閉合電路中的電勢(shì)升降創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)及教學(xué)設(shè)計(jì)

閉合電路中的電勢(shì)升降z(mì)復(fù)旦大學(xué)附屬中學(xué)王立斌說(shuō)課內(nèi)容選題依據(jù)01實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和內(nèi)容02實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程03實(shí)驗(yàn)特色或創(chuàng)新點(diǎn)04實(shí)驗(yàn)效果與評(píng)價(jià)053重點(diǎn)、難點(diǎn)核心：閉合電路歐姆定律閉合電路中電勢(shì)的升降

電動(dòng)勢(shì)、電路中能量轉(zhuǎn)化關(guān)系一、選題依據(jù)4二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和內(nèi)容增測(cè)薄層電壓改變探針間距的對(duì)比實(shí)驗(yàn)電動(dòng)勢(shì)概念可視化電動(dòng)勢(shì)理解深入化精細(xì)測(cè)繪電勢(shì)升降閉合電路能量轉(zhuǎn)化全景化深入認(rèn)識(shí)電動(dòng)勢(shì)、閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化5三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程----導(dǎo)入本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是在課堂教學(xué)已經(jīng)引出內(nèi)電阻、內(nèi)電壓的假設(shè)之后展開。6三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程實(shí)驗(yàn)原理圖增測(cè)薄層電壓1演示電勢(shì)“特別區(qū)域”。V3+-V4+-測(cè)外電壓Uab測(cè)內(nèi)電壓UcdE=U內(nèi)

+U外定義式?非靜電力做功？7三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程實(shí)驗(yàn)原理圖增測(cè)薄層電壓1演示電勢(shì)“特別區(qū)域”。V3+-V4+-測(cè)外電壓Uab測(cè)內(nèi)電壓Ucd實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)實(shí)錄(節(jié)選)9三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)分析=>發(fā)現(xiàn)不變的“薄層電壓”，看見電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生區(qū)域。內(nèi)外電阻改變變（近似）不變10三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程開關(guān)斷開時(shí)，內(nèi)外電壓之和略大，為什么？略大誤差?內(nèi)外電阻改變11三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程減小cd探針間距示意圖（虛線為cd原來(lái)的位置）增測(cè)薄層電壓改變探針間距,深入認(rèn)識(shí)電動(dòng)勢(shì)12質(zhì)疑創(chuàng)新猜想：只測(cè)量到了部分內(nèi)電阻上的電勢(shì)差？12表2：減小cd探針間距表1：原始探針間距未測(cè)到的內(nèi)電壓變多。電勢(shì)升高區(qū)域也有內(nèi)阻消耗電壓。變小內(nèi)外電阻改變內(nèi)外電阻改變實(shí)驗(yàn)結(jié)果示例實(shí)驗(yàn)中E=U內(nèi)+U外？三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程電動(dòng)勢(shì)變化了嗎？

深入認(rèn)識(shí)電動(dòng)勢(shì)變小13三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程沿著電流方向，判斷各區(qū)域內(nèi)電勢(shì)的升降正負(fù)？電路里的能量轉(zhuǎn)化電勢(shì)降低電勢(shì)降低電勢(shì)升高電勢(shì)升高14三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程回路中電勢(shì)變化的圖景能否直接得到？實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)描繪增測(cè)薄層電壓改變探針間距,深入探究移動(dòng)探針連續(xù)測(cè)量電壓123數(shù)據(jù)分析電勢(shì)升降是否連續(xù)?是否有多次升降?抽象!粗略!15三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程實(shí)驗(yàn)原理圖探針沿著電流方向移動(dòng)一周，測(cè)出閉合回路中各點(diǎn)與負(fù)極之間的電勢(shì)差U，并繪圖。保持與電池負(fù)極連接。U實(shí)驗(yàn)演示U移動(dòng)探針連續(xù)測(cè)量電壓3教學(xué)示例：在學(xué)生猜想之后，實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)描繪閉合回路中電勢(shì)升降的圖景。17圖像示例1：開關(guān)閉合。定性分析三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程電池負(fù)極探針換位置電池正極在電源內(nèi)部，探針向正極移動(dòng)在電源外部，探針在碳棒上移動(dòng)設(shè)負(fù)極電勢(shì)為零，則U等于各點(diǎn)電勢(shì)不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)探針的不同位置精細(xì)測(cè)繪電勢(shì)升降探針順著電流方向移動(dòng)電池負(fù)極探針換位置18圖像示例1：開關(guān)閉合。定量分析

0V0.50V0.23V1.27V

0V1.23V

0V電勢(shì)升高0.50V電勢(shì)升高1.04V電勢(shì)升高總和0.50V+1.04V=1.54V電勢(shì)降低0.27V電勢(shì)降低1.23V電勢(shì)降低總和0.27V+1.23V=1.50V三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程精細(xì)測(cè)繪電勢(shì)升降備注：電源使用時(shí)間不同，不同批次電動(dòng)勢(shì)略有不同19對(duì)比測(cè)量：開關(guān)斷開，電池內(nèi)電勢(shì)升降。

0V1.61V0.55V電勢(shì)升高0.55V電勢(shì)升高1.06V電勢(shì)升高總和0.55V+1.06V=1.61V三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程在電源內(nèi)部，將探針從電源負(fù)極向正極移動(dòng),電勢(shì)近似不變精細(xì)測(cè)繪電勢(shì)升降20三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程開關(guān)閉合與斷開情況下的圖像定量對(duì)比。開關(guān)閉合開關(guān)斷開電勢(shì)升高總和0.50V+1.04V=1.54V電勢(shì)升高總和0.55V+1.06V=1.61V精細(xì)測(cè)繪電勢(shì)升降無(wú)論開關(guān)是否閉合,電勢(shì)升高量之和近似相等實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2中：電勢(shì)升高量之和取決于探針的位置21三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程沿著電流方向，閉合電路里的電勢(shì)升降電路里的能量轉(zhuǎn)化電勢(shì)降低電勢(shì)降低電勢(shì)升高電勢(shì)升高22四、實(shí)驗(yàn)特色或創(chuàng)新點(diǎn)1.以數(shù)據(jù)分析培養(yǎng)科學(xué)探究的方法和態(tài)度與內(nèi)外電阻變化無(wú)關(guān)的升高的電勢(shì)。“看見”電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生區(qū)域和特點(diǎn)23四、實(shí)驗(yàn)特色或創(chuàng)新點(diǎn)

2.科學(xué)論證，質(zhì)疑創(chuàng)新，深度學(xué)習(xí)。通過(guò)改變探針間距的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了內(nèi)電壓測(cè)量的不完整性，在質(zhì)疑創(chuàng)新中，深入認(rèn)識(shí)電動(dòng)勢(shì)。24四、實(shí)驗(yàn)特色或創(chuàng)新點(diǎn)

3.借助數(shù)字信息技術(shù)，直接、實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)、完整描繪了閉合回路中電勢(shì)升降的圖景?？啥ㄐ??？啥?。外電阻1外電阻225四、實(shí)驗(yàn)特色或創(chuàng)新點(diǎn)

4.本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具有較高的可拓展性，為進(jìn)一步深入探究提供豐富的情境。例：這個(gè)描繪閉合回路中電勢(shì)升降的圖畫有什么問(wèn)題？d點(diǎn)電勢(shì)一定比b點(diǎn)電勢(shì)高嗎？26五、實(shí)驗(yàn)效果與評(píng)價(jià)“選點(diǎn)（插探針）測(cè)量”電壓缺點(diǎn)需分析得到電勢(shì)的升降；探針的位置對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響直接看到閉合回路里電勢(shì)的升降需分析才能得到內(nèi)外電壓改變與內(nèi)外電阻改變的關(guān)系；對(duì)操作精度有要求。移動(dòng)探針“連續(xù)測(cè)量”電壓優(yōu)點(diǎn)能直接看到內(nèi)外電阻改變時(shí)，內(nèi)外電壓的改變，以及電