基于新课程理念和认知理论的《电源电动势和内阻》教学设计

范佳贺��

《电源电动势和内阻》这一节从物理的角度来讲，电源内部电路和外部电路在概念和物理规律上有很完美的对应，在内电路中，非静电力做功，使电荷在全电路上构成循环，形成恒定电流.紧接着就是非静电力的功、其他形式的能、功能关系和内电路上能量转化，在非静电力的功的基础上，利用比值定义出电动势（差）.根据全电路中能量转化与守恒，自然推导出闭合电路的欧姆定律.物理规律的简洁、结构的完整，从上面的对应上可见一斑！但就学生目前的知识水平，他们是感受不到的.在这些概念规律中，和电势相对应，电动势成了更大的难点，如果直接在非静电力功的基础上建立电动势概念，学生就更难理解了.

因此和人教版不同，科教版教材采取了另外一种主线.

教材以“手电筒为什么不亮？”这个常见生活现象出发，通过三个实验探究出电源端电压与标称电压不同，由此引出电动势与内阻的概念.通过分析闭合电路中总的电势降落，而电池的作用就是将电势相应升高，这也就是闭合电路欧姆定律的内涵.最后又回归到一开始，利用新的电路规律去解释手电筒为何不亮、电源两端电压和标称电压不同等现象.

学生在初中阶段，已经学习了欧姆定律、焦耳定律、伏安法测电阻等，在高二阶段，又深入学习了电场力的功、电势能、功能关系和外电路上能量转化，以及在静电力功基础上建立的电势和电势差，可以说研究的比较全面.而这些研究都是针对外电路的，针对电源内部电路的研究几乎为零.需要指出的是，在这些学过的概念中，电势（差）很抽象，虽然经过学习，大部分学生不能真正的理解电势的物理意义.

根据皮亚杰的认识发展理论，学生在学习的过程实际是学生主体进行同化和顺应最后到达认知平衡的过程，学习是否有效，在于学生的认知结构是否由于刺激而发生了合理的改變.又根据新课标理念，课堂要以学生为主体、教师为主导，教师要辅助学生在原有的基础上进行新的认知结构的构建.

据此本节课采用了基于问题的探究式教学：依次增加电路中小灯泡并联的个数，发现小灯泡变暗，创设与初中所学物理规律相悖的实验现象，让学生发现自己认知和实验现象之间的矛盾；在此基础上引导学生利用化学开放电池进行实验，班级学生共同参与实验探究；通过实验的结果分析，帮助学生构建出闭合电路中电势变化的物理情景，提出新的物理概念电动势；最后从能量转化等角度进行总结提升，深入理解电动势.通过真实的实验现象，让学生看到电源在供电时其两端电压的变化；让学生感受科学规律源于实验.通过观察、分析数据背后所隐藏的物理意义，帮助学生在认知结构上构建新的物理情景，让学生感受逻辑思维的力量.

教学过程设计

1暴露学生原有认知，并创设和原有认知相矛盾的实验现象

实验1 如图1所示，闭合开关S后，依次闭合支路上的开关，观察小灯泡的亮度变化和电压表的示数变化.能够观察到小灯泡的亮度依次变暗.

问题1小灯泡为什么会依次变暗？减小的电压去了哪里了？

实验2如图2所示，依次闭合支路上的开关，观察此时小灯泡的亮度变化和电压表的电压变化值.能够观察到此时小灯泡亮度依然依次变暗，电压表示数变小.

问题2此时小灯泡两端减小的电压去了哪里了？

通过问题1让学生明确电流通过电阻后会产生电势降落，为后边的问题做铺垫；问题2将本节重要概念电源内阻引出.

2设计方案，实验探究

展示实验室所用的开放化学电池，引导学生用此设计实验，对提出问题进行探究.

实验3利用开放电池对电阻供电，电路图如图3所示，分别测量外电路电阻不同时原电池内部电阻引起的电势降落U2和外电阻引起的电势降落U1（路端电压）.记录数据在

表1中.

表1

U1/V

U2/V

U1+U2/V

2.0

0

2.0

1.8

0.2

2.0

1.6

0.4

2.0

1.4

0.6

2.0

1.2

0.8

2.0

问题3观察并分析实验数据，回答能得出哪些实验结论？

a.电路未接通时，U1最大；

b.开关闭合后，U1比刚才小了，电源内部电势降落U2不为零；

c.U1与U2之和在误差允许范围内等于一个定值，即电路未接通时电源两端电压.d.随着外电路电阻阻值的减小，U2逐渐增大，U1逐渐减小.

3针对核心问题，精讲点拨

（1）电源内阻

分析结论：

a.电路未接通时，U1最大；

b.开关闭合后，U1比刚才小了，电源内部电势降落U2不为零；

（2）电源电动势

分析结论：

c.U1与U2之和在误差允许范围内等于一个定值，即电路未接通时电源两端电压.这个值是内外电路上电势降落的总和；

之所以内外一共就降落这么多（我们可以利用手中的粉笔被抬高和它所降落高度进行对比）是因为电源将电势抬高这么多！这个值就等于这个电源的电动势大小.

4结合理论，总结提升

闭合回路中的电势变化情况，电源将电势升高，然后由于电源内部有电阻，本身会引起一定的电势降落，电源提供给外电路的路端电压实际上是剩余的部分.

在外电路上，正电荷在静电力作用下由正极运动到负极，电势能减小转化为其他形式的能；在电源内部，需要非静电力（化学作用）将正电荷由负极搬到正极，此时非静电力对正电荷做功，其他形式的能转化为电势能.不同电源的电动势越大，那么移动单位正电荷非静电力所需要做的功越多，能量的转化就越多.电源电动势等于移动单位正电荷由负极到正极，非静电力所做的功.

电动势：电源将单位正电荷由电源负极移到电源正极非静电力所做的功.

单位：伏特

物理意义：表征电源其它形式的能转化为电能特性.

大小：电源不接入电路时其两端的电压，由电源本身决定.

举例：开放电池、手机电池

5应用新认知，解决实际问题

观察生活常见的电池，不同电池商标上的标识不同，分别代表什么意思？

教学反思

（1）“电池在供电时，其两端电压是不变的”这是学生的前概念，从物理上来讲这个前概念是片面的，只有理想电池才满足这样的条件；而从心理角度来讲，这个前概念是学生学习本课的第一阻力.因此，本节课从演示实验开始，让学生真实看到电源供电时，其两端电压会随着外电路的变化而改变，创设和学生认知相矛盾的现象，打破学生的认知平衡，激发学生思考.

（2）在探究阶段，引导学生利用实验来验证猜想，学生共同参与实验过程、数据读取和处理，提高学生学习兴趣和课堂参与度，让学生体会科研过程.在实验过程中凸显学生的主体地位.

（3）在数据深入分析阶段，学生的能力水平是：能够认识到内外电路上的总电压是一个定值；通过提醒，学生意识到这实际上是内外电路上总的电势降落；教学目的是让学生意识到这意味着电源在电路中总的电势升高，这里就要放慢节奏，通过类比物体高度的变化，帮助学生构建物理情景，建立新的认知结构.

在需要点播的部分又发挥了教师主导作用.