闭合电路欧姆定律-jy

一、《电源电动势和内阻、闭合电路欧姆定律》的教学优化一、背景分析电动势及闭合电路欧姆定律为高中阶段电学中的重点内容，不同教材对于这一节的处理不尽相同。就以电动势为例，教材中有从非静电力做功，即—V的角度来定义电动势的，也有从其数值上等于电源未接入用电器时两极间的电压，给出其概念的。面对教材不同的切入点，不少教师感到困惑，既怕讲的深入，学生难以接受，降低教学效果，又怕讲的太浅，学生只知其然，不知其所以然，阻碍课堂教学推进。在笔者看来，教材处理方式的多样性，反而给教师在设计时留下了更大的选择空间。本文中的教学设计，笔者以教科版的教材为基础，结合不同教材中的特色，将电动势、闭合电路欧姆定律等知识点融合在一起，对教学细节、教学过程以及实验进行了优化，符合学生的认知规律，体现物理学科的特点，降低了抽象概念的教学难度，提高了课堂教学的有效性。二、 教学设计（一） 教学目标1、 知识与技能（1） 知道闭合电路、夕卜电压和内电阻等的概念，知道电源电动势。（2） 知道闭合电路欧姆定律及其表达式，能对因内电阻的变化而引起的外电压及电流变化进行简单分析。2、 过程与方法（1） 懂得利用DIS电压传感器测量电源未接入电路时两极间的电势差，学会测量电源电动势的一种方法。（2） 通过对于用自制可乐电池所连接而成的闭合电路内、外电压的测量，学会处理实验数据，归纳、总结的科学研究方法。3、 情感、态度与价值观（1） 了解电池的种类及其结构，感受物理贴近生活、联系实际。（2） 结合实验和探索过程，学会观察、勤于思考，体会科学研究方法，提高科学素养。（二） 教学重点与难点重点：闭合电路欧姆定律难点：电动势概念及其意义（三） 教学流程图演示实验电源电动小组讨论弋演示实验2>辖动］a冷1实验窗合电路欧姆演示实验电源电动小组讨论弋演示实验2>辖动］a冷1实验窗合电路欧姆定律"闭合电路.，外电路“内电路+闭合电路中电势、能量变化〜内电阻>内电压2外电压（四）流程图及教学环节说明第一环节，设疑激趣、引入新课（连接前后，液晶屏从无示数到有示数）图一（盒中原来装有一颗土豆电池）说明：教学的一开始，通过对盒中物品（土豆电池）的猜测、揭晓，可跃课堂气氛，同时借助土豆电池与液晶屏连接构成的回路，可给出闭合电路、路等基本概念。电源，活电路及内电第二环节，探究总结、释疑解惑活动I：学生实验。学生实验1测量A（连接前后，液晶屏从无示数到有示数）图一（盒中原来装有一颗土豆电池）说明：教学的一开始，通过对盒中物品（土豆电池）的猜测、揭晓，可跃课堂气氛，同时借助土豆电池与液晶屏连接构成的回路，可给出闭合电路、路等基本概念。电源，活电路及内电第二环节，探究总结、释疑解惑活动I：学生实验。学生实验1测量A、B盒中电池两极间电压（电池正负两极由两根金属片引出）猜测小灯分别与盒中电池构成闭合电路后的亮暗情况，并用实验验证猜想，如图（A盒两极间电压为1.45VB盒两极间电压为1.75V）（与A盒连接小灯点亮与B盒连接小灯不亮）图a 图b图二学生实验2首先由学生当场制作化学电池（详见下文），为进一步探究创设条件。接着以化学电池为模型给出闭合电路中内电阻等概念，然后通过小组合作的形式，测量自制电池所在的闭合电路内、外电压，随内、外电阻变化的情况（其结构示意如图三所示，其中A、B为电池正负两极，C、D为靠近正负极的探针，可用于测量内电压，V、V2表分别测量内、外电压），总结规律，推导出闭合电路欧姆定律，最后此基础上给出电动势的概念。说明：此活动的目的是从新课的引入过渡到本节课的教学重点。在实验1中，学生会观察到在外电路全部相同的情况下，电池两极间电压大的，小灯不亮，电压小的小灯反而点亮，这一认知矛盾能将学生的关注点移到闭合电路内部的规律中。实验2则是利用自制电池，通过学生测量、研究、归纳、推导得到闭合电路欧姆定律，而关于电动势，本环节中仅在最后由实验结果，即 -r=定值，给出其名称并作简单介绍。

（自制化学电池所在的闭合电路）图三（A盒中为1号干电池）（B盒中为可乐电池，两极为铜片、锌片）（自制化学电池所在的闭合电路）图三图a 图b图四活动11:小组讨论。打开A、B盒，观察其中的电池情况，如图四，通过讨论，利用闭合电路欧姆定律等知识，解答在电动势接近的情况下，为何可乐电池无法点亮小灯的疑惑。第三环节，再次实验深化认识活动皿演示实验2。测量闭合电路中电势变化，加深电源电动势的概念。说明：此环节仍然利用自制的化学电池及电压传感器测量闭合电路A-B、B-C、C-D、D-A各点的电势变化情况，如图三，以此加深对于电势升高降低总量相同的认识，并结合电场中能量的知识，初步引入电路中能量转化方向性问题，给出电动势的物理意义。三、 本设计中的教学优化与实践评估（一）改善教学细节优化教学效果教学活动中的细节虽小，但是却能决定教学效果的好坏，反映教师的教学水准，因此成功的教学必定离不开精彩的细节。首先，土豆电池的实验目的是为了快速引入新课，实践证明该方法与直接展示干电池相比，有两点优势，第一，因为土豆贴近生活，当学生观察到液晶屏被点亮，势必能够猜到盒中装有电源，但是当他们拿出盒中的土豆时，这种结果即在预料之中，又在意料之外，所以欢喜之情溢于言表，也活跃了课堂气氛；第二，教师对土豆电池结构所做的简单解释，是在学生意识中建立了一个化学电池的雏形，学生在之后自制电池的环节，很容易将土豆电池与自制电池的结构联系起来。其次，初中时学生认为电源两极间的电压不会发生改变，所以学生实验1的目的就是要构建学生的认知矛盾，推进教学发展。普通的处理方法是，先测量一个果汁电池或者是蔬果电池两极间的电压，然后通过实验，让学生发现电源两极间电压大于小灯额定电压，但是小灯却不亮，以此形成认知冲突。本设计也同样沿用了这一部分，但是却做了进一步的优化，笔者采用了两种电池，可乐电池及1号干电池，分别将电池装入A、B盒子中，与土豆电池一样只伸出两根金属片，然后鼓励学生测量其两端电压，如图二a，并询问学生若将1.5V的小灯与其连接，哪次会更亮？实践中笔者发现，学生的回答均为电压更大，小灯更亮，但是结果与猜想恰恰相反，如图二b，这样做的目的有两个，一方面，增加一节电池后，在对比电压的测量结果及小灯的点亮情况时，学生会产生更加强烈的认知冲突，从而激发起他们的好奇心和求知欲；另一方面，在实践中笔者发现，当询问学生，可乐电池能否点亮小灯时，不少学生会犹豫，即使他们测量到电池两端的电压高于小灯额定电压，但是生活经验告诉他们要用可乐电池点亮小灯非常困难，所以将两节电池分别装入A、B盒中，是为了对电池的种类加以隐藏，剔除容易使学生混淆的特征，保持教学的神秘感，直到学生得到闭合电路欧姆定律后才揭晓，配合知识的应用，做到前后呼应。（二）关注学生认知发展优化教学流程

在如今的新课程标准下，物理教学倡导“以学生为主体，教师为主导”的课堂教学理念。要更好的落实这一理念，教师在教学设计时，必须尊重学生的认知规律，围绕他们的认知结构及其潜在发展方向来规划教学流程，也只有这样，才能调动学生的主观能动性，保证课堂教学流畅、顺利的进行，让教育的立足点真正回归正轨。本设计在处理电动势的概念上作了一些改变，很多关于本节课的教学，是先讲电动势，再提闭合电路欧姆定律，其中电动势的教学方法有两种，一从能量角度利用水泵和电池作用的类比，二则是从化学电池内部载流子移动及非静电力做功的角度，解析电动势的意义。笔者认为这两种方法各有利弊，第一种方法形象，但是过分简化了电池内部的结构，易造成认知误区；第二种方法详细，但是复杂的化学反应容易混淆学生的学习重点。笔者经过反复实践及修改，最终将教学流程设定为，先闭合电路欧姆定律再电动势，最后将两者结合深化认识。具体做法及优势如下，首先，由学生实验I引发学生关于闭合电路内部规律的思考，然后，当学生通过实验直观的了解到闭合电路内、外电压之和为定值时，他们心里会产生两个疑惑，一是这一定值究竟代表什么含义，二是，刚才自己小组在测量内电压时，将红色接线柱接在D处，黑色接在C处，传感器读数为负，难道靠近正极板的探针电势不是更高吗？针对这两个疑惑，笔者决定在学生得出内、外电压之和为定值，并推导出闭合电路欧姆定律之后，再次利用相同的装置实验，完成了演示实验2，即测闭合电路中各点间的电势变化，具体数据如图六，然后配合一系列问答，深化电动势理解，也解答实验疑惑，即给出电池内部结构，又回避了复杂的化学反应过程，“闭合电路中各点电势如何变化？（答：既有升高，又有降低，外电路A-B、内电路C-D降低，B-C、D-A升高）”，“假设回路中的电流为正电荷移动定向形成，那结合刚学过的电场知识，正电荷能在静电场力作用下，从高电势到低电势吗？（答：可以）”“这时能量转化的情况是？（答：电势能转化为其他形式的能）”，“那么静电力能帮助它从低电势回到高电势吗？（答：不可以）”，“正电荷该如何从B-C、D-A呢？（其他作用）”，“对，这种作用叫做非静电力，这时其他形式的能转化为电能，所以电势升高的过程对应能量转化方向恰好和刚才的相反”，“通过观察发现电势升高和降低总量有什么关系？（答：近似相等）”，“对，电势降低量其实就是刚才实验中测得的内、外电压，所以回路中电势升高量正等于电动势”，由于一堂课的时间有限，电动势定义的深化只能至此，至于是否提出^―，以及关于回路中能量转化的更多分析，可以视学生的情况在下节课中继续。（三）改进传统实验优化教学方法在闭合电路欧姆定律的教学中有个传统实验，即使用J23060可变内阻电池，得到无论内、外电阻如何变化，闭合电路中内、外电压之后总为定值的结论，并由此推导出闭合电路欧姆定律，其结构示意如图三所示，当电池与滑动变阻器连接构成闭合电路后，调节滑动变阻器即改变外电阻，而通过E向CD板间的液面吹气，便可使中间的导电液面下降，从而改变其截面积，即调节内电阻大小。但在传统实验中，存在着两个问题，第一，实验中使用的（自制可乐电池，软管巳对E口吹气，液面下降）图a（由定值电阻所焊接而成的可变电阻）（自制可乐电池，软管巳对E口吹气，液面下降）图a（由定值电阻所焊接而成的可变电阻）图b图五电解液为1.28g/cm3的硫酸，且实验仪器也未完全封闭，这就意味着该实验具有一定的危险性，只能由教师演示完成，同时硫酸具有腐蚀性，探针长时间浸泡在其中容易被腐蚀，增加实验失败的几率；第二，因为硫酸为无色液体，所以在改变内电阻时，CD间液面下降的现象学生难以观察得到。笔者对该实验进行了改进，首先，将电解液由硫酸替换成可乐，可乐在常见的饮料中，酸性程度较高，颜色深，易观测且安全，所以可作为学生实验，效果很好，不仅如此，还因为可乐贴近生活，教师还可在课堂中安排学生动手制作该电池，即将可乐打开，倒入容器中，放入正负极板及探针，这一过程定能让学生体会物理的趣味，感叹物理的奇妙，（制作完的可乐电池如图五a所示）；其次，考虑到可乐电池的内阻会比硫酸电池的内阻大很多，采用一般的滑动变阻器，外电阻太小，所以笔者自制了由定值电阻串接而成的可变电阻，如图五b所示，其中定值电阻阻值可视具体情况而定，500Q—2000Q均可，只需接在不同电阻间，外电阻阻值即会变化，改变内电阻的方式不变；再者，因为可乐电池电动势较小为了提升实验效果，建议使用更为精确的测量仪器，笔者所采用的是DIS的电压传感器，测量结果如图六所示。次数123次数123450.110.140.160.270.49u外/V1.201.181.131.020.79U内+U外/V1.311.321.291.291.28命钉用DIS探究电动势和电源外电压、内电压的关系U^=0.49（V） ［卜=0.79（V）开蛤记录［日止i■、记录野［清陈本次敷搭［传W'返回J图a 图b（图像中，U_、U..分别为外电阻减小时，内、外电压的测量值， （闭合电路中，B-C、D-A间电势升高量）即A-B、C-D间的电势降落值，％+U「一则为内、图六压之和）四、 总结在本设计最终定稿之前，笔者经过了多次的教学实践，很多教学环节，例如，将可乐电池以及干电池放在A、B盒中，自制化学电池，以及再次利用化学电池测量正负极板与探针之前的电势变化，深化电动势的概念，均是基于教学实践中学生的课堂反馈情况，加以改动和增添的，当然这些环节也在教学中起到了重要的、不可替代的作用，成为了整节课的闪光点，笔者在这些环节中的感悟也已在前文中举例分享了。但是本堂课仍然存在一些不足，首先，时间过紧，因为参加教学比赛的需要，所以整节课需将闭合电路欧姆定律及电动势的初步内容全部列为了教学内容，自然课堂教学就会显得内容较多，较为局促，如果在平时的教学中，笔者认为可以将这节课拆分成两节课，把闭合回路中能量转化的情况也加入其中，使知识点更加完整；其次，对于闭合回路中B-C、D-A的电势测量问题，由于实验本身的限制，探针不可能非常接近正负极板，因此教学过程中测量的电势升高量并不是完全意义上的电动势，在笔者看来，该实验的