流，或r測(cè)=（K為斜率）。圖1中電壓表的示數(shù)表示外壓的真實(shí)值，而電流表的示數(shù)不是電源的真實(shí)電流。（I電源=I測(cè)+I伏），在U-I圖象中取測(cè)量電壓U測(cè)1，測(cè)量電流I測(cè)1，即圖4中A點(diǎn)，如圖4，相對(duì)應(yīng)的實(shí)際外壓U1=U測(cè)1,實(shí)際電流I1＞I測(cè)1，在A點(diǎn)右邊，即圖4中A′點(diǎn)，I1=I1-I測(cè)1=IV ，I1為電源的實(shí)際電流與電流表示數(shù)的差值；取測(cè)量電壓U測(cè)2，（U測(cè)2＜U測(cè)1），測(cè)量電流I測(cè)2,即圖中B點(diǎn)，相對(duì)應(yīng)的實(shí)際外壓U2=U測(cè)2，實(shí)際電流I2＞I測(cè)2，在B點(diǎn)右邊即圖4中B′點(diǎn)，I2=I2-I測(cè)2= IV，I2為電源的實(shí)際電流與電流表示數(shù)的差值。連接A′B′，即為U―I的真實(shí)值圖線(xiàn)。
問(wèn)題1：A′B′與AB是否平行？若不平行，是圖5中的圖線(xiàn)I還是Ⅱ？
當(dāng)外壓減小時(shí)，通過(guò)伏特表的電流IV=也隨著減小，因而I2＜I1，即圖4中BB′＜AA′，因而是圖線(xiàn)Ⅰ、而不是Ⅱ，當(dāng)外壓減為0時(shí)，IV=0，I測(cè)=I真，U-I的測(cè)量值圖線(xiàn)與真實(shí)值圖線(xiàn)在橫軸上相交（外壓為0），如圖6所示。圖6中實(shí)線(xiàn)為測(cè)量值圖線(xiàn)，虛線(xiàn)為真實(shí)值圖線(xiàn)，由圖可知E測(cè)＜E真；r測(cè)=，r真=，r測(cè)＜r真。
2．2 用圖2電路測(cè)量，用測(cè)量值作U-I圖象，形同圖3所示，也可從圖象上求出E測(cè)、r測(cè)。圖2中電流表示數(shù)為電源電流的真實(shí)值，電壓表示數(shù)不是外壓的真實(shí)值，U測(cè)+UA=U真，外壓的測(cè)量值偏小。在U-I圖象中取測(cè)量電流I測(cè)3,測(cè)量電壓U測(cè) 3即圖中的C點(diǎn)，如圖7，相對(duì)應(yīng)的實(shí)際電流I3=I測(cè)3，實(shí)際外壓U3＞U測(cè)3,在C點(diǎn)上方即圖7中C′點(diǎn)，U3=U3-U測(cè)3 =I3RA，U3為實(shí)際外壓與電壓表示數(shù)的差值；取測(cè)量電流I測(cè)4（I測(cè)4＜I測(cè)3），測(cè)量電壓U測(cè)4，即圖中D點(diǎn)，相對(duì)應(yīng)的真實(shí)電流I4=I測(cè)4，實(shí)際外壓U4＞U測(cè)4，在D點(diǎn)上方D′點(diǎn)，U4=U4-U測(cè)4=I4RA，U4為實(shí)際外壓與電壓表示數(shù)的差值。連C′D′，即為U-I的真實(shí)值圖線(xiàn)。
問(wèn)題2：C′D′與CD是否平行？若不平行，是圖8中的圖線(xiàn)Ⅲ還是Ⅳ？
當(dāng)電流減小時(shí)，電流表上的電壓UA=IARA也隨著減小，U4＜U3，即圖7中的DD′＜CC′，因而是圖線(xiàn)Ⅳ而不是Ⅲ。當(dāng)電流Ⅰ減少0時(shí)，U=IRA=0，U-I的測(cè)量值圖線(xiàn)與真實(shí)值圖線(xiàn)在縱軸上相交，如圖9，圖中實(shí)線(xiàn)為測(cè)量值圖線(xiàn)，虛線(xiàn)為真實(shí)值圖線(xiàn)，由圖可知E測(cè)=E真，r測(cè)＞r真。
3 等效處理法
3．1 用圖1電路測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和電阻，可以看作是測(cè)伏特表和電源并聯(lián)的等效電阻，因而測(cè)量值偏小，即r測(cè)＜r真，由于E=U+Ir，I測(cè)量值比電源的真實(shí)電流偏小，外壓為真實(shí)值，知電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值也偏小。E測(cè) ＜E真、r測(cè)＜r真。
3．2 用圖2電路測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，可以看成是把電流表電阻放入電源內(nèi)部，r測(cè)就是電流表與電源的串聯(lián)電阻，r測(cè)=r+rA，因而r測(cè)偏大。把電流表看作放入電源內(nèi)部后，伏特表示數(shù)就為真實(shí)外壓。
一、測(cè)量原理、電路及系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因
測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的原理是閉合電路歐姆定律，常見(jiàn)的測(cè)量電路有兩種，如圖1、2所示，
由閉合電路歐姆定律可得：
E=U1+I1r ①E=U2+I2r ② 解得：E= ③r= ④
公式①②中電壓是路端電壓，電流是總電流。由于電表存在內(nèi)阻，圖1中電流表存在分壓，電壓表所測(cè)并非路端電壓，電壓表所測(cè)電壓小于路端電壓；圖2中由于電壓表存在分流，電流表所測(cè)并非總電流，電流表所測(cè)電流小于總電流。因此，利用③④式所測(cè)得電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻存在系統(tǒng)誤差。
二、分析誤差的方法
1.公式法
因?yàn)楣舰佗谥形纯紤]電表的內(nèi)阻從而造成誤差，所以只要考慮電表內(nèi)阻，利用閉合電路歐姆定律就可以求出電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻理論上的準(zhǔn)確值，再與③④式中E和r進(jìn)行比較，即可判斷系統(tǒng)誤差是偏大還是偏小。考慮到電表內(nèi)阻，對(duì)于圖1由閉合電路歐姆定律可得：
E0=U1+I1（r0+RA）E0=U2+I2（r0+RA）
解得：E0==Er0==-RA
可見(jiàn)，電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值等于真實(shí)值，而內(nèi)阻的測(cè)量值大于真實(shí)值。
對(duì)于圖2，同理可得：
E0=U1+I1+？搖r0E0=U2+I2+？搖r0
解得：E0=>Er0=>r
可見(jiàn)，電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量值都小于真實(shí)值。
在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該采取哪種電路進(jìn)行測(cè)量呢？實(shí)際中電流表的內(nèi)阻和電池內(nèi)阻比較相近，而電壓表的內(nèi)阻通常較大，所以實(shí)驗(yàn)中采取電路圖2誤差較小。
2.圖象法
對(duì)于電路圖1，由于實(shí)際所測(cè)的電壓U小于真實(shí)路端電壓U0，而且在斷路狀態(tài)下U=U0，所以真實(shí)反應(yīng)電源的U-I圖線(xiàn)如圖3中的虛線(xiàn)，據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)做出實(shí)際U-I圖線(xiàn)如圖3中的實(shí)線(xiàn)。
由數(shù)學(xué)知識(shí)可知，圖象中直線(xiàn)的斜率絕對(duì)值表示內(nèi)阻，縱軸截距表示電動(dòng)勢(shì)，由圖3中圖線(xiàn)可以很直觀地看出E=E0，r>r0。
對(duì)于電路圖2，由于實(shí)際所測(cè)的電流I小于真實(shí)電流I0，而且在短路狀態(tài)下I=I0，所以真實(shí)反應(yīng)電源的U-I圖線(xiàn)如圖4中的虛線(xiàn)，據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)做出實(shí)際U-I圖線(xiàn)如圖4中的實(shí)線(xiàn)。
由圖線(xiàn)斜率絕對(duì)值及縱軸截距的物理意義，可以很直觀地看出E
3.等效電源法
由戴維南定量可知，任何線(xiàn)性含源二端網(wǎng)絡(luò)均可等效為一個(gè)電源，等效電源的電動(dòng)勢(shì)等于二端網(wǎng)絡(luò)斷路時(shí)兩端電壓，等效電源內(nèi)阻等于除去電動(dòng)勢(shì)兩端的電阻。
若認(rèn)為公式①②中的電壓是路端電壓，電流是總電流，對(duì)圖1而言，則公式③④中E和r表示的是圖1虛線(xiàn)框內(nèi)等效電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。當(dāng)虛線(xiàn)框與外電路斷開(kāi)時(shí)，電流表中沒(méi)有電流，兩端電壓E=E0，兩端電阻r=r0+RA>r0。可見(jiàn)，電動(dòng)勢(shì)測(cè)量無(wú)系統(tǒng)誤差，而內(nèi)阻的測(cè)量值偏大，要想減小誤差只能減小電流表的內(nèi)阻，但在實(shí)驗(yàn)室很難使其內(nèi)阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電池內(nèi)阻，所以實(shí)驗(yàn)中一般不選取圖1進(jìn)行測(cè)量。
若認(rèn)為公式①②中的電壓是路端電壓，電流是總電流，對(duì)圖2而言，則公式③④中E和r表示的是圖2虛線(xiàn)框內(nèi)等效電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。當(dāng)虛線(xiàn)框與外電路斷開(kāi)時(shí)，電壓表中有電流通過(guò)，其兩端電壓E=E0和E0=E>E；兩端電阻為：
r=，r0==>r。
可見(jiàn)，電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量均存在系統(tǒng)誤差，均小于真實(shí)值。若要減小誤差，應(yīng)使電壓表的電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電池的電阻，實(shí)驗(yàn)中是很容易做到的。所以，實(shí)驗(yàn)中通常采取圖2電路。
例：利用下圖電路測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，試分析所測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻系統(tǒng)誤差。
解：圖5實(shí)驗(yàn)原理是E=U1+rE=U2+r
由于電壓表的分流作用，實(shí)驗(yàn)中存在系統(tǒng)誤差。由實(shí)驗(yàn)原理可知，所測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)際是虛線(xiàn)框內(nèi)等效電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。由等效電壓源法可知，所測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻均小于真實(shí)值。
圖6實(shí)驗(yàn)原理是：
E=I1（r+R1）E=I2（r+R2）
1結(jié)合三維教學(xué)目標(biāo)，理順表現(xiàn)性評(píng)價(jià)標(biāo)的
（1）通過(guò)小組討論，學(xué)生設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，并對(duì)方案做出評(píng)估；
（2）學(xué)生要有意識(shí)地控制變量，正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作；
（3）科學(xué)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行自我評(píng)估和反思總結(jié).
2實(shí)驗(yàn)教學(xué)中表現(xiàn)性評(píng)價(jià)方式的選擇及具體實(shí)施
表現(xiàn)性評(píng)價(jià)方式，可以根據(jù)實(shí)際教學(xué)內(nèi)容作機(jī)動(dòng)實(shí)施.在分組實(shí)驗(yàn)前，可以選擇設(shè)計(jì)問(wèn)卷作答及針對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的PTA量表；然后在實(shí)驗(yàn)操作階段再發(fā)放預(yù)先設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)操作檢查表及軼事記錄表；最后在實(shí)驗(yàn)總結(jié)階段發(fā)放實(shí)驗(yàn)報(bào)告PTA量表與總結(jié)性評(píng)價(jià)表.評(píng)價(jià)填寫(xiě)“優(yōu)、良、合格”三個(gè)等級(jí).通過(guò)學(xué)生自己評(píng)價(jià)，學(xué)生間互相評(píng)價(jià)，教師評(píng)價(jià)，來(lái)正確引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，評(píng)估學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?
3表現(xiàn)性評(píng)價(jià)具體實(shí)施
3.1實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備
實(shí)驗(yàn)課前幾天，向?qū)W生發(fā)放實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)表格，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)PTA量表.學(xué)生填寫(xiě)完后上交，老師根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)的方案和自我評(píng)價(jià)和互評(píng)，對(duì)學(xué)生分析設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，提出改進(jìn)建議，確立合理的實(shí)驗(yàn)方案.
3.1.1實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)表
傳統(tǒng)分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般都是讓學(xué)生課前自行預(yù)習(xí)，上課老師再花幾分鐘時(shí)間講解一下實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃怼⑦^(guò)程、注意事項(xiàng)等內(nèi)容.對(duì)學(xué)生預(yù)習(xí)的結(jié)果一般不太檢查，這就導(dǎo)致不少同學(xué)不預(yù)習(xí)，同時(shí)自行預(yù)習(xí)還帶來(lái)學(xué)習(xí)的盲目性，預(yù)習(xí)不充分.如要預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的哪些部分，哪些問(wèn)題我們實(shí)驗(yàn)前應(yīng)該仔細(xì)分析考慮的等等.向?qū)W生發(fā)放實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)表和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)PTA量表有利于促進(jìn)學(xué)生預(yù)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生如何預(yù)習(xí)，完善傳統(tǒng)分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，監(jiān)控和跟蹤學(xué)生的高級(jí)思維過(guò)程，激發(fā)創(chuàng)造性思維，增強(qiáng)學(xué)生自我評(píng)價(jià)意識(shí)和能力.以小組討論形式進(jìn)行提高學(xué)生合作互助精神，在討論中進(jìn)行思維的爭(zhēng)辯，共同提高.課前預(yù)習(xí)充分，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)操作做好準(zhǔn)備，避免操作的盲目性，提高實(shí)驗(yàn)操作效率和正確性.也同時(shí)優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu)[TP9GW77.TIF，Y#]，避免教師在操作前花費(fèi)大量時(shí)間講解，學(xué)生邊撥弄器材邊聽(tīng)講的低效率情況發(fā)生.
3.1.3匯總學(xué)生的不同實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，教師點(diǎn)評(píng)可行性，誤差分析，確定最佳測(cè)量方案（電路圖）如圖1.
3.2實(shí)驗(yàn)操作階段
一、正確認(rèn)識(shí)電源電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)
電源電動(dòng)勢(shì)是描述電源性質(zhì)的重要物理量，因此掌握好電動(dòng)勢(shì)這一重要概念是學(xué)好電源知識(shí)的關(guān)鍵。在電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的過(guò)程中，要牢固的掌握什么是非電場(chǎng)力及非電場(chǎng)力所做的功。電荷移動(dòng)時(shí)所需要的力可以是電場(chǎng)力、化學(xué)力和磁力。所謂非電場(chǎng)力，主要是指化學(xué)力和磁力。化學(xué)力對(duì)大家來(lái)說(shuō)并不生疏，只要在電路中遇到干電池、蓄電池，一定就會(huì)想到它是電源，且有化學(xué)力存在。可是，對(duì)磁力來(lái)說(shuō)，盡管在電磁感應(yīng)中見(jiàn)的較多，但學(xué)生往往忽略了它是電源，因此沒(méi)有把磁力和電源內(nèi)的非電場(chǎng)力聯(lián)系起來(lái)。
例如，當(dāng)一根導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中做切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)兩端要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如果和其他導(dǎo)線(xiàn)聯(lián)成閉合回路，就要產(chǎn)生感應(yīng)電流。切割磁力線(xiàn)的這一段導(dǎo)線(xiàn)就是一個(gè)電源，導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)的自由電子受磁力的作用而移動(dòng)。就是這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，因?yàn)橛械耐瑢W(xué)不能把它和電源聯(lián)系起來(lái)，所以與電源有關(guān)的問(wèn)題，像導(dǎo)線(xiàn)中的電流方向如何，導(dǎo)線(xiàn)兩端的電動(dòng)勢(shì)哪一端高等就不能很好解決。如果把這段導(dǎo)線(xiàn)看成電源，在電源內(nèi)部電流是從低電勢(shì)流向高電勢(shì)。這樣就可以得出電流的方向，電勢(shì)的高低。
電源的電動(dòng)勢(shì)是和非電場(chǎng)力的做功密切聯(lián)系，在電源的內(nèi)部，非電場(chǎng)力把正電荷從負(fù)極板移到正極板時(shí)要對(duì)電荷做功，這個(gè)做功的過(guò)程是產(chǎn)生電源電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)。非電場(chǎng)力所做的功，反映了其它形式的能量有多少變成了電能，因此，在電源內(nèi)部非電場(chǎng)力做功的過(guò)程是能量相互轉(zhuǎn)換的過(guò)程。電源的電動(dòng)勢(shì)正是從這里定義的，即非電場(chǎng)力把正電荷從負(fù)極移到正極所做的功與該電荷電量的比值，稱(chēng)電源的電動(dòng)勢(shì)。用公式表示為：ε=W/q。根據(jù)公式可以知道電動(dòng)勢(shì)的物理意義：在電源內(nèi)部，非電場(chǎng)力把單位正電荷從負(fù)極移動(dòng)到正極時(shí)所做的功。
二、嚴(yán)格區(qū)分電動(dòng)勢(shì)與電壓
電動(dòng)勢(shì)與電壓是最容易混淆的兩個(gè)概念，因此嚴(yán)格區(qū)分這兩個(gè)物理量是非常重要的。前面已經(jīng)講過(guò)，電動(dòng)勢(shì)是表示非電場(chǎng)力把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極所做的功。而電壓則表示電場(chǎng)力把單位正電荷從電場(chǎng)中的某一點(diǎn)經(jīng)任意路徑移到另一點(diǎn)所做的功，它們是完全不同的兩個(gè)概念。這一點(diǎn)弄清楚了，對(duì)于電源的端電壓、內(nèi)電壓與電動(dòng)勢(shì)的區(qū)別也就容易搞清了。
電源的路端電壓是指電源加在外電路兩端的電壓，是指電場(chǎng)力把單位正電荷從正極經(jīng)外電路移到負(fù)極所做的功。電源的電動(dòng)勢(shì)對(duì)一個(gè)固定電源來(lái)說(shuō)是不變的，而電源的端電壓卻是隨外電路的負(fù)載而變化的。它的變化規(guī)律服從全電路歐姆定律。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：U=ε-Ir。其中Ir項(xiàng)為電源的內(nèi)電壓，也叫內(nèi)壓降，它的物理過(guò)程雖然也發(fā)生在電源內(nèi)部，但與電動(dòng)勢(shì)的意義不同，它是由電場(chǎng)力所引起的，在電源內(nèi)部起著消耗非電場(chǎng)力所做功的作用。對(duì)一個(gè)固定的電源來(lái)說(shuō)，它的內(nèi)阻是不變的，但通過(guò)電源的電流是隨外電路而變化的，因此內(nèi)電壓也是一個(gè)隨外電路而變化的量。
這里需要注意的是，往往有的同學(xué)不理解把伏特計(jì)接在電源兩端時(shí)，為什么測(cè)的是電源的端電壓而不是內(nèi)電壓。這里只要把伏特計(jì)理解為外電路就可以解決了，它相當(dāng)于和外電路并聯(lián)的電路，所以其電壓應(yīng)等于外電路兩端的電壓。
有的同學(xué)認(rèn)為電源的電動(dòng)勢(shì)一定大于電源的端電壓，這是一個(gè)不正確的結(jié)論，他忽略了電源被充電時(shí)的情況。當(dāng)電源被充電時(shí)，電動(dòng)勢(shì)在電路中是反電動(dòng)勢(shì)，這時(shí)電源兩端的端電壓大于電源的電動(dòng)勢(shì)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：U=ε+Ir。同樣的道理，當(dāng)電源被充電時(shí)，電源內(nèi)部的電流是從高電勢(shì)流向低電勢(shì)。因此，在電源內(nèi)部電流總是由低電勢(shì)流向高電勢(shì)的說(shuō)法也是不正確的。
三、正確理解電源的功率
電源的功率是指電源工作時(shí)的全部電功率，即電源的電動(dòng)勢(shì)與通過(guò)電源的電流之乘積，P=εI。有些同學(xué)認(rèn)為這個(gè)功率對(duì)一個(gè)固定電源來(lái)說(shuō)是恒量，這是不對(duì)的。因?yàn)殡娏鱅是隨外電路而變化的，所以εI也是隨外電路而變化的。但是，對(duì)于一個(gè)固定電源來(lái)說(shuō)，它所承擔(dān)的最大電流是有限度的，這個(gè)最大電流稱(chēng)為電源的額定電流。超過(guò)電源的額定電流，電源就可能燒壞。對(duì)應(yīng)額定電流，電源有一個(gè)額定功率，它是額定電流與電動(dòng)勢(shì)的乘積，這是一個(gè)不變的量。在應(yīng)用中，電源的實(shí)際功率要小于其額定功率。如果把額定功率誤認(rèn)為實(shí)際功率，就會(huì)產(chǎn)生電源在使用時(shí)功率不變的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。
【關(guān)鍵詞】電位差計(jì) 補(bǔ)償法 不確定度 定標(biāo)
為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代的計(jì)算方法與各大高校相接軌―不確定度的計(jì)算方式，同時(shí)提高誤差的準(zhǔn)確度機(jī)器精確度，所以必須改進(jìn)原有的測(cè)量方式。
電位差計(jì)原來(lái)的測(cè)量方式由5次定標(biāo)然后5次測(cè)量出Lx，定標(biāo)值U0為0.200V/m，其中Lx為電位差計(jì)電阻絲的長(zhǎng)度。但此種測(cè)量方式多被學(xué)生曲解，他們認(rèn)為只是一次定標(biāo)，讀出5個(gè)不同的數(shù)值就草草完事。所以考慮改進(jìn)，首先想到電位差的定標(biāo)操作方式都是相同的，就從檢流計(jì)入手，讀數(shù)的時(shí)候改變或者說(shuō)依次減小檢流計(jì)的檔位，這樣既保證多次測(cè)量又能逐級(jí)測(cè)量的精確度，但問(wèn)題是檢流計(jì)的不確定度的計(jì)算不是學(xué)生三個(gè)課時(shí)能完成的，所以進(jìn)行第二次測(cè)量方式的改進(jìn)。
1 用電位差計(jì)測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)的原理
1.1 補(bǔ)償法原理
用電壓表測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)，其實(shí)測(cè)量結(jié)果是端電壓，不是電動(dòng)勢(shì)。
因?yàn)閷㈦妷罕聿⒙?lián)到電源兩端，就有電流I通過(guò)電源的內(nèi)部。由于電源有內(nèi)阻r，在電源內(nèi)部不可避免地存在電位降Ir，因而電壓表的指示值只是電源的端電壓U=Ex-Ir的大小，它小于電動(dòng)勢(shì)。顯然，只有當(dāng)Ir=0時(shí)，電源的端電壓U才等于其電動(dòng)勢(shì)Ex。
在圖1所示的電路中，Ex是待測(cè)電源，E0是電動(dòng)勢(shì)可調(diào)的電源，Ex與E0通過(guò)檢流計(jì)并聯(lián)在一起。當(dāng)調(diào)節(jié)E0的大小至檢流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，即電路中沒(méi)有電流時(shí)，兩個(gè)電源在回路中互為補(bǔ)償，它們的電動(dòng)勢(shì)大小相等，方向相反，即Ex=-E0，電路達(dá)到平衡。若已知平衡狀態(tài)下E0的大小，就可以確定Ex的值。這種測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)的方法，叫做補(bǔ)償法。
實(shí)驗(yàn)上利用線(xiàn)式電位差計(jì)測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)，是通過(guò)兩次比較實(shí)現(xiàn)測(cè)量目的的，可以分別稱(chēng)作定標(biāo)和測(cè)量，下面予以說(shuō)明。
1.2 定標(biāo)
電位差計(jì)的測(cè)量原理如圖2所示，單位長(zhǎng)度上的電壓降
，其中，L0為此時(shí)CD的長(zhǎng)度。假如測(cè)量者要求每米電阻絲上的電壓降0.2（V/m）（運(yùn)算中作常數(shù)處理），則可計(jì)算出CD的長(zhǎng)度
，確定了CD的長(zhǎng)度后，通過(guò)調(diào)節(jié)Rn使檢流計(jì)中無(wú)電流通過(guò)，即調(diào)節(jié)好工作電壓（或工作電流）。
2 測(cè)量方式的改進(jìn)
定標(biāo)原來(lái)是一個(gè)定標(biāo)值U0=0.200 V/m， 五次測(cè)量，現(xiàn)改成2個(gè)分別為0.200 V/m和0.220 V/m的定標(biāo)值，測(cè)量次數(shù)為四次。
2.1 對(duì)比改進(jìn)前后的測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)的表格及其參數(shù)
2.1.1 改進(jìn)前
按照標(biāo)準(zhǔn)飽和電池Es=1.0186V計(jì)算，電位差計(jì)的定標(biāo)長(zhǎng)度
=5.093m。
表1：改進(jìn)前測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)的表格
項(xiàng)目
次數(shù) 1 2 3 4 5 平均
Lx
2.1.2 改進(jìn)后
電位差計(jì)的定標(biāo)長(zhǎng)度由原來(lái)的5.093m，變成兩個(gè)定標(biāo)長(zhǎng)度5.093m和4.630m。
3 對(duì)比改進(jìn)前后的計(jì)算方法
3.1 改進(jìn)前的計(jì)算方法
待測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)絕對(duì)誤差：
，；
待測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)相對(duì)誤差：
；
待測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式：（V）。
3.2 改進(jìn)后的計(jì)算方法
待測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)相對(duì)不確定度的計(jì)算：
，其中
（m2），
（m2）（t取2.78，n=3），
（m2），
（m2），
（V），（V）
故
待測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)不確定度：
=（V）
待測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式：
（V）
4 結(jié)論
課堂結(jié)果證明，改進(jìn)前相對(duì)誤差Er的數(shù)值基本都在10%～0.01%之間，但改進(jìn)后相對(duì)不確定度Ur的數(shù)值基本都在1%～0.001%之間，這樣改進(jìn)的測(cè)量方法改善了原來(lái)測(cè)量情況下的弊端。不確定的計(jì)算是主要以表格二為基準(zhǔn)，這樣即可以驗(yàn)證測(cè)量的準(zhǔn)確度又去除檢流計(jì)時(shí)帶來(lái)的影響，課時(shí)上也比較合理，去除了學(xué)生的惰性，合乎不確定度的計(jì)算要求。
參考文獻(xiàn)
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[3]謝行恕，康士秀，霍劍青.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，第二冊(cè)[M].北京：高等教育出版社，2001（06）.
【關(guān)鍵詞】電動(dòng)勢(shì)，誤差分析，電路選擇
【正文】
本實(shí)驗(yàn)是高中物理中的一個(gè)極其重要的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟粌H僅是教會(huì)學(xué)生一種測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的方法，更重要的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)更好地理解電動(dòng)勢(shì)這一概念。
我們知道電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻不能直接進(jìn)行測(cè)量，但電源接入電路中，路端電壓和干路電流確是可以測(cè)量的，如果我們可以建立路端電壓和電流與電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻之間的聯(lián)系，那么問(wèn)題就迎刃而解了。這讓我們想到了閉合電路歐姆定律，即 ，可推出 在實(shí)驗(yàn)操作中可以調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，得到多組U、I值，進(jìn)而可采用平均值法或U―I圖像法以減少實(shí)驗(yàn)中的偶然誤差。然而實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的系統(tǒng)誤差卻是不可避免的，下面我們就來(lái)根據(jù)測(cè)量電路進(jìn)行誤差分析及電路選擇。
在用電流表和電壓表測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻時(shí)，有電流表外接和內(nèi)接兩種情況，下面我們將逐一分析。
1、 采用甲電路
分析如下：首先設(shè)電流表內(nèi)阻為RA，電壓表內(nèi)阻為RV，由閉合電路歐姆定律得
由以上分析還可以知道，要減小誤差，所選擇的電流表內(nèi)阻應(yīng)適當(dāng)小些，而電源內(nèi)阻大些，使得r>>RA。因此甲電路適宜測(cè)量水果電池、太陽(yáng)能電池板等大內(nèi)阻電源。
我們對(duì)甲電路的接法還可以這樣理解：因?yàn)橐獪y(cè)電源的內(nèi)阻，所以對(duì)電源來(lái)說(shuō)用的是電流表內(nèi)接法。
2、 采用乙電路
分析如下：同樣考慮電流表和電壓表的內(nèi)阻，由閉合電路歐姆定律得
由以上分析還可以知道，要減小誤差，所選擇的電壓表內(nèi)阻應(yīng)適當(dāng)大些，而電源內(nèi)阻小些，使得r
同樣，對(duì)乙電路的接法也可以這樣理解：因?yàn)橐獪y(cè)電源的內(nèi)阻，所以對(duì)電源來(lái)說(shuō)用的是電流表外接法。
綜上，相對(duì)于待測(cè)電阻而言，大電阻用電流表內(nèi)接法來(lái)測(cè)量，小電阻用電流表外接法來(lái)測(cè)量，即“大內(nèi)小外”。（但要知道r、RV、RA的大致阻值）
例1、已知太陽(yáng)能電池組的電動(dòng)勢(shì)約為8v，短路電流約為4mA。為精確測(cè)量出它的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，除導(dǎo)線(xiàn)和開(kāi)關(guān)外，還備有下列器材：
A.電流表：量程5mA，內(nèi)阻約為10Ω
B.電流表：量程20mA，內(nèi)阻約為40Ω
C.電壓表：量程5.0V，內(nèi)阻約為5kΩ
D.電壓表：量程15 V，內(nèi)阻約為15kΩ
E.滑動(dòng)變阻器：0～4kΩ
F.滑動(dòng)變阻器：0～40kΩ
（1）為使實(shí)驗(yàn)盡可能方便、準(zhǔn)確，請(qǐng)選擇器材：____________________
（2）畫(huà)電路圖
（3）E真_______E測(cè)， r真________r測(cè)
點(diǎn)撥：由 可得，r=2000Ω，即大內(nèi)阻電源，因此電流表相對(duì)待測(cè)電阻內(nèi)接。如圖甲所示，結(jié)論與甲電路分析一致。
例2、某同學(xué)用伏安法測(cè)一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，現(xiàn)備有下列器材：
A.被測(cè)干電池一節(jié) E.電壓表：量程0～15 V，內(nèi)阻未知
B.電流表：量程0～0.6 A，內(nèi)阻為0.1 Ω F.滑動(dòng)變阻器：0～10 Ω，2 A
C.電流表：量程0～3 A，內(nèi)阻為0.024 Ω G.滑動(dòng)變阻器：0～100 Ω，1 A
D.電壓表：量程0～3 V，內(nèi)阻未知 H.開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)若干
伏安法測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，由于電流表和電壓表內(nèi)阻的影響，測(cè)量結(jié)果存在系統(tǒng)誤差.在現(xiàn)有器材的條件下，要盡可能準(zhǔn)確地測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.
（1）在上述器材中請(qǐng)選擇適當(dāng)?shù)钠鞑模篲_______（填寫(xiě)選項(xiàng)前的字母）；
（2）在圖（a）方框中畫(huà)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路圖；
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)中電流表和電壓表的示數(shù)得到了如圖（b）所示的U-I圖象，則在修正了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差后，干電池的電動(dòng)勢(shì)E=________ V，內(nèi)電阻r=________ Ω.
答案：（1）ABDFH
（2）如圖甲所示：
（3）1.5； 0.9
注意：電流表或電壓表會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)系統(tǒng)誤差，因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)要盡量避免或減少電流表或電壓表帶來(lái)的系統(tǒng)誤差。
綜上兩種測(cè)量方法均是在已經(jīng)知道電源的U-I圖像的物理意義的前提下，從圖像中得到電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的值的方法。這種分析歸納法也是自己在教學(xué)過(guò)程中的一種沉淀和結(jié)晶，希望能對(duì)各位物理教師有所啟迪和幫助。
【關(guān)鍵詞】 電源；外特性曲線(xiàn)；圖象；物理意義
1 外特性曲線(xiàn)圖象
1.1 圖象的函數(shù)表達(dá)：U=E-Ir
它表示路端電壓U隨電流I變化的圖象。其圖象如（圖1）。
路端電壓U隨外電阻R變化的規(guī)律演示實(shí)驗(yàn),圖3所示電路，
4節(jié)1號(hào)電池和1個(gè)10Ω的定值電阻串聯(lián)組成電源（因?yàn)橥ǔｋ娫磧?nèi)阻很小，U的變化也很小，現(xiàn)象不明顯）移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片，觀察電流表和電壓表的示數(shù)是如何隨R變化？
從實(shí)驗(yàn)出發(fā)，隨著電阻R的增大，電流I逐漸減小，路端電壓U逐漸增大．大家能用閉合電路的歐姆定律來(lái)解釋這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象嗎？
學(xué)生：因?yàn)镽變大，閉合電路的總電阻增大，根據(jù)閉合電路的歐姆定律，I=ε/（R+r），電路中的總電流減小，又因?yàn)閁=ε-Ir，則路端電壓增大．
教師：正確．我們得出結(jié)論，路端電壓隨外電阻增大而增大，隨外電阻減小而減小．一般認(rèn)為電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻在短時(shí)間內(nèi)是不變的，初中我們認(rèn)為電路兩端電壓是不變的，應(yīng)該是有條件的，當(dāng)R無(wú)窮大時(shí)，r/R0，外電路可視為斷路，I0，根據(jù)U=ε-Ir，則U=ε，即當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí)，用電壓表直接測(cè)量電源兩極電壓，數(shù)值等于電源的電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)R減小為0時(shí)，電路可視為短路，I=ε/r為短路電流，路端電壓U=0．
路端電壓隨外電阻增大而增大，隨外電阻減小而減小．?dāng)嗦窌r(shí)，R∞，r/R0，R=ε ；短路時(shí)，R=0，U=0．
1.2 圖象的物理意義：
電源的外特性曲線(xiàn)是在電源電動(dòng)勢(shì)ε和內(nèi)阻r一定的條件下，通過(guò)改變外電阻R使路端電壓U隨電流I變化的圖線(xiàn)，由閉合電路歐姆定律可得U=ε-Ir，圖線(xiàn)與縱軸的截距表示電動(dòng)勢(shì)ε，直線(xiàn)斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻r，如圖所示。另外對(duì)此圖線(xiàn)要注意以下幾點(diǎn)：
（1）、在縱軸上的截距表示電源的電動(dòng)勢(shì)E
（2）、在橫軸上的截距表示電源的短路電流I短
若縱軸上的取值不從零開(kāi)始取，則該截距不表示短路電流，圖象的斜率的絕對(duì)值仍表示電源的內(nèi)阻r=|U/I|
（3）圖中陰影部分面積表示電源的輸出功率，且當(dāng)U=E/2時(shí)，輸出功率P最大。
（4）圖中面積ODAE表示電源的總功率，面積ABCE表示電源內(nèi)部的功率，而面積ODBC與面積ODAE的比值即為電源的效率。
例1如圖所示，圖線(xiàn)a是某電源的外特性曲線(xiàn)，圖線(xiàn)b是電阻R的伏安特性曲線(xiàn)，用這個(gè)電源和2個(gè)電阻R串聯(lián)構(gòu)成閉合電路，試求電源的輸出功率。
解析：從圖中電源的外特性曲線(xiàn)a可知，該電源的電動(dòng)勢(shì)ε=6V，內(nèi)阻r=IUII=63 Ω=2 Ω從電阻R的伏安特性曲線(xiàn)b可知R=41 Ω=4 Ω
用2個(gè)電阻R串聯(lián)構(gòu)成閉合電路時(shí)，電路中電流I=ε2R+r=62×4+2A=0.6A，路端電壓U=1×2R=4.8V，所以電源的輸出功率P=UI=4.8×0.6W=2.88W。
例2、如圖2所示為某一電源的外特性曲線(xiàn)，由圖可知，該電源的電動(dòng)勢(shì)為 V，內(nèi)阻為
Ω，外電路短路時(shí)通過(guò)的電流強(qiáng)度為
A。
解析：圖線(xiàn)在縱軸上的截距2V為電源電動(dòng)勢(shì)，圖線(xiàn)斜率的絕對(duì)值r=|U/I|=|（1.8-2.0）/0.5|=0.4Ω為電源的內(nèi)阻。短路電流I短=E/r=2/0.4=5（A）
2 外特性曲線(xiàn)延長(zhǎng)線(xiàn)的物理意義
在圖5中，電源外特性曲線(xiàn)AB，它位于第一象限，
(1)、線(xiàn)段AB的一個(gè)端點(diǎn)A，它表示外電阻為0時(shí)，短路電流最大，路端電壓為0；
（2）、而線(xiàn)段AB的另一個(gè)端點(diǎn)B則表示了開(kāi)路電壓。
（3）、當(dāng)電源內(nèi)阻r小于0時(shí)，線(xiàn)段AB則成為平行于橫軸的直線(xiàn)。如圖5中與橫坐標(biāo)平行的虛線(xiàn)所示。
1）當(dāng)AB延長(zhǎng)線(xiàn)在第Ⅱ象限時(shí)，電流為負(fù)，路端電壓U隨電流I的負(fù)增長(zhǎng)而增大。
（1）、電流為負(fù)，表示電流的方向與圖4中所標(biāo)的方向相反。在圖4中外電路只接一只電阻，電流從電源正極出發(fā)，此時(shí)電源給外電路提供電能，電源放電。
（2）、電源不僅可放電，也可以充電。如手機(jī)電池，汽車(chē)電瓶都可以充電。充電時(shí)，外電路接的是電源，如圖6所示當(dāng)略去電源上的內(nèi)阻，
電流I=（ε-E）/（R+r）電源ε的路端電壓U=ε-Ir。
①、當(dāng)ε
②、若E一定，外電路的電阻R增大，充電電流變小，路端電壓U降低（注意此時(shí)I仍為負(fù)）。
③、當(dāng)ε>E時(shí)，I仍為E，電源ε仍放電，U-I曲線(xiàn)仍在第一象限。
2）、當(dāng)延長(zhǎng)線(xiàn)在第四象限，如圖7 在電源ε兩端接一只電阻R，再接一個(gè)電源E，兩個(gè)電源同時(shí)供電.
則I=（E+ε）/（R+r），U=ε-Ir=（Rε-rE）/（R+r）可見(jiàn)，
（1）、當(dāng)Rε
①若R一定，隨著外接電源的電動(dòng)勢(shì)E的升高，電流增大，電源ε的路端電壓U負(fù)得越高（電壓為負(fù)，表示電壓極性與圖6所標(biāo)的參考極性相反）；
②若E一定，外電路電阻R越大，電流越小，路端電壓負(fù)得越低。
（2）、當(dāng)Rε〉rE時(shí)，I，U仍為正，U-I曲線(xiàn)仍在第一象限。
綜上所述：所討論的電源外接電阻時(shí)該電源放電；外接電源時(shí)所討論的電源可充電也可放電。不管外接電路是電阻還是電源，則電源的路端電壓U-I曲線(xiàn)為一條直線(xiàn)。
①、外接純電阻R時(shí)，U-I曲線(xiàn)在第象限，隨R改變，U隨I的增大而減小，電源放電；
②、外接一電源和電阻時(shí)，U-I曲線(xiàn)在第Ⅱ象限，所討論的電源被充電，路端電壓U隨充電電流I增大而升高。
③、外接一電源和電阻，兩電源同時(shí)供電，U-I曲線(xiàn)在第四象限，則所研究的電源的路端電壓可能為負(fù)。3 電源的外特性曲線(xiàn)和導(dǎo)體的伏安特性曲線(xiàn)
(1)聯(lián)系：他們都是電壓和電流的關(guān)系圖線(xiàn)。
(2) 區(qū)別：它們存在的前提不同，遵循的物理規(guī)律不同，反映的物理意義不同。
(a) 電源的外特性曲線(xiàn)是在電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻r一定的條件下，通過(guò)改變外電路的電阻R使路端電壓U隨電流I變化的圖線(xiàn)，遵循閉合電路歐姆定律。
U=E－Ir.圖線(xiàn)與縱軸的截距表示電動(dòng)勢(shì)E．斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻r。
(b)導(dǎo)體的伏安特性曲線(xiàn)是在給定導(dǎo)體(電阻R)的條件下，通過(guò)改變加在導(dǎo)體兩端的電壓而得到的電流I隨電壓U變化的圖線(xiàn)，遵循(部分電路)歐姆定律．I=U/R，圖線(xiàn)斜率的倒數(shù)值表示導(dǎo)體的電阻R．
1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象：利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流。奧斯特發(fā)現(xiàn)“電生磁”后，法拉第發(fā)現(xiàn)了“磁生電”。
2.產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的條件：穿過(guò)電路（電路不一定閉合）的磁通量發(fā)生變化。
3.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化。
4.右手定則：伸開(kāi)右手，使大拇指與四指在同一平面內(nèi)，并跟四指垂直，讓磁感線(xiàn)垂直穿過(guò)手心，大拇指指向?qū)w做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的方向，四指的指向就是導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（感應(yīng)電流）的方向。產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，用E―BLv求在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中導(dǎo)體棒平動(dòng)切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，用E―BLv求在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中導(dǎo)體棒以一端為圓心勻速轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。注意式中L是導(dǎo)體棒垂直切割磁感線(xiàn)的有效長(zhǎng)度。
6.反電動(dòng)勢(shì)：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線(xiàn)圈內(nèi)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)總要削弱電源電動(dòng)勢(shì)的作用，因此被稱(chēng)為反電動(dòng)勢(shì)。它的作用是阻礙線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.楞次定律：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，即阻礙磁通量的變化――“增反減同”。
楞次定律的其他表述：通過(guò)回路面積變化阻礙磁通量的變化――“增縮減擴(kuò)”；阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)――“來(lái)拒去留”；在自感中阻礙電流的變化――“增反減同”。
楞次定律在本質(zhì)上就是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)。
8.感生電動(dòng)勢(shì)：英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)一種電場(chǎng)（感生電場(chǎng)），如果此刻空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在這種電場(chǎng)的作用下做定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，或者說(shuō)導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即感生電動(dòng)勢(shì)。
9.動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)：由于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)被稱(chēng)為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源。
10.互感：當(dāng)一個(gè)回路中的電流發(fā)生變化時(shí)，在相鄰的另一個(gè)回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象被稱(chēng)為互感（如變壓器）。
11.自感：當(dāng)一個(gè)回路中的電流發(fā)生變化時(shí)，在自身回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象被稱(chēng)為自感行比較可知，自感系數(shù)LOCnS，即線(xiàn)圈的橫截面積S越大、匝數(shù)n越多，它的自感系數(shù)L就越大。另外，有鐵芯時(shí)線(xiàn)圈的自感系數(shù)L比沒(méi)有鐵芯時(shí)大得多。
一、課例與點(diǎn)評(píng)
1.課題引入
演示小實(shí)驗(yàn):音樂(lè)賀卡供電的對(duì)比研究。
生成問(wèn)題:為什么電源能持續(xù)供電而電容器不能?
學(xué)生討論交流:
①動(dòng)力學(xué)角度:如何維持路端持續(xù)電壓?
②功與能角度:能量如何轉(zhuǎn)化?電源內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)化是靠什么力做功實(shí)現(xiàn)?如圖1。
師生互動(dòng)(核心問(wèn)題):為什么電源能把來(lái)到負(fù)極的正電荷搬回到正極去?
動(dòng)畫(huà)類(lèi)比模擬:三毛循環(huán)運(yùn)球,如圖2。
學(xué)生猜想:電源內(nèi)部,將已經(jīng)在靜電力作用下到達(dá)負(fù)極的正電荷搬回到正極去的動(dòng)力來(lái)源?
教師記錄有意義的討論結(jié)果。諸如,該動(dòng)力一定不是靜電力……
點(diǎn)評(píng):在學(xué)生觀察、感受和討論的基礎(chǔ)上很好地生成了一個(gè)與課堂教學(xué)主要目標(biāo)同質(zhì)性的核心話(huà)題。這樣的對(duì)話(huà)絕非僅僅是作為一個(gè)知識(shí)的接納者參與課堂,而是一種主動(dòng)響應(yīng)自己的觀察和思考。采用文化名人張樂(lè)平筆下的三毛形象搬運(yùn)籃球和搬運(yùn)電荷類(lèi)比的動(dòng)畫(huà)模擬,能有效使學(xué)生形象地感受到非靜電力的存在。
2.概念教學(xué)
(1)“非靜電力”概念生成及其來(lái)源探究
觀察:化學(xué)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)(以干電池為例)。
實(shí)驗(yàn)演示:原電池工作原理,如圖3。
引導(dǎo)思考:化學(xué)電池“非靜電力”的來(lái)源。電源內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)化是靠什么力做功實(shí)現(xiàn)?
學(xué)生思維活動(dòng):“非靜電力”概念生成(結(jié)合原電池實(shí)驗(yàn)結(jié)論)。
學(xué)生結(jié)論:化學(xué)電池中,非靜電力就是化學(xué)作用;將正電荷重新搬回正極做功,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了化學(xué)能向電勢(shì)能的轉(zhuǎn)化。(輔助小實(shí)驗(yàn):手搖發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能小風(fēng)扇等)
類(lèi)推結(jié)論:如發(fā)電機(jī)中,非靜電力就是電磁作用,使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能等。
探究活動(dòng)階段小結(jié):從能量轉(zhuǎn)化角度看,電源是通過(guò)非靜電力做功,把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。非靜電力做了多少功,就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。
點(diǎn)評(píng):觀察和實(shí)驗(yàn)的目的是強(qiáng)化學(xué)生對(duì)“非靜電力”做功的實(shí)際體悟,不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,激起對(duì)“非靜電力”概念的認(rèn)知需求,促進(jìn)了學(xué)生的有效探究與反思,也滲透了科學(xué)性與思想性的統(tǒng)一。
(2)“電動(dòng)勢(shì)”概念生成
交流話(huà)題:你認(rèn)識(shí)的生活中的電源有哪些?
學(xué)生紛紛列舉諸如電子表中的紐扣電池、電動(dòng)玩具中的干電池、電瓶車(chē)中的蓄電池、人造衛(wèi)星上使用的太陽(yáng)能電池、手機(jī)上的鋰電池……生成豐富的教學(xué)資源。教師配合多媒體圖片展示。
學(xué)生活動(dòng):手機(jī)電池銘牌參數(shù)觀察(圖4),討論、交流、猜測(cè)其含義。
通過(guò)對(duì)不同電池銘牌參數(shù)的觀察、討論,感性地了解了電池有一些重要參數(shù),如標(biāo)稱(chēng)電壓、電池容量等……
教師適時(shí)展示:秦山核電站發(fā)電機(jī)組圖片。
討論話(huà)題:干電池與核電站發(fā)電機(jī)組的供電差異。
學(xué)生結(jié)論:電源的能量轉(zhuǎn)化本領(lǐng)不同。
為了證明不同電源的這種本領(lǐng)差異,需要引進(jìn)一個(gè)新的物理量——電動(dòng)勢(shì)(描述電源能量轉(zhuǎn)化本領(lǐng)的物理量)。
學(xué)生猜想討論:①為什么把這個(gè)物理量叫做電動(dòng)勢(shì)?初中時(shí)有過(guò)電源電壓的說(shuō)法,有什么區(qū)別?②電源電動(dòng)勢(shì)大小取決于什么?③這個(gè)物理量該如何定義?
師生互動(dòng):“勢(shì)”的文化背景簡(jiǎn)析(圖5)。
問(wèn)題1:生活中有哪些包含“勢(shì)”的詞語(yǔ)?你覺(jué)得什么是勢(shì)?
交流小結(jié):“勢(shì)”是一種相對(duì)而言的潛在的力量、趨向、能力或本領(lǐng)。“電動(dòng)勢(shì)”就是描述電源通過(guò)非靜電力移動(dòng)電荷(做功),將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)大小的物理量!
問(wèn)題2:電動(dòng)勢(shì)大小如何比較?如何定義合適?
生生交流:(記錄有意義的討論與思考)
①電源既然是能量轉(zhuǎn)換裝置,能量的轉(zhuǎn)化需要通過(guò)所做的功——非靜電力做功的情況來(lái)衡量比較合適。
②同一電源,非靜電力移送電荷越多,非靜電力做功越多,轉(zhuǎn)化出來(lái)的電能越多。
③不同電源,非靜電力特性有差異,即使移送相同多的電荷,做功也不同,轉(zhuǎn)化能量的多少就有差異……
師生歸納、提升:
①電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于把單位正電荷在電源內(nèi)部從負(fù)極移送到正極非靜電力所做的功。既然電場(chǎng)提供靜電力,電場(chǎng)中A、B兩點(diǎn)間電勢(shì)差是采用比值定義法來(lái)定義的,那么,電源提供非靜電力,我們可以類(lèi)比歸納得出電動(dòng)勢(shì)的定義式:。
②電動(dòng)勢(shì)單位:伏特(與電勢(shì)、電勢(shì)差同)。
③電動(dòng)勢(shì)由電源自身非靜電力的特性決定(與體積、外電路無(wú)關(guān),舉例:1號(hào)~7號(hào)干電池,體積不同,但電動(dòng)勢(shì)都為1.5V。電動(dòng)勢(shì)取決于電池自身內(nèi)部正負(fù)極材料及電解液的化學(xué)性質(zhì))。
點(diǎn)評(píng):對(duì)手機(jī)鋰電池銘牌上的參數(shù)和信息解讀,滲透環(huán)保、節(jié)能、和諧等社會(huì)主題。在電動(dòng)勢(shì)概念的形成過(guò)程中,著力體現(xiàn)“通過(guò)做功研究能量”的科學(xué)思想;物理知識(shí)與一般的文化知識(shí)存在著密切的聯(lián)系,把物理概念整合到更廣闊的文化背景中,把“電動(dòng)勢(shì)”概念聯(lián)結(jié)在“勢(shì)”的一般含義這個(gè)穩(wěn)定的生長(zhǎng)點(diǎn)上,克服電動(dòng)勢(shì)概念的抽象性,降低了學(xué)習(xí)難度,使學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)過(guò)程,實(shí)現(xiàn)對(duì)概念的深刻感悟。
問(wèn)題3:怎樣理解電動(dòng)勢(shì)定義式中三個(gè)物理量的關(guān)系?
學(xué)生對(duì)話(huà)討論:
生1:電動(dòng)勢(shì)E與電量q成反比,與非靜電力做的功成正比。
生2:我覺(jué)得,三個(gè)物理量的討論,必須先確定其中一個(gè)物理量不變時(shí),才能討論另外兩個(gè)物理量的關(guān)系,如相同時(shí),E與電量q成反比。(生1表示贊同)
生3:好像不對(duì),那個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度E的定義式為,電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)本身性質(zhì)的物理量,與檢驗(yàn)電荷q以及檢驗(yàn)電荷的受力F沒(méi)有本質(zhì)聯(lián)系。電源的電動(dòng)勢(shì)E也是反映電源自身特性的物理量,應(yīng)該與非靜電力做功和移送電量沒(méi)有本質(zhì)的聯(lián)系。
這時(shí),大多數(shù)的學(xué)生贊同生3的觀點(diǎn)。教師點(diǎn)評(píng),師生共同回顧比值定義的物理量的共同特征……
點(diǎn)評(píng):教育的本質(zhì)是激發(fā)“心靈之酶”。留一點(diǎn)時(shí)間給學(xué)生,讓他們自主地想,生動(dòng)地議,大膽地說(shuō),完整地展示自己的思考(哪怕是錯(cuò)誤的),從中獲得真實(shí)的認(rèn)識(shí)和體驗(yàn),課堂氣氛才能活潑、生動(dòng)、真切,學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力才能持續(xù)而有效。
二、思考與啟示
1.對(duì)話(huà)的藝術(shù)
課堂上,教師要善于運(yùn)用言語(yǔ)和非言語(yǔ)方式與學(xué)生進(jìn)行溝通。通過(guò)眼神、微笑,甚至言語(yǔ)中的停頓,把對(duì)學(xué)生的肯定、贊賞、滿(mǎn)意等信息傳遞給學(xué)生,這樣的教學(xué)容易創(chuàng)造輕松、愉快的課堂氣氛。對(duì)話(huà)是通過(guò)語(yǔ)言形式所進(jìn)行的交流,是互動(dòng)的一種主要形式。
(1)創(chuàng)設(shè)情境引發(fā)話(huà)題
展開(kāi)對(duì)話(huà)交流,必須源于某個(gè)感興趣的話(huà)題。教師應(yīng)圍繞本節(jié)課的核心問(wèn)題創(chuàng)設(shè)情境,引發(fā)話(huà)題,好的話(huà)題是促進(jìn)對(duì)話(huà)、互動(dòng)向深度發(fā)展的動(dòng)力,能引起課堂討論,實(shí)現(xiàn)思維的相互啟發(fā)、碰撞,并進(jìn)一步生成新的觀點(diǎn)或新的問(wèn)題討論。當(dāng)然,話(huà)題的展開(kāi)絕不僅僅是師生或生生之間的問(wèn)答。本案例中,創(chuàng)設(shè)的電容和電源給音樂(lè)卡供電研究的對(duì)比實(shí)驗(yàn)情境(圖6),生成了源于生活與觀察的核心話(huà)題,引發(fā)學(xué)生的思考和對(duì)話(huà)。只要學(xué)生開(kāi)始關(guān)注和沉思,積極表達(dá)自己的感受、體驗(yàn)、猜想,哪怕他找不到或暫時(shí)找不到這些問(wèn)題的答案,他也會(huì)在精神上充實(shí)和成長(zhǎng)起來(lái),自覺(jué)投入物理學(xué)習(xí)的熱情會(huì)逐步高漲起來(lái)。
(2)珍視對(duì)話(huà)中產(chǎn)生的錯(cuò)誤
我們知道,錯(cuò)誤本身是達(dá)到真理的一個(gè)環(huán)節(jié)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤反映出他們真實(shí)的認(rèn)識(shí)、思維過(guò)程,是課堂教學(xué)對(duì)話(huà)深入展開(kāi)的有效切入點(diǎn)。一場(chǎng)基于對(duì)電動(dòng)勢(shì)定義式理解的對(duì)話(huà),學(xué)生們經(jīng)歷了從膚淺到深刻、從錯(cuò)誤走向正確的反思過(guò)程。作為教師,了解學(xué)生想要什么這是最根本的。有個(gè)性的對(duì)話(huà)才真實(shí)。追求真實(shí),必定會(huì)出現(xiàn)許多錯(cuò)誤,我們正是要在對(duì)話(huà)中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,將錯(cuò)誤變成教學(xué)資源,激發(fā)學(xué)生的持續(xù)學(xué)習(xí)動(dòng)力。
1．在物理知識(shí)方面的要求．
(1)掌握導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)的情況下產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．
(2)掌握穿過(guò)閉合電路的磁通量變化時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．
(3)了解平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的即時(shí)值．
2．通過(guò)推理論證的過(guò)程培養(yǎng)學(xué)生的推理能力和分析問(wèn)題的能力．
3．運(yùn)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律來(lái)研究問(wèn)題，滲透物理思想的教育．
二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析
1．重點(diǎn)是使學(xué)生掌握動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)與哪些因素有關(guān)．
2．在論證過(guò)程中怎樣運(yùn)用能的轉(zhuǎn)化和守恒思想是本節(jié)的難點(diǎn)．
三、主要教學(xué)過(guò)程
(一)引入新課
復(fù)習(xí)提問(wèn)：在發(fā)生電磁感應(yīng)的情況下，用什么方法可以判定感應(yīng)電流的方向？要求學(xué)生回答出：切割磁感線(xiàn)時(shí)用右手定則；磁通量變化時(shí)用楞次定律．
(二)教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)
1．設(shè)問(wèn)．
既然會(huì)判定感應(yīng)電流的方向，那么，怎樣確定感應(yīng)電流的強(qiáng)弱呢？既然有感應(yīng)電流，那么就一定存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．只要能確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，根據(jù)歐姆定律就可以確定感應(yīng)電流了．
2．導(dǎo)線(xiàn)切割磁感線(xiàn)的情況．
(1)如圖所示，矩形閉合金屬線(xiàn)框abcd置于有界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，現(xiàn)以速度v勻速拉出磁場(chǎng)，我們來(lái)看感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小．
在水平方向ab邊受到安培力Fm=BIl的作用．因?yàn)榻饘倬€(xiàn)框是做勻速運(yùn)動(dòng)，所以拉線(xiàn)框的外力F的大小等于這個(gè)安培力，即F=BIl．
在勻速向外拉金屬線(xiàn)框的過(guò)程中，拉力做功的功率P=F•v=BIlv．
拉力的功并沒(méi)有增加線(xiàn)框的動(dòng)能，而是使線(xiàn)框中產(chǎn)生了感應(yīng)電流I．根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律可知，拉力F的功率等于線(xiàn)框中的電功率P′．
閉合電路中的電功率等于電源電動(dòng)勢(shì)ε(在這里就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì))與電流I的乘積．
顯然Fv=εI，
即BIv=εI．
得出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ε=Blv．(1)
式中的l是垂直切割磁感線(xiàn)的有效長(zhǎng)度(ab)，v是垂直切割磁感線(xiàn)的有效速度．
(2)當(dāng)ab邊與磁感線(xiàn)成θ角(如圖2)做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以把速度v分解，其有效切割速度v＝v•sinθ．那么，公式(1)可改寫(xiě)為：
ε＝Blvsinθ．(2)
這就是導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的公式．在國(guó)際單位制中，
它們的單位滿(mǎn)足：V=Tm2/s．
3．穿過(guò)閉合電路的磁通量變化時(shí)．
(1)參看前圖，若導(dǎo)體ab在Δt時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的位移是Δl，那么
式中l(wèi)Δl是ab邊在Δt時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積．lΔlsinθ是ab邊在Δt時(shí)間內(nèi)垂直于磁場(chǎng)方向掃過(guò)的有效面積．BlΔlsinθ是ab邊在Δt時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的磁通量(磁感線(xiàn)的條數(shù))，對(duì)于金屬線(xiàn)框abcd來(lái)說(shuō)這個(gè)值也就是穿過(guò)線(xiàn)框磁通量在Δt時(shí)間內(nèi)的變化量ΔФ．這樣(3)式可簡(jiǎn)化為
(2)在一般情況下，線(xiàn)圈多是由很多匝(n匝)線(xiàn)框構(gòu)成，每匝產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均為(4)式的值，串聯(lián)起來(lái)n匝，則線(xiàn)圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可用
表示．這個(gè)公式可以用精密的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證．這就是法拉第電磁感應(yīng)定律的表達(dá)式．
(3)電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率成正比．這就是法拉第電磁感應(yīng)定律．
4．幾個(gè)應(yīng)該說(shuō)明的問(wèn)題．
(1)在法拉第電磁感應(yīng)定律中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ε的大小不是跟磁通量Ф成正比，也不是跟磁通量的變化量ΔФ成正比，而是跟磁通量的變化率成正比．
(2)法拉第電磁感應(yīng)定律反映的是在Δt一段時(shí)間內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．只有當(dāng)Δt趨近于零時(shí)，才是即時(shí)值．
(3)公式ε=Blvsinθ中，當(dāng)v取即時(shí)速度則ε是即時(shí)值，當(dāng)v取平均速度時(shí)，ε是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．
(4)當(dāng)磁通量變化時(shí)，對(duì)于閉合電路一定有感應(yīng)電流．若電路不閉合，則無(wú)感應(yīng)電流，但仍然有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．
(5)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就是電源電動(dòng)勢(shì)，是非靜電力使電荷移動(dòng)增加電勢(shì)能的結(jié)果．電路中感應(yīng)電流的強(qiáng)弱由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小ε和電路總電阻決定，符合歐姆定律．
(三)課堂小結(jié)
1．導(dǎo)體做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可由ε=Blvsinθ確定．
2．穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由法拉第電磁感應(yīng)定
3．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就是電源電動(dòng)勢(shì)．有關(guān)閉合電路相關(guān)量的計(jì)算在這里都適用．
4．同學(xué)們應(yīng)該會(huì)證明單位關(guān)系：V=Wb/s．
五、教學(xué)說(shuō)明
1．這一節(jié)課是從能的轉(zhuǎn)化和守恒定律入手展開(kāi)的，其目的在于滲透一點(diǎn)物理思想．
2．這一節(jié)課先講動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)再過(guò)渡到感生電動(dòng)勢(shì)，其目的是隱含地告訴學(xué)生在某些情況下兩者是一致的、統(tǒng)一的．
