让智慧从手指间流出
─—记《测量电池电动势和内阻》
江西省南丰县第一中学聂应才
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【课前准备】
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根据教材的思想，我让学生带一个水果（如桔子、西红柿、梨、苹果、土豆等），一小段铁丝（铁片）和一小段铜丝（铜片）。学生分组经历水果电池，即为化学的原电池，但换成物理角度，我们测量电动势和内阻。
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【探究活动】
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老师把水果（或一节干电池）、电表、导线和开关分发给各组，然后做个简单的讲解介绍。
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电路图 原理 仪器 学生电流表、学生电压表、一节旧干电池、滑动变阻器、导线和开关 一个水果、电阻箱、J0415电流计、一小段铁丝、一小段铜丝、导线和开关 一个水果、电阻箱、学生电压表、一小段铁丝、一小段铜丝、导线和开关 ?
对于学生电表，学生在初中已用过，同时在“串联电路和并联电路”学习了电表的改装，对电表有理论原理的理解，所以不必对它多说，可是水果电池的电流很微弱，用学生电流表无法读出示数，故用J0415电流计，学生是陌生，需要进行介绍。J0415型微安表适合本实验使用，量程0～200μA，内部电路如图2所示。接“－”和“G0”时内阻为500Ω，接“－”和“G1”时内阻为2500Ω。二极管D1、D2作过载保护。
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任务布置：（1）探究什么样的水果，电能更大？（2）对于同一水果，两段金属怎样插才会有更大的电流：平行还是不平行？深插一点还是浅一点？远一些还是近一些？（3）如何处理数据？
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学生热情非常高，在教室里忙开了，进行着实验。
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做完实验，每组派一名代表上台讲叙他们的过程，交流他们的感受和结果。图4是部分学生的实验报告。
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【交流结果】
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同一种水果，如西红柿，有组得到这样的数据：近浅插电动势E=0．12V，近深插电动势E=0．17V；远浅插电动势E=0．05V，远深插电动势E=0．08V。因此，近比远水果电池能力更强、深插比浅插水果电池能力更强。不同水果，如土豆、苹果、梨、桔子和西红柿，测得西红柿水果电池电能最强，土豆最弱，即淀粉越多的电能越差，酸性越强的电能越强，这与化学原电池理论是一致的。
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一节干电池，我们采用U~I图象，利用Excel软件的图表向导，绘制成如图5所示。如何得到电池的电动势和内阻呢？由，结合教材资源图6所示。可知：与纵坐标的交点即为电池电动势E，这条直线斜率的相反数即为内阻r。因此把图5直线两边延长，得到图7。从图观察出：电池电动势E=1．42V，内阻。追问：图6横坐标的截距电流I=0．093A表示短路时的电流，那么图7中横坐标的截距电流I=0．42A也是短路时的电流吗？从纵坐标的起点就能得到答案。
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这种图象处理给了我们启示，水果电池的数据也可以这样处理。以用一只电流表和电阻箱测量为例。如图8所示，改变电阻箱R的阻值，测出不同阻值时对应的电流表的示数，设分别为R1、I1和R2、I2。设被测电源的电动势和内阻分别为E、r，电流表的内阻为RA，则由闭合电路欧姆定律可得：
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E=I（R+r+RA），?????①
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（1）将①式转化变为：
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即要求作出图线，见图9所示，此直线的斜率为电源电动势E，对应纵轴截距的绝对值为电源的内阻r。
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图9
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（2）或将①式转化变为：
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即要求作出图线，见图10所示，此直线的斜率为电源电动势E，对应纵轴截距的绝对值与电流表内阻RA的差为电源的内阻r。
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图10
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（3）或将①式转化变为：
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即要求作出图线，见图11所示，此直线的斜率的倒数为电源电动势E，对应纵轴截距除以斜率再与电流表内阻RA的差为电源的内阻r。
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图11
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（4）或将①式转化变为：
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即要求作出图线，见图12所示，此直线的斜率的倒数为电源电动势E，对应纵轴截距除以斜率为电源的内阻r。
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图12
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通过这一系列的图象处理，加强了学生图象能力，符合新课标的要求，强化了学生数学在处理物理问题的意识。
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【误差分析】
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实验避免不了误差，那么本实验测出来的电动势和内阻与真实值是什么关系？
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图13
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以测一节干电池为例，由电路图可知，因为电压表的分流作用，导致电源电流要比电流表的电流大，而电压表的电压即为路端电压是准确的，所以反映在U~I图象中，在相同的电压U下，横坐标电流的值都应该增大向右移，但是当电路发生短路时，电压表的读数为零，短路时的电流不变，即横坐标的电流截距不变。画出测量值与真实值的U~I如图13所示。从图象很快知道：，，即测量出来的电动势和内阻都偏小。
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【教学反思】
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新课标提供了许多资源，如教材中的资源更丰富，更有利用于教与学，需要的是我们一线老师大胆的尝试，不要被高考指挥棒完全所束缚，它提倡的多种教学方式、多样学习方法，使我们课堂更精彩、符合学生个性发展的需要。
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原以为放手留时间给学生，学生会一团糟，可事实证明，它能激发学生潜能，活跃物理教学气氛，从而增强学生学习物理的兴趣。给学生一块天空，他（她）可能创造出来了老师吃惊的过程和结果。学生在做的过程中，智慧就从他（她）的手指间流出，能力得到提高。
2010-04-21??人教网
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