电动势的教案示例之二
电动势的教案示例之二
教学目的
使学生确认电动势是表征电源特性的物理量；知道电动势的大小等于外电路断开时电源两极间的电压，也等于外电路接通时内外电压之和；初步从能量转化的角度理解电动势的物理意义.
教具准备
不同型号的干电池若干；手摇发电机一台；太阳能电池一只；可谓高内阻蓄电池一只；示教电压表（0～2.5V）两只；滑动变阻器（0～50Ω）一只；电容器（440μF/25V）一只；2.5V小电珠两只；电键、导线等.
教学过程
一、电源的特性
1.提问
（1）在导体中产生电流的条件是什么？
（2）将小电珠接在充过电的电容器两端，会有电流产生吗？为什么小电珠只闪亮一下就熄灭了？
（3）使导体中形成持续电流的条件是什么？持续的电压可由什么装置来提供？ 通过以上复习提问，明确电源的特性：在电源两极间保持一定的电压.（板书）
2.演示
（1）小电珠跨接在蓄电池两端而发光；
（2）转动手摇发电机，使小电珠发光；
（3）用100W白炽灯光照射太阳能电池，带动玩具电动机运转.
引导学生分析上述电源中的能量转化关系.蓄电池：化学能→电能；发电机：机械能→电能；光电池：光能→电能.从而指出，从能量转化观点来看，电源实际上就是一个“能量转换器”，由此揭示电源的特性：把其他形式的能转化为电能.（板书）
二、电源的电动势
1.提出问题
电源具有保持电压和转化能量的特性.那么，如何来描述电源的持性呢？
2.联想类比
前面学过，电场具有力和能的特性，那时是用什么方法描述电场持性的？
教师指出，E和U都是物理量，用物理量去描述客观事物的特性，是研究物理的主要方法.例如，对于电场中某一确定点来说，它的场强与电势均是相应的定值.按照类似的思路，我们是否也可以找到这样一个只由电源本身性质所决定的物理量，从而利用它来描述电源的特性呢？
3.观察思考
要求学生仔细观察干电池上的字样，并问：关于它们的特性，你能得出些什么线索来吗？让学生报告观察结果.又问：在这些结果中，你认为最能反映电池特性的是什么？肯定学生的回答，因为各种干电池尽管型号不同，但都标有“1.5V”字样，共同性往往体现了规律性.接着再问：你能说明这“1.5V”表示什么含义吗？
学生回答后，用示教电压表测量各种不同型号的干电池两极间的电压值，果然都是
1.5V.可见：同种电源两极间的电压相同.再分别测量蓄电池、手摇发电机和太阳能电源的两极间电压，结果表明：不同电源两极间的电压不相同.
4.引出概念
由此看来，电源在两极能保持多大的电压，是完全由电源本身的性质（材料结构、工作方式等）决定的.对于确定的电源来说，它两端的电压是个定值；对于不同的电源来说，它们两端的电压也分别有相应的定值.
既然电源两极间的电压与它的特性有着如此密切的关系，可否就通过这个电压来反映电源的特性呢？回答应是肯定的.据此，我们引出一个新的物理量——电动势，它的数值就等于电源未接入电路时两极间的电压.（板书）
说明电动势常用符号E表示，它的单位是伏.
三、电动势与内、外电压的关系
1.激疑
将电流接入电路后再测两极间的电压，结果会如何呢？
演示：如图1，闭合K，可见电压表示数减少；若在小电珠L两端再并接一只小电珠，则电压表示数又会进一步减少.这说明，随着电源外部电路的改 变，其两极间的电压也随之变化.
对此现象，学生普遍感到意外，并急于了解其中原因.针对学生心态，可设问：你认为电源的电动势是变量还是恒量？
2.猜想
（1）先让学生围绕“减少的电压哪儿去了？”展开讨论，并鼓励他们进行合理的猜想.
会有学生提出，减少的这部分电压可能分布在电源的内部.因为他们感到，电源内部也许会有电阻存在，当电流通过时，将会受到阻碍作用，从而在电源内部产生一定的电压.这种猜想是否合理？关键在于确认电源内部有电阻，对此，可通过演示来检验：将小电珠跨接在可调内阻蓄电池的两极，提高或降低可动挡板的位置（从而改变了电池内部溶液的截面积），可见电珠发光亮度随之变化，这就间接地说明了电源内部确实存在着电阻的作用.
（2）再启发学生进一步猜想：电流通过闭合电路时，在内、外电路都会有电压，那么，外电压U、内电压U'与电动势E这三者之间又有怎样的关系呢？
学生会根据闭合电路中内、外电路的串联关系，凭直觉就得出E=U＋U' 的猜测. 对此，教师既要肯定学生猜想的合理性，更需指出，这一猜想的依据是过去所学的串联电路分压规律，它是否能适用于今天这种包括电源在内的闭合电路，还有待于实验的检验.
3.验证
（1）介绍装置.实验电路如图2所示。重点说明内电压的测量，尤其是探针a、b的作用以及电压表V' 的连接等.（关于V'表的极性，学生常常接反，如发现这种错误，可先不予更正，当实验中V'表的指针反偏时，再作强调，以加深印象）
（2）说明方法.移动滑动变阻器的滑动触头，或者改变蓄电池挡板的位置，都可看到V和V'表的示数随之而变.这说明，无论改变外电阻R或内电阻r，都会引起电路中内、外电压的变化.对于这种含有多个变量的问题，我们可采用“控制变量”的方法，即在R与r中，先保持其中一个量不变，而只改变另一个量的大小，以便于实验.
（3
）记录数据.将蓄电池的挡板固定在某一合适位置（即保持r不变），逐渐移动变阻器触头（改变R），由学生读出并画表格记录每次电压表V和V'的示数.
（4）分析结果.引导学生分析表列的实验数据，寻求其中规律.
4.结论
通过上面的实验，证实了我们的猜想，正是由于内电压U'的存在，才使得电源两极间的电压U小于电动势E，电动势是一个不受电源外部条件影响的恒量，用它可描述电源的特征.
我们根据实验结果，还可得出电动势的另一层含义，即：电动势的数值等于电路接通时内、外电压之和.（板书）
四、从能量转化角度理解电动势的物理意义.
先对公式E=U＋U'作些数字变换，将其两边同乘以电量q，得： qE=qU+qU'.这个式子有什么新的物理含义呢？虽然，右端两项都是电场力做功的形式，它们的数值等于q库电量通过外电路与内电路时所消耗的总电能，根据能量守恒，式子左端qE就应该是电源所提供的电能了.如果我们考虑q=1C的最简情况，则这时电源提供的电能就为E焦，其数值正好等于电动势.由此看来，电动势的大小，也可以反映出电源把其他形式的能转化为电能的本领
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板书：电动势的数值等于电路中通过1C电量时电源提供的电能
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五、小结
这节课讨论了电源具有保持电压和转化能量的特性，而电动势是用来表征电源特性的重要物理量. 我们通过特殊、一般和本质这样三个不同的层次，剖析了电动势的物理意义，
六、作业（补充）
1.一节干电池的电动势E=1.5V，你能说明它表示什么物理意义吗？
2.如图3电路，当K断开时，V表读数是6V.
（1）若K接通后，V表读数变为5V，则电源电动势E=？外电压U=？内电压U'=？
（2）若K接通后，电路中的电流I=0.5A，则1分钟内，电源提供了多少电能？