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2019-2020年高中物理《閉合電路歐姆定律》教案14 新人教版選修3-1 ●本節(jié)教材分析 本節(jié)內(nèi)容是恒定電流這一章的重點內(nèi)容，介紹了電動勢的概念、閉合電路的歐姆定律、路端電壓與電流（外電阻）的關系及閉合電路中的功率等知識. 電動勢的概念在高中教學中是一個難點，因此處理好電動勢概念對教學很重要.與舊教材相比，對電動勢概念的要求有所降低，對電動勢的講法學生更容易接受.限于學生的知識水平，關于電動勢本身，要做好以下幾方面的介紹：①電源電動勢是電源本身的性質(zhì)決定的.②電源電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓.③在閉合電路中，電源的電動勢等于內(nèi)、外電路上的電勢降落之和.④電源的電動勢反映了電源把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的本領. 只要搞清了閉合電路中，電源的電動勢與內(nèi)、外電路上的電勢降落的關系，利用部分電路的歐姆定律就可以很順利地推導出閉合電路歐姆定律. 路端電壓跟電流（外電阻）的關系是本節(jié)內(nèi)容的又一個難點.教師要做好演示實驗，使學生有明確的感性認識，然后結(jié)合公式和圖線加以說明，在這里很好地體現(xiàn)了數(shù)學工具在解決物理問題中的重要性. 最后講述了閉合電路中的功率.讓學生從能量的觀點認識電源的電動勢，即電源的電動勢越大，電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領就越大. ●教學目標 一、知識目標 １.理解電動勢的定義，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. 2.知道電源的電動勢等于內(nèi)、外電路上電勢降落之和. 3.理解閉合電路歐姆定律及其公式，并能熟練地用來解決有關的電路問題. 4.理解路端電壓與電流（或外電阻）的關系，知道這種關系的公式表達和圖線表達，并能用來分析、計算有關問題. 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、能力目標 1.通過演示路端電壓與外電阻的關系實驗，培養(yǎng)學生利用“實驗研究，得出結(jié)論”的探究物理規(guī)律的科學思路和方法. 2.通過研究路端電壓與電流關系的公式、圖線及圖線的物理意義，培養(yǎng)學生應用數(shù)學工具解決物理問題的能力. 3.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)學生運用物理知識解決實際問題的能力. 三、德育目標 通過本節(jié)課教學，加強對學生科學素質(zhì)的培養(yǎng)，通過探究物理規(guī)律培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力. ●教學重點 1.閉合電路的歐姆定律. 2.路端電壓與電流（外電阻）關系的公式表示及圖線表示. ●教學難點 1.電動勢的概念. 2.路端電壓與電流（或外電阻）的關系. ●教學方法 在教師指導下，師生共同探討的啟發(fā)式教學，通過演示實驗、討論、講解、練習、電教等方法完成教學任務. ●教學用具 干電池（1號、5號、2號）、鉛蓄電池、可調(diào)內(nèi)阻電池、疊層電池、滑動變阻器、電壓表、電流表、導線若干、示教板電路1、示教板電路2、實物投影儀、多媒體電腦、自制課件. ●課時安排 1課時 ●教學過程 一、引入新課 ［師］最簡單的電路由哪幾部分組成？用電器中有持續(xù)恒定電流的條件是什么？ ［生甲］最簡單的電路是由電源、用電器、開關、導線組成的電流路徑. ［生乙］用電器中有持續(xù)恒定電流的條件是：用電器兩端有恒定的電壓，即用電器接在電源的兩極上. ［師］為了研究閉合電路，先介紹一個表征電源特性的物理量——電動勢. 二、新課教學 1.電動勢 ［師］同學們在實驗室常用的電源有哪些？ ［生］干電池、蓄電池. ［師］向?qū)W生出示各種電池，并認識它們的正、負極. 干電池（1號、2號、5號）、鉛蓄電池、可調(diào)內(nèi)阻鉛蓄電池、鈕扣式氧化銀電池. ［演示］用電壓表測量電池沒有接入電路時兩極間的電壓. ［實驗結(jié)果］干電池的電壓約1.5 V，鉛蓄電池的電壓約2.0 V，可調(diào)內(nèi)阻鉛蓄電池的電壓約2.0 V. ［師］從上面的實驗可得出什么結(jié)論？ ［生］從上面的測量結(jié)果可以看出：沒有接入電路時類型相同的電池兩極間的電壓相同，而類型不同的電池兩極間的電壓不同. ［師］此電壓是由什么因素決定的？ ［生］由電源本身的性質(zhì)決定的. ［師］物理上為了表征電源的這種特性，引入電動勢的概念.電源的電動勢在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓. 那么，當電源接入閉合電路中時，情況又怎么樣呢？為此，我們先認識閉合電路的兩部分組成. ［投影下面的電路圖］ 外電路：電源外部的電路，包括用電器、導線等. 內(nèi)電路：電源內(nèi)部的電路. 外電阻：外電路的總電阻. 內(nèi)電阻：內(nèi)電路的電阻，通常稱為電源的內(nèi)阻. ［師］利用CAI課件研究閉合電路中，電源電動勢E跟U內(nèi)、U外的關系.如左下圖所示. (1)在外電路中，電流由電勢高的一端流向電勢低的一端，在外電阻上沿電流方向有電勢降落U外，在內(nèi)阻上也有電勢降落U內(nèi). (2)在電源內(nèi)部，由負極到正極電勢升高，升高的數(shù)值等于電源的電動勢E. (3)理論分析表明：在閉合電路中，電源內(nèi)部電勢升高的數(shù)值等于外電路中電勢降落的數(shù)值，即電源的電動勢E等于U內(nèi)與U外之和. (4)閉合電路中電勢升降可用“兒童滑梯”作類比.如右上圖所示，兒童滑梯兩端的高度差相當于內(nèi)、外電阻兩端的電勢差，電源就像升降機，升降機舉起的高度相當于電源的電動勢. ［師］出示如圖裝置示教板，將開關分別撥向1和2，從電壓表讀出的是什么？ ［生］電源電動勢. ［師］分別將開關撥向1和2，讓學生通過電壓表的實物投影讀出E1和E2的電動勢. ［生］E1=3 V；E2=9 V. ［師］將電壓表換成小燈泡，開關接1時，幾乎發(fā)白光.問開關接2時，會發(fā)生什么情況？ ［生］燒毀或更亮. ［師］開關接通2，小燈泡還不如接1時亮. ［生］（好奇）為什么？ ［師］學習了閉合電路的歐姆定律后，我們就會明白其中的奧秘. 2.閉合電路歐姆定律 ［師］出示右面的閉合電路.流過內(nèi)電路和外電路的電流有什么關系？ ［生］相等. ［師］電源的電動勢E和內(nèi)、外電壓U內(nèi)、U外之間有什么關系？ ［生］E=U內(nèi)+U外. ［師］設閉合電路中的電流為I，外電阻為R，內(nèi)阻為r，電源電動勢為E，由部分電路歐姆定律可以將上式進一步寫成怎樣的形式？ ［生］根據(jù)歐姆定律，外電壓U外=IR，內(nèi)電壓U內(nèi)=Ir，代入E=U外+U內(nèi)可得E=IR+Ir. ［師］如果我們要探討電路里電流與哪些因素有關，有什么關系，還需要把上式改寫成怎樣的形式？ ［生］可以改寫成I=. ［師］這就是閉合電路歐姆定律.即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. 3.路端電壓跟負載的關系 ［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？ ［生］據(jù)I=可知，R增大時I減??；R減小時I增大. ［師］外電阻增大時，路端電壓如何變化？ ［生甲］變大. ［生乙］變小. ［師］實踐是檢驗真理的唯一標準.讓我們一起來做下面的實驗. ［演示］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. ［實驗結(jié)論］ 當外電阻增大時，電流減小，路端電壓增大；當外電阻減小時，電流增大，路端電壓減小. ［師］路端電壓與電流的關系式是什么？ ［生］U=E－Ir ［師］就某個電源來說，電動勢E和內(nèi)阻r是一定的，利用數(shù)學知識可以知道路端電壓U是電流I的一次函數(shù)，同學們能否作出U—I圖象呢？ ［生］路端電壓U與電流I的關系圖象是一條向下傾斜的直線. ［投影］U—I圖象如圖所示. ［師］從圖象可以看出路端電壓與電流的關系是什么？ ［生］路端電壓隨著電流的增大而減小. ［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？ ［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. ［師］能否根據(jù)閉合電路的歐姆定律從理論上分析路端電壓與電流（或外電阻）的關系呢？ ［生］當外電阻R增大時，根據(jù)閉合電路歐姆定律I=可知，電流I減小，內(nèi)電壓U內(nèi)=Ir減小，路端電壓U=E－Ir增大. 同理可判斷R減小時的情況. ［師］剛才我們討論了路端電壓跟外電阻的關系，請同學們思考：在閉合電路中，當外電阻等于零時，會發(fā)生什么現(xiàn)象？ ［生］發(fā)生短路現(xiàn)象. ［師］發(fā)生上述現(xiàn)象時，電流有多大？ ［生］當發(fā)生短路時，外電阻R=0，U外=0，U內(nèi)=E=Ir，故短路電流I=. ［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？ ［生］若電路中有保險絲，會引起保險絲熔斷.否則可能燒壞電源，也可能引起火災. ［師］實際生產(chǎn)生活中，要防止短路現(xiàn)象的發(fā)生.當外電阻很大時，又會發(fā)生什么現(xiàn)象呢？ ［生］斷路.斷路時，外電阻R→∝，電流I=0，U內(nèi)=0，U外=E. ［師］電壓表測電動勢就是利用了這一原理. ［練習］出示如圖的示教板.逐個合上開關，燈泡的亮度會不會發(fā)生變化？ （學生討論，看法不一） ［演示］學生觀察. ［實驗結(jié)果］發(fā)現(xiàn)接入電路中的燈泡越多，燈泡的亮度逐漸變暗. ［師］怎樣解釋上面的現(xiàn)象? ［生］隨著燈泡逐漸接入，外電路的總電阻逐漸減小，外電路的端電壓逐漸減小，據(jù)P=可知，燈泡消耗的實際功率逐漸變小，燈泡亮度變暗. ［練習］請同學們思考示教板1的實驗中，為什么接2時小燈泡更暗？ ［生］討論并回答. 應該是開關接2時，E2和小燈泡構(gòu)成閉合電路,由于E2的內(nèi)阻很大,故第二次加在小燈泡兩端的電壓比第一次小,所以第二次燈泡發(fā)光較暗. ［師］同學們的推理是否正確?讓我們用實驗驗證一下. ［演示］用電壓表測出示教板1電路中,開關接1和接2兩種情況下的路端電壓. ［實驗結(jié)果］第二次時的路端電壓確實小于第一次時的路端電壓,證實了同學們的回答是正確的. 4.閉合電路中的功率 ［師］據(jù)E=U外+U內(nèi)，兩邊乘以電流，得到EI=U外I+U內(nèi)I，式中的EI、U外I、U內(nèi)I分別表示什么物理意義？ ［生］EI表示電源提供的電功率；U外I表示外電路上消耗的電功率；U內(nèi)I表示內(nèi)電路上消耗的電功率. ［師］EI=U外I+U內(nèi)I說明了什么？ ［生］說明了電源提供的電能只有一部分消耗在外電路上，轉(zhuǎn)化為其他形式的能，另一部分消耗在內(nèi)阻上，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. ［師］實際上，上式也表明：電源的電動勢越大，電源提供的電功率就越大，這表示電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領就越大. 5.例題分析 ［例1］如下圖所示的電路中，電源的電動勢為1.5 V，內(nèi)阻0.12 Ω,外電路的電阻為1.38 Ω,求電路中的電流和路端電壓. 解：已知電動勢E=1.5 V，外電阻R=1.38 Ω,內(nèi)阻r=0.12 Ω. 由閉合電路歐姆定律可求出電流I： I=A=1 A. 路端電壓為 U=IR=1.38 V. 我們看到，路端電壓小于電源的電動勢.在初中處理這類問題時忽略了內(nèi)阻，認為r=0，路端電壓等于電源的電動勢. ［例2］如圖所示，R1=14 Ω，R2=9 Ω.當開關S切換到位置1時，電流表的示數(shù)為I1=0.2A;當開關S切換到位置2時，電流表的示數(shù)為I2=0.3 A.求電源的電動勢E和內(nèi)阻r. 解：由題意知，R1=14 Ω，R2=9 Ω，I1=0.2 A,I2=0.3 A，根據(jù)閉合電路歐姆定律可列出方程： E=I1R1+I1r E=I2R2+I2r 消去E，解出r，得r= 代入數(shù)值，得r=1 Ω. 將r值代入E=I1R1+I1r中，得E=3 V ［說明］這道例題為我們提供了一種測量電源的電動勢E和內(nèi)阻r的方法.同學們課后可以思考：若給你一個電壓表、一個電阻箱、導線若干、開關，如何測一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻？若給你一個電壓表和一個電流表呢？ 三、小結(jié) 通過本節(jié)課的學習，主要學習了以下幾個問題： 1.電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓，其大小是因電源本身的性質(zhì)決定的.在電源上接上外電路時，電源內(nèi)外有相同的電流，這時在內(nèi)、外電阻上有電勢降落U內(nèi)和U外，這時電源電動勢就等于內(nèi)、外電壓之和，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增大，隨著外電阻的減小而減小. 4.路端電壓與電流的關系式為U=E－Ir，其U—I圖線是一條傾斜的直線. 5.閉合電路中的功率關系為EI=U外I+U內(nèi)I即P總=P外+P內(nèi). 四、作業(yè) 1.練習四、（1）、（2）、（3）、（4）、（5） 2.預習分組實驗九. 3.查閱資料了解新型的電源. 五、板書設計