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2019-2020年高中物理《閉合電路歐姆定律》教案9 新人教版選修3-1 一、教學目標 1. 知識目標 （1）熟練掌握閉合電路歐姆定律的兩種表達式和及其適用條件。 （2）掌握電源的總功率P總=IU，電源內阻上損耗的功率及它們之間的關系P總=P輸+P損。 2.能力目標 進一步培養(yǎng)學生用能量和能量轉化的觀點分析物理問題的能力，并使學生掌握閉合電路歐姆定律的推導過程。 二、重點、難點分析 1. 重點是閉合電路歐姆定律。 2. 難點是應用閉合電路歐姆定律討論電路中的路端電壓、電流強度隨外電阻變化的關系。 三、教學過程設計 （一）復習提問 當電源不接處電路時（斷路時），非靜電力與電場力有什么關系？當電源接上外電路時，電源內部的非靜電力與電場力是什么關系？在電源內部非靜電力做的功與在外電路中電場力做的功是什么關系？ 歸納總結學生的回答： 當電源不接外電路時，在電源內部非靜電力與電場力平衡，電荷不移動，正、負極間保持一定的電勢差。靜電場中的電勢差等于電場力將電量為q的正電荷從高電勢處（正極）移到低電勢處（負極）電場力做的功W電與電荷電量q的比值，即U=。電源的電動勢等于非靜電力將電量為q的正電荷從電源負極移向電源正極的過程中非靜電力所做的功W非與電荷電量q的比值，即=。既然此時非靜電力與電場力平衡，則電源的電動勢等于電源不接處電路時（斷路時）正、負極間的電勢差，即=U斷。 當電源接入外電路時，在外電路正電荷從電源正極向負極移動，電場力做正功；在電源內部正電荷從電源負極移向正極，正電荷所受的非靜電力大于電場力，合力的方向是從負極指向正極。此時在電源內部非靜電力反抗電場力所做的功，大于在外電路中電場力所做的功。從能量轉化的角度看，在電源內部非靜電力反抗電場力所做的功是其他形式的能轉化為電能的量度；在外電路中電場力所做的功是電能轉化或其他形式的能的量度。也就是說在電源內部“產(chǎn)生”的電能，大于在外電路中“消耗”的電能。多余的能量哪去了呢？ （二）主要教學過程 1. 應用的能的轉化和守恒定律推導閉合的電路歐姆定律 電動勢為，內阻為r的電源與一個負載（不一定是純電阻）接成一閉合電路，設負載兩端電壓為U，電路中的電流為I，通時時間為t。電源的非靜電力做功為 W非=q=It 即有這么多的其他形式的能轉化為電能。同時在電源內部電流要克服內電阻的阻礙作用做功W2=I2rt，即在電源內部有這么多的電能要轉化為內能。在電源內部同時有兩種作用，一是“產(chǎn)生”電能，同時又要“消耗”一部分電能。在負載上（外電路）電流所做的功W1=IUt,即在負載上要“消耗”這么多電能。 由能量轉化和守恒定律可知，電源“產(chǎn)生”的電能應當?shù)扔谠趦茸枭虾拓撦d上“消耗”的電能之和，即W非=W1+W2 It=IUt+I2rt (1) (1)式的兩端消去t得： I=IU+I2r (2) (2)式中的I是電源的總功率，即P總=I；IU為負載上消耗的電功率，也就是電源供給負載的電功率，叫做電源的輸出功率，即 P輸=IU；I2r為在電源內阻上消耗的功率，即P損=I2r。 (2)式也可表示為 P總=P輸+P損 (2)式兩端再消去I，得 =U+Ir (3) (3)式中為電源的電動勢；U為負載兩端的電壓，也就是電源兩極之間的電壓，稱為路端電壓；Ir為在電源內阻上的內電壓。 當負載為純電阻時，設其阻值為R，則有U=IR,則(3)式可寫成 =IR+Ir 或 I= (4) (3)、(4)兩式均叫做閉合電路歐姆定律，也叫做全電路歐姆定律。 但(4)式僅適用于純電阻電路。 2.路端電壓 負載兩端的電壓，也就是電源兩極之間的電壓，叫做路端電壓。當負載是純電阻時，路端電壓U=IR，其中R是負載電阻的阻值，I是通過負載電阻的電流強度。 由=U+Ir，得 其中I= 電源的電動勢和內阻r是一定的，當負載電阻R增大時，電流I將減小，則電源內阻上的電勢降Ir將減小，所以路端電壓U增大，所以路端電壓U隨外電阻的增大而增大。 有兩個極端情況： （1）當R→∞，也就是當電路斷開時，I→0，則U=。當斷路（亦稱開路）時，路端電壓等于電源的電動勢。 在用電壓表測電壓時，是有電流通過電源和電壓表，外電路并非斷路，這時測得的路端電壓并不等于電源的電動勢。只有當電壓表的電阻非常大時，電流非常小，此時測出的路端電壓非常近似地等于電源的電動勢。 （2）當R→0時，I→/r，可以認為U=0,路端電壓等于零。這種情況叫電源短路，發(fā)生短路時，電流強度I叫做短路電流。一般電源的內阻都比較小，所以短路電流很大。一般情況下，要避免電源短路。 例1.在如圖1所示的電路中，R1=14.0Ω，R2=9.0Ω，當開關S扳到位置1時，電流表的示數(shù)為I1=0.20A；當開關S扳到位置2時，電流表的示數(shù)為I2=0.30A，求電流的電動勢和內電阻。 （=3.0V，r=1.0Ω） 例2.在如圖2所示的電路中，在滑動變阻器R2的滑動頭向下移動的過程中，電壓表V和電流表A的示數(shù)變化情況如何？ （三）課堂小結 1. 閉合電路歐姆定律的兩種表達式及其適用條件。 2. 路端電壓隨外電阻變化的規(guī)律。 （四）布置作業(yè) 書面作業(yè)（略）。 思考題： （1）為了測量一個電源的電動勢和內阻r，給你一個電壓表（沒有電流表），你還需要什么儀器？如何連接電路？如何測量？ （2）當外電阻R變化時，電源的輸出功率將如何變化？