認(rèn)識其在電路中的核心作用是至關(guān)重要的。本教學(xué)計(jì)劃旨在結(jié)合人教版高二物理課程，深入探討電動勢的概念、特性及其與電流之間的關(guān)系。通過實(shí)驗(yàn)與理論的結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)電動勢的實(shí)際應(yīng)用，培養(yǎng)他們的科學(xué)思維能力與實(shí)踐動手能力。這不僅為他們今后的物理學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為未來的科技創(chuàng)新注入靈感。

【教學(xué)目標(biāo)】

1. 理解電動勢的基本概念，并掌握其定義和相關(guān)公式。

2. 通過本節(jié)課的教學(xué)，使學(xué)生認(rèn)識到電池內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化的過程，增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)認(rèn)知能力。

3. 了解日常生活中常見的電池，感受現(xiàn)代科技的進(jìn)步。

【教學(xué)重點(diǎn)】

電動勢的概念及其應(yīng)用。

【教學(xué)難點(diǎn)】

理解電源內(nèi)部非靜電力所做功的過程。

【教學(xué)方法】

探究、講授與討論相結(jié)合。

【教學(xué)過程】

一、復(fù)習(xí)導(dǎo)入

教師：引導(dǎo)學(xué)生回顧上節(jié)課所學(xué)的“電源”概念。(投影)如圖，教材中的電源指的是什么?

教師：(1) 請用導(dǎo)線連接電源，形成最基本的電路，這個電路包含哪些部分?

(2) 導(dǎo)線內(nèi)的電場是什么類型的電場? 電流又是如何產(chǎn)生的？具體特點(diǎn)是什么？

學(xué)生思考后回答：(1) 電路分為外電路和內(nèi)電路，外電路是可見的部分，內(nèi)電路則是不可見的部分。

(2) 導(dǎo)線中的電場為恒定電場。它的自由電子在電場力作用下，從正極向負(fù)極定向運(yùn)動，形成電流。導(dǎo)線內(nèi)的電流為恒定電流，因?yàn)殡妶鍪呛愣ǖ?，所以電子的定向運(yùn)動速率保持不變，電流大小也保持恒定。

教師：自由電子定向運(yùn)動時，電場力做了什么功？電子的電勢能又是如何變化的？

學(xué)生：正功；減少。

教師：自由電子的運(yùn)動速率不變，能量守恒是否仍然成立？這如何理解？

學(xué)生：守恒。自由電子與正離子間的碰撞導(dǎo)致阻力，需要不斷克服阻力做功，因此其動能轉(zhuǎn)化為熱能。

教師正確，簡而言之，在電源外部，電場力對自由電子做正功，實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為其他能量形式的過程，這一過程中消耗了電能。這些電能是從哪來的呢？

學(xué)生：電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。

教師：那么，大家討論一下，電源是如何實(shí)現(xiàn)這種能量轉(zhuǎn)化的呢？

學(xué)生思考回答：電源內(nèi)部有電場，方向同樣是正極指向負(fù)極。根據(jù)電荷守恒定律，電源必須將自由電子不斷從正極移動到負(fù)極，以克服電場力做功，這需要“非靜電力”的作用。也就是說，電源通過非靜電力做功，提升了電荷的電勢能。

教師點(diǎn)評幫助學(xué)生建立電源的概念：電源是通過非靜電力做功，將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

教師：展示干電池與手搖發(fā)電機(jī)，提出問題：這兩種電源中的非靜電力是否相同？功能又有何異同？請暢談你的看法。

學(xué)生思考，分組討論，選出代表回答。

干電池中的非靜電力來源于化學(xué)作用，而手搖發(fā)電機(jī)中的非靜電力則源于電磁作用。盡管非靜電力不同，但從能量轉(zhuǎn)化的角度看，它們的作用是相同的，都是將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。

教師：電源可以有多種形式，它們在能量轉(zhuǎn)化方面的能力是一樣的嗎？請舉例說明。

學(xué)生舉例：例如手電筒、家用照明燈、汽車照明燈等，它們的亮度各不相同。

教師：在物理學(xué)上，我們應(yīng)如何描述電源的這種能力呢？

2. 電動勢

教師：電源移動電荷，增加電荷的電勢能，這和抽水機(jī)提升水的重力勢能很相似。不同的抽水機(jī)工作時，水能夠被提升的高度也是不同的，單位水所增加的重力勢能也各有差異。

思考問題：在電源內(nèi)，非靜電力在將正電荷從負(fù)極傳送到正極或?qū)⒇?fù)電荷從正極傳送到負(fù)極的過程中，非靜電力做功的多少是否與其能力成正比？如何衡量非靜電力做功的能力？

學(xué)生思考，分組討論，選出代表回答，教師引導(dǎo)得出：

非靜電力對電荷做功的多少與電荷的數(shù)量密切相關(guān)，不能僅用做功的絕對值來反映其能力。

類比抽水機(jī)對水做功，非靜電力在傳送相同性能的電荷時，做功越多，電荷所獲得的電勢能也越多，可以用非靜電力做功與傳送電荷數(shù)量的比值來描述非靜電力做功的能力。

教師：電動勢也是一個比值，大家可以完整地說出電動勢的定義，并寫出其定義式，同時說明各物理量符號的意義和單位。

學(xué)生思考后得出電動勢的定義，并寫出其定義式。

如果電源在移動電荷q時，非靜電力所做的功為W，則W與q的比值中，W的單位為焦耳(J)，q的單位為庫侖(C)；電動勢E的單位與電勢和電勢差相同，都是伏特(V)。

電動勢的特性由電源內(nèi)部的非靜電力決定，與電源的體積及外部電路無關(guān)。

教師：電動勢E的單位與電勢、電勢差相同，但它們的物理意義有何不同呢？

學(xué)生思考，分組討論，選出代表回答。

電動勢：W表示正電荷在電場力作用下從一點(diǎn)移動到另一點(diǎn)所消耗的電勢能，而電壓則表示移動單位正電荷消耗的電勢能，這是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的能力。

教師：電源內(nèi)部是否存在電阻？

學(xué)生：電源內(nèi)部同樣由導(dǎo)體構(gòu)成，也存在電阻，這個電阻被稱為電源的內(nèi)阻，其大小由電源的自身特性決定。

3. 科學(xué)漫步——生活中的電池

教師：讓學(xué)生閱讀課本“科學(xué)漫步”，提出問題，引導(dǎo)思考。

問題1：列舉生活中常見的電池，并說明它們的主要用途？

問題2：電動勢的決定因素是什么？

問題3：我們在學(xué)習(xí)電源（電池）時需要關(guān)注哪些重要參數(shù)？