物理学与人类文明教学设计

电动势

教学设计

学科

授课人

物理

课题

学校

电动势

教学设计

所用教材

设计思路

教材分析

学情分析

教学目标

教材名称：物理选修3-1；第二章第二节43-45页

出版社：人民教育出版社

先以一个演示实验，展示电容器短暂的供电、而电源可以持续的供电这一现象，引发学生对电源作用的思考。通过理论解释，使学生认识电源要提供非静电力。通过化学电池和手摇发电机两个实验，让学生从能量的角度深刻理解电源的作用以及清楚不同电源非静电力的来源。通过牛奶、可乐两种不同化学电池所测得铜、锌两级电势差的不同，引入电动势的概念。通过理论解释使学生清楚电动势与电压的不同。最后来认识容量和内阻的概念。

电动势是本章重要概念，也是本章的难点。教科书明确提出了“非静电力”的概念，让学生从功与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1c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，本节仅做一些铺垫。

学生在初中已经学习电路了有关的知识，但是没有深入研究电源的作用。在前面的学习中，学生对电荷在电场中功与能量的转化关系有一定的掌握以及知道了电源是将正电荷从负极搬运到正极的装置，从而维持一定的电势差。本节将从能量的角度重新认识电源的作用，学生对此知识点的学习和掌握能够接受，但是对电动势概念的理解有一定的难度。

（一）知识与技能

1.知道电源是将其他形式的能转化为电能的装置。

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.理解电源内阻和容量。

（二）过程与方法

1.通过实验探究使学生理解电源是将其他形式的能转化为电能的装置。

2.培养学生通过观察实验现象理解不同电源非静电力做功本领是不同的。

3.培养学生从能量守恒与转化的观点分析、解决物理问题的能力。

教学重点

教学难点

课时安排

（三）情感态度与价值观

1.体验由具体到抽象的探究思维的模式，培养学生严谨的科学态度，体会正确的获取知识的方法。

2.了解生活中的电池，感受现代科技的不断进步；正确认识事物的两面性，学会用科学的方法处理废弃电池，培养学生正确的价值观。

电动势的概念

从功和能的角度理解非静电力；

从非静电力做功的角度理解电动势的概念。

1课时

教学用具

多媒体辅助教学设备、干电池、导线、电压表、手摇发电机、发光二极管、小灯泡、可乐、牛奶、食用油、铜片、锌片、电容器

教学过程

教学环节和教学内容

一、演示实验、引入新课

二、新课教学

1.电源的作用

教师活动

演示实验：

一.S先接1，再接2，观察二极管发光情况。

二.用导线把1和2直接连接，观察二极管发光情况。

为什么会出现这样的现象呢？

学生活动

观察实验现象（与电容器相连时，发光二极管亮了一小段时间；而与电池相连时，持续发亮。）

设计意图

通过这个实验来引发学生对电源作用的思考。

在金属导体中，能够自由移动的电荷是自由电子。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。为了问题研究的方便，下面我们按照正电荷移动的说法进行讨论。

提问：

在导线中，电场方向沿什么答：在导线中，电场方方向？在两极板之间，电场方向

让学生了解电路中

（电源内部和外电

指向右极板。

路）自由

在两极板之间，电场方电荷定向

向由左极板指向右极移动过程中做功与

正电荷在导线移动过程中，板。

能量转化正电荷受到的静电力是什么方

的关系。

向？静电力对正电荷做什么答：正电荷受到的电场

功？能量是如何转化的？电势力是与电场方向相同，

如何变化？

静电力对正电荷做正

功，将电势能转化为其

他形式的能量。电势逐

比如这里的用电器是个小渐降低。

灯泡，静电力做功就将电势能转

化为光能。

左极板失去正电荷，电势在

减小。右极板得到正电荷，电势

在升高。很快两极板就会成为一

个等势体。形成的电流是短暂

的。

如果想得到持续的电流怎答：想办法把到达右极

么办呢？

板的正电荷搬运到左极

板。

此时，正电荷在两极板间受答：由左极板指向右极

到的静电力沿什么方向？

板（与电场方向相同）

正电荷受到的静电力阻碍

它继续向带有正电荷的极板移

动。所以此时正电荷需要其他力

的帮助。谁来提供呢？

我们可以在两极板间加上

一种特殊物质，它来提供“非静

电力”。在非静电力的作用下，

让学生认识到电路正电荷才能够从右极板到达左

中要想形极板。

成持续的那么在这个过程中，“非静答：非静电力对正电荷电流必须电力”对正电荷做什么功，静电做正功，克服静电力做要电源提沿什么方向？

向是沿着导线由左极板

力做什么功。能量如何转化呢？

功。将其他形式的能转

这种能够提供非静电力的特殊物质到底是什么呢？

让学生完成实验，探究牛奶、可乐、食用油中那些物质可以提供非静电力？

让学生思考为什么牛奶、可乐有示数，而食用油却没有。

为什么牛奶和可乐能够提供非静电力，而食用油却不能呢？

因为牛奶中的乳酸、可乐中的碳酸作为电解质和铜、锌两个极板发生化学反应，提供非静电力。食用油主要成分是脂肪酸，它不能作为电解质，不能与电极发生化学反应，也就不能提供非静电力。

除了牛奶、可乐这一类的物质能够提供非静电力，有没有其他的装置也可以提供非静电力化为电势能。

学生实验：

现在三个烧杯中现在有铜片、锌片，先将铜片和锌片接触，用电压表测电压

。

实验结果：示数都为0。

再在3个烧杯中分别倒入食用油、牛奶、可乐，再测电压。

发现牛奶、可乐有示数（可乐的示数比牛奶的示数大），而食用油没有示数。

答：牛奶和可乐能提供非静电力做功，将牛奶或可乐中的化学能转化为电势能，使铜极的电势比锌极的电势高，相当于电势升高了。所以有示数。

而食用油不能提供非静电力，所以电势没有升高，示数还是为0.

供非静电力做功。

通过这两个实验，让学生认识到电源的作用是将其他形式的能转化为电势能，而这个过程必须要通过非静电力做功来实现。

演示实验：

现在是一台手摇发电机，当

转动时，灯泡变亮，这个现象说

呢？

明了什么？

手摇发电机是怎么提供非静电力的？

它通过导体棒切割磁感线产生电磁作用提供非静电力的。

综上所述，我们把通过“非静电力”做功将其他形式的能量转化为电势能的装置叫做电源。

问：真的有非静电力这一种力吗？

答：这时手摇发电机也能提供非静电力做功，将机械能转化为电势能。

答：没有，这只是一种统称的说法。比如刚才的化学电池，它提供的非静电力其实是化学作用。比如手摇发电机，它的非静电力其实是电磁作用。

答：不一样。

二、电动势

回顾刚才的学生实验：虽然可乐和牛奶都有示数，但是可乐的示数比牛奶示数大。

这反映了什么呢？

可乐和牛奶里都能提供非静电力做功，使电势升高。但可乐升高的比牛奶更多。

说明不同的电源非静电力做功的本领一样吗？

寻找哪个物理量来描述电源非静电力做功本领的大小呢？来看下面一个问题。

那么，通过科学研究发现：

一节干电池，把2C的正电荷从电源负极转移到正极时，非静电力做功3J；手机用的锂电池，把0.5C正电荷从电源负极转移到正极时，非静电力做功为

让学生理解非静电力的来源。

通过两种电源电势升高的不同，引入电动势的概念。

1.85J，试问，那种电池非静电力做功本领强？

问：干电池非静电力做的功比锂电池做的功多，所以干电池非静电力做功本领更强，对吗？

总结：对于同一种电源非静电力做功与正电荷数量的比值不变，说明这个比值能够反映电源的某一种特性。

而这个比值等于移送单位正电荷非静电力做的功。我们刚刚就是通过比较这个比值，来比较不同的电源非静电力做功本领的大小。

那么，我们在物理学中，就把这个比值叫做电动势。来表征电源非静电力做功本领的大小，它用E表示。电动势的概念：在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从内部移送到正极所做的功。

根据概念它的定义式是什么？

它是用比值定义法定义的。它的单位也是伏特，因为它跟电势差的表达式是U=w/q，都是1v=1j/c。

虽然它们的单位是相同的，但是它们表达的物理意义是完全不同的。电势差表示静电力做功将电势能转化为其他形式的能量的本领大小，而电动势表示非静电力做功将其他形式的能量转化为电能的本领大小。

答：不对。要在移送正电荷电荷量相同的情况下，比较非静电力做的功的多少。这样才能得出哪种电源非静电力做功的本领的大小。干电池移送单位正电荷非静电力做功1.5J。锂电池移送单位正电荷非静电力做功3.7J。所以锂电池非静电力做功本领更强。

答：定义式为E=w非/q

让学生认识到虽然电动势和电压的单位都是相同的，但这两个物理量有着本质的区别。

由E=W非/q，得W非=Eq，通过这个式子可以计算非静电力做的功。这是决定式，是有正反比关系的。而E=W非/q，不能说E和W非、q有正反比关系，为什么？

E跟电源材料有关吗？回顾下我们刚才所做的实验。

刚刚我们已经做了两组实验，在电极相同、电解液不同的情况下，测得电动势是不一样的。所以我们得到电动势跟电源材料有关。

那么电动势跟电源体积有没有关系呢？

同学们向刚才装有牛奶的烧杯继续倒入牛奶，观察一下电压表的示数是否发生变化？

实验结果：没有发生变化。表明电动势与电源体积无关。

（这里需要说明下，我们用电压表测得是电源两级间的电压，在忽略电源内部消耗电能的情况下，电动势的大小跟电源两级间的电压是相等的，关于这部分的知识我们将在闭合电路欧姆定律来详细地学习。）

综上，电动势与电源体积无关，只与电源材料有关，我们把它称作由非静电力特性决定。

答：电动势是用比值定义法定义的，自然E和W非、q不成正反比关系。

让学生认识到电动势与非静电力做的功、移送电荷量无关，与电源体积无关，与电源材料有关。电动势是由电源的非静电力特性决定。

三、电源参数

学生通过预习知道还有容量和内阻两个参数。

一个重要参数。除了电动势，电

源有没有其他参数呢？

电池的另一个重要参数是

容量。容量到底是什么物理量学生思考，容量的单位呢？从容量的单位能得到什么是A▪h或mA▪h，从Q=it可知容量是指电荷量。

信息吗？

电动势是描述电源性能的电池的容量其实是指电池放电时能输出的总电荷量。比如15A▪h的蓄电池充电后以1.5A电流为用电器供电，大约可以工作10h。

电源在使用一段时间后，会出现发热现象。根据电流的热效应，再加上电源是由导体构成的，所以有电阻，那么电源的电阻叫做电源的内阻。

理想电源是没有内阻的电源，但在实际情况中，内阻是不可忽略的，其对电路的影响，将在本章的闭合电路欧姆定律中会详细介绍。

板书

2.2电动势

一、电源的作用

电源：其他形式的能

非静电力做功

让学生知道电源一共有三个，它们都是描述电源性能的重要参数。

为后面学习闭合电路的欧姆定律做好铺垫。

电势能

静电力的来源：化学作用、电磁作用

二、电动势

1.物理意义

2.概念

3.定义式：E=W非/q

4.单位：v 5.决定电动势大小的因素：与电源材料有关；与电源体积无关

三、电源参数

1.电动势

2.容量

3.内阻