第十二章 电能 能量守恒定律 教学目标与重难点分析

第十二章《电能 能量守恒定律》教学目标与重难点分析
　　（一）学习目标：
　　1.通过日常生活中实例，了解电路中电能与其他形式能的转化过程，建构物理模型，能通过功与能的相互关系，从能量转化和守恒定律角度分析电路中的能量转化，认清电路中电能与其他形式能转化的科学本质。明确这是能量守恒定律在电学的具体应用。
　　2.知道电源的作用，体会电动势的含义，经历闭合电路欧姆定律的科学探究过程，再次体验能量转化和守恒定律在电路中的应用，能够通过类比的方法，建构闭合电路中电势变化模型，尝试从做功与能量转化的角度解释电势的变化，初步了解能量转化的方向性。
　　3.经历电源两端电压与电流关系的探究实验，借助图像法获取路端电压U-I的定量关系，能定性的分析、解释路端电压与负载电阻的关系；体会数学方法在物理学习中的作用。
　　4.借助电路的知识，了解欧姆表的测量电阻的原理，了解电源短路的危害，加强安全用电意识的同时，增强社会责任感。
　　5.会做“测量电源电动势和内阻”实验，能够结合实验器材设计出最佳实验方案，完成实验操作，利用Excel处理数据，尝试分析测量误差，了解减小误差的方法，养成严谨的科学态度。
　　6.通过解释各种生活实例中能量的转化过程，了解能量耗散，进一步认识能量转化的方向性，感受物理与生活的关系；认识能源开发可能引起的环境污染问题，思考科学·技术·社会·环境的协调发展关系，培养环境保护意识。
　　（二）重点和难点及分析：电功 电动势 闭合电路欧姆定律 测量电源电动势和内阻
　　1.结合学情和教学内容分析可知，电流做功的过程是电能转化为其他形式能的过程，是“功是能量转化的量度”的物理事实，通过电功概念的建立过程，让学生体会建构物理模型的必要性，同时对“场”和“路”的联系有所认识，这样不仅掌握了知识的应用，也能够利用能量转化和守恒定律的的思想，分清主要、次要因素，科学的建构物理模型。抽象出清晰的“能流图”，强化建构物理模型的思维方式，知道模型建构是物理知识应用于生活必不可少的环节，因此被确定为本单元的重点。
　　2.电动势是典型的抽象概念，是物理学科核心素养形成的重要载体，它的建立为科学合理的解释电路中的能量转化搭起了一座桥梁。概念建立过程中的思维水平要求较高，遵循学生认知特点需要经历一个从感性到理性，从个别到一般，从现象到本质的渐进过程。电动势的概念中渗透了“把其他形式能转化为电势能”的能量观点，非静电力更是经历科学推理从能量守恒的角度进行建构，使得学生尝试接受从功和能的角度理解非静电力，知道非静电力在电路中所起作用，体会电动势是通过非静电力做功把其他形式能转化成电能本领的内涵。故电动势被确定为本单元的重点和难点。
　　3.闭合电路欧姆定律是分析、解决电路问题的基本规律，是初中部分欧姆定律知识的进一步提升，通过分析闭合电路中电势的升高和降低及其规律，可以深化电场中电势和电势差概念的理解。延续功能关系的角度，借助能量转化和守恒定律的观念，建立闭合电路欧姆定律。经历推导闭合电路欧姆定律表达式的过程后，借助数学函数图像的意义，从定性和定量两个维度描述路端电压与负载之间的关系，闭合电路的构建，能量观点的运用，闭合电路欧姆定律的推导等体现了科学思维中的模型建构、科学推理、质疑创新，也体现了科学探究中的证据、交流、解释等物理学科核心素养的要素，故闭合电路欧姆定律是本章的重点知识。
　　4.测量电源电动势和内阻是本章的重要实验。只有获取到准确的实验数据才能够通过证据进行科学论证、图像分析，培养学生解决实验问题的基本素质，也是建构模型后，解决物理问题必不可缺的环节，通过实验过程感受负载电阻与路端电压的关系，体会物理是一门以实验为基础的学科。本部分内容难在需要通过实验原理确定实验器材，结合实验器材确定实验方法，也需要通过实验器材因地制宜的调整实验方案，采取不同的实验方法等。这个过程的体验，体现了科学探究的素养，渗透了设计性实验的思想，有助于培养学生的创新能力。不同实验方案的碰撞，是从特殊到一般转化的过程，“公式变形”、“数形结合”等思想的也随之运用，因此测量电源电动势和内阻的实验是本章的重点内容。
　　（三）重难点的突破策略：
　　用已知生成未知，通过类比的策略发展前认知，借助认知冲突的教学策略纠正错误的前认知，基于真实多样的物理情境，以问题为引领，采取循序渐进、实验、归纳、演绎等教学策略建构新概念。
　　1.通过分析电灯、电视、电热水壶、电动汽车灯等用电器的能量转化聚焦到本节的内容，通过对已有知识设问，引领学生利用电场的知识借助能量观念推导电功的表达式，从而能够理解电流热效应的本质。通过类比速度的定义方法，生成电功率这一与生活息息相关的物理量。提高学生通过现象看本质的本领，培养学生逻辑推理能力。
　　2.通过设置多阶问题，降低学生思维难度。从电荷的移动实现了电流做功，产生了电能。从电能是否可以凭空产生，得出电源的作用，通过类比水泵维持水的循环流动中所起的作用，探寻电路中移动电荷的力的来源除了静电力还应该有其他的——“非静电力”。非静电力做功实现了将电荷“移送”电势能高的电极，增加了电势能，完成电动势概念的建立。在建立电动势之后类比电场强度和电势的定义，采用比值定义法得出电动势的定量关系。以上的过程是借助类比水泵实现水循环过程中能量的转化完成，帮助学生建构了具体情景和抽象概念之间的联系，学生在讨论过程中通过提出问题、解决问题、回答问题的环节，思路一环套一环的建立新的概念的同时培养了学生分析、演绎及推理的能力。
　　3.对于闭合电路欧姆定律处理的基本思路是：从能量入手，借助数学推导，通过演绎推理得出关系式，通过探究实验验证闭合电路欧姆定律关系式的正确性。具体实施过程中采用师生、生生思辨方式进行。从分析电源和负载的能量转化关系入手，通过能量守恒定律建立闭合电路能量之间的联系，通过电功、电动势、焦耳定律的物理公式进行推导，得出闭合电路欧姆定律的表达式，在这个过程中可以从定性和定量两个方面同步进行科学推理，定量运算小组的结论是对定性推理小组结论的验证，通过改变负载电阻的数值的探究实验，验证闭合电路中内外电压之和等于电动势来验证闭合电路欧姆定律的正确性。理论与实验的完美结合会对学生产生极大的震撼力，探究过程的全员参与培养了学生的科学态度与责任素养的同时，训练了学生正确运用科学思维方法来提高自身思维品质的能力，通过对比他人完善自我，促进学生物理核心素养的形成和发展。启发学生运用电场线的特点、电动势的定义解释电路中电势的变化规律，通过欧姆表测量原理的分析检验学生科学思维素养，在检测学生水平同时，也为后面教学内容、教学起点的确定进行了信息的采集。
　　4.测量电源电动势和内阻的实验，关键是实验方案的确定，数据处理的方法，前者决定了能否达成实验目标，后者决定了能否快速、准确的获取实验结论以及理论的精确性。该实验可以通过测量U和I，或者U和R，或者I和R等多种方法来求得电动势和内阻，教学中我们应该根据学生的实验思路，进行论证，帮助学生完善实验方案，拓宽学生的思路，以小组为团队，进行分工协作，快速、准确完成实验操作，针对实验中的问题不能模式化处理，应该具体问题具体分析，获取数据的同时，反思各个操作环节，为结论中误差的分析做好铺垫；数据的处理通过传统的伏安法测量电源电动势和内阻的实验方法，数据的处理采用图像法，要启发学生将图像与数学推导的公式进行比较，理解图像的斜率以及与两个坐标轴焦点的物理意义，合理的划分刻度是数据处理的难点，能够减小偶然误差，其它实验方法则需要对欧姆定律进行适当的变形，是对创新能力的启发，对误差的分析可以优化实验。比如，增加定值电阻，使用旧电池，采用放大纵坐标U的刻度等来减小实验误差，使得学生进一步提高实验操作技能，培养科学探究能力和科学态度。