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2022年高中物理 2-7 閉合電路歐姆定律教案 新人教版選修3-1

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1、2022年高中物理 2-7 閉合電路歐姆定律教案 新人教版選修3-1 一、教學(xué)目標(biāo) (一)知識與技能 1、能夠推導(dǎo)出閉合電路歐姆定律及其公式,知道電源的電動勢等于內(nèi)、外電路上電勢降落之和。 2、理解路端電壓與負載的關(guān)系,知道這種關(guān)系的公式表達和圖線表達,并能用來分析、計算有關(guān)問題。 3、掌握電源斷路和短路兩種特殊情況下的特點。知道電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓。 4、熟練應(yīng)用閉合電路歐姆定律解決有關(guān)的電路問題。 5、理解閉合電路的功率表達式,知道閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化。 (二)過程與方法 1、通過演示路端電壓與負載的關(guān)系實驗,培養(yǎng)學(xué)生利用“實驗研究,得出結(jié)論

2、”的探究物理規(guī)律的科學(xué)思路和方法。 2、通過利用閉合電路歐姆定律解決一些簡單的實際問題,培養(yǎng)學(xué)生運用物理知識解決實際問題的能力。 (三)情感、態(tài)度與價值觀 通過本節(jié)課教學(xué),加強對學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng),通過探究物理規(guī)律培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。 教學(xué)重點 1、推導(dǎo)閉合電路歐姆定律,應(yīng)用定律進行有關(guān)討論。 2、路端電壓與負載的關(guān)系 教學(xué)難點 路端電壓與負載的關(guān)系 教學(xué)方法 演示實驗,討論、講解 教學(xué)用具: 滑動變阻器、電壓表、電流表、電鍵、導(dǎo)線若干、投影儀、多媒體電腦 教學(xué)過程 (一)引入新課 教師:前邊我們知道電源是通過非靜電力做功把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。只

3、有用導(dǎo)線將電源、用電器連成閉合電路,電路中才有電流。那么電路中的電流大小與哪些因素有關(guān)?電源提供的電能是如何在閉合電路中分配的呢?今天我們就學(xué)習(xí)這方面的知識。 (二)進行新課 1、閉合電路歐姆定律 教師:(投影)教材圖2.7-1(如圖所示) 教師:閉合電路是由哪幾部分組成的? 學(xué)生:內(nèi)電路和外電路。 教師:在外電路中,沿電流方向,電勢如何變化?為什么? 學(xué)生:沿電流方向電勢降低。因為正電荷的移動方向就是電流方向,在外電路中,正電荷受靜電力作用,從高電勢向低電勢運動。 教師:在內(nèi)電路中,沿電流方向,電勢如何變化?為什么? 學(xué)生(代表):沿電流方向電勢升高。因為電源內(nèi)部,非靜電力

4、將正電荷從電勢低處移到電勢高處。 教師:這個同學(xué)說得確切嗎? 學(xué)生討論:如果電源是一節(jié)干電池,在電源的正負極附近存在著化學(xué)反應(yīng)層,反應(yīng)層中非靜電力(化學(xué)作用)把正電荷從電勢低處移到電勢高處,在這兩個反應(yīng)層中,沿電流方向電勢升高。在正負極之間,電源的內(nèi)阻中也有電流,沿電流方向電勢降低。 教師:(投影)教材圖2.7-2(如圖所示)內(nèi)、外電路的電勢變化。 教師:引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)閉合電路的歐姆定律。可按以下思路進行: 設(shè)電源電動勢為E,內(nèi)阻為r,外電路電阻為R,閉合電路的電流為I, (1)寫出在t時間內(nèi),外電路中消耗的電能E外的表達式; (2)寫出在t時間內(nèi),內(nèi)電路中消耗的電能E內(nèi)的表達

5、式; (3)寫出在t時間內(nèi),電源中非靜電力做的功W的表達式; 學(xué)生:(1)E外=I2Rt (2)E內(nèi)=I2rt (3)W=Eq=EIt 根據(jù)能量守恒定律,W= E外+E內(nèi) 即EIt =I2Rt+ I2rt 整理得:E =IR+ Ir 或者 教師(幫助總結(jié)):這就是閉合電路的歐姆定律。 (1)內(nèi)容:閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比,這個結(jié)論叫做閉合電路的歐姆定律。 (2)公式:I= (3)適用條件:外電路是純電阻的電路。 根據(jù)歐姆定律,外電路兩端的電勢降落為U外=IR,習(xí)慣上成為路端電壓,內(nèi)電路的電勢降落為U內(nèi)=Ir,代入E =IR+

6、Ir 得 該式表明,電動勢等于內(nèi)外電路電勢降落之和。 2、路端電壓與負載的關(guān)系 教師:對給定的電源,E、r均為定值,外電阻變化時,電路中的電流如何變化? 學(xué)生:據(jù)I=可知,R增大時I減??;R減小時I增大。 教師:外電阻增大時,路端電壓如何變化? 學(xué)生:有人說變大,有人說變小。 教師:實踐是檢驗真理的惟一標(biāo)準(zhǔn),讓我們一起來做下面的實驗。 演示實驗:探討路端電壓隨外電阻變化的規(guī)律。 (1)投影實驗電路圖如圖所示。 (2)按電路圖連接電路。 (3)調(diào)節(jié)滑動變阻器,改變外電路的電阻,觀察路端電壓怎樣隨電流(或外電阻)而改變。 學(xué)生:總結(jié)實驗結(jié)論: 當(dāng)外電阻增大時,電流減

7、小,路端電壓增大;當(dāng)外電阻減小時,電流增大,路端電壓減小。 教師:下面用前面學(xué)過的知識討論它們之間的關(guān)系。路端電壓與電流的關(guān)系式是什么? 學(xué)生:U=E-Ir 教師:就某個電源來說,電動勢E和內(nèi)阻r是一定的。當(dāng)R增大時,由得,I減小,由U=E-Ir,路端電壓增大。反之,當(dāng)R減小時,由得,I增大,由U=E-Ir,路端電壓減小。 拓展:討論兩種特殊情況: 教師:剛才我們討論了路端電壓跟外電阻的關(guān)系,請同學(xué)們思考:在閉合電路中,當(dāng)外電阻等于零時,會發(fā)生什么現(xiàn)象? 學(xué)生:發(fā)生短路現(xiàn)象。 教師:發(fā)生上述現(xiàn)象時,電流有多大? 學(xué)生:當(dāng)發(fā)生短路時,外電阻R=0,U外=0,U內(nèi)=E=Ir,故短路

8、電流I=。 教師:一般情況下,電源內(nèi)阻很小,像鉛蓄電池的內(nèi)阻只有0.005 Ω~0.1 Ω,干電池的內(nèi)阻通常也不到1 Ω,所以短路時電流很大,很大的電流會造成什么后果? 學(xué)生:可能燒壞電源,甚至引起火災(zāi)。 教師:實際中,要防止短路現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)外電阻很大時,又會發(fā)生什么現(xiàn)象呢? 學(xué)生:斷路。斷路時,外電阻R→∝,電流I=0,U內(nèi)=0,U外=E。 教師:電壓表測電動勢就是利用了這一原理。 3、閉合電路歐姆定律的應(yīng)用(投影) 教師引導(dǎo)學(xué)生分析解決例題。 討論:電源的U—I圖象 教師:根據(jù)U=E-Ir,利用數(shù)學(xué)知識可以知道路端電壓U是電流I的一次函數(shù),同學(xué)們能否作出U—I圖

9、象呢? 學(xué)生:路端電壓U與電流I的關(guān)系圖象是一條向下傾斜的直線。 投影:U—I圖象如圖所示。 教師:從圖象可以看出路端電壓與電流的關(guān)系是什么? 學(xué)生:U隨著I的增大而減小. 教師:直線與縱軸的交點表示的物理意義是什么?直線的斜率呢? 學(xué)生:直線與縱軸的交點表示電源的電動勢E,直線的斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻。 (三)課堂總結(jié)、點評 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),主要學(xué)習(xí)了以下幾個問題: 1、電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓。電源電動勢等于閉合電路內(nèi)、外電阻上的電勢降落U內(nèi)和U外之和,即E=U內(nèi)+U外。 2、閉合電路的歐姆定律的內(nèi)容及公式。 3、路端電壓隨著外電阻的增大而

10、增大,隨著外電阻的減小而減小。 4、路端電壓與電流的關(guān)系式為U=E-Ir,其U—I圖線是一條傾斜的直線。 (四)實例探究 電路結(jié)構(gòu)變化問題的討論 【例1】在如圖所示的電路中,R1=10 Ω,R2=20 Ω,滑動變阻器R的阻值為0~50 Ω,當(dāng)滑動觸頭P由I向b滑動的過程中,燈泡L的亮度變化情況是_______ A.逐漸變亮 B.逐漸變暗 C.先變亮后變暗 D.先變暗后變亮 解析:燈泡的亮度由燈的實際功率大小決定.電燈燈絲電阻不變,研究通過燈絲電流的大小可知燈的亮度. 電源電動勢E和內(nèi)阻r不變,通過燈泡電流由外電路總電阻決定。外電阻是由滑動變阻器連入電路部分的電阻決定的,當(dāng)滑

11、動觸頭由a向b滑動過程中,滑動變阻器連入電路部分的電阻增大,總電阻增大,總電流I=減少,燈泡的實際功率PL=I2RL減小,燈泡變暗。綜上所述,選項B正確。 閉合電路歐姆定律的定量應(yīng)用 【例2】 如圖所示電路中,R1=0.8Ω,R3=6Ω,滑動變阻器的全值電阻R2=12 Ω,電源電動勢E=6 V,內(nèi)阻r=0.2 Ω,當(dāng)滑動變阻器的滑片在變阻器中央位置時,閉合開關(guān)S,電路中的電流表和電壓表的讀數(shù)各是多少? 解析:外電路的總電阻為R=Ω+0.8Ω=3.8Ω 根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,電路中的總電流為 I= A=1.5 A 即電流表A1的讀數(shù)為1.5 A 對于R2與R3組成的并聯(lián)電路,根

12、據(jù)部分電路歐姆定律,并聯(lián)部分的電壓為 U2=I·R并=I·=1.5×3 V=4.5 V 即電壓表V2的讀數(shù)為4.5 V 對于含有R2的支路,根據(jù)部分電路歐姆定律,通過R2的電流為 I2= A=0.75 A 即電流表A2的讀數(shù)為0.75 A 電壓表V1測量電源的路端電壓,根據(jù)E=U外+U內(nèi)得 U1=E-Ir=6 V-1.5×0.2 V=5.7 V 即電壓表V1的讀數(shù)為5.7 V. 點評: 1.電路中的電流表、電壓表均視為理想電表(題中特別指出的除外),即電流表內(nèi)阻視為零,電壓表內(nèi)阻視為無窮大。 2.解答閉合電路問題的一般步驟: (1)首先要認清外電路上各元件的串并聯(lián)關(guān)系,

13、必要時,應(yīng)進行電路變換,畫出等效電路圖。 (2)解題關(guān)鍵是求總電流I,求總電流的具體方法是:若已知內(nèi)、外電路上所有電阻的阻值和電源電動勢,可用全電路歐姆定律(I=)直接求出I;若內(nèi)外電路上有多個電阻值未知,可利用某一部分電路的已知電流和電壓求總電流I;當(dāng)以上兩種方法都行不通時,可以應(yīng)用聯(lián)立方程求出I。 (3)求出總電流后,再根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點或部分電路歐姆定律求各部分電路的電壓和電流。 課后作業(yè) 1、 書面完成P65“問題與練習(xí)”第1、3、4題; 2、 思考并回答第2、5題。 3、 作業(yè)紙 教后記: 1、 這一節(jié)是本章的脊梁,公式的推導(dǎo)很輕松,運用時提醒學(xué)生注意內(nèi)阻。 2、 難點在于電阻兩端電壓和電流的關(guān)系與路端電壓和電流的關(guān)系的圖象區(qū)別和聯(lián)系,以及如何用圖象得到相關(guān)信息。 學(xué)生得最大問題出在了電路動態(tài)分析以及計算時不能規(guī)范解題過程,導(dǎo)致帶錯數(shù)據(jù),要提醒學(xué)生注意下標(biāo)。

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