高中物理人教版 (新课标)选修32 电动势教案设计

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修32 电动势教案设计，共6页。
eq \(\s\up7(),\s\d5(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。


eq \(\s\up7(),\s\d5(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＝eq \f(W,q)。


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。


eq \(\s\up7(),\s\d5(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＝eq \f(W静电力,q)


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＝eq \f(W非静电力,q)


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


eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(课堂小结))


[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。


eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(布置作业))


1．复习本节教材。


2．完成课本课后问题与练习。


eq \(\s\up7(),\s\d5(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＝eq \f(W非静电力,q)


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。


eq \(\s\up7(),\s\d5(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。


eq \(\s\up7(),\s\d5(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。





某型号进口电池
某型号国产电池
eq \a\vs4\al( RECHARGEABLE,1.2 V 500 mA·h,STANDARD,CHARGE,15h at 50 mA)


Cd
GNY0.6(KRAA)


1.2 V 600 mA·h


RECHARGEABLE


STANDARD CHARGE


15 h at 60 mA