本教學(xué)計劃旨在幫助高二學(xué)生理解電動勢的概念及其相關(guān)公式，掌握電池內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化的過程，并提升科學(xué)素養(yǎng)。教學(xué)重點(diǎn)為電動勢的基本概念，難點(diǎn)在于理解電源內(nèi)部非靜電力對電荷的功。通過復(fù)習(xí)導(dǎo)入、探究式教學(xué)和分組討論，學(xué)生將探討電源的工作原理，分析電場力與自由電子的運(yùn)動，以及電源如何將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。教師將引導(dǎo)學(xué)生理解電動勢的定義及其與電勢和電勢差的區(qū)別，探討電源內(nèi)部的電阻和影響電動勢的因素。通過“科學(xué)漫步”部分，學(xué)生將了解到日常生活中電池的應(yīng)用及重要參數(shù)。教學(xué)反思強(qiáng)調(diào)應(yīng)注重啟發(fā)學(xué)生思考，以幫助他們更好地理解復(fù)雜的物理概念。

【教學(xué)目標(biāo)】

1. 理解電動勢的定義，掌握電動勢的相關(guān)公式。

2. 通過教學(xué)，使學(xué)生掌握電池內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化的過程，增強(qiáng)科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

3. 了解日常生活中的電池，感受科技發(fā)展的成就。

【教學(xué)重點(diǎn)】

電動勢的基本概念。

【教學(xué)難點(diǎn)】

理解電源內(nèi)部非靜電力對電荷做功的過程。

【教學(xué)方法】

探究式教學(xué)、講授、分組討論。

【教學(xué)過程】

一、復(fù)習(xí)導(dǎo)入

教師：請大家回顧一下上一節(jié)課所學(xué)的“電源”概念。(展示投影)請看圖書中的電源作用是什么?

教師：(1)用導(dǎo)線連接電源，形成最簡易的電路，這個電路由哪些部分組成?

(2)導(dǎo)線內(nèi)的電場屬于什么類型的電場?電流是如何產(chǎn)生的?有何特征?為什么?

學(xué)生思考后回答：(1)電路由兩部分構(gòu)成，外部可見的部分稱為外電路;而內(nèi)部不可見的部分則稱為內(nèi)電路。

(2)導(dǎo)線中的電場是恒定電場。當(dāng)電場力作用于自由電子時，電子從電源正極向負(fù)極方向定向運(yùn)動，形成電流。由于導(dǎo)線內(nèi)是恒定電場，所以電流也保持恒定，電子的定向運(yùn)動速率不變。

教師：當(dāng)自由電子在導(dǎo)線中定向運(yùn)動時，電場力對其做了怎樣的功?電子的電勢能又發(fā)生了什么變化?

學(xué)生：是正功，電勢能減少。

教師：自由電子的定向運(yùn)動速率是恒定的，那么能量是否依舊守恒?應(yīng)該如何理解?

學(xué)生：是守恒的。因為自由電子在其定向運(yùn)動的過程中與帶正電的離子碰撞，受到阻力，電子需要不斷克服這個阻力做功，因此其動能轉(zhuǎn)化為熱能。

教師大家說得很好，可以概括為，在電源外部，電場力對自由電子做正功，電能轉(zhuǎn)化為其他能量，同時消耗了電能。這些電能又是從哪里來的呢?

學(xué)生：是電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。

教師：根據(jù)前面的討論，大家可以談?wù)勲娫词侨绾螌⑵渌问降哪芰哭D(zhuǎn)化為電能的嗎?

學(xué)生思考后回答：電源內(nèi)部也有電場，電場方向是從正極指向負(fù)極。根據(jù)電荷守恒定律，電源需要不斷將自由電子從正極轉(zhuǎn)移到負(fù)極，電子必須克服電場力做功，這種力就是電源提供的“非靜電力”。電源通過非靜電力做功使電荷的電勢能增加。

教師點(diǎn)評并幫助學(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：我們來看干電池和手搖發(fā)電機(jī)，討論這些電源中的非靜電力是否相同?它們的作用是否一致?請分享你的看法。

學(xué)生思考后分組討論，代表回答。

干電池中的非靜電力是通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的，而手搖發(fā)電機(jī)的非靜電力則源于電磁原理。雖然這兩者的非靜電力不同，但從能量轉(zhuǎn)化的角度來看，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：電源的種類多樣，它們在進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化時的能力相同嗎?請舉例說明。

學(xué)生舉例：機(jī)動手電筒、家用電燈、汽車照明燈等，雖然它們的亮度不同。

教師：在物理學(xué)中，我們?nèi)绾蝸砻枋鲭娫吹倪@種能力呢?

2. 電動勢

教師：電源在移動電荷時，會增加電荷的電勢能，這與抽水機(jī)提升水的重力勢能非常相似。不同的抽水機(jī)能夠?qū)⑺e到的高度各不相同，也就是說它們所增加的重力勢能不同。

請思考：在電源內(nèi)部，非靜電力在將正電荷從負(fù)極送往正極，或?qū)⒇?fù)電荷從正極送往負(fù)極的過程中，非靜電力所做的功越多，它的做功能力是不是也越大?該如何描述非靜電力的做功能力?

學(xué)生思考，分組討論，代表回答。教師進(jìn)一步引導(dǎo)，得出：

非靜電力對電荷做的功與電荷數(shù)量有關(guān)，單純用做功的多少來反映其能力是不夠的。

將此與抽水機(jī)的工作進(jìn)行類比，非靜電力在把相同數(shù)量的電荷從電源一極傳送至另一極時，所做的功越多，電荷所獲得的電勢能也越高。我們可以用非靜電力做功與電荷數(shù)量的比值來反映其做功能力。

教師：電動勢也是一個比值的物理量，請完整說出電動勢的定義，并寫出其公式，說明各個物理量符號的含義及單位。

學(xué)生經(jīng)過思考，給出電動勢的定義，并寫出相應(yīng)的公式。

若電源在移動電荷q時所做的功為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、電勢差相同，均為伏特(V)。

電動勢的值由電源內(nèi)部非靜電力的特性決定，與電源的體積和外電路無關(guān)。

教師：電動勢E的單位與電勢、電勢差的單位相同，但電動勢和電勢差的物理意義有何區(qū)別呢?

學(xué)生思考后，分組討論，代表回答。

電動勢：。W表示正電荷在電場力影響下，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所消耗的電勢能，反映了電勢能轉(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：是的，電源內(nèi)部由導(dǎo)體組成，也存在電阻，這個電阻被稱為電源內(nèi)部的內(nèi)阻，其大小由電源的特點(diǎn)決定。

3. 科學(xué)漫步──生活中的電池

教師：請同學(xué)們閱讀課本中的“科學(xué)漫步”部分，并思考相關(guān)問題。

問題1：請列舉你生活中常見的電池，并說出它們的主要用途?

問題2：電動勢由哪些因素決定?

問題3：我們學(xué)習(xí)電源（電池）時有哪些重要參數(shù)?

教學(xué)反思：

電動勢的講解是一個采用類比法的良好例子，學(xué)生對于電源功能的理解相對容易，但當(dāng)涉及化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電能再轉(zhuǎn)化為其他形式能，以及非靜電力與電場力做功等概念時，他們常常會混淆。教師應(yīng)在這些方面啟發(fā)學(xué)生思考，培養(yǎng)他們提出和解決問題的能力。