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1、恒定电路教材分析,江苏句容高级中学 高俊 2009.7,教学意见,一、在整体中的地位,高中电学部分有“场”和“路”两部分这一章就是研究直流电路的基本知识，是高中电学的基本内容，电学后面几章都要用到，特别是“交流电路”就是以直流电路为基础的另外，电路知识在生产和生活实际中有较大的实用价值，也是学习电工技术和电子技术的基础因此，它是高中的重点章之一,二、知识（能力、方法）结构,首先从知识结构入手电路这一章的核心知识是欧姆定律及闭合电路欧姆定律它们是电学中最基本的定律，是分析直流电路的依据，对解决交流电路问题也有重要作用电流、电压、电阻、电动势是表示电路特征的物理量欧姆定律反映的正是它们之间的关系,
2、电功、电功率反映了电路的能量特征，焦耳定律研究了电流转化为内能，具有重要的意义串联和并联是电路联接的基本形式，熟练掌握串、并联电路的特点是运用欧姆定律解决实际问题的关键这些知识之间的关系及新旧教材的比较，可以用简单的图表示,新第二章 恒定电流 1 导体中的电场和电流2 电动势 3 欧姆定律4 串联电路和并联电路 5 焦耳定律 6 电阻定律 7 闭合电路欧姆定律 8 多用电表 9 实验：测定电池电动势和内阻 10 简单的逻辑电路,原第十四章恒定电流一、欧姆定律二、电阻定律电阻率三、半导体及其应用四、超导及其应用五、电功和电功率六、闭合电路欧姆定律七、电压表和电流表,体系安排,总的感觉,结构方面：
3、大体继承了原教材的基本结构和线索，对此，不会造成教学不适应的问题。,内容方面：新增加的知识内容不多。而且在编写这些新内容时，注重基础性、连贯性和可读性，新教科书在知识上不会有大的困难。,理念方面：新教科书重视“过程“目标的落实，重视“情感”目标的体现，重视联系学生生活、社会实践和现代科技。如何在新教科书的基础上通过教师的进一步创造，在课堂教学中体现新的课程理念，这是实施新课程需要解决的最大问题。,三、重点、难点,教学中重点知识的确定要由它在物理学中的地位，知识应用的广泛程度，对培养能力的作用以及教学要求和学生的基础诸方面综合确定就知识本身在学科中的地位来说，应是主干的、基本的、影响全局或有生命
4、力的知识；有些知识在整个物理学中虽不处于重要的关键地位，但就实际应用看，有较高的实用价值，应用广泛，也可以是教学重点知识；对培养学生的能力或教会重要方法有重大作用的知识也可以做为重点知识，当然也有些知识虽然重要，但限于学生基础或教学要求，不可能都做为重点。,难点，则是由学生学习时理解或掌握时的难易程度来确定的理解或掌握的难易虽然因人而异，但多数情况是有共性的，也就有共同规律可循我们这里所说的教学难点自然是指“共性”的，通常都会出现认识障碍之处知识本身需要复杂的思维过程；学生原有的认知结构和需学习的知识结构相差较大，不容易引起同化顺应过程；学生对某一方面感性认识不足，或原有的感性认识不全面、不正
5、确，对理解新的知识易造成干扰，形成知识的负迁移等等，都会形成教学中的难点这要靠了解学生和随时注意分析总结，来不断积累经验,电路这一章，就知识本身而言，闭合电路欧姆定律是分析电路规律的重要依据，理解电动势概念又是掌握闭合电路欧姆定律的关键，因此，闭合电路欧姆定律和电动势是全章的重点知识,由于电路计算的公式多、变量多、变换形式多，学生又容易忽视公式适用条件或转换条件，因而电路的计算，特别是闭合电路中外电路电阻变化对电路中电流变化的影响是教学中的难点之一；由于电动势和闭合电路欧姆定律涉及电源内部能量形式的转化，比较抽象，学生又不习惯从能量角度分析问题，因而它们是教学中的又一大难点 另外，如电路中电功
6、率的分配，用电器的额定功率与实际功率因电压（或电路其它量）的变化而发生变化的关系，也是有些学生常常容易出现错误和困难之处,四、目的要求,这是由总的教学要求和对本章知识（能力）结构的分析而提出的具体教学要求对知识的要求通常区分为了解、理解、掌握等不同层次这一章各部分知识的具体要求，对能力的要求等，请读者参照有关教学参考书及实际情况，自行分析确定,五、教材分析和教学建议,（一）建立了静电现象和恒定电流之间的内在联系,学生对第二章中“通电导体两端存在电势差、导体内部电子在电场力作用下定向运动”的认识，跟第一章中“导体内部场强为零、导体是一个等势体”的说法不符，感到困惑。,新教科书本章教材的第一节课，
7、便在静电场知识的基础上，通过分析，引入恒定电场的概念，建立了静电现象跟恒定电场之间的内在联系。,A,假设在电源正、负极之间连一根导线,意图：建立第一、第二两章的联系，消除困惑,M,N,E0,假设在电源正、负极之间连一根导线,A,导线内很快形成沿导线方向恒定电场,经历一次由不平衡到动态平衡的变化分析过程,为串、并联电路的电流关系提供理论分析基础,（二）重视对知识线索的进一步规划和设计,1.串联和并联电路,关于串、并联电路的主要知识线索,串、并联电路的电压关系,串、并联电路的电阻关系,根据电势差的概念理论分析,串、并联电路的电流关系,A,B,C,D,根据“电荷分布稳定”分析得出,导线上堆积电荷分布
8、稳定,导线内恒定电场的形成过程,电流表和电压表（及量程改变）,建立电流表和电压表的电路模型,第三节串联电路和并联电路电压表和电流表,一个电压可读的大电阻,一个电流可读的小电阻,1.串联电路和并联电路,2.闭合电路欧姆定律,用实验的方法得出闭合电路欧姆定律有优点也有缺陷,优点：增强了实践意识,提高了探究能力,缺陷：学生对内电压的测量难以理解,实验可以得到“内、外电压之和等于一个常数”的结论，但如何跟电动势发生联系，难从本质上说明。,（二）重视对知识线索的进一步规划和设计,1.串联电路和并联电路,2.闭合电路欧姆定律,课程 标准要求：“理解闭合电路欧姆定律”,教科书用理论分析的方法推导出闭合电路欧
9、姆定律，以利于对该定律的理解。,推导的核心过程是分析闭合电路以下三处的能量转化 外电路：E外I2R t 内电路：E内I2 r t 电池化学反应层：W E I t,这需要一个清晰、合理、不断深化的教学线索,（二）重视对知识线索的进一步规划和设计,电池化学反应层E I t,内电路 I2 r t,外电路I2R t,第2节课文非静电力移送电荷做的功等于其电势能的增加量。电动势与非静电力做功的关系 EW/q练习题：根据电动势计算非静电力做功,根据“电场力做功，电势能减小；非静电力做功，电势能增”分析闭合电路各点的电势高低关系。,一个沿电流方向电势高低变化的直观图,在图中分清哪是内电路、哪是外电路,在内、
10、外电路电势降落处应用焦耳定律,根据能量守恒推导出闭合电路欧姆定律,通过路端电压跟负载的关系理解欧姆定律,用断路和短路两种极端情况深化对定律的理解,链4,链6,本节课的结构和线索,（三）把理论探讨和实验探究结合起来,关于决定金属导体电阻大小的因素的探究,a 和 b：长度不同,探究方案一,a 和 c：横截面积不同,a 和 d：材料不同,关于决定金属导体电阻大小的因素的探究,1.理论分析导体电阻跟长度的关系；,探究方案二,一个导体，可以把它看成是由n段相同长度、横截面积的同样导体串联而成的。,2.理论分析导体电阻跟横截面积的关系；,一个导体，可以把它看成是由n股相同长度、横截面积的同样导体并联而成的
11、。,3.实验探究导体电阻跟材料的关系；,可以取不同长度、横截面积、不同材料的导体进行实验。（探究不同材料比例常数）,（三）把理论探讨和实验探究结合起来,5mA,R1.5/I-150,（四）把习题教学的体验跟物理知识的构建结合起来,如果电流表10mA刻度标为“0”，把5mA刻度标为150”，把0mA刻度标为“”，把其它电流刻度都按 R1.5/I-150 转换成电阻刻度，它岂不成了一个能直接测量电阻的仪器？,142,欧姆表,关于欧姆表的教学,(2)调至满偏后保持R1的值不变，在A、B间接入一个150的定值电阻R2，电流表指针指着何处？(3)如果A、B间接另一电阻R，R的值和电流表读数 I 有什么关
12、系？,G,5mA,R1.5/I-150,教学中还可以进一步配合真实的演示实验，呈现习题的答案和刻度改装的过程，把习题教学、实验、刻度改装和新课教学融合在一个真实的、视听同步的过程中。,142,图中电源的电动势1.5 V，内阻0.5，电流表满偏电流10mA，电流表电阻7.5，A、B为接线柱。(1)用导线使A、B 短路，此时，应把可变电阻R1调节为多少才能使电流表达到满偏电流？,一个例题,关于欧姆表的教学,（四）把习题教学的体验跟物理知识的构建结合起来,教科书只有单向传递信息的功能，它只能通过文字和图形把信息提供给读者，教科书无法收集读者的信息，更不可能对读者的信息在教学现场中进行反馈。因此，有呼
13、有应的教学设计需要教师在教科书的基础上进一步创造。本章“多用电表”一节，教科书为教师设计双边活动的教学过程提供了一个初步的框架。,（五）让学生在解决问题的探究过程中学习新知识,上图中，甲、乙、丙分别是电流表、欧姆表和电压表的示意图。下图是一个单刀多掷开关，通过操作开关，接线柱 B 可以接通1，也可以接通2或3。现在要使 B 接通1时，能像图甲那样成为电流表，接通2时像乙那样成为电阻表，接通3时像丙那样成为电压表，这就成了一个简单的多用电表。讨论一下，这个多用电表的电路图是怎样的？请对照两个图，把它在下图基础上画出来。,做一做,A,甲,乙,丙,R1,R2,A,A,A,A,1,2,3,1,2,3,
14、A,A,甲,乙,丙,R1,R2,A,A,6,B,1,A,G,2,3,4,5,A,S,下面是一个多量程多用电表的电路示意图，电流、电压、电阻各有两个量程。请谈一谈：开关S 调到哪两个位置上多用电表测量的是电流？调到哪两个位置上测量的是电压？调到哪两位置上测量的是电阻？两个位置中哪个位置测量的量程大？在识别电阻档和电压档电路时，可以把虚线框内的电路当成一个电流表。,说一说,E1,E2,基本要求：,（六）实验统一、基本的要求和灵活、多样的方法相结合,实验原理：根据闭合电路欧姆定律，测出电路中除电动势、内阻以外有关物理量，利用图象或计算，求出电动势和内阻。,数据处理：用图象分析时，什么表示电动势？什么
15、表示内阻？怎样减小实验的偶然误差？,多样的方法：,通过外电路U、I、R关系的变换，闭合电路欧姆定律可以写成多种方式。因此，通过测量U和I、或者U和R、或者I和R都可以求得电动势和内阻。实验方法的多样性可以拓展学生的思路，可以避免死记实验步骤，有利于灵活把握实验原理，也有利于因地制宜选择实验器材。,实验：测定电池的电动势和内阻,实验：测定电池的电动势和内阻,2005年全国高考理综考试大纲变化的启示：,2004年的“用电流表和电压表测电池的电动势和内阻”2005年改为“测定电源的电动势和内阻”。,统一、基本的实验要求和灵活、多样的实验方法相结合，这是人教版高中物理课程标准教科书对待物理实验（学生实
16、验）的基本原则。,（六）实验统一、基本的要求和灵活、多样的方法相结合,五、对实验、习题的处理及教学中注意的问题,这里只是根据前面分析的教材知识结构、重点难点、教学要求及学生的知识和能力准备、学生的认识规律等等，考虑到教学中对教材处理的基本原则，提出一般应注意哪些问题具体的教学方法，则是因教师、学生、设备等诸方面情况而异的进行电路一章的教学时，一般应注意这样几点：,1温故知新，形成结构，与培养能力结合,本章的开始部分是在复习初中知识的基础上提高要注意与学生已有的认知结构的衔接，又能有所深化和提高这就要充分调动学生原有的知识积累，尽量创造条件使学生自己进行复习、类比和引伸；还要使知识系统化、形成合
17、理、明晰的结构知识在学生头脑中一旦形成结构，就易于掌握和深化，甚至易于自然引伸到新的知识如：复习电阻概念，则易于引伸至电阻定律，还可将电阻率与电阻概念进行比较以加深理解；由复习串并联电路的电压、电流的分配关系可以引伸推导出电功率的分配关系等等,在这一过程中，对于学生容易误解，混淆或产发错误之处，可以有重点地给予指导，纠正或加强练习如欧姆定律的适用条件、公式变形及应用；额定功率与实际功率的关系；电功与电热的区别等等通过这样一个在教师指导下充分调动学生积极性的教学过程，将易于引起学生的兴趣，使学生充分运用比较、分类、分析、归纳等思维方法，体会由浅入深，由已知到未知的学习、探究过程，提高他们的能力在
18、电路计算中，掌握分析电路的方法，并画好等效电路图是进行电路计算的基础分析电路的关键是弄清导体之间的连接关系要注意象训练学生画好力学中受力分析图一样，从一开始就要求学生做好电路分析画规范化的电路图通过对电路的分析，使学生进一步掌握物理中用“等效”的思想解决问题的方法,2把握好电动势概念的深广度，由能量转化和守恒的角度认识全电路欧姆定律,前面已做过分析，电动势概念和全电路欧姆定律既是全章的重点，又是教学的难点因而如何突破难点，使学生真正掌握它们，就是进行这一章教学的重点,学生接受电动势概念是掌握闭合电路欧姆定律的基础，但由于这个概念比较抽象、复杂，使全体高中学生全面、深刻地理解它是困难的，教学中，
19、把握好这个概念的深广度就十分重要这里对电动势要求的层次只是“了解”，只要求学生知道它是表示电源特性的量，表示的是电源将其它形式的能转化成电能本领的大小，只由电源本身特性决定，与电路特征无关它的大小等于电源没有接入电路时两极间的电压，粗略地可以由伏特表测出在闭合电路里，它等于内、外电压之和,至于从电源内非静电力做功与电量的比值这一角度理解它，一般来说不宜做普遍要求对于程度高、基础好的学生才可以将是十分重要的这将使学生更易于从能量的观点认识闭合电路欧姆定律要使学生掌握闭合电路欧姆定律，除了正确认识电动势概念外，还要使学生清楚内电路、外电路、电源内阻等的含意然后，继续从能量转化的角度使学生理解闭合电
20、路欧姆定律，思路就比较顺畅了,分析闭合电路中路端电压随外电路电阻变化的问题，是这一章教学的又一个难点分析这个问题，需要运用电路连接的知识和闭合电路欧姆定律来对多个因素进行相关分析这不仅对巩固、加深和灵活运用已学过的知识有重要作用，还有助于学习处理多变量问题的方法和发展辩证思维的能力,3在分析电路变化的问题中，教给思路，提高能力,解决这类问题的基本思路是“抓住不变量，分析相关量”抓住不变量是关键.在整个闭合电路中，电源电动势和内电阻是不因外电路变化而改变的基本的“不变量”根据具体问题的条件，某一部分电阻也可能是局部不变量外电路电阻的变化（如：因滑动变阻器触头的移动，导体的增减，连接方式的改变），
21、相关地引起整个电路的电流强度和路端电压改变，从而又影响电路的电压、电流强度、功率等的变化这些量“相关”的依据则是电路的定律在分析相关量变化时，要注意推理的逻辑顺序要求分析中“步步有根据”如：分析外电路电阻增大路再根据=IR+Ir，其中r不变，I减小则Ir减小；由于不变，可得=IR应增大（如果只根据=IR分析，R增大，I减小，就无法判断是增大还是减小）根据同样的思路，可以推得：当外电路电阻减小时，路端电压减小可简明表示如下：,问题的结论，很容易记住，有的同学就只关心分析的结论，将它“记住”，而忽略分析过程，这是本末倒置的一定要帮助学生掌握分析问题的思路定性分析中还常常取这样两种极端的“近似”，可
22、以告诉学生甲电阻和乙电阻，R甲 R乙，如果它们串联，则总电阻近似等于R甲；如果它们并联，则总电阻近似等于乙电阻“断路”和“短路”，做为外电路电阻变化的两种极端情况，应当使学生切实理解教学过程中，经常注意分析过程，教给思路，逐步使学生掌握这样的分析问题的方法，学生的能力才会一步步得到提高而这些是比让学生记住若干结论更为重要，更为根本的,4充分利用教材内容特点，培养学生实验能力（包括学生使用仪器、动手实验、处理实验结果并根据实验结果分析问题的能力）,这一章的实验比较多，使用的仪器也是电学中常用和必须掌握的，要充分利用这一特点多做实验，包括演示实验和学生实验，对学生实验要严格要求，从正确使用仪器、连
23、接电路、观察现象、读数、直到处理数据，使学生切实掌握正确的方法和思路，这对提高学生动手能力，养成重视实践、一切用实践检验的正确态度和科学习惯是极为重要的,5习题处理中注意既要循序渐进打好基础，又要思路开阔，灵活多变重在掌握思路和方法,本章的物理量多、公式多，因而习题相应容易“多”一方面要掌握必修课的要求，引导学生理解和掌握最基本的概念、规律和方法，不要超过教材要求解难题,如不解决复杂混联电路问题、含反电动势的电路问题、非纯电阻电路问题，电路中有最大输出功率的条件问题，也不讨论电动势和内阻不相等的电池联接问题等等另一方面也要适当解一些综合性练习，从简单电路入手，循序渐进，注意公式的适用条件，提倡
24、用多种方法分析解决问题，从看似“简单”的题目中训练学生的思维方法，提高分析和解决问题的能力还应充分利用这一章教材动手实验多联系实际密切的特点，分析解决一些动手实验和有实际应用意义的课题，以提高学生理论联系实际，学用结合的兴趣和素养,6及时总结，培养多方面能力,这一章虽然公式多、概念多、实验多、方法多，但其中多数是学生曾经学过和熟悉的，在本章中得以综合运用和提高，这就有利于学生自己分析、总结、归纳知识和方法既熟悉，又有新意；既有一定提高的要求，又不致因难点太多而感到力不从心因此，这一章有培养学生多方面能力的适宜条件，即我们常说的“跳一跳，够得着”,可以根据教材内容和学生条件，选择适宜部分有意识地培养学生的能力，如观察实验、自学、总结归纳知识系统、探索等等全面分析教材之后，就可以进入设计教学过程方案阶段，也就是具体制订学年教学工作计划和课时教学计划方案的备课阶段了,The end,
