人教版《物理》“第十一章 電路及其應用”編寫說明

摘?要：概括介紹新版人教版《物理》第十一章的編寫說明，以使教師從核心素養角度進行教學.

關鍵詞：物理;電路及其應用;核心素養;編寫說明

文章編號：1008-4134（2020）05-0014中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

作者簡介：梁旭（1962-），男，浙江上虞人，本科，中學特級教師，浙江省高中物理教研員，研究方向：中學物理教學目標、方法和策略.

1?全章概述

本章是必修課程的第十一章.第九、十兩章研究的“電”是“靜電”，而本章及下一章研究的“電”是“動電”，是關于運動電荷（電流）的規律.前兩章研究電場的知識，本章研究電路的知識，初看兩者似乎沒有什么關聯.其實，電路中的很多概念都是在靜電場知識的基礎上建立的，如電壓、電勢差概念.本章在探尋串聯電路總電壓跟各部分電壓關系時，并不像初中那樣依據實驗結果進行總結，而是根據電場中電勢差跟電勢的關系從理論上進行分析、推導的.在推導閉合電路的歐姆定律公式時，需要認識閉合電路中靜電力和非靜電力做功的情況，就必須對閉合電路各處電勢的高低進行分析.電路問題中常說的電能，其本質是電場中所學習的電勢能.電流做功，實質上是導體中的恒定電場對自由電荷的靜電力做功.教材通過對電勢能變化的分析，揭示了電流熱效應的本質.教材強調電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉化為電勢能的裝置，并在此基礎上定義電動勢的概念，以上這些電路知識，基礎是電場知識.

考慮到學習的漸進性和一章內容太多易導致學習倦怠，新教材將電路內容拆分為兩章進行編寫，本章只涉及部分電路的物理量及其規律，下一章則從電路整體視角研究其物理量和規律.本章共有5節，第1節介紹電源和電流，第2節研究導體的電阻，第3節實驗：導體電阻率的測量，第4節介紹串聯電路和并聯電路，第5節實驗：練習使用多用電表.新教材在認識電源功能和恒定電流特點的基礎上，先探究電阻定律，后學習串聯電路和并聯電路規律，再練習使用多用電表，使知識學習有合理的順序和節奏.本次教材的修訂還力求體現物理學科的核心素養.

1.1?物理觀念

新教材對恒定電場的描述“詳盡的分析表明，A、B周圍空間的電場是由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成的.盡管這些電荷也在運動，但有的流走了，另外的又來補充，電荷的分布是穩定的，不隨時間變化，電場的分布也不會隨時間變化.這種由穩定分布的電荷所產生的穩定的電場，叫作恒定電場”拓展與豐富了電場觀.

新教材把“電壓表和電流表”內容放在“串聯電路和并聯電路”這一節，闡述電表改裝的方法和原理.這樣不僅有利于學生用串、并聯電路的規律解決電表改裝問題，更重要的是滲透了電壓表、電流表在直流電路中的本質就是“電阻”這個觀念.這一“電阻觀”為靈活解決電路問題奠定了觀念基礎.

1.2?科學思維

新教材在編寫時關注到了學生在初中已經習得的知識，盡量減少對初中已學內容的敘述.如討論串、并聯電路問題時，新教材沒有采用實驗探究的方式，而是用“恒定電流電路內各處電荷的分布是穩定的”和有關“電勢、電勢差”的知識進行理論分析，得出結論.不僅避免了跟初中內容的重復，重要的是體現了高中對科學思維的更高要求.電流表及電壓表的改裝采用先通過分析建立電表電路模型，后應用串、并聯電路知識進行求解，也體現了科學思維要求.

1.3?科學探究

本章的很多規律都是通過實驗探究得到的，比如探究影響導體電阻的因素，探究電阻率隨溫度變化的規律等等.在進行探究實驗時，需要根據實驗目的設計電路，設計電路必須考慮使用什么實驗儀器，是否有更加簡潔的方案？既要能測量出數據，還需要盡量少用儀器，體現了對培養科學探究素養的較高要求.

1.4?科學態度與責任

新教材增加了“STSE?電動汽車中的電池”，著力激發學生對新型動力電源發展前景和綠色環保的關注，認識國家推行電動汽車補貼政策的必要性和新能源汽車在未來巨大的發展潛力，從而增強保護生態環境的責任感.本章有“游標卡尺”“螺旋測微器”“多用電表”等內容的學習，應該通過這些器材的學習，養成規范、嚴謹、實事求是的科學態度.

課時安排建議：

第1節?電源和電流?1課時

第2節?導體的電阻1課時

第3節?實驗：導體電阻率的測量2課時

第?4節?串聯電路和并聯電路1課時

第?5節?實驗：練習使用多用電表1課時

2?具體說明

2.1?第1節“電源和電流?”

由于本章內容的定位由原來的選修變為必修，新教材的內容、呈現方式有相應變化.如將電流的微觀解釋定位為“拓展學習”內容，不作為全體學生的必學內容.將電動勢這一難點概念后移至下一章“閉合電路的歐姆定律”這一節.新教材把電路知識與電場知識緊密聯系，本節內容有三個知識點：電源、恒定電場、恒定電流.教材先描述等勢體上電荷的分布和轉移情況，再分析恒定電場形成的過程，在此基礎上分析導體內持續電流是怎么產生的，進而對恒定電流進行定義.新教材將關系式q=It變成了電流定義式I=qt，突出了電流的定義.使用旁批“由于在恒定電場中，任何位置的電荷分布和電場強度都不隨時間變化，所以它的基本性質與靜電場相同.在靜電場中所講的電勢、電勢差及其與電場強度的關系等，在恒定電場中同樣適用”起到了承前啟后的作用.新教材將閱讀材料“生活中的電池”改為STSE“新能源電動車中的電池”，反映了時代的發展和對新能源電動車關鍵部分的關注.

2.2?第2節“導體的電阻”

本節包含的內容比較多，有電阻和電阻率概念、電阻定律和“研究影響導體電阻的因素”學生實驗.新教材講電阻，關注的重點與初中不同，在實驗獲得圖象的基礎上，著重說明“同一導體，電壓跟電流的比值UI是相同的;不同導體，UI一般是不同的，說明UI表示導體的導電性質”.電阻定律是本章的基本規律之一，初中時學生已經知道定性結論，新教材通過“為了減小輸電線上電能的損耗，人們盡量把輸電線做得粗一點，這是因為導體的電阻與導體的長度、橫截面積有關.那么，它們之間的定量關系是怎樣的呢？”這一問題，明確了高中學習的目標.新教材采用了實驗探究的方法，增加了演示實驗：電阻率與溫度的關系，使學生對電阻定律的認識更加全面.與原教材比較，新教材刪除了實驗：測繪小燈泡的伏安特性曲線.并將“伏安特性曲線”作為“拓展知識”，不作為全體學生的必學內容.在電阻率這部分，新教材較多地介紹了超導研究，特別寫道“1987年，華裔美國籍科學家朱經武以及中國科學家趙忠賢相繼研制出釔—鋇—銅—氧系材料，超導轉變溫度提高到90?K（-183.15?℃）.超導材料在發電、輸電等方面都會有非常廣泛的應用前景.因此，科學家還在不斷地研究，尋找能夠在更高溫度下實現超導的導體材料.”關注了中國科學家的貢獻和科技前沿進展.

2.3?第3節“實驗：導體電阻率的測量?”

本節課分為兩個學生實驗，實驗1是學習游標卡尺和螺旋測微器的結構、原理和使用方法.實驗2是測量電阻絲的電阻率，兩個都是分組實驗.對于游標卡尺，新教材從結構、原理、讀數和使用進行介紹.特別注重了對游標卡尺原理的講解.以10分度游標卡尺為例，說明游標卡尺是“將估讀問題轉化為觀察哪條刻線對齊”來提高精度.對于螺旋測微器，新教材也是從結構、原理、讀數和使用進行介紹.新教材依然注重了對螺旋測微器原理的講解，通過類比“正如汽車在盤山公路上繞圈的長度與上升的高度存在一定的放大關系一樣”來說明原理.對于實驗：金屬絲電阻率的測量，新教材從實驗思路、物理量的測量和數據分析進行有序展開.對于電阻的測量，強調了“讀取多組電壓、電流值，通過?U-I?圖象求得電阻?R?”，對于長度的測量，強調了“在測量電阻絲的長度時，測量的并不是電阻絲的總長度，而是接入電路的有效長度l.反復測量多次，得到有效長度的平均值.”?對于直徑的測量，提供了多種方法，其中有“用刻度尺測量電阻絲的直徑”和“用游標卡尺或螺旋測微器測量電阻絲的直徑”.

2.4?第4節“串聯電路和并聯電路”

學生在初中學過串、并聯電路的電流、電壓關系，那是基于實驗觀察得到的結果，新教材編寫思路是根據“恒定電流電路內部電荷穩定分布”特點分析得出串、并聯電路電流關系式;從電勢及電勢差角度分析得出串、并聯電路的電壓關系式;然后結合歐姆定律推導出串、并聯電路等效電阻的關系式;最后應用串并聯電路特點分析電流表和電壓表的電路結構.

2.5?第5節“實驗：練習使用多用電表”

新教材從認識多用電表和使用多用電表兩個角度來編寫本節.先介紹了多用電表的表盤、選擇開關和功能區域，然后是如何正確使用多用電表進行測量，包括調零、選檔、連接、使用后復位，最后介紹了數字萬用表的特點.新教材與原來教材的最大變化是沒有涉及“歐姆表的原理”，因為這部分內容的基礎是閉合電路的歐姆定律，本章還沒有涉及，所以后移到下一章.

（收稿日期：2019-12-10）