閉合電路歐姆定律-jy

一、《電源電動勢和內(nèi)阻、閉合電路歐姆定律》的教學(xué)優(yōu)化一、背景分析電動勢及閉合電路歐姆定律為高中階段電學(xué)中的重點內(nèi)容，不同教材對于這一節(jié)的處理不盡相同。就以電動勢為例，教材中有從非靜電力做功，即—V的角度來定義電動勢的，也有從其數(shù)值上等于電源未接入用電器時兩極間的電壓，給出其概念的。面對教材不同的切入點，不少教師感到困惑，既怕講的深入，學(xué)生難以接受，降低教學(xué)效果，又怕講的太淺，學(xué)生只知其然，不知其所以然，阻礙課堂教學(xué)推進(jìn)。在筆者看來，教材處理方式的多樣性，反而給教師在設(shè)計時留下了更大的選擇空間。本文中的教學(xué)設(shè)計，筆者以教科版的教材為基礎(chǔ)，結(jié)合不同教材中的特色，將電動勢、閉合電路歐姆定律等知識點融合在一起，對教學(xué)細(xì)節(jié)、教學(xué)過程以及實驗進(jìn)行了優(yōu)化，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，體現(xiàn)物理學(xué)科的特點，降低了抽象概念的教學(xué)難度，提高了課堂教學(xué)的有效性。二、 教學(xué)設(shè)計（一） 教學(xué)目標(biāo)1、 知識與技能（1） 知道閉合電路、夕卜電壓和內(nèi)電阻等的概念，知道電源電動勢。（2） 知道閉合電路歐姆定律及其表達(dá)式，能對因內(nèi)電阻的變化而引起的外電壓及電流變化進(jìn)行簡單分析。2、 過程與方法（1） 懂得利用DIS電壓傳感器測量電源未接入電路時兩極間的電勢差，學(xué)會測量電源電動勢的一種方法。（2） 通過對于用自制可樂電池所連接而成的閉合電路內(nèi)、外電壓的測量，學(xué)會處理實驗數(shù)據(jù)，歸納、總結(jié)的科學(xué)研究方法。3、 情感、態(tài)度與價值觀（1） 了解電池的種類及其結(jié)構(gòu)，感受物理貼近生活、聯(lián)系實際。（2） 結(jié)合實驗和探索過程，學(xué)會觀察、勤于思考，體會科學(xué)研究方法，提高科學(xué)素養(yǎng)。（二） 教學(xué)重點與難點重點：閉合電路歐姆定律難點：電動勢概念及其意義（三） 教學(xué)流程圖演示實驗電源電動小組討論弋演示實驗2>轄動］a冷1實驗窗合電路歐姆演示實驗電源電動小組討論弋演示實驗2>轄動］a冷1實驗窗合電路歐姆定律"閉合電路.，外電路“內(nèi)電路+閉合電路中電勢、能量變化?內(nèi)電阻>內(nèi)電壓2外電壓（四）流程圖及教學(xué)環(huán)節(jié)說明第一環(huán)節(jié)，設(shè)疑激趣、引入新課（連接前后，液晶屏從無示數(shù)到有示數(shù)）圖一（盒中原來裝有一顆土豆電池）說明：教學(xué)的一開始，通過對盒中物品（土豆電池）的猜測、揭曉，可躍課堂氣氛，同時借助土豆電池與液晶屏連接構(gòu)成的回路，可給出閉合電路、路等基本概念。電源，活電路及內(nèi)電第二環(huán)節(jié)，探究總結(jié)、釋疑解惑活動I：學(xué)生實驗。學(xué)生實驗1測量A（連接前后，液晶屏從無示數(shù)到有示數(shù)）圖一（盒中原來裝有一顆土豆電池）說明：教學(xué)的一開始，通過對盒中物品（土豆電池）的猜測、揭曉，可躍課堂氣氛，同時借助土豆電池與液晶屏連接構(gòu)成的回路，可給出閉合電路、路等基本概念。電源，活電路及內(nèi)電第二環(huán)節(jié)，探究總結(jié)、釋疑解惑活動I：學(xué)生實驗。學(xué)生實驗1測量A、B盒中電池兩極間電壓（電池正負(fù)兩極由兩根金屬片引出）猜測小燈分別與盒中電池構(gòu)成閉合電路后的亮暗情況，并用實驗驗證猜想，如圖（A盒兩極間電壓為1.45VB盒兩極間電壓為1.75V）（與A盒連接小燈點亮與B盒連接小燈不亮）圖a 圖b圖二學(xué)生實驗2首先由學(xué)生當(dāng)場制作化學(xué)電池（詳見下文），為進(jìn)一步探究創(chuàng)設(shè)條件。接著以化學(xué)電池為模型給出閉合電路中內(nèi)電阻等概念，然后通過小組合作的形式，測量自制電池所在的閉合電路內(nèi)、外電壓，隨內(nèi)、外電阻變化的情況（其結(jié)構(gòu)示意如圖三所示，其中A、B為電池正負(fù)兩極，C、D為靠近正負(fù)極的探針，可用于測量內(nèi)電壓，V、V2表分別測量內(nèi)、外電壓），總結(jié)規(guī)律，推導(dǎo)出閉合電路歐姆定律，最后此基礎(chǔ)上給出電動勢的概念。說明：此活動的目的是從新課的引入過渡到本節(jié)課的教學(xué)重點。在實驗1中，學(xué)生會觀察到在外電路全部相同的情況下，電池兩極間電壓大的，小燈不亮，電壓小的小燈反而點亮，這一認(rèn)知矛盾能將學(xué)生的關(guān)注點移到閉合電路內(nèi)部的規(guī)律中。實驗2則是利用自制電池，通過學(xué)生測量、研究、歸納、推導(dǎo)得到閉合電路歐姆定律，而關(guān)于電動勢，本環(huán)節(jié)中僅在最后由實驗結(jié)果，即 -r=定值，給出其名稱并作簡單介紹。

（自制化學(xué)電池所在的閉合電路）圖三（A盒中為1號干電池）（B盒中為可樂電池，兩極為銅片、鋅片）（自制化學(xué)電池所在的閉合電路）圖三圖a 圖b圖四活動11:小組討論。打開A、B盒，觀察其中的電池情況，如圖四，通過討論，利用閉合電路歐姆定律等知識，解答在電動勢接近的情況下，為何可樂電池?zé)o法點亮小燈的疑惑。第三環(huán)節(jié)，再次實驗深化認(rèn)識活動皿演示實驗2。測量閉合電路中電勢變化，加深電源電動勢的概念。說明：此環(huán)節(jié)仍然利用自制的化學(xué)電池及電壓傳感器測量閉合電路A-B、B-C、C-D、D-A各點的電勢變化情況，如圖三，以此加深對于電勢升高降低總量相同的認(rèn)識，并結(jié)合電場中能量的知識，初步引入電路中能量轉(zhuǎn)化方向性問題，給出電動勢的物理意義。三、 本設(shè)計中的教學(xué)優(yōu)化與實踐評估（一）改善教學(xué)細(xì)節(jié)優(yōu)化教學(xué)效果教學(xué)活動中的細(xì)節(jié)雖小，但是卻能決定教學(xué)效果的好壞，反映教師的教學(xué)水準(zhǔn)，因此成功的教學(xué)必定離不開精彩的細(xì)節(jié)。首先，土豆電池的實驗?zāi)康氖菫榱丝焖僖胄抡n，實踐證明該方法與直接展示干電池相比，有兩點優(yōu)勢，第一，因為土豆貼近生活，當(dāng)學(xué)生觀察到液晶屏被點亮，勢必能夠猜到盒中裝有電源，但是當(dāng)他們拿出盒中的土豆時，這種結(jié)果即在預(yù)料之中，又在意料之外，所以歡喜之情溢于言表，也活躍了課堂氣氛；第二，教師對土豆電池結(jié)構(gòu)所做的簡單解釋，是在學(xué)生意識中建立了一個化學(xué)電池的雛形，學(xué)生在之后自制電池的環(huán)節(jié)，很容易將土豆電池與自制電池的結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來。其次，初中時學(xué)生認(rèn)為電源兩極間的電壓不會發(fā)生改變，所以學(xué)生實驗1的目的就是要構(gòu)建學(xué)生的認(rèn)知矛盾，推進(jìn)教學(xué)發(fā)展。普通的處理方法是，先測量一個果汁電池或者是蔬果電池兩極間的電壓，然后通過實驗，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)電源兩極間電壓大于小燈額定電壓，但是小燈卻不亮，以此形成認(rèn)知沖突。本設(shè)計也同樣沿用了這一部分，但是卻做了進(jìn)一步的優(yōu)化，筆者采用了兩種電池，可樂電池及1號干電池，分別將電池裝入A、B盒子中，與土豆電池一樣只伸出兩根金屬片，然后鼓勵學(xué)生測量其兩端電壓，如圖二a，并詢問學(xué)生若將1.5V的小燈與其連接，哪次會更亮？實踐中筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的回答均為電壓更大，小燈更亮，但是結(jié)果與猜想恰恰相反，如圖二b，這樣做的目的有兩個，一方面，增加一節(jié)電池后，在對比電壓的測量結(jié)果及小燈的點亮情況時，學(xué)生會產(chǎn)生更加強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，從而激發(fā)起他們的好奇心和求知欲；另一方面，在實踐中筆者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)詢問學(xué)生，可樂電池能否點亮小燈時，不少學(xué)生會猶豫，即使他們測量到電池兩端的電壓高于小燈額定電壓，但是生活經(jīng)驗告訴他們要用可樂電池點亮小燈非常困難，所以將兩節(jié)電池分別裝入A、B盒中，是為了對電池的種類加以隱藏，剔除容易使學(xué)生混淆的特征，保持教學(xué)的神秘感，直到學(xué)生得到閉合電路歐姆定律后才揭曉，配合知識的應(yīng)用，做到前后呼應(yīng)。（二）關(guān)注學(xué)生認(rèn)知發(fā)展優(yōu)化教學(xué)流程

在如今的新課程標(biāo)準(zhǔn)下，物理教學(xué)倡導(dǎo)“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的課堂教學(xué)理念。要更好的落實這一理念，教師在教學(xué)設(shè)計時，必須尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，圍繞他們的認(rèn)知結(jié)構(gòu)及其潛在發(fā)展方向來規(guī)劃教學(xué)流程，也只有這樣，才能調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，保證課堂教學(xué)流暢、順利的進(jìn)行，讓教育的立足點真正回歸正軌。本設(shè)計在處理電動勢的概念上作了一些改變，很多關(guān)于本節(jié)課的教學(xué)，是先講電動勢，再提閉合電路歐姆定律，其中電動勢的教學(xué)方法有兩種，一從能量角度利用水泵和電池作用的類比，二則是從化學(xué)電池內(nèi)部載流子移動及非靜電力做功的角度，解析電動勢的意義。筆者認(rèn)為這兩種方法各有利弊，第一種方法形象，但是過分簡化了電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，易造成認(rèn)知誤區(qū)；第二種方法詳細(xì)，但是復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)容易混淆學(xué)生的學(xué)習(xí)重點。筆者經(jīng)過反復(fù)實踐及修改，最終將教學(xué)流程設(shè)定為，先閉合電路歐姆定律再電動勢，最后將兩者結(jié)合深化認(rèn)識。具體做法及優(yōu)勢如下，首先，由學(xué)生實驗I引發(fā)學(xué)生關(guān)于閉合電路內(nèi)部規(guī)律的思考，然后，當(dāng)學(xué)生通過實驗直觀的了解到閉合電路內(nèi)、外電壓之和為定值時，他們心里會產(chǎn)生兩個疑惑，一是這一定值究竟代表什么含義，二是，剛才自己小組在測量內(nèi)電壓時，將紅色接線柱接在D處，黑色接在C處，傳感器讀數(shù)為負(fù)，難道靠近正極板的探針電勢不是更高嗎？針對這兩個疑惑，筆者決定在學(xué)生得出內(nèi)、外電壓之和為定值，并推導(dǎo)出閉合電路歐姆定律之后，再次利用相同的裝置實驗，完成了演示實驗2，即測閉合電路中各點間的電勢變化，具體數(shù)據(jù)如圖六，然后配合一系列問答，深化電動勢理解，也解答實驗疑惑，即給出電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)，又回避了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，“閉合電路中各點電勢如何變化？（答：既有升高，又有降低，外電路A-B、內(nèi)電路C-D降低，B-C、D-A升高）”，“假設(shè)回路中的電流為正電荷移動定向形成，那結(jié)合剛學(xué)過的電場知識，正電荷能在靜電場力作用下，從高電勢到低電勢嗎？（答：可以）”“這時能量轉(zhuǎn)化的情況是？（答：電勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能）”，“那么靜電力能幫助它從低電勢回到高電勢嗎？（答：不可以）”，“正電荷該如何從B-C、D-A呢？（其他作用）”，“對，這種作用叫做非靜電力，這時其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，所以電勢升高的過程對應(yīng)能量轉(zhuǎn)化方向恰好和剛才的相反”，“通過觀察發(fā)現(xiàn)電勢升高和降低總量有什么關(guān)系？（答：近似相等）”，“對，電勢降低量其實就是剛才實驗中測得的內(nèi)、外電壓，所以回路中電勢升高量正等于電動勢”，由于一堂課的時間有限，電動勢定義的深化只能至此，至于是否提出^―，以及關(guān)于回路中能量轉(zhuǎn)化的更多分析，可以視學(xué)生的情況在下節(jié)課中繼續(xù)。（三）改進(jìn)傳統(tǒng)實驗優(yōu)化教學(xué)方法在閉合電路歐姆定律的教學(xué)中有個傳統(tǒng)實驗，即使用J23060可變內(nèi)阻電池，得到無論內(nèi)、外電阻如何變化，閉合電路中內(nèi)、外電壓之后總為定值的結(jié)論，并由此推導(dǎo)出閉合電路歐姆定律，其結(jié)構(gòu)示意如圖三所示，當(dāng)電池與滑動變阻器連接構(gòu)成閉合電路后，調(diào)節(jié)滑動變阻器即改變外電阻，而通過E向CD板間的液面吹氣，便可使中間的導(dǎo)電液面下降，從而改變其截面積，即調(diào)節(jié)內(nèi)電阻大小。但在傳統(tǒng)實驗中，存在著兩個問題，第一，實驗中使用的（自制可樂電池，軟管巳對E口吹氣，液面下降）圖a（由定值電阻所焊接而成的可變電阻）（自制可樂電池，軟管巳對E口吹氣，液面下降）圖a（由定值電阻所焊接而成的可變電阻）圖b圖五電解液為1.28g/cm3的硫酸，且實驗儀器也未完全封閉，這就意味著該實驗具有一定的危險性，只能由教師演示完成，同時硫酸具有腐蝕性，探針長時間浸泡在其中容易被腐蝕，增加實驗失敗的幾率；第二，因為硫酸為無色液體，所以在改變內(nèi)電阻時，CD間液面下降的現(xiàn)象學(xué)生難以觀察得到。筆者對該實驗進(jìn)行了改進(jìn)，首先，將電解液由硫酸替換成可樂，可樂在常見的飲料中，酸性程度較高，顏色深，易觀測且安全，所以可作為學(xué)生實驗，效果很好，不僅如此，還因為可樂貼近生活，教師還可在課堂中安排學(xué)生動手制作該電池，即將可樂打開，倒入容器中，放入正負(fù)極板及探針，這一過程定能讓學(xué)生體會物理的趣味，感嘆物理的奇妙，（制作完的可樂電池如圖五a所示）；其次，考慮到可樂電池的內(nèi)阻會比硫酸電池的內(nèi)阻大很多，采用一般的滑動變阻器，外電阻太小，所以筆者自制了由定值電阻串接而成的可變電阻，如圖五b所示，其中定值電阻阻值可視具體情況而定，500Q—2000Q均可，只需接在不同電阻間，外電阻阻值即會變化，改變內(nèi)電阻的方式不變；再者，因為可樂電池電動勢較小為了提升實驗效果，建議使用更為精確的測量儀器，筆者所采用的是DIS的電壓傳感器，測量結(jié)果如圖六所示。次數(shù)123次數(shù)123450.110.140.160.270.49u外/V1.201.181.131.020.79U內(nèi)+U外/V1.311.321.291.291.28命釘用DIS探究電動勢和電源外電壓、內(nèi)電壓的關(guān)系U^=0.49（V） ［卜=0.79（V）開蛤記錄［日止i■、記錄野［清陳本次敷搭［傳W'返回J圖a 圖b（圖像中，U_、U..分別為外電阻減小時，內(nèi)、外電壓的測量值， （閉合電路中，B-C、D-A間電勢升高量）即A-B、C-D間的電勢降落值，％+U「一則為內(nèi)、圖六壓之和）四、 總結(jié)在本設(shè)計最終定稿之前，筆者經(jīng)過了多次的教學(xué)實踐，很多教學(xué)環(huán)節(jié)，例如，將可樂電池以及干電池放在A、B盒中，自制化學(xué)電池，以及再次利用化學(xué)電池測量正負(fù)極板與探針之前的電勢變化，深化電動勢的概念，均是基于教學(xué)實踐中學(xué)生的課堂反饋情況，加以改動和增添的，當(dāng)然這些環(huán)節(jié)也在教學(xué)中起到了重要的、不可替代的作用，成為了整節(jié)課的閃光點，筆者在這些環(huán)節(jié)中的感悟也已在前文中舉例分享了。但是本堂課仍然存在一些不足，首先，時間過緊，因為參加教學(xué)比賽的需要，所以整節(jié)課需將閉合電路歐姆定律及電動勢的初步內(nèi)容全部列為了教學(xué)內(nèi)容，自然課堂教學(xué)就會顯得內(nèi)容較多，較為局促，如果在平時的教學(xué)中，筆者認(rèn)為可以將這節(jié)課拆分成兩節(jié)課，把閉合回路中能量轉(zhuǎn)化的情況也加入其中，使知識點更加完整；其次，對于閉合回路中B-C、D-A的電勢測量問題，由于實驗本身的限制，探針不可能非常接近正負(fù)極板，因此教學(xué)過程中測量的電勢升高量并不是完全意義上的電動勢，在筆者看來，該實驗的