教学设计(二)

整体设计

教学目标　　　　　

一、知识与技能

1．理解闭合电路欧姆定律内容。

2．理解测定电源的电动势和内阻的基本原理，体验测定电源的电动势和内阻的探究过程。

3．用解析法和图象法求解电动势和内阻。

4．使学生掌握利用仪器测量电池电动势和内电阻的方法，并通过设计电路和选择仪器，开阔思路，激发兴趣。

二、过程与方法

1．体验实验研究中获取数据、分析数据、寻找规律的科学思维方法。

2．学会利用图线处理数据的方法。

三、情感态度与价值观

使学生理解和掌握运用实验手段处理物理问题的基本程序和技能，具备敢于质疑的习惯、严谨求实的态度和不断求索的精神，培养学生观察能力、思维能力和操作能力，提高学生对物理学习的动机和兴趣。

教学重点　　　　　

利用图线处理数据

教学难点　　　　　

如何利用图线得到结论以及实验误差的分析

教学工具　　　　　

电池，电压表，电流表，滑动变阻器，开关，导线

教学方法　　　

实验法，讲解法

教学过程

导入新课　　　　　

回顾上节所学内容，引入新内容

教师：上堂课我们学习了闭合电路的欧姆定律，那么此定律文字怎么叙述？公式怎么写？

学生：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比，这就是闭合电路的欧姆定律。

提出问题：现在有一节干电池，要想测出其电动势和内电阻，你需要什么仪器，采用什么样的电路图，原理是什么？

学生讨论后，得到的大致答案为：由前面的闭合电路欧姆定律I＝E/(r＋R)可知E＝I(R＋r)，或E＝U＋Ir，只需测出几组相应的数值便可得到，可以采用以下的电路图：

这几种方法均可测量，今天我们这节课选择用测量的这一种。

主要教学过程　　　

1．实验原理：闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir

2．实验器材：

学生回答：测路端电压；测干路电流，即过电源的电流。需测量的是一节干电池，电动势约为1.5 V，内电阻大约为零点几欧。

电流表、电压表及滑动变阻器的规格要根据实验的具体需要来确定，看看我们用到的电路图里面各需测的是什么？

提出问题：选用电路图时，还可将接在外面，原则上也是可以的，那么我们在做实验时是否两个都可以，还是哪一个更好？为什么？

学生回答：两种方式测量都会带来误差。

采用图1示数准确示数偏小

采用图2示数准确示数偏小

图1

　　　　图2

选用哪种方式，要根据实际测量的需要确定，现在要想测出电源的内阻，如果采用图2方式，最后得到的结果相当于电源内阻与电流表内阻的总和，而两者相差又不太多，这样一来误差就会比较大，所以应采用图1的电路图。明确各仪器的规格：

电流表0～0.6 A量程，电压表0～3 V量程。

滑动变阻器0～50 Ω。

此外，开关一个，导线若干。

3．数据处理：

原则上，利用两组数据便可得到结果，但这样做误差会比较大，为此，我们可以多测几组求平均，也可以将数据描在图上，利用图线解决问题。

明确：

①图线的纵坐标是路端电压，它反映的是：当电流I增大时，路端电压U将随之减小，U与I成线性关系，U＝E－Ir。也就是说它所反映的是电源的性质，所以也叫电源的外特性曲线。

②电阻的伏安特性曲线中，U与I成正比，前提是R保持一定，而这里的UI图线中，E、r不变，外电阻R改变，正是R的变化，才有I和U的变化。

实验中至少得到5组数据，画在图上拟合出一条直线。要求：使多数点落在直线上，并且分布在直线两侧的数据点的个数要大致相等，这样，可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。

讨论：将图线延长，与横纵轴的交点各代表什么情况？

归纳：将图线两侧延长，分别交轴与A、B点。

A点意味着开路情况，它的纵轴截距就是电源电动势E。

说明：

①A、B两点均是无法用实验实际测到的，是利用得到的图线向两侧合理外推得到的。

②由于r一般很小，得到的图线斜率的绝对值就较小。为了使测量结果准确，可以将纵轴的坐标不从零开始，计算r时选取直线上相距较远的两点求得。

4．误差分析：

实验中的误差属于系统误差，请同学们进一步讨论，得到的数值是偏大还是偏小？(提示：利用图线及合理的推理)

可以请几位同学发言，最后得到结论。

因为电压表的分流作用

所以I_真＝I_测＋IV

即(I_真－I_测)↑，

反映在图线上：

当U＝0时，IV→0，I→I_真

故r_真＞r_测，E_真＞E_测

5．布置作业：

认真看书，写好实验报告。

利用图线进行数据处理是物理实验中常用的一种方法。最好是利用直线来解决，如力学中“用单摆测重力加速度”的实验就可以利用T²l图线来求g。

备课资料

关于欧姆的趣闻轶事

1．灵巧的手艺是从事科学实验之本

欧姆的家境十分困难，但从小受到良好的熏陶，父亲是个技术熟练的锁匠，还爱好数学和哲学。父亲对他的技术启蒙，使欧姆养成了动手的好习惯，他心灵手巧，做什么都像样。物理是一门实验学科，如果只会动脑不会动手，那么就好像是用一条腿走路，走不快也走不远。欧姆要不是有这一手好手艺，木工、车工、钳工样样都能来一手，那么他是不可能获得如此成就的。

在进行电流随电压变化的实验中，欧姆正是巧妙地利用电流的磁效应，自己动手制成了电流扭秤，用它来测量电流大小，才取得了较精确的结果。

2．乌云和尘埃遮不住科学真理之光

1827年，欧姆发表《伽伐尼电路的数学论述》，从理论上论证了欧姆定律，欧姆满以为研究成果一定会受到学术界的承认也会请他去教课。可是他想错了。书的出版招来不少讽刺和诋毁，大学教授们看不起他这个中学教师。德国人鲍尔攻击他说：“以虔诚的眼光看待世界的人不要去读这本书，因为它纯然是不可置信的欺骗，它的唯一目的是要亵渎自然的尊严。”这一切使欧姆十分伤心，他在给朋友的信中写道：“伽伐尼电路的诞生已经给我带来了巨大的痛苦，我真抱怨它生不逢时，因为深居朝廷的人学识浅薄，他们不能理解它的母亲的真实感情。”

当然也有不少人为欧姆抱不平，发表欧姆论文的《化学和物理杂志》主编施韦格(即电流计发明者)写信给欧姆说：“请您相信，在乌云和尘埃后面的真理之光最终会透射出来，并含笑驱散它们。”欧姆辞去了在科隆的职务，又去当了几年私人教师，直到七、八年之后，随着研究电路工作的进展，人们逐渐认识到欧姆定律的重要性，欧姆本人的声誉也大大提高。1841年英国皇家学会授予他科普利奖章，1842年被聘为国外会员，1845年被接纳为巴伐利亚科学院院士。为纪念他，电阻的单位“欧姆”，以他的姓氏命名。

 

第二篇：高中物理新课标版人教版选修3-1优秀教案：电动势

2　电动势

整体设计

教学分析　　　　　

电动势是本章的一个难点。教科书明确提出了“非静电力”的概念，让学生从功和能的角度理解非静电力，知道非静电力在电路中所起的作用，并能从“非静电力”做功的角度去理解电动势的概念。

同时为了降低难度，教科书直接给出了电动势的定义式，但只是说“电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功”，没有用比值的方法严格定义。电源的内阻在后面的闭合电路欧姆定律学习中很重要，本节作了一些铺垫。

我们常说要让学生经历科学过程，其形式是多种多样的。学生可以通过讨论或实验认识新的规律，通过阅读来了解前人的工作过程，跟着教师的思路一环套一环地接受新的概念等，这都是经历科学过程的不同形式。

教学目标　　　　　

1．知道电源是将其他形式的能转化成为电能的装置。

2．了解电路中(电源外部和内部)自由电荷定向移动过程中，静电力和非静电力做功与能量转化的关系。

3．了解电源电动势的基本含义，知道它的定义式。

4．理解电源内电阻。

教学重点难点　　　

电动势概念的建立是重点也是难点。此套书多处对“通过做功研究能量”的思想都有阐述和铺垫，此处再次运用这种功能关系的观点来学习电动势。可以使学生对电源电动势有深刻的理解，同时也很好地培养了学生的理性思维习惯。本节课从静电力做功和非静电力做功进行比较建立电动势的概念。也为后面第7节闭合电路的欧姆定律学习作了铺垫。

教学方法与手段　　　

实验演示、逻辑推理。在电压和电动势这两个容易混淆的概念中通过静电力做功和非静电力做功进行比较教学，建立新的概念。

课前准备

教学媒体　　　　　

金属板、酸溶液、灵敏电流计、多种型号的干电池、学生电源、导线、电键、小灯泡、投影仪。

知识准备　　　　　

1．课前复习：电势差的定义式：U＝。

2．课前说明：在金属导体中，能够自由移动的电荷是自由电子，由于它们带负电荷，电子向某一方向的定向移动相当于正电荷向相反方向的定向移动。为了方便本节按照正电荷移动的说法进行讨论。

教学过程

导入新课　　　　　

[事件1]

教学任务：承接上一节课的知识，导入新课。

师生活动：

由上一节“电源和电流”知道，电路中之所以能有持续的电流，是因为在电源两极聚集了大量的正负电荷，导线中存在着电场，导线中的电荷在电场力作用下从正极向负极运动。

同时一个新的问题提出，电源的两极聚集了大量的正负电荷，在电源内部也应该有电场。那么，在电源内部电荷是如何运动到两极的呢？对于电源我们能知道一些什么呢？这一节就来研究电源。(投影展示图1。)

图1

提出问题，引发讨论。

学生讨论：

电源内部电荷是如何运动到两极的呢？

结论：

电源内部应该还有除了电场力之外的其他力。

推进新课　　　　　

[事件2]

教学任务：提出电源中“非静电力”的概念。

师生活动：

推理：在导线中，电荷在电场力作用下由电源的正极移动到电源的负极，在电源内部就要不断地有电荷由负极移动到正极(假设移动的电荷是正电荷)，而电源内部也有从正极指向负极的电场，所以就要有除静电场力之外的“非静电力”来搬运电荷。

【演示】利用化学电源进行演示实验，让学生观察到“金属板插入酸溶液中，板与溶液之间出现电势差，而且电源的极性与电场力移动电荷的方向相反”。

通过实验，学生不难得出“由化学反应提供非静电力”的结论。

学生讨论：

图2

发电机是通过什么作用提供“非静电力”的。

结论：

电源提供“非静电力”将电荷由负极搬运到正极，满足形成持续电流的需要。(投影展示图2)

[事件3]

教学任务：非静电力做功将其他形式的能转化成电势能。

师生活动：

在电源内部，“非静电力”克服电场力做功，使电源储存了电势能。

通过上面的铺垫让学生组织语言描述电源是一个什么样的装置。(培养学生用物理语言进行表述的能力)

结论：

电源是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电势能的装置。

[事件1]、[事件2]、[事件3]整体体现了探究性学习的学习过程——提出问题、提出假设、实验验证、得出结论。

[事件4]

教学任务：分清内外电路，明确整个回路中能量转化的情况。

师生活动：

【演示】

连接如图3，闭合开关，灯泡亮。

图3

观察与描述：

学生观察实验，描述整个回路中的能量转化情况。

总结与归纳：学生归纳实验结论，其他学生补充完善。

整个电路由内、外两部分组成，外电路指从电源正极经过导线、用电器再回到电源负极的那部分电路，在外电路中正电荷是从电源正极向负极运动，而内电路是指电源内部的那部分电路，正电荷在内电路中是从负极向正极运动。

在外电路中电能转化为其他形式的能；在内电路中其他形式的能转化为电能。

[事件5]

教学任务：静电力做功和非静电力做功的比较。

(1)外电路要有持续的电流，就必须提供恒定的电压。在这个恒定的电压的作用下，电场力做功将电能转化为其他形式的能。电压U等于电场力做功W_静电力与移动电荷q的比值。

U＝

即如果是静电力做功，电势能减少，移送单位正电荷减少的电势能就是电压。

(2)在内电路中(电源)“非静电力”做功搬运电荷，为外电路提供电压。电源这种为外电路提供电压的本领我们就叫它电动势。与电压U等于电场力做功W_静电力与移动电荷q的比值相对应，电动势E等于非静电力做功W_非静电力与移动电荷q的比值。

E＝

即如果是非静电力做功，电势能增加，将单位正电荷从电源的负极移动到正极所增加的电势能就是电动势。

[事件6]

教学任务：建立电动势的概念。

根据[事件5]让学生总结电动势的定义，然后老师归纳如下：

电动势的定义：电动势是一个表征电源特征的物理量，是电源将其他形式的能转化为电能的本领，在数值上，等于非静电力将单位正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功。

用公式推导出电动势的单位。

单位：从公式来看与电压的单位相同，是伏特(V)。

电动势的物理意义：在电源内部，电动势等于非静电力把单位正电荷从负极移送到正极时所做的功。

电动势与电源中非静电力的特性有关，跟电源的体积无关，也跟外电路无关。

[事件5]和[事件6]的分析为第7节闭合电路的欧姆定律推导作了充分的铺垫。

观察并讨论：

展示不同型号的干电池，每节干电池都标记着1.5 V的电动势。

结论：电动势是电源特性，是一个不变的物理量。

[事件7]

教学任务：电源的内阻。

电源内部(内电路)也是由导体组成，所以也有电阻，这个电阻叫做电源的内电阻。

内阻和电动势都是电源的重要参数。

[事件7]的讲授比较简单。只要将结论给学生即可。

[事件8]

教学任务：课堂巩固练习。

例1下面是对电源电动势概念的认识，你认为正确的是(　　)

A．同一电源接入不同的电路，电动势就会发生变化

B．1号干电池比7号干电池大，但电动势相同

C．电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领，电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势就越大

D．电动势、电压和电势差虽名称不同，但物理意义相同，所以单位也相同

解析：题目中A、B项考查了“电动势是表征电源特性的物理量”这个结论。C项考查了用能量的观点对电动势的理解。D项考查了电动势和电压的区别。

答案：B

例2下图是两个电池外壳上的说明文字。

上述进口电池的电动势是______ V。上述国产电池最多可放出______ mA·h的电荷量；若该电池平均工作电流为0.03 A，则最多可使用______ h。

解答：(1)1.2　600　20

[事件9]

教学任务：引导学生用已有的知识通过逻辑推理，建立新的概念。

本节课以电源作为我们的研究对象。通过能量转化的概念建立了电动势的概念。

1．复习本节教材。

2．完成课本课后问题与练习。

板书设计

2　电动势

一、非静电力：电源内部搬运正电荷由负极到正极的力。

电源提供“非静电力”将电荷由负极搬运到正极，满足形成持续电流的需要。

二、非静电力做功将其他形式的能转化成电势能。

在外电路中电能转化为其他形式的能；在内电路中其他形式的能转化为电能。

电源是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电势能的装置。

三、电动势的概念。

电动势的定义：电动势是一个表征电源特征的物理量，是电源将其他形式的能转化为电能的本领，在数值上，等于非静电力将单位正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功。

公式：E＝

单位：伏特(V)

电动势的物理意义：在电源内部，电动势等于非静电力把单位正电荷从负极移送到正极时所做的功。

四、电源的内阻

电源内部(内电路)也是由导体组成，所以也有电阻，这个电阻叫做电源的内电阻。

设计说明

“电动势”的概念是教学中的一个难点，它难在概念的本身比较抽象，而且在讲述中又引入一个“非静电力”，学生学习时感到十分空洞。所以从“化抽象为具体”的角度来突破难点，使学生认识电动势是表征电源特性的一个重要的物理量。在教学中可以采用以下一些方法：第一，利用化学电源进行演示实验，让学生观察到“金属板插入酸溶液中，板与溶液之间出现电势差，而且电源的极性与电场力移动电荷的方向相反”这一事实。从而对化学电池中存在“其他形式的能(化学能)转化成电能”这一论断表示信服。第二，从能量守恒定律分析以化学电池为电源构成的闭合电路中发生的能量转化过程，阐述电源内部存在静电力及非静电力做功的必然性。在此基础上提出电源的电动势就是表明电源内部非静电力移动电荷做功，把其他形式的能转化为电能的本领的物理量。第三，运用电动势的概念来分析一些具体问题，这样学生对电动势的概念就不会感到空洞难懂了。

备课资料

化学电池的原理

在化学电池中，化学能直接转变为电能是靠电池内部自发进行氧化、还原等化学反应的结果，这种反应分别在两个电极上进行。负极活性物质由电位较负并在电解质中稳定的还原剂组成，如锌、镉、铅等活泼金属和氢或碳氢化合物等。正极活性物质由电位较正并在电解质中稳定的氧化剂组成，如二氧化锰、二氧化铅、氧化镍等金属氧化物，氧或空气，卤素及其盐类，含氧酸及其盐类等。电解质则是具有良好离子导电性的材料，如酸、碱、盐的水溶液，有机或无机非水溶液、熔融盐或固体电解质等。当外电路断开时，两极之间虽然有电压，但没有电流，存储在电池中的化学能并不转换为电能。当外电路闭合时，在两电极电压的作用下即有电流流过外电路。