第十二章 电能 能量守恒定律学情分析 内容与价值分析--高二上学期物理人教版（2019）必修第三册.docx

第十二章电能 能量守恒定律学情分析本单元与学生初中的电路和能量知识联系密切，学生通过前面的学习已经知道能量是可以进行转化的，知道电能可以转化为形式的能量，但对电能转化的过程及能量转化的方向性还没有进行系统的学习。在初中学生已经对电路有了一定的认识，在本章中会引入描述电路的新的物理量电动势和内阻，是对学生已有学习内容的升华。（一）认知基础在对电场的学习中学生已经知道如何求电场力做功，有了一定的知识储备，可以推理得到电功和电热的关系式。但由于在初中学习时都是纯电阻电路，电功和电热是相等的。因此学生很容易产生定势思维，认为电功和电热总是相等的，不能对电功和电热加以区分。闭合电路欧姆定律是初中所学部分电路欧姆定律的提升，在分析电路时区别于初中对电路的认识，需要分析电动势和电源的内阻。学生对电源内阻接受度会比较高，但在具体分析时容易受初中学习电路思维方式的影响而忽略电源的内阻。电动势的概念非常抽象，学生学起来会比较困难，在电动势的概念里涉及非静电力做功，非静电力对于学生来说是一个很抽象的概念，理解难度较大。其次，电动势区别于学生在初中学习的电路两极电压，学生会认为电动势等同于电路中的电压，且由于电动势和电压单位相同，这也会对学生理解电动势产生干扰。学生已经学习了能量守恒定律，知道能量不能凭空产生，也不能凭空消失，但不知道能量转化具有方向性，不能准确理解节约能源、保护环境的重要性和必要性。学生已经在前面的物理学习中经历过实验探究过程，具备了一定的科学探究意识，能够提出问题，进行猜想和假设，并具备了根据实验目的设计相应实验方案的能力，但对于不能直接测量、需要经过理论分析推导的实验设计方面还有提升的空间，利用数学知识获取和处理信息以及基于证据推理论证得出结论等能力方面也有待提高。（二）学科前概念在生活中学生认识的电能实际上就是电势能，在学习电路问题时需要把“场”和“路”联系起来。电压表和电流表在初中默认为理想电表，实际应用中需要考虑电压表的分流和电流表的分压作用。学生对电源两极电压的理解为“电源两极电压是由电源本身的性质决定的”，是一个不变量。在这一章中会解释电源本身的何种性质决定电源两极电压，也就是电动势和内阻。需要学生明确电动势与电源接入电路的两端电压不是同一概念，并能区分外电压、内电压、电动势的概念。（三）认知关键点 理解和区分电功和电热。从功能关系帮助学生理解电功和电热的概念，并通过对电动机中的能量转化让学生体会电功和电热的区别和联系。对电动势的认识不能简单地认为电动势是能够提供给电路的总电压，而应该从非静电力做功的角度去认识电动势，并对电动势和电路中的内外电压加以区分。在处理实验数据时，需要结合数学中的运算和图像处理的方法。在教学时应该渗透利用数学知识解决物理问题的方法，提升学生的思维能力。第十二章电能 能量守恒定律内容与价值分析（一）课标要求及解读课标要求：3.2.4理解闭合电路欧姆定律。会测量电源的电动势和内阻。例1通过探究电源两端电压与电流的关系，体会图像法在研究物理问题中的作用。3.2.5理解电功、电功率及焦耳定律，能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象。3.2.6能分析和解决家庭电路中的简单问题，能将安全用电和节约用电的知识应用于生活实际。例2根据某家庭的电器设施，估算该家庭电路中所需导线的规格3.4.1了解和利用水能、风能、太阳能和核能的方式。初步了解核裂变和核聚变。3.4.2 知道不同形式的能量可相互转化，在能量转化过程中能量总量保持不变，能量转化是有方向性的。3.4.3了解可再生能源和不可再生能源的分类，认识能源的过度开发和利用对环境的影响。例1讨论家庭生活中一天所用的能量哪些来自可再生能源，哪些来自不可再生能源3.4.4 认识环境污染的危害，了解科学·技术·社会·环境协调发展的重要性，具有环境保护的意识和行为。例2讨论在生活中可采取哪些方式节能例3收集资料，调查当地大气污染、水污染、声污染等的主要污染源，了解预防方法。例4收集资料，从能源的角度讨论为什么要对垃圾进行分类。活动建议：（1）观察家庭用电器的工作情况，检查是否存在安全隐患，知道安全用电的基本方法。（2）调查近年来家庭用电的情况，讨论节约用电如何从自己做起，养成节约用电的习惯。（3）查询一个火力电厂的发电量和单位发电量煤耗，计算该厂的发电效率，估算该厂每日发电的用煤量。（4）设计利用太阳能取暖的方案，讨论环境对太阳能利用的影响。（5）查阅资料，了解人类利用核裂变和核聚变释放核能的前景与挑战。（6）调查家庭中与热有关的器具的使用情况，讨论如何使用才能节约能源。（7）设计迷你小风扇实验，讨论电源的选取和电动机的使用情况，讨论能量的相互转化。解读课标：本单元通过对电功、电功率、焦耳定律、闭合电路欧姆定律和能量转化与能量可持续发展等知识的学习和应用，培养能量的观念，初步树立能量转化和守恒的思想，努力创设激发学生探究欲望的问题情景，引导学生从生活出发，进行科学探究，培养学生的物理概念建立能力，培养学生实验设计、分析论证、反思评估等能力，通过丰富多彩的实践活动，引导学生善于把物理知识运用到生活中，为生活服务，善于从物理的角度关注和研究社会热点问题，提升物理学科核心素养。（二）学习内容分析竭泽而渔，岂能获得？而明年无语。吕氏春秋.义赏人类的活动离不开能量。大量的实例说明，自发的能量转移或转化过程具有方向性。在能源利用的过程中，能量虽然是守恒的，但是可利用的品质降低了。能量守恒贯穿于整个高中物理学习过程，它是联系各部分知识的主线，它为解决物理问题、分析物理问题提供了重要依据。守恒思想是开启物理学的大门钥匙，也是对学生进行方法教育和能力培养的重要方面。能量观念是重要的物理观念，电能是能量观念的重要组成部分，电路中的能量转化既是前一章知识的拓展，又是能量转化与守恒定律的具体案例。学生在本章中将根据静电力做功来建立电功、电能的概念，用能的转化与守恒的观点分析解决闭合电路问题，充分体现功能关系在物理学中的重要性。对本章蕴含的隐性知识分析如下：1.教材设计遵守循序渐进的原则，重视为学生串联起完整的思维链从电场力做功过渡到电流做功，从而推导出电功、电功率的公式，从思维源头上解决了电功的本源问题，实现了从电场力做功到电功的关联，使学生明确了电流做功的过程就是一个电能利用的过程。从电能与内能的转化来探究焦耳定律，也很自然的帮助学生了解纯电阻电路和非纯电阻电路，再从能量的转化和守恒定律来理解电功和电热的关系，思维清晰，逻辑严谨。由路端电压的变化引出电动势的概念，由部分电路欧姆定律过渡到闭合电路的欧姆定律，并从数学的角度进行深度的讨论探究，引导学生的思维，从点到线，从形象思维到抽象思维，从低阶思维到高阶思维，科学地的对学生进行思维训练。2强化问题导向，培养学生探究性学习的兴趣，掌握探究学习的方法新教材注重从实际出发，从生活现象和生活问题中引出所探究的问题。以电水壶等用电器为例，引导学生思考用电器工作过程中的能量转化情况；从电风扇引出电能与机械能、内能等不同形式之间能量的相互转化；利用闭合电路的演示实验，从路端电压的变化引出电动势概念的学习，并突破路端电压和电动势的区别这个难点问题；从闭合电路的欧姆定律的不同表达形式，引发学生设计测量电动势和内阻的不同方案等等。引导学生关注和发现生活中的物理问题，以物讲理，悟物穷理。落实探究式学习方法，在探究式学习的过程中形成概念，培养思维，提升素养。3强化能量的观念，将能量的转化和守恒贯穿始终，落实守恒的思想方法教材始终围绕能量与能量转化和守恒这一主线学习探究，电功、电热、电动势、闭合电路的欧姆定律，在这些概念和规律的学习过程，无一不是通过能量转化和守恒来支撑的。通过这些物理概念和规律的学习，促进学生形成能量的概念，树立起能量转化和守恒的崇高地位，也为学习能量转化和守恒定律奠定坚实的基础。4重视物理学习方法渗透，培养数理结合思想方法本章从电源路端电压和电流的关系图像，引导学生运用数学图像来探究和分析物理量之间的关系，善于把物理量之间的关系通过图像直观的展示出来，变抽象思维为形象思维，从抽象上升为具体。使学生明确从数学的角度来研究和解决物理问题的重要性和普遍性，树立数理“不分家”的思想，培养学生用数学知识解决物理问题的能力。5在知识形成的过程中突出物理的重要概念守恒能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。守恒概念是指一个物体的特征无论如何变化，它的总量是保持不变的。守恒概念的提出为我们研究物理问题提供了新的方向。在一定条件下，能源可以转换成人们需要的各种形式的能量，例如：煤燃烧后，放出热量，可以用来取暖，可以用来产生蒸汽，推动蒸汽机前进，转化成机械能；蒸汽推动汽轮发电，机械能转化成电能，电能又可以通过电动机、电灯，其他家用电器转换为其他形式的能，能量进行转换遵循守恒。由此可以得出能量的耗散以及为什么要节约能源，能让学生体会到事物复杂的表面和本质的统一性，激发学生探究科学本质的兴趣。6从能量守恒定律和能量转化的方向性，思考人与自然和谐共生的重要性通过本章的学习，明确能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一，一切的活动都不能违反能量守恒定律，守恒的思想也是一种重要的物理思维方法。能量转化虽然是守恒的，但能量的转化是有方向性的，在这里渗透热力学第二定律的思想，引导学生节约能源，保护环境，树立人与自然和谐共生的人生态度。7学生实验统一、基本的要求和灵活、多样的方法相结合“电池电动势和内阻的测量”是本章的一个重要实验，该实验可采用开放式的实验方法和器材，能根据闭合电路的欧姆定律，测出除电动势、内阻以外的物理量，利用图像或计算，求出电动势和内阻。通过外电路U、I、R关系的变换，闭合电路欧姆定律的表达式可以写成多种形式。因此，通过测量U和I，或者U和R，或者I和R等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。教材提供不同的方案供老师和学生根据实际情况选择，体现了对科学探究的注重，滲透了设计性实验的思想，有助于培养学生的创新能力。在本章这个环节，可以让学生自行设计迷你小风扇实验，通过小组合作，使学生经历猜想假设、设计实验与制订方案，获取和处理信息，基于证据得出结论并作出解释的过程，从而提高对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。学科网（北京）股份有限公司