2019-2020年高中物理《闭合电路欧姆定律》教案6 新人教版选修3-1.doc

2019-2020年高中物理闭合电路欧姆定律教案6 新人教版选修3-1教学目标 （一）知识目标1、知道电动势的定义2、理解闭合电路欧姆定律的公式，理解各物理量及公式的物理意义，并能熟练地用来解决有关的电路问题3、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，电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和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6、理解闭合电路中能量转化的情况（二）能力目标1、培养学生分析解决问题能力，会用闭合电路欧姆定律分析外电压随外电阻变化的规律2、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3、通过用公式、图像分析外电压随外电阻改变规律，培养学生用多种方式分析问题能力（三）情感目标1、通过外电阻改变引起电流、电压的变化，树立学生普遍联系观点2、通过分析外电压变化原因，了解内因与外因关系3、通过对闭合电路的分析计算，培养学生能量守恒思想4、知道用能量的观点说明电动势的意义教学建议1、电源电动势的概念在高中是个难点，是掌握闭合电路欧姆定律的关键和基础，在处理电动势的概念时，可以根据教材，采用不同的讲法从理论上分析电源中非静电力做功从电源的负极将正电荷运送到正极，克服电场力做功，非静电力搬运电荷在两极之间产生电势差的大小，反映了电源做功的本领，由此引出电动势的概念；也可以按本书采取讨论闭合电路中电势升降的方法，给出电动势等于内、外电路上电势降落之和的结论教学中不要求论证这个结论教材中给出一个比喻（儿童滑梯），帮助学生接受这个结论需要强调的是电源的电动势反映的电源做功的能力，它与外电路无关，是由电源本生的特性决定的电动势是标量，没有方向，这要给学生说明，如果学生程度较好，可以向学生说明，做为电源，由正负极之分，在电源内部，电流从负极流向正极，为了说明问题方便，也给电动势一个方向，人们规定电源电动势的方向为内电路的电流方向，即从负极指向正极2、路端电压与电流（或外电阻）的关系，是一个难点希望作好演示实验，使学生有明确的感性认识，然后用公式加以解释路端电压与电流的关系图线，可以直观地表示出路端电压与电流的关系，务必使学生熟悉这个图线学生应该知道，断路时的路端电压等于电源的电动势因此，用电压表测出断路时的路端电压就可以得到电源的电动势在考虑电压表的内阻时，希望通过第五节的“思考与讨论”，让学生自己解决这个问题3、最后讲述闭合电路中的功率，得出公式 ， 要从能量转化的观点说明，公式左方的 表示单位时间内电源提供的电能理解了这一点，就容易理解上式的意义：电源提供的电能，一部分消耗在内阻上，其余部分输出到外电路中教学设计方案闭合电路的欧姆定律一、教学目标1、在物理知识方面的要求：（1）巩固产生恒定电流的条件；（2）知道电动势是表征电源特性的物理量，它在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压（3）明确在闭合回路中电动势等于电路上内、外电压之和（4）掌握闭合电路的欧姆定律，理解各物理量及公式的物理意义（5）掌握路端电压、输出功率、电源效率随外电阻变化的规律2、在物理方法上的要求：（1）通过电动势等于电路上内、外电压之和的教学，使学生学会运用实验探索物理规律的方法（2）从能量和能量转化的角度理解电动势的物理意义（3）通过对路端电压、输出功率、电源效率随外电阻变化的规律的讨论培养学生的推理能力（4）通过用公式、图像分析外电压随外电阻改变规律，培养学生用多种方式分析二、重点、难点分析1、重点：（1）电动势是表示电源特性的物理量（2）闭合电路欧姆定律的内容；（3）应用定律讨论路端电压、输出功率、电源效率随外电阻变化的规律2、难点：（1）闭合回路中电源电动势等于电路上内、外电压之和（2）短路、断路特征（3）应用闭合电路欧姆定律讨论电路中的路端电压、电流强度随外电阻变化的关系三、教学过程设计引入新课： 教师：同学们都知道，电荷的定向移动形成电流那么，导体中形成电流的条件是什么呢？（学生答：导体两端有电势差）演示：将小灯泡接在充满电的电容器两端，会看到什么现象？（小灯泡闪亮一下就熄灭）为什么会出现这种现象呢？分析：当电容器充完电后，其上下两极板分别带上正负电荷，如图1所示，两板间形成电势差当用导线把小灯泡和电容器两极板连通后，电子就在电场力的作用下通过导线产生定向移动而形成电流，但这是一瞬间的电流因为两极板上正负电荷逐渐中和而减少，两极板间电势差也逐渐减少为零，所以电流减小为零，因此只有电场力的作用是不能形成持续电流的教师：为了形成持续的电源，必须有一种本质上完全不同于静电性的力，能够不断地分离正负电荷来补充两极板上减少的电荷这才能使两极板保持恒定的电势差，从而在导线中维持恒定的电流，能够提供这种非静电力的装置叫电源电源在维持恒定电流时，电源中的非静电力将不断做功，从而把已经流到低电势处的正电荷不断地送回到高电势处使它的电势能增加板书：1、电源：电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置它并不创造能量，也不创造电荷例如：干电池是把化学能转化为电能，发电机是把机械能、核能等转化为电能的装置教师：电源能够不断地把其他形式的能量转变为电能，并且能够提供恒定的电压，那么不同的电源，两极间的电压相同吗？展示各种干电池（1号、2号、5号、7号），请几个同学观察电池上面写的规格，发现尽管电池的型号不同，但是都标有“1.5V”字样我们把示教电压表直接接在干电池的两端进行测量，发现结果确实是1.5V讲台上还摆放有手摇发电机、蓄电池、纽扣电池，它们两端的电压是否也是1.5V呢？（学生回答：不是）那么如何知道它们两端的电压呢？（学生：用电压表直接测量）结论：电源两极间的电压完全由电源本身的性质（如材料、工作方式等）决定，同种电池用电压表测量其两极间的电压是相同的，不同种类的电池用电压表测量其两极间的电压是不同的为了表示电源本身的这种特性，物理学中引入了电动势的概念板书：2、电源电动势教师：从上面的演示和分析可知，电源的电动势在数值上等于电源未接入电路时两极间的电压板书：电源的电动势在数值上等于电源没有接入电路时其两极间的电压例如，各种型号的干电池的电动势都是1.5V那么把一节1号电池接入电路中，它两极间的电压是否还是1.5V呢？用示教板演示，电路如图所示，结论：开关闭合前，电压表示数是1.5V，开关闭合后，电压表示数变为1.4V实验表明，电路中有了电流后，电源两极间的电压减少了教师：上面的实验中，开关闭合后，电源两极间的电压降为1.4V，那么减少的电压哪去了呢？用投影仪展示实验电路，介绍闭合电路可分为内、外电路两部分，电源内部的叫内电路，电源外部的叫外电路接在电源外电路两端的电压表测得的电压叫外电压在电源内部电极附近的探针A、B上连接的电压表测得的电压叫内电压我们现在就通过实验来研究闭合电路中电动势和内、外电压之间的关系板书：3、内电压和外电压教师：向学生介绍实验装置及电路连接方法，重点说明内电压的测量实验中接通电键，移动滑动变阻器的滑动头使其阻值减小，由两个电压表读出若干组内、外电压和的值再断开电键，由电压表测出电动势分析实验结果可以发现什么规律呢？ 学生：在误差许可的范围内，内、外电压之和等于电源电动势板书：在闭合电路中，电源的电动势等于内、外电压之和，即下面我们来分析在整个电路中电压、电流、电阻之间的关系教师：我们来做一个实验，电路图如图所示观察电键S先后接通1和2时小灯泡的亮度结论：把开关拨到2后，发现小灯泡的亮度比刚才接3V的电源时还稍暗些怎么解释这个实验现象呢？这就要用到我们将要学习的内容闭合电路的欧姆定律板书：闭合电路的欧姆定律教师：在图1所示电路图中，设电流为，根据欧姆定律， ， ，那么 ，电流强度 ，这就是闭合电路的欧姆定律板书：4、闭合电路的欧姆定律的内容：闭合电路中的电流强度和电源电动势成正比，和电路的内外电阻之和成反比表达式为 同学们从这个表达式可以看出，在电源恒定时，电路中的电流强度随电路的外电阻变化而变化；当外电路中的电阻是定值电阻时，电路中的电流强度和电源有关教师：同学们能否用闭合电路的欧姆定律来解释上一个实验现象呢？学生：9V的电源如果内电阻很大，由闭合电路的欧姆定律可知，用它做电源，电路中的电流I可能较小；而电动势3V的电源内阻如果很小，电路中的电流可能比 大，用这两个电源分别给相同的小灯泡供电，灯泡的亮度取决于 ，那么就出现了刚才的实验现象了教师：很好一般电源的电动势和内电阻在短时间内可以认为是不变的那么外电阻 的变化，就会引起电路中电流的变化，继而引起路端电压 、输出功率 、电源效率 等的变化几个重要推论（1）路端电压 随外电阻 变化的规律板书：5几个重要推论（l）路端电压 随外电阻 变化的规律演示实验,图3所示电路，4节1号电池和1个10的定值电阻串联组成电源（因为通常电源内阻很小， 的变化也很小，现象不明显）移动滑动变阻器的滑动片，观察电流表和电压表的示数是如何随 变化？教师：从实验出发，随着电阻 的增大，电流 逐渐减小，路端电压 逐渐增大大家能用闭合电路的欧姆定律来解释这个实验现象吗？学生：因为 变大，闭合电路的总电阻增大，根据闭合电路的欧姆定律， ，电路中的总电流减小，又因为 ，则路端电压增大教师：正确我们得出结论，路端电压随外电阻增大而增大，随外电阻减小而减小一般认为电动势和内电阻在短时间内是不变的，初中我们认为电路两端电压是不变的，应该是有条件的，当 无穷大时， 0，外电路可视为断路， 0，根据 ，则 ，即当外电路断开时，用电压表直接测量电源两极电压，数值等于电源的电动势；当 减小为0时，电路可视为短路， 为短路电流，路端电压 板书5：路端电压随外电阻增大而增大，随外电阻减小而减小断路时， ， 0， ；短路时， ， 电路的路端电压与电流的关系可以用图像表示如下（2）电源的输出功率 随外电阻变化的规律教师：在纯电阻电路中，当用一个固定的电源（设 、r是定值）向变化的外电阻供电时，输出的功率 ，又因为 ，所以 ，当 时，电源有最大的输出功率 我们可以画出输出功率随外电阻变化的图线，如图所示 板书6：在纯电阻电路中，当用一个固定的电源（即 、 是定值）向变化的外电阻供电时，输出的功率有最大值教师：当输出功率最大时，电源的效率是否也最大呢？板书7：电源的效率 随外电阻 变化的规律教师：在电路中电源的总功率为 ，输出的功率为 ，内电路损耗的功率为 ，则电源的效率为 ，当 变大， 也变大而当 时，即输出功率最大时，电源的效率 =50板书8：电源的效率 随外电阻 的增大而增大四、讲解例题五、总结探究活动 1、调查各种不同电源的性能特点。（包括电动势、内阻、能量转化情况、工作原理、可否充电）2、考察目前对废旧电池的回收情况。（1）化学电池的工作原理；（2）废旧电池对环境的污染主要表现在哪些方面；（3）当前社会对废旧电池的重视程度；（4）废旧电池的回收由哪些主要的途径和利用方式；（5）如何更好的变废为宝或使废旧电池对环境的污染减小到最小。3、通过本章节的学习，根据全电路欧姆定律有关知识，可以得出结论：电源的输出功率最大时，内外电阻应该相等，而此时电源的效率则只有50%；请你设计出一种方案，在实际应用中如何配置电源和负载之间的关系，使电源的输出功率和效率尽可能的达到较大。第1节闭合电路欧姆定律(2课时)【教学目的】1、知道电源的电动势和内电阻。明确电动势的物理意义，知道电动势和电压的区别2、知道电源内阻的意义，知道电动势和内阻是标志电源性能的两个重要参数。3、知道内电路和外电路的概念。4、理解闭合电路欧姆定律的内容和表达式，并能进行有关闭合电路的简单计算。5、能够区分路端电压和内电压，结合实际问题理解路端电压和外电路电阻的关系。【教学重点】 掌握闭合电路欧姆定律及用定律讨论外电压随外电阻变化的规律及原因【教学难点】 电动势的概念比较抽象。而应用闭合电路欧姆定律讨论电路中的路端电压、电流随外电阻变化的关系也是比较难以掌握的【教学媒体】 演示实验干电池（1号、5号、7号若干个），一节旧的9V电池（内阻较大）小灯泡、导线若干，演示的电压表一个，4节1号干电池，10定值电阻一个，演示电流表（1.5A量程）一个，滑动变阻器（050）一个。【教学安排】【新课导入】复习回顾：为了使电路中有持续的电流，要具备什么条件？（要使电路两端有持续的电压，可以将电路接到电池两端来得到）板书： 1、电源：保持两极间有一定电压，把其它形式的能转化为电能的装置。教师展示各种电池：这些各种各样的电源两极间的电压都一样吗？电源有什么特性？我们该用什么物理量来描述电源的特性？【新课内容】1. 电动势：我们用内阻很大的电压表来测量电源两极的电压。可以发现尽管干电池的型号不同，但两极电压都是1.5V，而蓄电池的电压则是2V。说明，这种情况下得到的电源两端电压是电源本身的性质决定的。我们引入一个新的物理量来表征这种电源的特性称为电动势。为什么不把它叫电压而另叫一个名字呢？这是因为电动势与电压表示的意义不同。在电路中，电压U=W/q。w表示正电荷在电场力作用下从一点移到另一点所消耗的电能，电压表示移动单位正电荷消耗的电能。反映把电能转化为其它形式能的本领。而电源则是用来将其他形式的能量转换为电能的。因此我们用的电动势：=W/q。w/表示正电荷从负极移到正极所消耗的化学能（或其它形式能），表示转移单位正电荷所消耗化学能（或其它形式能，反映电源把其它形式能转化为电能的本领）。板书： 2、电动势：（1）电源的属性，描述电源把其它形式能转化为电能本领的物理量。电动势由电源自身决定（2）不同类型的电源电动势不同，同种类型不同型号电源电动势相同。（3）定义为转移单位电荷所产生的电能。（4）用符号表示。（5）=W/q单位：伏特，。（6）标量。（7）在数值上就等于电源没有接入外电路时两极间电压。那么对同一种类不同型号的电池来说，究竟是什么不同呢？这不同在于它们的储能量，有很多充电电池上都标有1200mAh（或800mAh）。这表示它只能在1.5V的电动势上转移1200mAh的电量，即释放出1200mAh1.5V=6480J=0.0018度。同种电池越大的型号，里面存储的化学能就越多。可以在相同条件下工作更长的时间。2. 路端电压与电动势：提问那么电池两端的电压就一定等于电源的电动势吗？下面我们来看这一节干电池，我们将它接成一个串联电路，如右图所示。用伏特表来测量它电源两端的电压，看还是刚才的示数吗？实验结果表明电源两端的电压是会随着外电阻的改变而改变的。而且外电阻越大，这电压也越大。所以这个电压并不等于电源的电动势，而是略小于电动势。我们把这个电压叫做外电压，又叫做路端电压。再摸摸电池，有什么发现？电池在发热！电流经过电阻时会发热。这是电流的热效应。大家对此又做何解释呢？（讨论）这体现了电源内部还有电阻，我们称为内电阻，内电阻和外电阻都会消耗电路中的电能。所以电源产生的电能分配到了电源内部电阻发热和外部用电器工作上。即内电阻上也要有电压，称为内电压。电流在内电路的消耗功率为IU内；在外电路的消耗称为IU外；他们都来自于电源将其他能转化成的电能IE。；所以有。也就是电动势被内外电路所瓜分了，因此我们用电压表测得的外电压比电动势要小一些。那为什么一上课时我们用伏特表直接测的电压可以认为就是电源的电动势呢？V（版画电路如右图）这是因为干电池的内阻通常不是很大，尤其是新电池，其内阻只有零点几欧姆，在电源直接接大电阻的伏特表时，通过电源内部的电流极小，所以内电压接近于零，外电压就约等于电动势了。可见，对内电阻是可以使用欧姆定律的，它与外电阻也在分压。但用旧了的干电池电动势虽然不会改变，内电阻却会越来越大。同样的连接下，内电压越大，外电压就相应减小了。因此我们经常可以使用电压表测外电压的方法来检测电池的新旧程度。如果一节干电池的接伏特表时显示1.0V的电压，就说明它已经旧的不能用了。不过在一般电路的使用中，可以认为电路中的电源有固定的电动势和内电阻。3. 闭合电路欧姆定律：在前面我们已经看到电源的电动势总是等于内外电压之和：E=U外U内。如果外电路也是纯电阻电路。也符合欧姆定律。设这个电路的电流为I，我们就可以推出： 由于U外=IR，U内=Ir，那么 E=IRIr，电流I=E/（Rr），这就是闭合电路的欧姆定律。板书：3、闭合电路的欧姆定律的内容：闭合电路中的电流和电源电动势成正比，和电路的内外电阻之和成反比。表达式为 I=E/（Rr）。（闭合电路欧姆定律只适用于外电路也是纯电阻的情况。）从这个表达式可以看出，在电源恒定时，电路中的电流随电路的外电阻变化而变化；当外电路中的电阻是定值电阻时，电路中的电流和电源有关。教师：一般电源的电动势和内电阻在短时间内可以认为是不变的。那么外电阻R的变化，就会引起电路中电流的变化，继而引起路端电压U、输出功率P、电源效率等的变化。我们就可以通过对这些变化量比如路端电压U、干路电流I的测量来测量出恒定不变的电动势和内电阻。例题：教科书P71/例巩固练习手册P76/1、2，书P72/24. 几个重要推论（1）路端电压U随外电阻R变化的规律板书：2.几个重要推论（1）路端电压U随外电阻R变化的规律演示实验：如图所示电路中，移动滑动变阻器的滑动片，观察电流表和电压表的示数是如何随R变化？教师：从实验出发，随着电阻R的增大，电流I逐渐减小，路端电压U逐渐增大。大家能用闭合电路的欧姆定律来解释这个实验现象吗？学生：因为R变大，闭合电路的总电阻增大，根据闭合电路的欧姆定律，I=E/（Rr），电路中的总电流减小，又因为U=EIr，则路端电压增大。教师：正确。我们得出结论，路端电压随外电阻增大而增大，随外电阻减小而减小。一般认为电动势和内电阻在短时间内是不变的，初中我们认为电路两端电压是不变的，应该是有条件的，当 R无穷大时， r/R0，外电路可视为开路， I0，根据 U=EIr，则 U=E，即当外电路断开时，用电压表直接测量电源两极电压，数值等于电源的电动势；当R减小为0时，电路可视为短路，I=E/r为短路电流，路端电压U=0。板书：4、路端电压随外电阻增大而增大，随外电阻减小而减小。开路时，Rr，r/R=0，U=E；短路时，R=0，U=0。例：手册P74/例1（2）电源的输出功率P随外电阻R变化的规律。教师：在纯电阻电路中，当用一个固定的电源（即E、r是定值）向变化的外电阻供电时，输出的功率P=IU=I2R，又因为I=E/（Rr），所以P=E/（Rr）2R=E2R/（R2+2Rr+r2）=E2R/（Rr）24Rr=E2/（Rr）2/R4r，当R=r时，电源有最大的输出功率Pm=E2/4r。我们可以画出输出功率随外电阻变化的图线，如图4所示。板书：5、在纯电阻电路中，当用一个固定的电源（即E、r是定值）向变化的外电阻供电时，输出的功率有最大值。下面我们看一道例题。例：如图5所示电路，电源电动势为E，内电阻为r，R0是定值电阻。现调节滑动变阻器的滑动片，（1）使定值电阻R0上消耗的功率最大，则滑动变阻器的阻值R是多少？（2）使滑动变阻器上消耗的功率最大，则滑动变阻器的阻值R是多少？ 本题需要注意的是第（1）问中，求定值电阻的输出功率的最大值时，应用公式P=I2R0，当I最大时，P最大，根据闭合电路的欧姆定律，只有滑动变阻器的阻值最小时，I有最大值。即R=0时，R0上消耗的功率最大。第（2）问中，可以把R0等效为电源的内电阻，利用刚才的推论，如果RR0+r，当R=R0+r时滑动变阻器上消耗的功率最大；如果RR0+r，滑动变阻器的阻值取最大时，滑动变阻器上消耗的功率最大。教师：当输出功率最大时，电源的效率是否也最大呢？教师：有电路中电源的总功率为IE，输出的功率为IU，内电路损耗的功率为I2R，则电源的效率为=IU/IE=U/E=R/（Rr），当 R变大， 也变大。而当 R=r时，即输出功率最大时，电源的效率是50%。板书：6、电源的效率随外电阻R的增大而增大。5. 课堂小结（1）在使用闭合电路的欧姆定律时，要注意它的适用条件是外电路是纯电阻电路。（2）对闭合电路中，路端电压、输出功率等随外电阻变化的规律，要学会用公式法和图线法去分析和讨论。6. 巩固提高：如图6所示的电路中，电源的电动势E和内阻r恒定，当负载R变化时，电路中的电流发生变化，于是电路中的三个功率：电源的总功率P总、电源内部消耗功率P内和电源的输出功率P外随电流变化的图线可分别用图乙中三条图线表示，其中图线的函数表达式是_；图线的函数表达式是_；图线的函数表达式是_。【课后作业】第一课时：教材全练P47-48第一课时：教材全练P49-50【课后反思】