第七单元 电路与电能-高中物理单元教学设计

>> 166 第一单元  机械运动与物理模型 王  静　祁会玲　张战强　汪  静 第七单元  电路与电能 李  亮 【单元教学设计】 1. 单元素养目标 第七单元的素养目标如表 7-1 所示。 表 7-1　第七单元素养目标 教学内容 核心素养目标 物理观念 电源、电流、电阻、电功、电功率、 焦耳定律 学生能够建立物质观念和能量观念，能 识别常见的电路元件，了解它们在电路 中的作用，能用这些物理观念和能量观 念准确的描述电路问题，进而解释生产 生活中的一些电学问题 串联电路和并联电路、电表改装 本单元创设电表改装环节，让学生经历 科学探究和思维加工过程，形成科学的 思想，发展学生提出问题、分析问题和 解决问题的能力 科学思维 闭合电路的欧姆定律、闭合电路欧 姆定律的动态分析问题、含容电路 问题、电源的输出功率与路端电压 及外电阻阻值的关系、电源的最大 输出功率 教师引导学生推导公式，提升学生的逻 辑推理能力、创新能力 电路中的能量转化 本单元通过分析电路中的能量转化过程 提升学生的抽象概括能力和比较与分类 能力，锻炼学生的科学思维 167 << 续　表 　第七单元 电路与电能　 教学内容 核心素养目标 科学探究 导体电阻率的测量、电池电动势和 内阻的测量 学生在实验探究中经历问题、证据、解 释与交流等探究过程，体验用图像法处 理数据的科学方法，促进实验探究能力 的提升 练习使用多用电表 本单元通过使用多用电表解决实际问题 提升学生的实验操作技能，提升学生的 实验能力 科学态度 与责任 认识电路，理解串并联电路的工作 原理 学生能够理解社会需求是推动科学技术 发展的动力，热爱自然，具有保护环境、 节约资源、促进可持续发展的责任感 能源与可持续发展、调查近年来家 庭的用电状况 学生能够形成节约的意识，养成节约的 习惯 2. 学生情况分析 （1）物理观念方面：学生对电流、电阻、欧姆定律有初步的认识，知道串联、 并联电路的连接特点及电压电流的特点，知道能量守恒的观点。 （2）科学思维方面：学生具备一定的科学推理、科学论证、分析与综合、抽象 与概括的能力。 （3）科学探究方面：初中阶段学生做过比较简单的电路实验，具备一定的实验 操作能力。 （4）科学态度与责任方面：学生对科学的价值有一定的认识，有很强的社会责 任感和使命感。 【单元教学内容分析】 1. 本单元在形成学生物理观念中的地位 主题十一以第五、第六单元的知识作为学习的基础，将电路与静电场建立联系， 进一步发展了学生对电场的认识，促进学生物质观中“场”的观念的进一步形成。 主题十二围绕电路中的能量问题展开研究，进一步加强了学生对能量形式、能量转 换、能量守恒的认识。 2. 单元内容分析 （1）单元内容线索。第七单元的内容线索如图 7-1 所示。 >> 168 　高中物理单元教学设计　 图 7-1　第七单元内容线索 （2）单元内容的进阶层级。第七单元的内容进阶层级如图 7-2 所示。 图 7-2　第七单元内容进阶层级 　第七单元 电路与电能　 169 << 【单元教学任务设计】 1. 单元大任务 （1）学生能够利用实验室的电源、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线 测定生活中用电器的阻值。教师引导学生思考以下问题。 ①如何测量电炉丝、小灯泡、半导体二极管的阻值？ ②如何摆放实验器材，才能最方便连接器材？ ③如何调节实验器材才能更好地获得实验数据？ ④如何绘制用电器的伏安特性曲线？ （2）教师引导学生观察生活中的用电器，如电热水壶、电风扇。 （3）教师引领学生思考以下问题。 ①用电器工作时的能量是怎样获得的？ ②用电器工作的额定电压和额定电流是多少？ ③电热水壶工作时涉及哪些能量形式？ ④电风扇在工作时涉及哪些能量形式？ ⑤电流做功与电流生热之间有怎样的关系？ 2. 单元小任务设计 任务一：观察放电现象。 任务二：测量电阻。 任务三：伏安特性曲线。 任务四：观察家用热水器工作状态，思考问题。 任务五：串联电路、并联电路。 任务六：电压表的电路结构、电流表的电路结构。 任务七：电表改装的误差分析。 任务八：锌锰电池的内部结构。 任务九：滑动变阻器。 任务十：长度的测量。 任务十一：金属丝电阻率的测量。 任务十二：练习使用多用电表。 任务十三：测量一节干电池的电动势和内阻。 >> 170 　高中物理单元教学设计　  5 主题十一　电路及其应用 11.1　电源和电流（2课时） 李  亮 【设计理念】 学生在学习了静电场的相关内容后，对电场力做功、电势、电势能的概念已经 有了较深的认识，此刻引导学生认识恒定电场，符合学生心理特点。教材利用学生 已经学过的等势体上电荷的分布和转移情况，引导学生分析恒定电场形成的过程， 并引出了电源和恒定电流的定义和物理意义。教师引导学生进行思考，从而激发学 生的求知欲和学习物理的兴趣 【教材分析】 本节课所采用的教材是人教版高中物理必修第三册第十一章第 1 节的内容。本 节向学生介绍电学产生的巨大的工程应用领域，使学生意识到他们所学的内容与生 活息息相关。本节还能扩展学生对电场的认识，加强学生对物质观的认识。 【学情分析】 学生已经基本掌握了学习物理的思维方法，如对比分析、抽象思维等。在学习 本节内容之前，学生还学习了静电场和导体静电平衡的知识，有一定的电场知识。 电源虽然在生活中是比较常见的，但是本节要讲的是电源内部的工作原理和导线中 的电流，是较为抽象的知识，不容易理解。 【教学目标】 1. 物理观念 本节通过对电流的形成的介绍，培养学生的物质观念。 2. 科学思维 本节从分析电源的作用入手，类比滑梯运动，培养学生应用类比方法和物理知 识解决实际问题的能力。 　第七单元 电路与电能　 171 << 3. 科学探究 本节通过对电流形成的微观解释的探究，使学生理解电流形成的本质。 4. 科学态度与责任 本节通过对恒定电场会产生恒定电流的介绍，激发学生探究知识的热情。 【教学重点】 电流形成的微观解释。 【教学难点】 1. 电流的定义及单位、方向的规定。 2. 恒定电场会产生恒定电流。 【教学方法】 启发式教学法、合作探究法、多媒体演示法。 【教学过程】 1. 引入新课 （1）教师通过日常生活中的例子（如手电筒、手机充电等）引出电源的概念， 激发学生的好奇心和兴趣。 （2）教师提出问题：电源是如何工作的？它如何产生电流？教师引导学生探索 答案。 2. 电源 （1）电源是能够提供电能的装置，能够将其他形式的能转化为电能。 （2）分类：根据转化能的方式不同，电源可分为化学电源（如电池）、物理电源 （如发电机）等。 （3）工作原理：教师以电池为例，简要介绍化学电源的工作原理，即化学反应 产生电能。 3. 引入电流概念 （1）教师通过类比水流，引出电流的概念：电荷的定向移动形成电流。 （2）教师解释电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。 4. 电源与电流的关系 （1）教师强调电源是提供电流的装置，电流是由电源产生的。 >> 172 　高中物理单元教学设计　 （2）教师通过示意图展示电源、导线、用电器等组成的简单电路，解释电流在 电路中的流动路径。 5. 实验演示 （1）教师引导学生搭建一个简单的电路，包括电源、导线、小灯泡等，让学生 观察电流使灯泡发光的现象。 （2）教师通过改变电源正负极的连接方式，让学生观察灯泡亮灭的变化，进一 步理解电流的方向和电源的作用。 6. 总结 教师引导学生总结电源和电流的基本概念及它们之间的关系。 7. 练习 教师布置相关练习题，让学生巩固所学知识。 11.2　导体的电阻（1课时） 李  亮 【设计理念】 教师引导学生通过把不同的导体接入电路观察灯泡亮暗或观察电流表读数的大 小从而认识影响电流大小的因素，引导学生知道导体在导电的同时对电流有阻碍作 用，使学生形成电阻的概念，进一步了解电阻单位。教师启发学生从生活中的经验 猜测影响电阻的大小因素，观察实验，从中体会控制变量法的应用，再通过实验验 证自己的猜测。教师引导学生提出用一根电阻丝研究电阻与长度、横截面积等因素 的关系，加深学生对科学的研究方法的理解。 【教材分析】 本节教材涵盖了电阻的概念与性质、影响因素、测量方法与应用等多个方面。 通过学习这一节，学生可以深入理解电阻的本质，掌握电阻的测量方法和应用技巧， 为今后的学习和实践打下坚实的基础。 【学情分析】 学生在初中已经对电阻有一定的认识，也定性地探究了导体电阻与长度、横截 面积、材料的关系。学生能通过串联、并联的基本知识，推理出 R 与 l 成正比，R 与 S 成反比，因此脑海中应该有一个模糊的概念。 　第七单元 电路与电能　 173 << 【教学目标】 1. 物理观念 （1）学生能够知道电阻的定义式。 （2）学生能够知道电阻率的概念，知道电阻与电阻率的关系。 2. 科学思维 （1）学生能够理解电阻的定义式，进一步体会用比值法定义物理量的科学思想。 （2）学生能够利用串联、并联基本规律分析 L、S 对导体电阻的影响，再结合不 同材料电阻不同，理论推导出电阻定律。 （3）学生能够根据伏安特性曲线或 U-I 图像，分析导体电阻的变化。 3. 科学探究 （1）学生能够利用控制变量法探究影响导体电阻的因素，定量得出电阻定律。 （2）学生能够设计实验，定性分析温度对电阻的影响。 4. 科学态度与责任 本节通过对超导现象的讲解，和对中国科学家在这一领域的贡献介绍，提升学 生学习物理的兴趣，激励学生树立远大理想。 【教学重点】 实验：研究导体电阻与长度、横截面积及材料定量的关系。 【教学难点】 对电阻率的理解。 【教学方法】 演示法、讲授法、实验探究法、练习法。 【教学过程】 1. 创设情境、引入新课 教师提问：站在高压线上的小鸟，为什么安然无恙？你对此有什么猜想呢？ 2. 温故知新，打开思维 教师提出问题：一个金属导体两端的电压 U 与电流 I 有什么样的关系？ 3. 实验探究，培养能力 教师提出问题：导体电阻 R 具体由哪些因素决定？ >> 174 　高中物理单元教学设计　 4. 合作探究实验 请学生思考并设计一个合理的实验电路。 5. 超导现象 1987 年，华裔美国籍科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继研制出钇—钡— 铜—氧系材料，超导转变温度提高到 90 K。 6. 伏安特性曲线 学生阅读教材 60 页。 11.3　实验：导体电阻率的测量（2课时） 李  亮 【设计理念】 本节课的重点是测量工具的使用、测量电阻的实验设计、进行实验探究和数据 处理四个环节。 【教材分析】 本节课所采用的教材是人教版高中物理必修第三册第十一章第 3 节的内容，本 节分两部分来讲，第一部分主要讲游标卡尺和螺旋测微器的原理及读数方法，第二 部分主要讲用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率，本节理论与实验相结合， 是非常重要的一节实验课。 【学情分析】 高二的学生已经具备了一定的电学知识，对于导体的电阻、电阻率已经有了一 定的认识。通过初中物理的学习，学生已经具备了一定的电学实验能力，在此时安 排本节课，符合学生的认知规律。 【教学目标】 1. 物理观念 本节通过对电阻率的介绍，树立学生的物质观念。 2. 科学思维 本节通过对实验原理的教学，提高学生科学推理的能力，发展学生的科学思维。 　第七单元 电路与电能　 175 << 3. 科学探究 本节通过对实验过程的教学，培养学生科学探究的能力。 4. 科学态度与责任 本节通过对数据处理和误差分析过程的讲解，树立学生实事求是的科学态度。 【教学重点】 导体电阻率的测量的实验原理。 【教学难点】 导体电阻率的测量的实验方法。 【教学方法】 讲授法、实验法。 【教学过程】 1. 创设情境、引入新课 （1）教师引导学生复习电阻率公式、实验原理。 （2）教师引导学生明确需要测量的物理量有：电阻 R、长度 l、直径 d。 （3）教师提出疑问：本实验都需要用到哪些器材？ （4）学生回答、教师补充。 待测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、学生电源、电压表、电流表、滑动变 阻器、开关以及导线若干。 2. 进行实验 （1）实验：长度的测量及测量工具的选用。 ①教师介绍游标卡尺。 ②教师介绍螺旋测微器。 ③学生练习使用测量仪器。 ④教师展示测量长度、直径的习题。 ⑤教师引导学生设计实验。 ⑥学生测量金属丝直径 d。 ⑦学生连接电路。 ⑧学生测量金属丝有效长度 l。 >> 176 　高中物理单元教学设计　 （2）实验：金属丝电阻率的测量。 ①学生整理所测得的数据并进行计算。 ②学生分析测量误差。 11.4　串联电路和并联电路（1课时） 李  亮 【设计理念】 本节整个教学过程充分调动学生的积极性，给学生创造适当的情景让学生亲自 体会。 【教材分析】 本节课所采用的教材是人教版高中物理必修第三册第十一章第 4 节的内容，本 节教材内容主要的知识线索：根据“恒定电流电路内电荷的稳定分布”分析得出串、 并联电路的电流关系；根据电势和电势差的概念，通过理论分析得到串、并联电路 的电压关系；在此基础上，得到串、并联电路的电阻关系；从应用角度出发，通过 对电表量程的改装、电流表和电压表电路模型的建立等内容使知识得以拓展。 【学情分析】 本节课是在初中已有串、并联电路知识的基础上，进一步归纳串联电路和并联 电路的电流特点、电压特点，并进一步推出串联电路和并联电路中电阻的计算方法。 学生已经有了一定的基础，但高中知识的综合性、难度都加大了，要求学生认真 对待。 【教学目标】 1. 物理观念 学生通过对电表量程的改装构建电流表和电压表电路模型。 2. 科学思维 学生通过推导电流、电压关系和串、并联电路的电阻关系，提高自身的逻辑思 维能力。 3. 科学探究 学生通过对电表改装的分析，提高自身综合运用物理规律来解决问题的能力。 　第七单元 电路与电能　 177 << 4. 科学态度与责任 学生通过本节课的教学活动，学生的应用意识。 【教学重点】 串、并联电路的特点以及电阻的串、并联的计算。 【教学难点】 表头 G 改装成大量程电压表 V 和电流表 A 的原理。 【教学方法】 演示法、实验法、讲授法、讨论法、练习法。 【教学过程】 1. 创设情境、引入新课 教师提出问题：这些小彩灯如果有一部分坏了，是不是所有的彩灯都要灭 了呢？” 2. 教师启发学生从电荷运动的角度分析串、并联电路的电流 教师提出问题：串联电路的总电阻与各部分电路电阻有什么关系？ 教师提出问题：若多个电阻串联呢？ 教师提出问题：并联电路的总电阻与各部分电路电阻有什么关系？ 教师提出问题：若多个电阻并联呢？ 3. 串、并联规律的应用 教师介绍表头及表头的三个参数。 教师提出问题：怎样扩大表头的电压？ 教师提出问题：怎样扩大表头的电流？ 11.5　实验：练习使用多用表（1课时） 李  亮 【设计理念】 多用电表是电学实验乃至生产生活中的一种重要的测量工具，教师在整个教学 过程中应给学生创造更多的使用机会，让学生亲自体验，充分调动学生的积极性。 >> 178 　高中物理单元教学设计　 【教材分析】 本节课从生活常见的检修电路（板）入手，体现本节课与生产生活、科技进 步密切相关。通过对多用电表的认识和使用，学生能够知道使用多用电表的一般步 骤和注意事项。学习完本课程，学生能够提高电路分析能力和常见电路问题的解决 能力。 【学情分析】 学生经历了一年多的高中物理学习，已经具有一定的知识基础和认知能力，在 知识储备、实验技能、思维方法等方面都得到一定锻炼。 【教学目标】 1. 物理观念 学生能够认识多用电表，掌握多用电表的使用方法，能够测量常见的物理量。 2. 科学思维 学生会读多用电表的示数，特别是欧姆挡的，并能根据读数猜测物理元件。 3. 科学探究 学生能够使用多用电表设计实验并熟练操作。 4. 科学态度与责任 本节通过对多用电表使用方法的讲解，培养学生实事求是的科学态度，能使学 生灵活地运用科学方法来研究问题、解决问题、提高创新意识。 【教学重点】 多用电表的使用方法和读数方法。 【教学难点】 正确使用多用电表测量电阻阻值，并正确读数。 【教学方法】 讲授法、讨论法、实验法。 【教学过程】 1. 创设情境、引入新课 教师播放电器维修时工人使用多用电表的视频。 　第七单元 电路与电能　 179 << 2. 认识多用表 （1）教师使用投影仪依次展示多用电表的表盘和挡位。 （2）教师讲解多用电表的读数规则、使用规则、欧姆表原理。 3. 练习使用多用电表 教师引导学生选择实验器材，设计电路测量小灯泡的电压。 （1）教师组织学生分组实验，测量通过小灯泡的电流。 （2）教师给学生提供有关器材及适时引导。 4. 教师提出问题 （1）开关 S 调到哪两个位置上多用电表测量的是电流？哪个位置量程大？ （2）调到哪两个位置上测量的是电压？ （3）调到哪两个位置上测量的是电阻？哪个位置量程大？ （4）测电阻、直流电流、直流电压时，电流流经红、黑表笔有什么共同特点？ 5. 知识讲解 （1）教师讲解多用电表的应用。 （2）教师带领学生回忆二极管的特性。 （3）教师引导学生探索黑箱内的电学元件。 （4）教师引导学生使用多用电表分析电路故障。  5 主题十二　电能　能量守恒定律 12.1　电路中的能量转化（1课时） 赵哲丰 【设计理念】 本节以学生为主体，结合大量的生活实例，增加学生的感性认识，降低学习的 难度。教师设计循序渐进的问题，逐个突破重难点，完成知识的迁移和生成，提高 学生相应的物理核心素养。教师通过分析家用热水器，来联系生活实际增加学生的 感性认识，再利用已具备的功能关系的知识，得出电功、电功率概念。 >> 180 　高中物理单元教学设计　 【教材分析】 本节选自人教版物理必修第三册第十二章第 1 节，内容安排在静电场之后，目 的是让学生从电场的角度建立电功和电能的概念，从能量守恒的角度总结焦耳定律， 在电场和电路的情境下培养学生的能量观念，所以本节在本章中占有非常重要的 位置。 【学情分析】 学生在此之前已经学过机械能守恒定律，在初中也涉及过电功、电功率和焦耳 定律的内容，为本节的学习提供了知识基础。 【教学目标】 1. 物理观念 学生能够理解电功、电热、电功率的概念，理解焦耳定律。 2. 科学思维 学生能够通过能量守恒的思想，推出焦耳定律。 3. 科学探究 学生能够体会科学探索的过程，培养严谨的科学态度。 4. 科学态度和责任 学生能够珍惜能源，培养社会责任意识。 【教学重点】 电功、电功率的概念。 【教学重点】 非纯电阻电路的能量转化。 【教学方法】 交流讨论法、自主探究法、实验探究法。 【教学过程】 1. 创设情境、引入新课 教师介绍能源危机，引入课题。 2. 新课教学 （1）电功和电功率。 　第七单元 电路与电能　 181 << ①教师让学生举出生活中常见的用电器，并思考这些用电器电能的转化 方式。 ②教师回顾功能关系的知识点，引导学生得出电功的概念。 ③教师展示家用热水器的快烧和慢烧，通过二者区别得出电功率概念。 ④教师分析额定功率和实际功率的含义。 （2）焦耳定律。 ①教师以家用热水器为例，引导学生思考计算电热的方法。 ②教师引导学生推出电热的概念。 ③教师区别纯电阻和非电阻，引导学生对用电器进行分类。 ④教师提出问题：电功和电热有什么关系？ （3）电路中的能量转化。 ①演示实验：一个风扇和小灯泡串联，教师按住风扇及松开，引导学生观 察小灯泡的亮度，并分析原因。 ②教师提出问题：风扇消耗的电能与内能和机械能有怎样的定量关系？ ③教师引导学生设计实验：利用电动机转动提升重物。 ④教师提出问题：怎样测机械功率？怎样判断匀速上升？ ⑤教师引导学生验证结论。 12.2　闭合电路的欧姆定律（2课时） 赵哲丰 【设计理念】 初高中电路问题最大的区别在电源，电源内阻的存在对整个电路的分析产生了 很大的影响。所以了解电源，对电源的内电路有清晰明确的认识至关重要，这是电 路分析的基础。电学知识贴近实际生活，所以在进行教学设计时要多与生活实际联 系，多用实验说明问题。所以整节课的设计思路为设计实际问题、围绕“电源”这 个中心，解决实际问题中进行知识的讨论学习和能力素质的培养。 【教材分析】 本节课所采用的教材是人教版高中物理必修第三册第十二章第 2 节的内容，闭 合电路欧姆定律在体现功能关系问题上是一个很好的素材，它能够充分体现功和能 的概念在物理学中的重要性。本节从做功的角度认识了电动势的概念，再通过功能 >> 182 　高中物理单元教学设计　 关系的分析来建立闭合电路的欧姆定律。因此，帮助学生理解电路中的能量转化关 系是基础和关键。应用闭合电路欧姆定律讨论路端电压与负载关系是本节的难点， 要注意提高学生运用闭合电路欧姆定律分析问题的能力。 【学情分析】 在第十一章第 1 节，学生学习了电源的作用是将电子从电源正极搬运到负极， 维持电路两端的电压，初步了解电源的作用。学生学习了静电场知识，理解电荷在 电场中受到的静电力，学生分析电源内部电荷受到的静电力阻碍电荷运动，引出电 源内部存在非静电力，进而建立电动势概念。学生学习了各种能量，并且知道这些 能量存在相互转化，在转化过程中遵循能量守恒定律。学生的数学推理能力相对于 高一有了较大提升，能根据能量守恒定律推导闭合电路欧姆定律。 【教学目标】 1. 物理观念 学生能够树立电路能量观念，能够根据能量守恒定律推导出闭合电路的欧姆 定律。 2. 科学思维 学生能够理解闭合电路的欧姆定律的推导过程，体会它在内外电路的电势降落 上的一致性。 3. 科学探究 （1）本节通过对生活中闭合电路的欧姆定律的应用的分析，增加学生对物理知 识喜爱。 （2）学生能够领会运用闭合电路的欧姆定律解决问题的优越性。 4. 科学态度与责任 本节通过电路能量守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运用自然规律， 并用来解决实际问题。 【教学重点】 1. 闭合电路的概念。 2. 闭合电路的欧姆定律的内容。 【教学难点】 路端电压与负载的关系。 　第七单元 电路与电能　 183 << 【教学方法】 实验探究法、启发式教学法。 【教学过程】 1. 引入新课 AB 两端先后分别接四节干电池串联组成 6 V 的干电池组和学生电源的直流 6 V 挡供电，教师逐一闭合开关，学生观察小灯泡的亮度变化情况；教师再逐一断开开 关，学生观察小灯泡的亮度变化情况如图 7-3 所示。 A a1 a2 a3 a4 B 图 7-3　四个小灯泡并联的电路图 教师以“铅蓄电池”为例介绍电池内部的电势变化和电流方向。 （1）介绍铅蓄电池的原理，如图 7-4 所示，然后在电源断路的情况测量电池正 负电极、电极与探针之间、探针与探针之间的电势差。 A D+ C B 图 7-4　铅蓄电池的原理 （2）接通外电路，再测电池正负电极、电极与探针之间、探针与探针之间的电 势差，如图 7-5 所示。 A V2 D C B RP V1 图 7-5　测铅蓄电池电势差的电路图 >> 184 　高中物理单元教学设计　 （3）教师引导学生用“电子自发地从低电势移动到高电势”分析电子的移动和 电流的方向。 2. 电动势 （1）教师引导学生用电场的观点分析电子在电场力作用下的移动情况。 （2）教师给出非静电力，引导学生从能量转化的角度看电源的作用 （3）教师介绍电池参数：电动势、内阻、容量。 （4）教师介绍光伏电池汽车动力电池及中国在动力电池方面的国际领先优势。 3. 闭合电路欧姆定律及其能量分析 教师引导学生复习初中学过的部分电路欧姆定律。 闭合电路中的电势变化情况：在外电路中，正电荷在静电力的作用下从电势高 的位置向电势低的位置移动，在外电路中，沿电流方向电势降低。 内阻的定义：通常在电源内部也存在电阻，内电路中的电阻叫内电阻，简称 内阻。 教师引导学生探讨课本中的思考与讨论。 教师提出问题：电流流经电源时，在时间 t 内非静电力做多少功？在时间 t 内外 电路中有多少电能转化为内能？当电流通过内电路时，也有一部分电能转化为内能， 是多少？ 学生分小组讨论，并派代表回答本组观点，教师适当补充。 闭合电路的欧姆定律的定义：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、 外电路的电阻之和成反比。这个结论叫作闭合电路的欧姆定律。 4. 路端电压与负载的关系 教师引导学生总结路端电压的表达式： U 外＝ IR ＝ E － Ir ＝ E r− R r E +   （7-1） 教师引导学生总结在纯电阻电路中，路端电压与外电阻 R 之间的关系。 （1）当外电阻 R 增大时，电流 I 减小（E 和 r 为定值），内电压 Ir 减小，路端电 压 U 外增大；当外电路断路，I ＝ 0，此时 U 外＝ E。 （2）当外电阻 R 减小时，电流 I 增大，内电压 Ir 增大，路端电压 U 外减小；当 外电路短路时，R ＝ 0， I = E r ，U 外＝ 0。 教师引导学生比较两类 U-I 图像，如表 7-2 所示。 　第七单元 电路与电能　 185 << 表7-2　两类U-I图像的对比表 对　象 电　源 电　阻 图　像 物理意义 电源的路端电压随电路电流的变化关系 电阻中的电流随电阻两端电压的变化关系 截 距 与纵轴交点表示电源电动势 E，与横轴 交点表示电源短路电流 E r 过坐标轴原点，表示没有电压时电流为零 斜率 （绝对值） 电源电阻 r 电阻大小 坐标 U、I 的比值 表示外电阻的大小，不同点对应的外电 阻大小不同 每一点对应的比值均等大，表示此电阻的 大小 坐标 U、I 的乘积 表示电源的输出功率 表示电阻消耗的功率 12.3　实验：电池电动势和内阻的测量（2课时） 赵哲丰 【设计理念】 本实验是闭合电路欧姆定律的深化和实际应用，对学生实验能力的提升有重要 作用。本实验分为两课时进行，第一课时主要进行实验方案的设计、讨论，深化对 闭合电路欧姆定律的理解。第二课时，进行分组实验和误差分析。为引起学生兴趣， 实验采用水果电池。通过先用电压表粗侧水果电池电动势，再直接给小灯泡供电灯 泡却不亮的现象，引发可能内阻大的分析和测量需求。 【教材分析】 本节课是普通高中教科书人教版物理（必修第三册）第十二章第 3 节内容，它 安排在闭合电路的欧姆定律之后，是闭合电路欧姆定律的深化和实际应用。教材设 置了实验思路、物理量的测量、数据分析、参考案例、练习与应用五个环节，注意 到了学生以前的学习基础，体现了教材对电学问题的分析思路和对闭合电路欧姆定 律应用的重视，符合学生学习认知规律。通过动脑、动手、合作、分享，学生深化 对闭合电路欧姆定律的理解，进一步熟悉用图像处理数据的方法，提高实验操作技 能，培养学生的科学探究能力和科学态度。 >> 186 　高中物理单元教学设计　 【学情分析】 学生学习了闭合电路欧姆定律，知道电源的 U-I 图像的斜率和截距的含义，根 据表达式设计测量电动势和内阻的电路原理图。在必修第一册中，学生多次练习用 图像处理数据，分析图像的物理意义。高中生喜欢动手操作，亲自实践，喜欢进行 实验探究，教师在教学中善于利用学生的学习特点引导学生完成电路原理的设计、 明确实验操作步骤，用图像法处理实验数据。 【教学目标】 1. 物理观念 学生通过实验真正认识电源的内阻的存在。 2. 科学思维 学生体验实验研究中获取数据、分析数据、寻找规律的科学思维方法。 3. 科学探究 学生经历实验过程，掌握实验方法，学会根据图像合理外推进行数据处理的 方法。 4. 科学态度与责任 本节能够培养学生仔细观察、真实记录实验数据等良好的实验习惯和实事求是 的品质，让学生逐渐形成严谨的科学态度。 【教学重点】 利用图像处理数据。 【教学难点】 实验误差的分析。 【教学方法】 探讨学习法，实验探究法。 【教学过程】 第 1 课时 1. 新课教学、创设情境、引入新课 （1）教师展示水果电池，用电压表粗测水果电池的电动势。 （2）教师直接使用水果电池给小灯泡供电，灯泡不亮，这是什么原因呢？ 　第七单元 电路与电能　 187 << 教师提出问题：怎样准确测量水果电池的电动势和内阻？ 2. 实验方案设计 （1）自学感知。 教师让学生阅读课本，学习课本上的解决方案。 教师提出问题：测量原理是什么？ 教师请学生画出电路图。 教师提出问题：怎样处理数据获得准确的电动势和内电阻？ 教师提出问题：学生对课本方案有无疑问？电压表电阻对测量结果影响大不 大？电流表“外接”行不行？如果电池内阻很大或很小分别怎样选？ （2）方案二：数据处理的“化曲为直”。 教师用图片给出常用的电学实验器材（含有电阻箱），去掉电压表，让学生讨论 测量方法。 教师提出问题：电路图怎样画？怎样操作？数据如何处理？ （3）方案三：学生应用。 教师用图片给出常用的电学实验器材（含有电阻箱），去掉电流表，让学生讨论 测量方法。 教师提出问题：电路图怎样画？怎样操作？数据如何处理？怎样化曲为直？方 案评估。 第 2 课时 1. 实验目的 （1）学生能够理解闭合电路欧姆定律，掌握用电压表和电流表测定电源的电动 势和内阻的方法。 （2）学生能够进一步熟悉电压表、电流表、滑动变阻器的使用方法及量程选择。 （3）学生能够掌握用图像法求电动势和内阻的方法。 （4）学生能够理解路端电压 U 与干路电流 I 的关系图像（即 U-I 图像）与横、 纵坐标轴交点坐标的物理意义以及图像斜率的物理意义。 2. 实验原理 根据闭合电路欧姆定律，电源的路端电压 U E Ir= − （7-2） 在如图 7-6 所示的电路中，改变 R 的阻值，从电压表和电流表中读出几组 I、U >> 188 　高中物理单元教学设计　 值，用作图法来处理数据，即在坐标纸上以 I 为横坐标，U 为纵坐标，用测出的几组 I、U 值画出 U-I 图像，如图 7-7 所示，所得直线跟纵轴的交点为 E，图像斜率的绝 对值也为 r。 U U ∆I ∆U A V R E r S O II 图 7-6　实验电路图 U U ∆I ∆U A V R E r S O II 图 7-7　U-I 图像 3. 实验器材 待测电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干。 4. 注意事项 （1）操作方面注意事项。 ①仪器的选择：电流表量程选择 0 ～ 0.6 A，电压表量程选择 0 ～ 3 V。 ②实验中不要将 I 调得过大，读电表示数时要快，每次读完立即断电。以免 干电池 E 和 r 出现明显变化。 （2）读数方面注意事项。 ①电流表选择量程为 0 ～ 0.6 A 时，精度为 0.02 A，读数时，读到小数点后 两位即可。 ②电压表选择量程为 0 ～ 3 V 时，精度为 0.1 V，读数时，读到小数点后 两位。 　第七单元 电路与电能　 189 << 5. 实验步骤 第 1 步：按电路图连接电路，电流表选择 0 ～ 0.6 A 量程，电压表选择 0 ～ 3 V 量程，滑动变阻器的滑动片要放置在接入电路阻值最大的位置。 第 2 步：闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，读数，断开开关， 记录电流表、电压表的示数（I1、U1）。 第 3 步：闭合开关，调节滑动变阻器，重复上述操作，测量并记录 6 组 U、I 值。 第 4 步：断开开关，整理好器材。 6. 实验数据及数据处理 实验数据如表 7-3 所示。 表7-3　实验数据 U/V 1.40 1.35 1.31 1.28 1.25 1.22 I/A 0.10 0.19 0.26 0.32 0.38 0.44 在画 U-I 图像时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两 侧。个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。 建立直角坐标系，横、纵坐标分别为干路电流和路端电压，按比例进行标度， 根据数据，在坐标系中描出 6 个点，此时，可看出这些点呈直线分布，不在直线上 的点能大致均匀地分布在直线两侧，用虚线延伸至和纵轴产生交点。 7. 误差分析 （1）偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数，以及作 U-I 图像时描点不 准确。 （2）系统误差：主要来源于电压表的分流。由于电压表的分流作用，使电流表 示数 I 小于电池的输出电流 I 真，导致电源电动势和内阻的测量值 E 测和 r 测都比真值 E 真和 r 真小。 12.4　能源与可持续发展（1课时） 李  亮 【设计理念】 本节内容与自然、社会、生活息息相关，教师整个教学过程应引导学生热爱自 然、保护环境、节约资源、促进可持续发展。特设定以下几个环节。 >> 190 　高中物理单元教学设计　 1. 教师引导学生归纳生活中各种各样的能量转化过程，学生分小组讨论能 量转化过程中总能量的变化情况，并举例说明。教师引导学生建立科学的物质 观念，并能用科学的物质观念解决实际问题。 2. 教师请学生分享生活中的实际经历，归纳能量转化过程具有方向性的特 点，使学生深入体会科学、技术、社会、环境之间的关系。 【教材分析】 本节的主要内容是能量守恒定律，但在初中的基础上又深入了一层，分为能量 转移或转化的方向性，能源的分类与应用，能源与社会发展三个部分。课程提出了 能量耗散的新观点，揭示了能源的本质，但并不违背能量守恒定律。能源的利用造 成了严峻的环境问题，为此提出可持续发展战略。教师引领学生认识科学的本质以 及科学、技术、社会、环境的关系，形成科学态度、科学世界观和价值观，为做有 责任感的社会公民奠定基础。 【学情分析】 学习本节之前，学生已经学习了能量守恒的知识，为学习本节内容奠定了一定 的基础。 【教学目标】 1. 物理观念 学生能够理解能量守恒定律与能量转移的方向性对人类社会的影响。 2. 科学思维 学生能够认识科学的本质以及科学、技术、社会、环境的关系。 3. 科学探究 通过阅读课文体会我国在新能源领域的发展，学生能够知道能源的使用与环境 的变化的辩证关系。 4. 科学态度与责任 通过引领学生认识科学的本质以及科学、技术、社会、环境的关系，学生能够 形成科学态度、科学世界观和价值观。 【教学重点】 能量守恒定律。 　第七单元 电路与电能　 191 << 【教学难点】 能量转移或转化的方向性。 【教学方法】 讲授法、提问法、讨论法、阅读法 【教学过程】 1. 新课教学、创设情境、引入新课 教师提出问题：我们知道，内能可以转化成电能，电能可以转化成光能、内能 或机械能……既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么我们还要节约能源呢？ 能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转 化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的 总量保持不变。 2. 能量转移或转化的方向性 教师提出问题：把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水 的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同，是否可能发生原来温度相同的水和鸡蛋， 过一会儿水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升的现象？ 3. 能源的分类与运用 教师提出问题：举例说明常见的能源有哪些？目前人类开发了哪些能源？哪些 能源属于清洁能源？ 4. 能源与社会发展 能源是人类社会活动的物质基础。煤炭和石油资源是有限的。 5. 深入了解太阳能 教师提供资料：太阳能、太阳能电池、我国和世界的太阳能发电的发展情况， 引导学生讨论。