人教版《物理》“第十一章 电路及其应用”编写说明

摘 要：概括介绍新版人教版《物理》第十一章的编写说明，以使教师从核心素养角度进行教学.

关键词：物理;电路及其应用;核心素养;编写说明

文章编号：1008-4134（2020）05-0014中图分类号：G633.7文献标识码：B

作者简介：梁旭（1962-），男，浙江上虞人，本科，中学特级教师，浙江省高中物理教研员，研究方向：中学物理教学目标、方法和策略.

1 全章概述

本章是必修课程的第十一章.第九、十两章研究的“电”是“静电”，而本章及下一章研究的“電”是“动电”，是关于运动电荷（电流）的规律.前两章研究电场的知识，本章研究电路的知识，初看两者似乎没有什么关联.其实，电路中的很多概念都是在静电场知识的基础上建立的，如电压、电势差概念.本章在探寻串联电路总电压跟各部分电压关系时，并不像初中那样依据实验结果进行总结，而是根据电场中电势差跟电势的关系从理论上进行分析、推导的.在推导闭合电路的欧姆定律公式时，需要认识闭合电路中静电力和非静电力做功的情况，就必须对闭合电路各处电势的高低进行分析.电路问题中常说的电能，其本质是电场中所学习的电势能.电流做功，实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功.教材通过对电势能变化的分析，揭示了电流热效应的本质.教材强调电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置，并在此基础上定义电动势的概念，以上这些电路知识，基础是电场知识.

考虑到学习的渐进性和一章内容太多易导致学习倦怠，新教材将电路内容拆分为两章进行编写，本章只涉及部分电路的物理量及其规律，下一章则从电路整体视角研究其物理量和规律.本章共有5节，第1节介绍电源和电流，第2节研究导体的电阻，第3节实验：导体电阻率的测量，第4节介绍串联电路和并联电路，第5节实验：练习使用多用电表.新教材在认识电源功能和恒定电流特点的基础上，先探究电阻定律，后学习串联电路和并联电路规律，再练习使用多用电表，使知识学习有合理的顺序和节奏.本次教材的修订还力求体现物理学科的核心素养.

1.1 物理观念

新教材对恒定电场的描述“详尽的分析表明，A、B周围空间的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的.尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，电荷的分布是稳定的，不随时间变化，电场的分布也不会随时间变化.这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫作恒定电场”拓展与丰富了电场观.

新教材把“电压表和电流表”内容放在“串联电路和并联电路”这一节，阐述电表改装的方法和原理.这样不仅有利于学生用串、并联电路的规律解决电表改装问题，更重要的是渗透了电压表、电流表在直流电路中的本质就是“电阻”这个观念.这一“电阻观”为灵活解决电路问题奠定了观念基础.

1.2 科学思维

新教材在编写时关注到了学生在初中已经习得的知识，尽量减少对初中已学内容的叙述.如讨论串、并联电路问题时，新教材没有采用实验探究的方式，而是用“恒定电流电路内各处电荷的分布是稳定的”和有关“电势、电势差”的知识进行理论分析，得出结论.不仅避免了跟初中内容的重复，重要的是体现了高中对科学思维的更高要求.电流表及电压表的改装采用先通过分析建立电表电路模型，后应用串、并联电路知识进行求解，也体现了科学思维要求.

1.3 科学探究

本章的很多规律都是通过实验探究得到的，比如探究影响导体电阻的因素，探究电阻率随温度变化的规律等等.在进行探究实验时，需要根据实验目的设计电路，设计电路必须考虑使用什么实验仪器，是否有更加简洁的方案？既要能测量出数据，还需要尽量少用仪器，体现了对培养科学探究素养的较高要求.

1.4 科学态度与责任

新教材增加了“STSE 电动汽车中的电池”，着力激发学生对新型动力电源发展前景和绿色环保的关注，认识国家推行电动汽车补贴政策的必要性和新能源汽车在未来巨大的发展潜力，从而增强保护生态环境的责任感.本章有“游标卡尺”“螺旋测微器”“多用电表”等内容的学习，应该通过这些器材的学习，养成规范、严谨、实事求是的科学态度.

课时安排建议：

第1节 电源和电流 1课时

第2节 导体的电阻1课时

第3节 实验：导体电阻率的测量2课时

第 4节 串联电路和并联电路1课时

第 5节 实验：练习使用多用电表1课时

2 具体说明

2.1 第1节“电源和电流 ”

由于本章内容的定位由原来的选修变为必修，新教材的内容、呈现方式有相应变化.如将电流的微观解释定位为“拓展学习”内容，不作为全体学生的必学内容.将电动势这一难点概念后移至下一章“闭合电路的欧姆定律”这一节.新教材把电路知识与电场知识紧密联系，本节内容有三个知识点：电源、恒定电场、恒定电流.教材先描述等势体上电荷的分布和转移情况，再分析恒定电场形成的过程，在此基础上分析导体内持续电流是怎么产生的，进而对恒定电流进行定义.新教材将关系式q=It变成了电流定义式I=qt，突出了电流的定义.使用旁批“由于在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场相同.在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用”起到了承前启后的作用.新教材将阅读材料“生活中的电池”改为STSE“新能源电动车中的电池”，反映了时代的发展和对新能源电动车关键部分的关注.

2.2 第2节“导体的电阻”

本节包含的内容比较多，有电阻和电阻率概念、电阻定律和“研究影响导体电阻的因素”学生实验.新教材讲电阻，关注的重点与初中不同，在实验获得图象的基础上，着重说明“同一导体，电压跟电流的比值UI是相同的;不同导体，UI一般是不同的，说明UI表示导体的导电性质”.电阻定律是本章的基本规律之一，初中时学生已经知道定性结论，新教材通过“为了减小输电线上电能的损耗，人们尽量把输电线做得粗一点，这是因为导体的电阻与导体的长度、横截面积有关.那么，它们之间的定量关系是怎样的呢？”这一问题，明确了高中学习的目标.新教材采用了实验探究的方法，增加了演示实验：电阻率与温度的关系，使学生对电阻定律的认识更加全面.与原教材比较，新教材删除了实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线.并将“伏安特性曲线”作为“拓展知识”，不作为全体学生的必学内容.在电阻率这部分，新教材较多地介绍了超导研究，特别写道“1987年，华裔美国籍科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继研制出钇—钡—铜—氧系材料，超导转变温度提高到90 K（-183.15 ℃）.超导材料在发电、输电等方面都会有非常广泛的应用前景.因此，科学家还在不断地研究，寻找能够在更高温度下实现超导的导体材料.”关注了中国科学家的贡献和科技前沿进展.

2.3 第3节“实验：导体电阻率的测量 ”

本节课分为两个学生实验，实验1是学习游标卡尺和螺旋测微器的结构、原理和使用方法.实验2是测量电阻丝的电阻率，两个都是分组实验.对于游标卡尺，新教材从结构、原理、读数和使用进行介绍.特别注重了对游标卡尺原理的讲解.以10分度游標卡尺为例，说明游标卡尺是“将估读问题转化为观察哪条刻线对齐”来提高精度.对于螺旋测微器，新教材也是从结构、原理、读数和使用进行介绍.新教材依然注重了对螺旋测微器原理的讲解，通过类比“正如汽车在盘山公路上绕圈的长度与上升的高度存在一定的放大关系一样”来说明原理.对于实验：金属丝电阻率的测量，新教材从实验思路、物理量的测量和数据分析进行有序展开.对于电阻的测量，强调了“读取多组电压、电流值，通过 U-I 图象求得电阻 R ”，对于长度的测量，强调了“在测量电阻丝的长度时，测量的并不是电阻丝的总长度，而是接入电路的有效长度l.反复测量多次，得到有效长度的平均值.” 对于直径的测量，提供了多种方法，其中有“用刻度尺测量电阻丝的直径”和“用游标卡尺或螺旋测微器测量电阻丝的直径”.

2.4 第4节“串联电路和并联电路”

学生在初中学过串、并联电路的电流、电压关系，那是基于实验观察得到的结果，新教材编写思路是根据“恒定电流电路内部电荷稳定分布”特点分析得出串、并联电路电流关系式;从电势及电势差角度分析得出串、并联电路的电压关系式;然后结合欧姆定律推导出串、并联电路等效电阻的关系式;最后应用串并联电路特点分析电流表和电压表的电路结构.

2.5 第5节“实验：练习使用多用电表”

新教材从认识多用电表和使用多用电表两个角度来编写本节.先介绍了多用电表的表盘、选择开关和功能区域，然后是如何正确使用多用电表进行测量，包括调零、选档、连接、使用后复位，最后介绍了数字万用表的特点.新教材与原来教材的最大变化是没有涉及“欧姆表的原理”，因为这部分内容的基础是闭合电路的欧姆定律，本章还没有涉及，所以后移到下一章.

（收稿日期：2019-12-10）