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2022年新課標(biāo)魯科版3-1 選修三4.1《閉合電路歐姆定律》 WORD教案2

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1、2022年新課標(biāo)魯科版3-1 選修三4.1《閉合電路歐姆定律》 WORD教案2 【教學(xué)目的】 1、知道電源的電動勢和內(nèi)電阻。明確電動勢的物理意義,知道電動勢和電壓的區(qū)別 2、知道電源內(nèi)阻的意義,知道電動勢和內(nèi)阻是標(biāo)志電源性能的兩個重要參數(shù)。 3、知道內(nèi)電路和外電路的概念。 4、理解閉合電路歐姆定律的內(nèi)容和表達(dá)式,并能進(jìn)行有關(guān)閉合電路的簡單計算。 5、能夠區(qū)分路端電壓和內(nèi)電壓,結(jié)合實際問題理解路端電壓和外電路電阻的關(guān)系。 【教學(xué)重點】 掌握閉合電路歐姆定律及用定律討論外電壓隨外電阻變化的規(guī)律及原因 【教學(xué)難點】 電動勢的概念比較抽象。而應(yīng)用閉合電路歐姆定律討論

2、電路中的路端電壓、電流隨外電阻變化的關(guān)系也是比較難以掌握的 【教學(xué)媒體】 演示實驗——干電池(1號、5號、7號若干個),一節(jié)舊的9V電池(內(nèi)阻較大)小燈泡、導(dǎo)線若干,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。 【教學(xué)安排】 【新課導(dǎo)入】 復(fù)習(xí)回顧:為了使電路中有持續(xù)的電流,要具備什么條件?(要使電路兩端有持續(xù)的電壓,可以將電路接到電池兩端來得到) 板書: 1、電源:保持兩極間有一定電壓,把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 教師展示各種電池:這些各種各樣的電源兩極間的電壓都一樣嗎?電源有什么特性?我們該

3、用什么物理量來描述電源的特性? 【新課內(nèi)容】 1. 電動勢: 我們用內(nèi)阻很大的電壓表來測量電源兩極的電壓。可以發(fā)現(xiàn)盡管干電池的型號不同,但兩極電壓都是1.5V,而蓄電池的電壓則是2V。說明,這種情況下得到的電源兩端電壓是電源本身的性質(zhì)決定的。我們引入一個新的物理量來表征這種電源的特性——稱為電動勢。為什么不把它叫電壓而另叫一個名字呢?這是因為電動勢與電壓表示的意義不同。在電路中,電壓U=W/q。w表示正電荷在電場力作用下從一點移到另一點所消耗的電能,電壓表示移動單位正電荷消耗的電能。反映把電能轉(zhuǎn)化為其它形式能的本領(lǐng)。而電源則是用來將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能的。因此我們用的電動勢:ε=W/

4、/q。w/表示正電荷從負(fù)極移到正極所消耗的化學(xué)能(或其它形式能),ε表示轉(zhuǎn)移單位正電荷所消耗化學(xué)能(或其它形式能,反映電源把其它形式能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng))。 板書: 2、電動勢: (1)電源的屬性,描述電源把其它形式能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量。電動勢由電源自身決定 (2)不同類型的電源電動勢不同,同種類型不同型號電源電動勢相同。 (3)定義為轉(zhuǎn)移單位電荷所產(chǎn)生的電能。 (4)用符號ε表示。 (5)ε=W//q單位:伏特,ν。 (6)標(biāo)量。 (7)在數(shù)值上就等于電源沒有接入外電路時兩極間電壓。 那么對同一種類不同型號的電池來說,究竟是什么不同呢?這不同在于它們的儲能量,有很多充電電

5、池上都標(biāo)有1200mAh(或800mAh)。這表示它只能在1.5V的電動勢上轉(zhuǎn)移1200mAh的電量,即釋放出1200mAh1.5V=6480J=0.0018度。同種電池越大的型號,里面存儲的化學(xué)能就越多。可以在相同條件下工作更長的時間。 2. 路端電壓與電動勢: 提問——那么電池兩端的電壓就一定等于電源的電動勢嗎? 下面我們來看這一節(jié)干電池,我們將它接成一個串聯(lián)電路,如右圖所示。 用伏特表來測量它電源兩端的電壓,看還是剛才的示數(shù)嗎? 實驗結(jié)果表明電源兩端的電壓是會隨著外電阻的改變而改變的。而且外電阻越大,這電壓也越大。所以這個電壓并不等于電源的電動勢,而是略小于電動勢。我們把這個電

6、壓叫做外電壓,又叫做路端電壓。再摸摸電池,有什么發(fā)現(xiàn)? 電池在發(fā)熱!電流經(jīng)過電阻時會發(fā)熱。這是電流的熱效應(yīng)。大家對此又做何解釋呢? (討論)這體現(xiàn)了電源內(nèi)部還有電阻,我們稱為內(nèi)電阻,內(nèi)電阻和外電阻都會消耗電路中的電能。所以電源產(chǎn)生的電能分配到了電源內(nèi)部電阻發(fā)熱和外部用電器工作上。即內(nèi)電阻上也要有電壓,稱為內(nèi)電壓。電流在內(nèi)電路的消耗功率為IU內(nèi);在外電路的消耗稱為IU外;他們都來自于電源將其他能轉(zhuǎn)化成的電能IE。;所以有。也就是電動勢被內(nèi)外電路所瓜分了,因此我們用電壓表測得的外電壓比電動勢要小一些。 那為什么一上課時我們用伏特表直接測的電壓可以認(rèn)為就是電源的電動勢呢? V (版畫電路如

7、右圖) 這是因為干電池的內(nèi)阻通常不是很大,尤其是新電池,其內(nèi)阻只有零點幾歐姆,在電源直接接大電阻的伏特表時,通過電源內(nèi)部的電流極小,所以內(nèi)電壓接近于零,外電壓就約等于電動勢了??梢姡瑢?nèi)電阻是可以使用歐姆定律的,它與外電阻也在分壓。 但用舊了的干電池電動勢雖然不會改變,內(nèi)電阻卻會越來越大。同樣的連接下,內(nèi)電壓越大,外電壓就相應(yīng)減小了。因此我們經(jīng)??梢允褂秒妷罕頊y外電壓的方法來檢測電池的新舊程度。如果一節(jié)干電池的接伏特表時顯示1.0V的電壓,就說明它已經(jīng)舊的不能用了。 不過在一般電路的使用中,可以認(rèn)為電路中的電源有固定的電動勢和內(nèi)電阻。 3. 閉合電路歐姆定律: 在前面我們已經(jīng)看到電源

8、的電動勢總是等于內(nèi)外電壓之和:E=U外+U內(nèi)。如果外電路也是純電阻電路。也符合歐姆定律。設(shè)這個電路的電流為I,我們就可以推出: 由于U外=IR,U內(nèi)=Ir,那么 E=IR+I(xiàn)r,電流I=E/(R+r),這就是閉合電路的歐姆定律。 板書:3、閉合電路的歐姆定律的內(nèi)容:閉合電路中的電流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(dá)式為 I=E/(R+r)。(閉合電路歐姆定律只適用于外電路也是純電阻的情況。) 從這個表達(dá)式可以看出,在電源恒定時,電路中的電流隨電路的外電阻變化而變化;當(dāng)外電路中的電阻是定值電阻時,電路中的電流和電源有關(guān)。 教師:一般電源的電動勢和內(nèi)電阻在短時間內(nèi)可以認(rèn)為是

9、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。我們就可以通過對這些變化量比如路端電壓U、干路電流I的測量來測量出恒定不變的電動勢和內(nèi)電阻。 例題:教科書P71/例 鞏固練習(xí)手冊P76/1、2,書P72/2 4. 幾個重要推論 (1)路端電壓U隨外電阻R變化的規(guī)律 板書: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:如圖所示電路中,移動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

10、驗現(xiàn)象嗎? 學(xué)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(rèn)為電動勢和內(nèi)電阻在短時間內(nèi)是不變的,初中我們認(rèn)為電路兩端電壓是不變的,應(yīng)該是有條件的,當(dāng) R→無窮大時, r/R→0,外電路可視為開路, I→0,根據(jù) U=E—Ir,則 U=E,即當(dāng)外電路斷開時,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(dāng)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:4、路端電壓隨外電阻增大而增大,隨

11、外電阻減小而減小。開路時,R>>r,r/R=0,U=E;短路時,R=0,U=0。 例:手冊P74/例1 (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(dāng)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(dāng)R=r時,電源有最大的輸出功率Pm=E2/4r。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:5、在純電阻電路中,當(dāng)用一個固定的電源(即E、r是定值)向變化的外

12、電阻供電時,輸出的功率有最大值。 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? 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(yīng)用公式P=I2R0,當(dāng)I最大時,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(dāng)R=R0+r時滑動變阻器上消耗的

13、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(dāng)輸出功率最大時,電源的效率是否也最大呢? 教師:有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(dāng) R變大, η也變大。而當(dāng) R=r時,即輸出功率最大時,電源的效率是50%。 板書:6、電源的效率η隨外電阻R的增大而增大。 5. 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(xué)會用公式法和圖線法去分析和討論。 6. 鞏固提高: 如圖6所示的電路中,電源的電動勢E和內(nèi)阻r恒定,當(dāng)負(fù)載R變化時,電路中的電流發(fā)生變化,于是電路中的三個功率:電源的總功率P總、電源內(nèi)部消耗功率P內(nèi)和電源的輸出功率P外隨電流變化的圖線可分別用圖乙中三條圖線表示,其中圖線Ⅰ的函數(shù)表達(dá)式是______;圖線Ⅱ的函數(shù)表達(dá)式是______;圖線Ⅲ的函數(shù)表達(dá)式是______。 【課后作業(yè)】 第一課時:教材全練P47-48 第一課時:教材全練P49-50 【課后反思】

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