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2022年高二物理恒定電流 閉合電路歐姆定律教案 人教版

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1、2022年高二物理恒定電流 閉合電路歐姆定律教案 人教版 一、教學目標 1.知識內(nèi)容:(1)掌握閉合電路歐姆定律的內(nèi)容,能夠應用它解決簡單的實際問題;(2)掌握路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規(guī)律。 2.通過對路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規(guī)律的討論培養(yǎng)學生的推理能力。 二、教學重點與難點 1.重點:(1)閉合電路歐姆定律的內(nèi)容;(2)應用定律討論路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規(guī)律。 2.難點:短路、斷路特征,路端電壓隨外電阻的變化。 三、教具 一節(jié)舊的9V干電池(內(nèi)阻較大)、兩節(jié)新的5號干電池,小燈泡、單刀雙擲開關一個,導線若干,電路示教板一

2、塊,演示的電壓表一個,4節(jié)1號干電池,10Ω定值電阻一個,演示電流表(1.5A量程)一個,滑動變阻器(0~50Ω)一個。 四、教學過程 1.引入 教師:同學們,上節(jié)課我們學習了電源的電動勢的概念,知道它是表示電源特性的物理量,電動勢在數(shù)值上等于它沒有接入電路時兩極間的電壓。一般電源的電動勢和內(nèi)電阻在短時間內(nèi)可以認為是定值?,F(xiàn)在我這里有一節(jié)從遙控車里取下的電池,請一個同學說出如何測量它的電動勢,并實際測量是多少伏? 學生:用導線把電壓表并聯(lián)在電池的兩端,其示數(shù)就是電源的電動勢。測出一節(jié)為9V。 教師:對。再看我手里拿的是兩節(jié)5號干電池,把它們串聯(lián)起來后,其電動勢是多少伏? 學生:3伏

3、。 教師:出示投影的電路圖,如圖1所示,當把開關S撥到1時,觀察小燈泡的亮度。 學生;很亮。 教師:現(xiàn)在,我把開關S撥到2,小燈泡和9V的電源相連,同學們想一想會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢? 學生:可能把小燈泡燒壞,也可能不燒壞,但比剛才要亮得多。 教師:我們來實際做一做實驗,觀察小燈泡的亮度。把開關撥到2后,發(fā)現(xiàn)小燈泡的亮度比剛才接3V的電源時還稍暗些。怎么解釋這個實驗現(xiàn)象呢?這就要用到我們今天學的內(nèi)容——閉合電路的歐姆定律。 板書:閉合電路的歐姆定律 教師:在如圖2所示的閉合電路中(用投影儀顯示圖2電路),電源電動勢和內(nèi)、外電壓之間存在什么關系呢? 學生:內(nèi)外電壓之和等于電源的

4、電動勢,E=U外+U內(nèi) 教師:設這個電路的電流為I,根據(jù)歐姆定律,U外=IR,U內(nèi)=Ir,那么E=IR+Ir,電流強度I=E/(R+r),這就是閉合電路的歐姆定律。板書:1.閉合電路的歐姆定律的內(nèi)容:閉合電路中的電流強度和電源電動勢成正比,和電路的內(nèi)外電阻之和成反比。表達式為I=E/(R+r)。同學們從這個表達式可以看出,在電源恒定時,電路中的電流強度隨電路的外電阻變化而變化;當外電路中的電阻是定值電阻時,電路中的電流強度和電源有關。 教師:同學們能否用閉合電路的歐姆定律來解釋第一個實驗現(xiàn)象呢? 學生:9V的電池是從遙控車上拿下來的,是舊電池,它的內(nèi)電阻很大,由閉合電路的歐姆定律可知,用

5、它做電源,電路中的電流I1可能較?。欢鴥晒?jié)5號干電池雖然電動勢是3V,如果是新的,它的內(nèi)阻就很小,所以電路中的電流I2可能比I1小,用這兩個電源分別給相同的小燈泡供電,燈泡的亮度取決于I2R燈,那么就出現(xiàn)了剛才的實驗現(xiàn)象了。 教師:很好。一般電源的電動勢和內(nèi)電阻在短時間內(nèi)可以認為是不變的。那么外電阻R的變化,就會引起電路中電流的變化,繼而引起路端電壓U、輸出功率P、電源效率η等的變化。 2.幾個重要推論 (1)路端電壓U隨外電阻R變化的規(guī)律演示實驗:如圖3所示電路(投影顯示電路圖3),4節(jié)1號電池和1個10Ω的定值電阻串聯(lián)組成電源(因為通常電源內(nèi)阻很小,U的變化也很小,現(xiàn)象不明顯)。移動

6、滑動變阻器的滑動片,觀察電流表和電壓表的示數(shù)是如何隨R變化? 教師:從實驗出發(fā),隨著電阻R的增大,電流I逐漸減小,路端電壓U逐漸增大。大家能用閉合電路的歐姆定律來解釋這個實驗現(xiàn)象嗎? 學生:因為R變大,閉合電路的總電阻增大,根據(jù)閉合電路的歐姆定律,I=E/(R+r),電路中的總電流減小,又因為U=E-Ir,則路端電壓增大。 教師:正確。我們得出結(jié)論,路端電壓隨外電阻增大而增大,隨外電阻減小而減小。一般認為電動勢和內(nèi)電阻在短時間內(nèi)是不變的,初中我們認為電路兩端電壓是不變的,應該是有條件的,當R→無窮大時,r/R→0,外電路可視為斷路,I→0,根據(jù)U=E-Ir,則U=E,即當外電路斷開時

7、,用電壓表直接測量電源兩極電壓,數(shù)值等于電源的電動勢;當R減小為0時,電路可視為短路,I=E/r為短路電流,路端電壓U=0。 板書:路端電壓隨外電阻增大而增大,隨外電阻減小而減小。斷路時,R r,r/R=0,U=E;短路時,R=0,U=0。 (2)電源的輸出功率P隨外電阻R變化的規(guī)律。 教師:在純電阻電路中,當用一個固定的電源(即E、r是定值)向變化的外電阻供電時,輸出的功率P=IU=I2R,又因為I=E/(R+r),所以P=[E/(R+r)]2R=E2R/(R2+2Rr+r2)=E2R/[(R-r)2+4Rr]=E2/[(R-r)2/R+4r],當R=r時,電源有最大的輸出功率Pm=E

8、2/4r。我們可以畫出輸出功率隨外電阻變化的圖線,如圖4所示。 板書:在純電阻電路中,當用一個固定的電源(即E、r是定值)向變化的外電阻供電時,輸出的功率有最大值。(把上面的推導過程寫在黑板上)下面我們看一道例題。 例:如圖5所示電路,電源電動勢為E,內(nèi)電阻為r,R0是定值電阻?,F(xiàn)調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑動片,(1)使定值電阻R0上消耗的功率最大,則滑動變阻器的阻值R是多少?(2)使滑動變阻器上消耗的功率最大,則滑動變阻器的阻值R是多少?(投影) 請兩位同學到黑板上來分別做這兩問。(約5分鐘)本題需要注意的是第(1)問中,求定值電阻的輸出功率的最大值時,應用公式P=I2R0,當I最大時

9、,P最大,根據(jù)閉合電路的歐姆定律,只有滑動變阻器的阻值最小時,I有最大值。即R=0時,R0上消耗的功率最大。第(2)問中,可以把R0等效為電源的內(nèi)電阻,利用剛才的推論,如果R>R0+r,當R=R0+r時滑動變阻器上消耗的功率最大;如果R<R0+r,滑動變阻器的阻值取最大時,滑動變阻器上消耗的功率最大。 教師:當輸出功率最大時,電源的效率是否也最大呢? 板書:(3)電源的效率η隨外電阻R變化的規(guī)律 教師:在電路中電源的總功率為IE,輸出的功率為IU,內(nèi)電路損耗的功率為I2R,則電源的效率為η=IU/IE=U/E=R/(R+r),當R變大,η也變大。而當R=r時,即輸出功率最大時,電源的效率是50%。 板書:電源的效率η隨外電阻R的增大而增大。 3.課堂小結(jié) (1)在使用閉合電路的歐姆定律時,要注意它的適用條件是外電路是純電阻電路。(2)對閉合電路中,路端電壓、輸出功率等隨外電阻變化的規(guī)律,要學會用公式法和圖線法去分析和討論。

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