人教版高中物理選修31第二章第2節(jié)《電動(dòng)勢(shì)》教學(xué)設(shè)計(jì)

3-1 恒定電流 電動(dòng)勢(shì)教學(xué)設(shè)計(jì) 浙江省三門(mén)中學(xué) 葉美蓮【設(shè)計(jì)思想】 建構(gòu)主義看來(lái)，教師不再是傳統(tǒng)教學(xué)意義上的知識(shí)的呈現(xiàn)者和傳遞者，而應(yīng)始終充當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)的促進(jìn)者、指導(dǎo)者和幫助者的角色，因而在“電動(dòng)勢(shì)”教學(xué)中不能急于求成，要讓學(xué)生經(jīng)歷概念的形成過(guò)程，對(duì)概念的結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展和完善。物理概念是物理定律、原理、公式等基本規(guī)律的基礎(chǔ)?！半妱?dòng)勢(shì)”這個(gè)概念是貫穿恒定電流、電磁感應(yīng)和交流電的橋梁，其把握到位與直接影響著整個(gè)電學(xué)的學(xué)習(xí)，所以單獨(dú)成為一節(jié)是有一定意義的。通過(guò)電容器和干電池為掛鐘供電時(shí)間的區(qū)別，承上啟下，回憶電源是把電子從正極不斷地搬到為負(fù)極的裝置，提出本節(jié)課從能量角度繼續(xù)來(lái)研究電源的功能。本節(jié)課從電源外部與內(nèi)部的四個(gè)角度的區(qū)別，提出本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容在電源內(nèi)部必須要有力充當(dāng)動(dòng)力，來(lái)克服靜電力做功，把正電荷從電源的負(fù)極搬到正極，滿足形成持續(xù)電流的需要,從而得到電源是把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置。 由于非靜電力是新學(xué)習(xí)的力，較為抽象，所以讓學(xué)生體驗(yàn)生活中的“非重力”，進(jìn)行相應(yīng)的類比，來(lái)認(rèn)識(shí)和理解“非靜電力”。列舉不同電源的“非靜電力”，了解不同的電源的能量轉(zhuǎn)化，可以是化學(xué)能、機(jī)械能和太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。非靜電力的做功本領(lǐng)的描述是本節(jié)課的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，通過(guò)陌生問(wèn)題熟悉化的策略，通過(guò)類比得到用來(lái)表示電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的本領(lǐng)，用電動(dòng)勢(shì)來(lái)表征，使學(xué)生輕松自如地掌握這個(gè)難點(diǎn)。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)不同的電源，并且會(huì)測(cè)量不同電源電動(dòng)勢(shì)，并學(xué)會(huì)制作水果電池，從實(shí)驗(yàn)中得到電動(dòng)勢(shì)與體積無(wú)關(guān)，與電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，與一個(gè)干電池1.5V能點(diǎn)燃小燈泡相比較，三個(gè)約為0.8V的水果電池卻不能點(diǎn)燃小燈泡，學(xué)生分析其中的原因是電源有內(nèi)阻，且很大，提出水果電池價(jià)值不高的原因。完成教學(xué)任務(wù)主要是通過(guò)觀察演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生自己實(shí)驗(yàn)，交流討論等手段產(chǎn)生認(rèn)知沖突，解決沖突，形成概念，掌握概念以及應(yīng)用概念?！窘滩姆治觥窟x修3-1把“電動(dòng)勢(shì)”編排在第二節(jié)，中間穿插歐姆定律、串聯(lián)并聯(lián)電路、焦耳定律和電阻定律，閉合電路歐姆定律編排在第七節(jié)，把電動(dòng)勢(shì)作為一個(gè)重要概念單獨(dú)列出，這種編排一方面強(qiáng)調(diào)了電動(dòng)勢(shì)概念的重要性，另一方面是體現(xiàn)了新課標(biāo)的依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和認(rèn)識(shí)規(guī)律編排教材的指導(dǎo)思想。 “電動(dòng)勢(shì)”是電學(xué)中的一個(gè)重要概念，是高中物理教學(xué)中很突出的難點(diǎn)?！半妱?dòng)勢(shì)”既具有概念的一般特征，又有其特殊性，它幾乎貫穿“恒定電流”、“電磁感應(yīng)”、“交流電”三章的主要內(nèi)容。能否掌握電動(dòng)勢(shì)概念將影響整個(gè)電學(xué)知識(shí)的掌握。在本章的第一節(jié)已經(jīng)提出了電源是把電子從正極搬到負(fù)極的裝置。本節(jié)課的重點(diǎn)是從能量轉(zhuǎn)化角度來(lái)理解電源的功能以及電動(dòng)勢(shì)概念。難點(diǎn)是定義電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化成電能本領(lǐng)的物理量。所以可以采用類比的方法進(jìn)行突破?！緦W(xué)情分析】從教學(xué)內(nèi)容本身來(lái)看，電動(dòng)勢(shì)形成機(jī)制比較復(fù)雜，電動(dòng)勢(shì)概念比較抽象，涉及知識(shí)面廣，學(xué)生存在的前概念，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中難以形成深刻的理解，客觀上有一定的難度。從學(xué)生的認(rèn)知水平和實(shí)際調(diào)查情況看，學(xué)生在學(xué)習(xí)電動(dòng)勢(shì)概念前，電源無(wú)內(nèi)阻，“電動(dòng)勢(shì)就是電壓”深深的刻在他們的腦海中。學(xué)生普遍存在著一些思維障礙，如：有了電壓，為什么還有建立電動(dòng)勢(shì)的概念呢？電動(dòng)勢(shì)不就是電壓?jiǎn)?？電?dòng)勢(shì)是電源的本身特性，電池用久了，為什么測(cè)量其兩端的值會(huì)變小呢？電源怎么會(huì)與內(nèi)阻呢？等等，這種先入為主的思維定勢(shì)，給電動(dòng)勢(shì)概念的講解造成了不可忽視的困難。所以，在本節(jié)課中，為解決學(xué)生的一些前概念，采取相應(yīng)的方法進(jìn)行解決?！窘虒W(xué)目標(biāo)】 一、知識(shí)與技能1.知道電源是通過(guò)非靜電力搬運(yùn)電荷，把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2.理解電動(dòng)勢(shì)的的概念及定義式，知道電動(dòng)勢(shì)是表征電源特性的物理量。3.掌握電動(dòng)勢(shì)與電壓的區(qū)別和聯(lián)系。4.知道電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻是電源的兩個(gè)重要參量。5.知道一些常規(guī)電池的電動(dòng)勢(shì)。二、過(guò)程與方法1.通過(guò)類比來(lái)理解電源中的非靜電力。2.經(jīng)歷對(duì)同一個(gè)電源非靜電力對(duì)不同電荷做功的值與電荷量的比值定義電動(dòng)勢(shì)，體會(huì)比值定義式的意義。 3.制作水果電池并粗略測(cè)量電動(dòng)勢(shì)，加深對(duì)電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)的理解。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀1.體驗(yàn)自主探究電源功能的過(guò)程，形成一定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，體會(huì)正確地獲取知識(shí)的方法。2.了解生活中電池，感受現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】非靜電力的概念和從能量轉(zhuǎn)化角度來(lái)理解電源的功能電動(dòng)勢(shì)概念的得出過(guò)程?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】 電動(dòng)勢(shì)概念的得出?！窘虒W(xué)器材】若干水果、鋅板和若干銅板、電壓表、電流表、太陽(yáng)能電池板、干電池、蓄電池、紐扣電池、掛鐘、電容器等【教學(xué)過(guò)程】一、復(fù)習(xí)舊知識(shí) 引出新問(wèn)題1.學(xué)生觀察、教師演示：用充電較短時(shí)間的電容器連接掛鐘，觀察掛鐘的指針走動(dòng)情況？ 請(qǐng)學(xué)生分析其中的原因：電容器負(fù)極板B上的負(fù)電荷通過(guò)掛鐘跑到了正極板A上，最后兩極之間沒(méi)有電勢(shì)差。2.問(wèn)題：如果把電容器換成干電池，情況如何？學(xué)生：指針會(huì)走動(dòng)很長(zhǎng)的時(shí)間。請(qǐng)學(xué)生分析其中的原因：干電池是搬運(yùn)工，能把電子又從正極搬回到負(fù)極，使兩極始終存在一定的電勢(shì)差。今天這節(jié)課，我們從能量轉(zhuǎn)化角度來(lái)分析電源的功能。（為了研究方便，下面我們按正電荷移動(dòng)的說(shuō)法進(jìn)行討論。二、新課教學(xué)（一）分組討論，獲取非靜電力的概念1.提出問(wèn)題，自主探究比較電源外部和內(nèi)部，請(qǐng)思考并回答以下幾個(gè)問(wèn)題：?jiǎn)栴}：請(qǐng)畫(huà)出電源外部和電源內(nèi)部的電場(chǎng)方向？問(wèn)題：請(qǐng)畫(huà)出電源外部和內(nèi)部正電荷定向運(yùn)動(dòng)方向？問(wèn)題：請(qǐng)畫(huà)出在電源外部和內(nèi)部正電荷受到的靜電力？問(wèn)題：請(qǐng)判斷在電源外部和內(nèi)部，靜電力是否是正電荷運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力？2.解決問(wèn)題，討論匯報(bào)解決問(wèn)題：電場(chǎng)方向總是從高電勢(shì)指向低電勢(shì)，故在電源外部，從電池的正極指向負(fù)極；在內(nèi)部也是從電池的正極指向負(fù)極。（如圖所示）解決問(wèn)題：在外部正電荷從正極向負(fù)極運(yùn)動(dòng)，而在內(nèi)部正電荷又從負(fù)極向正極運(yùn)動(dòng)，從而形成了閉合回路。解決問(wèn)題：正電荷受到的靜電力與場(chǎng)強(qiáng)方向相同，即在電源外部，靜電力從正極指向負(fù)極，而在電源內(nèi)部，靜電力從負(fù)極指向正極。解決問(wèn)題：在電源外部，是在靜電力的作用下讓電荷運(yùn)動(dòng)起來(lái)。而在電源內(nèi)部，正電荷受到的靜電力與運(yùn)動(dòng)方向相反，要阻礙電荷的運(yùn)動(dòng)，因此必須要有另一個(gè)力充當(dāng)動(dòng)力，克服靜電力做功，把正電荷從電源的負(fù)極搬到正極，滿足形成持續(xù)電流的需要，這個(gè)力是電源提供的，叫做非靜電力，與靜電力的方向相反。非靜電力陌生且抽象，創(chuàng)設(shè)一個(gè)生活中熟悉形象的情景來(lái)幫助理解。3.教師演示，助生理解 教師在一次性紙杯底部戳一個(gè)小洞，裝滿水，提起一定的高度，讓水在重力的作用下流到下面的臉盆里。一會(huì)兒，水流完了，水流消失了。 問(wèn)：這個(gè)情景有點(diǎn)類似于哪個(gè)現(xiàn)象？生：就如電容器對(duì)掛鐘供電，一會(huì)兒電流就沒(méi)有了。問(wèn)：有什么辦法讓水流一直持續(xù)呢？生：把水在舀上去，舀到上面的紙杯里，一直有高度差。教師演示，果然水流一直持續(xù)。問(wèn)：在把水舀上去的過(guò)程中，是靠重力的作用上去的嗎？生：重力是豎直向下的。這里是靠手的作用力。師：對(duì)，手對(duì)水的作用力就好比前面電源內(nèi)部的“非靜電力”，我們可以稱之為“非重力”。師：類比這個(gè)現(xiàn)象，我們通過(guò)做功分析電源外部和電源內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)化情況。 生：在電源外部，靜電力做正功，電能減小，轉(zhuǎn)化為其他形式的能；在電源內(nèi)部，非靜電力做正功，靜電力做負(fù)功，電能增大，把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。 4.呈現(xiàn)電源，認(rèn)識(shí)非靜電力呈現(xiàn)各種電源，并說(shuō)出是什么能轉(zhuǎn)化為電能。干電池、蓄電池、土豆電池和水果電池 觀察干電池的構(gòu)照了解電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)，非靜電力是化學(xué)作用，非靜電力做功把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。閱讀材料：伏打電池 1780年的一天，意大利解剖學(xué)家伽伐尼在做青蛙解剖時(shí)，兩手分別拿著不同的金屬器械，無(wú)意中同時(shí)碰在青蛙的大腿上，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下，仿佛受到電流的刺激，而只用一種金屬器械去觸動(dòng)青蛙，卻并無(wú)此種反應(yīng)。伽伐尼認(rèn)為，出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因?yàn)閯?dòng)物軀體內(nèi)部產(chǎn)生的一種電，他稱之為“生物電”。 伽伐尼的發(fā)現(xiàn)引起了物理學(xué)家們極大興趣，他們競(jìng)相重復(fù)枷伐尼的實(shí)驗(yàn)，企圖找到一種產(chǎn)生電流的方法，意大利物理學(xué)家伏打在多次實(shí)驗(yàn)后認(rèn)為：伽伐尼的“生物電”之說(shuō)并不正確，青蛙的肌肉之所以能產(chǎn)生電流，大概是肌肉中某種液體在起作用。為了論證自己的觀點(diǎn)，伏打把兩種不同的金屬片浸在各種溶液中進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這兩種金屬片中，只要有一種與溶液發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，金屬片之間就能夠產(chǎn)生電流。1799年，伏打把一塊鋅板和一塊銀板浸在鹽水里，發(fā)現(xiàn)連接兩塊金屬的導(dǎo)線中有電流通過(guò)。于是，他就把許多鋅片與銀片之間墊上浸透鹽水的絨布或紙片，平疊起來(lái)。用手觸摸兩端時(shí)，會(huì)感到強(qiáng)烈的電流刺激。伏打用這種方法成功的制成了世界上第一個(gè)電池“伏特電堆”。這個(gè)“伏特電堆”實(shí)際上就是串聯(lián)的電池組。它成為早期電學(xué)實(shí)驗(yàn)，電報(bào)機(jī)的電力來(lái)源。手搖發(fā)電機(jī) 非靜電力是電磁感應(yīng)作用，它使機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能。太陽(yáng)能電池 非靜電力是光電效應(yīng)，它使太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能。（二）比值定義得到電動(dòng)勢(shì)的概念1.創(chuàng)設(shè)熟悉情景不同電源，非靜電力做功，把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)是不同的。用什么量來(lái)表征電源的這種本領(lǐng)呢？不妨從非靜電力做功角度對(duì)分析，顯然做功對(duì)象是正電荷。在一個(gè)電源內(nèi)部，當(dāng)移動(dòng)一份+q時(shí)，設(shè)非靜電力做功為W非；那么當(dāng)移動(dòng)+2q時(shí)，根據(jù)功的疊加，可知非靜電力做功為2W非；同理移動(dòng)+nq時(shí)，非靜電力做功為n W非。問(wèn)：非靜電力做功越多，把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)嗎？生：不會(huì)，同一個(gè)電源，其本領(lǐng)是一樣的。師：也就是說(shuō)，在這里去尋找一個(gè)不變量。那么，這個(gè)不變量是什么呢？生： W非/q。師：W非/q這個(gè)比值越大，非靜電力做功本領(lǐng)越強(qiáng)，把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)越強(qiáng)。用電動(dòng)勢(shì)E來(lái)表示。我們用電動(dòng)勢(shì)E來(lái)表征電源的這種非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為做功的本領(lǐng)。2.認(rèn)識(shí)電動(dòng)勢(shì)比值定義式： 物理意義：反映了在電源內(nèi)部，非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)。越大，電源內(nèi)部其它形式的能轉(zhuǎn)化成電能的本領(lǐng)就越大。區(qū)分電動(dòng)勢(shì)與電壓：盡管單位都是相同的，但是電壓指靜電力做功，把電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能的本領(lǐng)，通常是針對(duì)某個(gè)導(dǎo)體而言，即。獲取電動(dòng)勢(shì)的途徑a. 數(shù)值上等于搬運(yùn)1C的電量時(shí)非靜電力所做的功。b. 數(shù)值上等于搬運(yùn)1C電量時(shí)把其他形式的能轉(zhuǎn)化的電能。c. 數(shù)值上等于電源不接用電器時(shí)兩極的電壓.d.從電源的外殼獲知。 .認(rèn)識(shí)不同電源的電動(dòng)勢(shì)以及使用于什么設(shè)備？a.干電池約為1.5V，手電筒、計(jì)算器、掛鐘等小型設(shè)備。b.蓄電池約為2 V，電解液時(shí)硫酸溶液，可以反復(fù)充電使用，廣泛用于汽車(chē)、摩托車(chē)、電瓶車(chē)等。c.紐扣電池約為1.2V，也有3V以及其它數(shù)據(jù)的，通常用在電子手表和小型儀表中。d.鋰電池，材料不同，電動(dòng)勢(shì)有3V或3.6 V，廣泛應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦和手機(jī)等電子產(chǎn)品中。 e.太陽(yáng)能電池，為人造衛(wèi)星提供能量，到現(xiàn)在已經(jīng)轉(zhuǎn)化民用，比如可以充電到蓄電池上，為電瓶車(chē)工作。太陽(yáng)能電池鋰電池紐扣電池蓄電池f.分析干7號(hào)、5號(hào)等干電池，電動(dòng)勢(shì)相等，但是體積卻可以不同，可得：電源的電動(dòng)勢(shì)由電源中非靜電力的特性決定，跟電源的體積無(wú)關(guān)，跟外電路也無(wú)關(guān)。（三）、分組實(shí)驗(yàn)：制作水果電池并測(cè)量電動(dòng)勢(shì)用電壓表去測(cè)量水果電池（不同水果）或可樂(lè)電池的電動(dòng)勢(shì)，并匯報(bào)。（水果有：番茄 、獼猴桃、土豆等）學(xué)生發(fā)現(xiàn)：把鋅板和銅板插得越深，電動(dòng)勢(shì)就越大。番茄電池的電動(dòng)勢(shì)約為0.8V。用電流表連接水果電池，發(fā)現(xiàn)指針幾乎不動(dòng)。教師創(chuàng)設(shè)情景：用一節(jié)干電池（電動(dòng)勢(shì)為1.5V）能把小燈泡點(diǎn)亮。把三個(gè)番茄電池串聯(lián)起來(lái)