《电源的电动势和内阻》教学设计

电源的电动势和内阻》教学设计川大附中何国军一、教学分析设计1、教材分析：本节是教科版高中物理选修3-1第二章第四节内容，介绍电源的电动势、内阻和全电路欧姆定律，是全新的内容。其中全电路欧姆定律是本章的重点，也是学生学习的难点。本节分2课时完成新课教学，这是第1课时的内容。与旧人教版和现在的新人教版教材相比，教科版在本节课的教材编写上更加突出学生的活动体验。2、学生分析：学生已有了部分欧姆定律分析电路的知识基础，对电源也有一定的缄默认识，例如知道各种干电池的极间电压都是1.5V。但是对于电源内部的工作机理了解不多，电动势是个新概念，电池内部又不易直接观测。同时，电源由于有内阻，从而对回路的电流、电压、电功、电功率等带来一系列的全新影响，于是有了有别于部分电路欧姆定律的全电路欧姆定律。同学们对本节内容会感到惊奇、期待，探究的热情很高，同时又会感到非常困难。3、教学目标：（1） 观察小灯泡并联越多越暗的现象，积极参与猜测灯泡变暗的原因的活动，获得内、外电路的关联体验。（2） 知道电动势是表征电源特性的物理量，它在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。（3） 知道电源有内阻，明确闭合回路内、外电路是串联关系，电动势等于电路上内、外电压之和。（4） 体会探究无法直接观测的未知世界的科学方法，获得突破原有的知识方法，拓宽研究范围，积极进行创造性思维的成功体验。4、 教学媒体：大号干电池、小号干电池、小灯泡、铅蓄电池、伏打电池、伏特表等，PPT课件5、 设计思想：结合新课程理念和学校核心问题教学模式，从学生初中的知识和方法基础出发，出示几种电池，让学生回忆并说出电池两极间的电压，连成回路后能形成持续的电流。由老师实验演示教材56页图2-42所示实验，让学生观察到并联越多小灯泡越暗的现象，借此提出问题：小灯泡变暗的原因是什么?推动学生的探究活动。通过探究活动，让学生对获得内、外电路的关联体验，有利于有关内外电路的概念拓展，减小电动势和全电路欧姆定律的教学的难度。这样设计，层层递进，过渡自然。在反思提升中，教师演示测量伏打电池的开路电压和接入电路时外电压、内电压，验证外电压、内电压之和等于开路电压，以说明电动势是一个确定量。可让学生课后查阅有关电源内部的工作机理的资料作进一步了解，教师视情况也可作适当的补充讲解。有了过程的体验，学生对电源电动势和内阻有更深的认识，在下一课时中，学生更容易理解、应用全电路欧姆定律，从而有效突破难点。通过探究活动，同学们能体会探究无法直接观测的未知世界的科学方法，有利于促进科学素养的形成。基于以上的分析和设想，我确立本节课的核心问题为“做实验，猜测小灯泡变暗的原因”。二、教学实施设计1、教学过程

教学环节教师活动学生活动观测预设提出问题（约8分钟）营造问题情境1、 出示一些电池，让学生说电压，2、 教师做实验（教材56页图2-42）演示小灯泡并联越多越暗的现象观察电池，回忆初中知识，［全班齐答］说电池电压（电压不变）观察实验小灯泡并联越多越暗现象，引起思考进入情境，觉得简单实验不简单提出核心问题出示核心问题：做实验，猜测小灯泡变暗的原因明白本节课核心任务开始思考，跃跃欲试明白任务初觉易解决问题（约20分钟）猜测1出示猜测问题1：你认为小灯泡变暗的原因是什么？明白问题、思考，提出猜想，交流猜想结果难度低验证1布置实验验证任务指导点评动手实验、记录数据、小组内交流、形成共识展示交流1完成易猜测2出示猜测问题2：你认为小灯泡两端的电压变小的原因是什么？明白问题、思考，提出猜想，交流猜想结果开始出现矛盾冲突、疑惑搭脚手架出示电路示意图，认识电源，说明电源内部有电流通过，内外是串联关系观察图、积极思考引导学生分析电源内部验证2布置实验验证任务提示、指导、点评小组商讨制定实验方案、动手实验验证、记录数据、小组内交流、形成共识展示交流2难度较大需适度提示获得体验验证3•教师演示伏打电池测开路电压和内、外电压•读数、观察、思考理解电动势反思提升（约8分钟）1、 反思提升知识出概念、出公式，总结小灯泡变暗的原因2、 反思提升方法勇于突破原有的思维…创造性思维内外电路的关联体验（内外串联分压）在获得内外电路的关联体验的基础上,听教师规范表述相关概念，推相关公式，条理逐渐清晰勇于突破原有的思维进行创造性思维，提炼从现象深入到本质的方法,获得自我肯定关键概念、定律更容易理解掌握、有效突破重难点应用反馈（约4分钟）布置学案练习题，做好批改统计分析小结/作业布置

3、 板书设计主板书一、 核心问题：做实验，猜测小灯泡变暗的原因二、 学生活动f猜测1：你认为小灯泡变暗的原因是什么？(P/、1(、U?)•验证1：U(「猜测2：你认为小灯泡两端的电压变小的原因是什么？(电池有内阻r?)L验证2：有内阻r,内阻与外阻串联分压验证3：内、外电压之和是一个定值，等于电源的开路电压三、 反思提升1、 知识：电动势E：电源的电动势在数值上等于电源没接入电路时两极间的电势差内外电阻串联分压：E=U外+U内外内2、 方法：创造性思维5．应用反馈练习1、把铜板和锌板放入稀硫酸溶液中，就制成了“伏打电池”，它的电动势为1.1V,则(1)这种电池在断路时两极间的电压是 V；(2)把额定电压为1.1V的小电珠接在电池两端，能否正常工作？____；(3)如果流过电池的电流为20mA,10s内，电池把 J的化学能转化为电能？(4)这些电能是否全部用于小灯泡发光，为什么? 练习2、某电源在使用过程中，当通过它的电流有明显变化时，两极间的电压变化并不明显，这是什么原因造成的？三、教后反思从这堂课设计、实施过程和应用反馈情况,我作了一些反思。在新课改理念的背景下,学生的学习方式需要从单纯接受式学习向探究式、体验式转化。参与学校核心问题教学模式下促进学生深度体验之关联体验的研究学习活动,通过亲自参与这堂研究课的设计、实施,让我的教学观有了很大的转变。这堂课利用核心问题教学,设计体验性目标和促进学生深度体验的教学环节,有利于物理关联的建立,从长远来看有利于提高学科素质和科学素养,有利于学生的发展。在教学实施中,之前预计时间紧张,提前板书过多,导致缺乏层次性、现场感,这一点确实需吸取教训。提前板书量、度需要把握恰当。正讲中由于时间关系内化不够,不能脱案讲课,导致一些忙乱,对教学的推进有一些影响,值得改进。伏打电池的演示实验之前是安排在反思提升中的,专家老师们提出了很好的改进意见,改为“验证3”环节,使得整个教学设计更加合理。从学生练习中反馈的情况看：全班交回共59份,其中练习1,(1)正确率100%，说明对电动势等于开路电压理解较好；(2)只有1人回答错，正确率达98%；能较好认知内电阻的影响；(3)有55人完全正确，占93.2%；学生对电源将其他能转化为电能的总量应用EIt计算；(4)问全答对的同学为57人，有2位知道不能全部用于小灯泡发光，但未能将“内阻要消耗一部分电能”说出来。练习2，只有31位同学能从内外串联的关系，得出是内阻远小于外阻的正确结论，一些同学知道电源两极间的电压是外电压，但不知道外电压变化较小的原因。不能够从电动势不变，不能从外电压变化较小联想到内电压变化较小，电流变化大时内阻极小时内电压变化才较小。该题能力要求很高，能有50%多得同学答对，非常难得，说明同学们已经有了定量理解应用全电路欧姆定律的良好基础，体现出这堂课的体验性目标达成度较高。上完这堂研究课后，进行了评课。在评课过程中，专家领导和许多同行教师对我上的这堂课提出了很多宝贵的意见和建议，同时也给予了充分的肯定和鼓励。非常感谢几位专家的悉心的、有深度的和有建设性的指导，也同时对设计研究、两次试讲前后给予我建设性意见和积极帮助的领导和老师们深表谢意。《电磁学》复习课教学设计【教学目标】1．在物理知识方面要求．掌握磁场对载流导体的作用力；掌握磁场对运动电荷的作用力；掌握法拉第电磁感应定律．2．通过综合复习，搞清磁场、电磁感应、交流电、电磁振荡和电磁波等知识的内在关联，并能进行相关知识的综合运用．3．通过综合复习，培养学生归纳、整理知识的能力，培养学生运用知识分析解决综合性问题的能力．【重点、难点分析】1．重点．磁场对截流导体的作用力；磁场对运动电荷的作用力；感生电流方向的判定；法拉第电磁感应定律及其运用．2．难点．楞次定律及其运用；法拉第电磁感应定律的运用；

（3）电磁振荡过程的理解.【教具】投影片（或小黑板），挂图.【教学过程设计】（一） 复习引入新课提出问题.（1） 请同学回顾：磁场、电磁感应、交流电、电磁振荡和电磁波几章知识的大致轮廓;（2） 请同学描述一下：磁场、电磁感应、交流电、电磁振荡和电磁波各章的具体知识内容.根据同学描述的知识内容，归纳总结一下，在几章中，我们主要学习了，运动电荷周围存在磁场；电场和磁场在一定条件下相互转换，从而形成电磁感应，产生电磁波.电磁波的接收与发射等又涉及电子技术方面的应用等知识.（二） 主要教学过程设计出示挂图，并作解说知识大致轮廓.厂十雄感应强度1运动电荷一磁霸 一」.一__.运动电荷一磁霸 一」.一__.愛讨/^甲心1謎通董的变化”・、・・p・、■—J•:电子技术严匾—用出示挂图，并作解说本部分的主要知识，具体内容和简要说明。主要知识具体内容说明磁场运动电荷周围存在的物质，能对铁类物质及运动电荷产生力的作用。一切磁现象的本质，来源于电荷的运动。磁感应强度BB=F/1・I。F-N,1-m，I-A，B-T。B的方向与F、1所在平面垂直。F是当1丄B时受到的最大磁场力磁通量©=B•S©二B，cos€，B-T，S一m2，0—Wb.1Wb二1T-m2e是S与磁感应强度垂直方向的夹角。

安培力FF=BIlsin9,磁场对通电导体的作用力。9是B与电流正方向的夹角洛仑兹力ff=qvBsin9,磁场对运动电荷的作用力。9是B、v正方向的夹角。动生电动势£=Blvsin9,一段导体因切割磁感线而产生的感生电动势。9是v与B正方向的夹角（1与B垂直）。感应电动势£=“△©/△□因磁通量发生变化而在闭合电路引起的感生电动势的代数和。N是匝数。△©/△t叫做磁通量的变化率。变流电e=NBS3sin^tV,或i二Isin€tA。电流大小、方m向作周期性变化。由于闭合电路磁通量周期性变化所产生。交流电最大值,二NBS€或,二INBlv,m mI二,/R,U二I-R。m m m m正弦（或余弦）符号前的数值父流电有效值U=U/迈,I=I/迈,m m(,=,/V2)。M相当于直流电冋样势效应之值。理想变压器利用电磁感应原理输送电能的装置。U:U:€二n:n:•…；1212nI二nI„nI„—1122通过理想变压器的各匝线圈的△©/△t相同，能量损耗不计。L、C振荡电路L、C闭合电路内，电场能与磁场能的交替转换。电流变化趋势与C上电量变化趋势相反。L、C振荡周期T—2兀JL-C,L电感，单位：H；C—电容，单位：F；T—周期，单位：S。改变L或C都能使T变化。T为固有周期。电磁场与电磁波变化的磁场（电场），产生电场（磁场）。变化的电场与磁场不可分割，叫做电磁场。电磁场在空间传递形成电磁波。按正弦（或余弦）规律变化的磁场（电场），产生变化的电场（磁场）3．就以下内容，逐个提问，然后将投影片打出．（1）基本定则．安培定则判断电流磁场方向的法则．应用于直线电流时，拇指表示电流方向，四指表示磁场（磁感线）的环绕方向；应用于环形电流时，四指表示电流方向，拇指表示环形电流轴线上磁感线的方向．左手定则判断通电导线运动电荷受磁场力方向的法则．在应用于判断洛仑兹力方向时，只要将正电荷运动方向视为电流方向即可．负电荷反之．右手定则判断感生电流方向的法则，注意与楞次定律相结合使用．（2）楞次定律．反映感生电流方向与磁通量变化关系的定律：感生电流的磁场总是要阻碍引起感生电流的磁通量的变化．可结合左、右手判断法则，判断感生电流方向或感生电动势的正负极性．应用时，注意下列四个步骤：明确外磁场（或原磁场）的方向及分布情况，画出磁感线的分布；判断磁通量的变化△©;根据△©的正、负情况，判断感生电流磁场的方向：当A©〉。时，感生电流磁场方向与外磁场方向相反；当△©V0时，感生电流磁场方向与外磁场方向相同；当厶❻二。时，无感生电流产生.根据感生电流磁场方向，结合（左）右手判定法则，确定感生电流方向.（3）法拉第电磁感应定律．反映感生电动势产生条件及大小的定律：电路中感生电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，即：公式&=BlvsinG是反映长为1的一段导体，或者闭合电路中的一部分导体1两端感生电动势的大小.此感生电动势起因于导体做切割磁感线运动的结果；€,公式&二N ，是表示绕闭合电路一周感生电动势的代数和；€t凡电动势，都是表示非静电力移动单位正电荷做功的能力大小.公式&=Blv中的非€,静电力是洛仑兹力.而匕二N 中的非静电力则不仅包括洛仑兹力，而且包括感生电场力€t等非静电力.€,这是两者在意义上的区别.但通常在应用中往往对于应用N 求得的感生电动势一定€t是对时间At的“平均值”而将e=Blvsin9理想为只能求得即时值，以此来区别两者的不同意义.这种看法是片面的，“即时值”、“平均值”不是两者的根本区别.实际上两个公式在某些情况下都能描述即时值和平均值.交流电的变化规律.当闭合导线框在匀强磁场中以角速度s匀速转动时，如果闭合电路内的磁通量发生周期性变化，则其感生电动势即为：e二NBS…sin（…t+„）V式中N为闭合导线框的匝数，S为导线框所围面积.讲述研究电磁学部分的基本思路与方法.（1）磁场中的力学问题，其分析方法与力学中的方法相同，只是多了磁场力的作用，当存在动量或能量转化问题时，可借助动量或功能关系解答.如图1所示（投影片）质量为m的带电小球所带电量为+q,可以沿竖直长棍滑动，小球与棍的摩擦因数为卩，同时有一水平向右的匀强电场E和水平垂直纸面向里的匀强磁场B.问小球由静止向下滑动时做什么运动？

图i分析：可采用谈话法.一人回答不完整时，其他同学补充，也可以争论，留给学生一段时间讨论.然后，提问：刚开始小球一共受几个力？它们的大小、方向？可能回答：重力mg竖直向下，电场力F=qE水平向右，弹力N=qE水平向左(因无水平运动，N与F平衡)和竖直向上的摩擦力(小球不动，这时摩擦力为静摩擦力f=mg).提问2：小球向下滑动后，小球受力怎么变化？可能回答：重力、电场力与小球运动无关，故不变.小球向下运动，将受到向右的洛仑兹力f€qvB•因小球仍无水平运动，所以向左的弹力N€F+f€qE+qvB；这时洛 洛的摩擦力f=UN=U(qE+qvB)方向向上.提问3：小球将做什么运动？作定性和定量分析.开始时：mg>f,小球向下做加速运动，当v增大时，摩擦力f也增大，竖直向下的合力ZF€mg-f在减小.所以小球做加速度减小的加速运动.当f=mg时，小球做匀速运动.在下落过程中，根据牛顿第二定律有ZF€mg一„(qE+qvB)=ma。当EF=0时，a=0，v最大，由上式可有mg=U(qE+qvB))从而解得:v最大mg从而解得:v最大mg-„qE„qB适当归纳总结后，请看投影片。如图2.在匀强电场和匀强磁场共存的区域内，电场的场强为E、方向竖直向下，磁场的磁感应强度为B、方向垂直纸面向里.在场区内，有一根绝缘细杆与水平方向成e固定放置，杆上套有一个质量为m、带有电量为一q的小球，小球与细杆间摩擦因数为U(U<tana=.现将小球由静止释放，设杆有足够的长度，且qE<mg，求下滑中小球的最大加速度和最大速度.

ffi2组织学生讨论，然后归纳：下滑中，当小球的速度v较小时，受到如图3(a)所示的重力G=mg，电场力F€qE，洛仑兹力F=Bqv，支持力N,摩擦力f=uN作用.随着12小球速度V的增大fF增大一N减小ff减小f小球受到的合外力工F增大f小球的加速度2a增大.当速度v增至某一数值v时，支持力N减为零，摩擦力f相应减为零，小球受到的1合外力F达到最大，此时小球的加速度a相应达到最大.合M3据此由牛顿第二定律有mgsin,—qEsin,=ma。m(mg一qE)sin,解得小球的最大加速度为a€m m小球的速度V超过V后，受力情况变为如图3(b)所示，其中杆对小球的支持力N由1垂直杆向上变为垂直杆向下.之后随着小球速度v继续增大fF增大fN增大ff增大f工2F减小fa减小.当速度v增至另一数值v时，小球受到的合外力F减为零，其加速度a2 合相应减为零，此后小球以速度V沿杆匀速下滑，故速度V即是小球可达到的最大速度.据22此由EF=0有mgsin,—qEsin,—„(Bqv+qEcos,—mgcos,)=0om解得小球的最大速度为_(mg-qE)(sin0,€cos0)€Bq归纳总结本题后，看投影片.图4中的MN为水平放置的带电平行板，相距为d，电势差为U,两极间充满磁感应强度为B、方向为垂直纸面向里的匀强磁场.某时刻，一个质量为m、带电量为q的负电荷，从N板的P点由静止开始进入电场、磁场中.当它经过轨迹的最高点位置K时，正好与原来静止在K点的、质量为m的中性油滴相结合，随之，从K点开始做匀速直线运动.如果不许重力影响，试问：电荷与油滴结合后的运动速度多大？电荷到达K点与油滴作用前的速度多大？电荷与油滴作用过程中损耗的能量为多少？K点到N板的距离为多少？组织讨论然后归纳.电荷在正交的电场与磁场中运动时，在本题条件下，电荷既受电场力作用又受洛仑兹力作用.由于洛仑兹力为变力，电荷将做变加速曲线运动，不能用中学物理中运动学的方法解决这一问题.电荷与油滴作用后做匀速直线