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2019-2020年高中物理闭合电路欧姆定律教案14 新人教版选修3-1本节教材分析本节内容是恒定电流这一章的重点内容,介绍了电动势的概念、闭合电路的欧姆定律、路端电压与电流(外电阻)的关系及闭合电路中的功率等知识.电动势的概念在高中教学中是一个难点,因此处理好电动势概念对教学很重要.与旧教材相比,对电动势概念的要求有所降低,对电动势的讲法学生更容易接受.限于学生的知识水平,关于电动势本身,要做好以下几方面的介绍:电源电动势是电源本身的性质决定的.电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压.在闭合电路中,电源的电动势等于内、外电路上的电势降落之和.电源的电动势反映了电源把其他形式的能量转化为电能的本领.只要搞清了闭合电路中,电源的电动势与内、外电路上的电势降落的关系,利用部分电路的欧姆定律就可以很顺利地推导出闭合电路欧姆定律.路端电压跟电流(外电阻)的关系是本节内容的又一个难点.教师要做好演示实验,使学生有明确的感性认识,然后结合公式和图线加以说明,在这里很好地体现了数学工具在解决物理问题中的重要性.最后讲述了闭合电路中的功率.让学生从能量的观点认识电源的电动势,即电源的电动势越大,电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大.教学目标一、知识目标.理解电动势的定义,知道电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压.2.知道电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和.3.理解闭合电路欧姆定律及其公式,并能熟练地用来解决有关的电路问题.4.理解路端电压与电流(或外电阻)的关系,知道这种关系的公式表达和图线表达,并能用来分析、计算有关问题.5.理解闭合电路的功率表达式,知道闭合电路中能量的转化.二、能力目标1.通过演示路端电压与外电阻的关系实验,培养学生利用“实验研究,得出结论”的探究物理规律的科学思路和方法.2.通过研究路端电压与电流关系的公式、图线及图线的物理意义,培养学生应用数学工具解决物理问题的能力.3.通过利用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题,培养学生运用物理知识解决实际问题的能力.三、德育目标通过本节课教学,加强对学生科学素质的培养,通过探究物理规律培养学生的创新精神和实践能力. 教学重点1.闭合电路的欧姆定律.2.路端电压与电流(外电阻)关系的公式表示及图线表示.教学难点1.电动势的概念.2.路端电压与电流(或外电阻)的关系.教学方法在教师指导下,师生共同探讨的启发式教学,通过演示实验、讨论、讲解、练习、电教等方法完成教学任务.教学用具干电池(1号、5号、2号)、铅蓄电池、可调内阻电池、叠层电池、滑动变阻器、电压表、电流表、导线若干、示教板电路1、示教板电路2、实物投影仪、多媒体电脑、自制课件.课时安排1课时教学过程一、引入新课师最简单的电路由哪几部分组成?用电器中有持续恒定电流的条件是什么?生甲最简单的电路是由电源、用电器、开关、导线组成的电流路径.生乙用电器中有持续恒定电流的条件是:用电器两端有恒定的电压,即用电器接在电源的两极上.师为了研究闭合电路,先介绍一个表征电源特性的物理量电动势.二、新课教学1.电动势师同学们在实验室常用的电源有哪些?生干电池、蓄电池.师向学生出示各种电池,并认识它们的正、负极.干电池(1号、2号、5号)、铅蓄电池、可调内阻铅蓄电池、钮扣式氧化银电池.演示用电压表测量电池没有接入电路时两极间的电压.实验结果干电池的电压约1.5 V,铅蓄电池的电压约2.0 V,可调内阻铅蓄电池的电压约2.0 V.师从上面的实验可得出什么结论?生从上面的测量结果可以看出:没有接入电路时类型相同的电池两极间的电压相同,而类型不同的电池两极间的电压不同.师此电压是由什么因素决定的?生由电源本身的性质决定的.师物理上为了表征电源的这种特性,引入电动势的概念.电源的电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压.那么,当电源接入闭合电路中时,情况又怎么样呢?为此,我们先认识闭合电路的两部分组成.投影下面的电路图外电路:电源外部的电路,包括用电器、导线等.内电路:电源内部的电路.外电阻:外电路的总电阻.内电阻:内电路的电阻,通常称为电源的内阻.师利用CAI课件研究闭合电路中,电源电动势E跟U内、U外的关系.如左下图所示.(1)在外电路中,电流由电势高的一端流向电势低的一端,在外电阻上沿电流方向有电势降落U外,在内阻上也有电势降落U内.(2)在电源内部,由负极到正极电势升高,升高的数值等于电源的电动势E.(3)理论分析表明:在闭合电路中,电源内部电势升高的数值等于外电路中电势降落的数值,即电源的电动势E等于U内与U外之和. (4)闭合电路中电势升降可用“儿童滑梯”作类比.如右上图所示,儿童滑梯两端的高度差相当于内、外电阻两端的电势差,电源就像升降机,升降机举起的高度相当于电源的电动势.师出示如图装置示教板,将开关分别拨向1和2,从电压表读出的是什么?生电源电动势.师分别将开关拨向1和2,让学生通过电压表的实物投影读出E1和E2的电动势.生E1=3 V;E2=9 V.师将电压表换成小灯泡,开关接1时,几乎发白光.问开关接2时,会发生什么情况?生烧毁或更亮.师开关接通2,小灯泡还不如接1时亮.生(好奇)为什么?师学习了闭合电路的欧姆定律后,我们就会明白其中的奥秘.2.闭合电路欧姆定律师出示右面的闭合电路.流过内电路和外电路的电流有什么关系?生相等.师电源的电动势E和内、外电压U内、U外之间有什么关系?生E=U内+U外.师设闭合电路中的电流为I,外电阻为R,内阻为r,电源电动势为E,由部分电路欧姆定律可以将上式进一步写成怎样的形式?生根据欧姆定律,外电压U外=IR,内电压U内=Ir,代入E=U外+U内可得E=IR+Ir.师如果我们要探讨电路里电流与哪些因素有关,有什么关系,还需要把上式改写成怎样的形式?生可以改写成I=.师这就是闭合电路欧姆定律.即闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比.3.路端电压跟负载的关系师对给定的电源E、r均为定值,外电阻变化时,电路中的电流如何变化?生据I=可知,R增大时I减小;R减小时I增大.师外电阻增大时,路端电压如何变化?生甲变大.生乙变小.师实践是检验真理的唯一标准.让我们一起来做下面的实验.演示探讨路端电压随外电阻变化的规律. (1)投影实验电路图如图所示.(2)按电路图连接电路.(3)调节滑动变阻器,改变外电路的电阻,观察路端电压怎样随电流(或外电阻)而改变.实验结论当外电阻增大时,电流减小,路端电压增大;当外电阻减小时,电流增大,路端电压减小. 师路端电压与电流的关系式是什么?生U=EIr师就某个电源来说,电动势E和内阻r是一定的,利用数学知识可以知道路端电压U是电流I的一次函数,同学们能否作出UI图象呢?生路端电压U与电流I的关系图象是一条向下倾斜的直线.投影UI图象如图所示.师从图象可以看出路端电压与电流的关系是什么?生路端电压随着电流的增大而减小.师直线与纵轴的交点表示的物理意义是什么?直线的斜率呢?生直线与纵轴的交点表示电源的电动势E,直线的斜率的绝对值表示电源的内阻.师能否根据闭合电路的欧姆定律从理论上分析路端电压与电流(或外电阻)的关系呢?生当外电阻R增大时,根据闭合电路欧姆定律I=可知,电流I减小,内电压U内=Ir减小,路端电压U=EIr增大.同理可判断R减小时的情况.师刚才我们讨论了路端电压跟外电阻的关系,请同学们思考:在闭合电路中,当外电阻等于零时,会发生什么现象?生发生短路现象.师发生上述现象时,电流有多大?生当发生短路时,外电阻R=0,U外=0,U内=E=Ir,故短路电流I=.师一般情况下,电源内阻很小,像铅蓄电池的内阻只有0.005 0.1 ,干电池的内阻通常也不到1 ,所以短路时电流很大,很大的电流会造成什么后果?生若电路中有保险丝,会引起保险丝熔断.否则可能烧坏电源,也可能引起火灾.师实际生产生活中,要防止短路现象的发生.当外电阻很大时,又会发生什么现象呢?生断路.断路时,外电阻R,电流I=0,U内=0,U外=E.师电压表测电动势就是利用了这一原理.练习出示如图的示教板.逐个合上开关,灯泡的亮度会不会发生变化?(学生讨论,看法不一)演示学生观察.实验结果发现接入电路中的灯泡越多,灯泡的亮度逐渐变暗.师怎样解释上面的现象?生随着灯泡逐渐接入,外电路的总电阻逐渐减小,外电路的端电压逐渐减小,据P=可知,灯泡消耗的实际功率逐渐变小,灯泡亮度变暗.练习请同学们思考示教板1的实验中,为什么接2时小灯泡更暗?生讨论并回答.应该是开关接2时,E2和小灯泡构成闭合电路,由于E2的内阻很大,故第二次加在小灯泡两端的电压比第一次小,所以第二次灯泡发光较暗.师同学们的推理是否正确?让我们用实验验证一下.演示用电压表测出示教板1电路中,开关接1和接2两种情况下的路端电压.实验结果第二次时的路端电压确实小于第一次时的路端电压,证实了同学们的回答是正确的.4.闭合电路中的功率师据E=U外+U内,两边乘以电流,得到EI=U外I+U内I,式中的EI、U外I、U内I分别表示什么物理意义?生EI表示电源提供的电功率;U外I表示外电路上消耗的电功率;U内I表示内电路上消耗的电功率.师EI=U外I+U内I说明了什么?生说明了电源提供的电能只有一部分消耗在外电路上,转化为其他形式的能,另一部分消耗在内阻上,转化为内能.师实际上,上式也表明:电源的电动势越大,电源提供的电功率就越大,这表示电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大.5.例题分析例1如下图所示的电路中,电源的电动势为1.5 V,内阻0.12 ,外电路的电阻为1.38 ,求电路中的电流和路端电压.解:已知电动势E=1.5 V,外电阻R=1.38 ,内阻r=0.12 .由闭合电路欧姆定律可求出电流I:I=A=1 A.路端电压为U=IR=1.38 V.我们看到,路端电压小于电源的电动势.在初中处理这类问题时忽略了内阻,认为r=0,路端电压等于电源的电动势.例2如图所示,R1=14 ,R2=9 .当开关S切换到位置1时,电流表的示数为I1=0.2A;当开关S切换到位置2时,电流表的示数为I2=0.3 A.求电源的电动势E和内阻r.解:由题意知,R1=14 ,R2=9 ,I1=0.2 A,I2=0.3 A,根据闭合电路欧姆定律可列出方程:E=I1R1+I1r E=I2R2+I2r消去E,解出r,得r=代入数值,得r=1 .将r值代入E=I1R1+I1r中,得E=3 V说明这道例题为我们提供了一种测量电源的电动势E和内阻r的方法.同学们课后可以思考:若给你一个电压表、一个电阻箱、导线若干、开关,如何测一节干电池的电动势和内阻?若给你一个电压表和一个电流表呢?三、小结通过本节课的学习,主要学习了以下几个问题:1.电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压,其大小是因电源本身的性质决定的.在电源上接上外电路时,电源内外有相同的电流,这时在内、外电阻上有电势降落U内和U外,这时电源电动势就等于内、外电压之和,即E=U内+U外.2.闭合电路的欧姆定律的内容及公式.3.路端电压随着外电阻的增大而增大,随着外电阻的减小而减小. 4.路端电压与电流的关系式为U=EIr,其UI图线是一条倾斜的直线.5.闭合电路中的功率关系为EI=U外I+U内I即P总=P外+P内.四、作业1.练习四、(1)、(2)、(3)、(4)、(5)2.预习分组实验九.3.查阅资料了解新型的电源.五、板书设计
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