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2019-2020年高中物理 第二章恒定電流 2.7閉合電路的歐姆定律教案 新人教版選修3-1 課 題 課 型 新授課 教 學(xué) 目 標(biāo) （一）知識(shí)與技能 1、能夠推導(dǎo)出閉合電路歐姆定律及其公式，知道電源的電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)、外電路上電勢(shì)降落之和。 2、理解路端電壓與負(fù)載的關(guān)系，知道這種關(guān)系的公式表達(dá)和圖線表達(dá)，并能用來(lái)分析、計(jì)算有關(guān)問(wèn)題。 3、掌握電源斷路和短路兩種特殊情況下的特點(diǎn)。知道電源的電動(dòng)勢(shì)等于電源沒(méi)有接入電路時(shí)兩極間的電壓。 4、熟練應(yīng)用閉合電路歐姆定律解決有關(guān)的電路問(wèn)題。 5、理解閉合電路的功率表達(dá)式，知道閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化。 （二）過(guò)程與方法 1、通過(guò)演示路端電壓與負(fù)載的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生利用“實(shí)驗(yàn)研究，得出結(jié)論”的探究物理規(guī)律的科學(xué)思路和方法。 2、通過(guò)利用閉合電路歐姆定律解決一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 通過(guò)本節(jié)課教學(xué)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，通過(guò)探究物理規(guī)律培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 重點(diǎn) 1、推導(dǎo)閉合電路歐姆定律，應(yīng)用定律進(jìn)行有關(guān)討論。 2、路端電壓與負(fù)載的關(guān)系 ★教學(xué)難點(diǎn) 路端電壓與負(fù)載的關(guān)系 教 學(xué) 方 法 演示實(shí)驗(yàn)，討論、講解 教 學(xué) 手 段 滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表、電鍵、導(dǎo)線若干、投影儀、多媒體電腦 教學(xué)活動(dòng) （一）引入新課 教師：前邊我們知道電源是通過(guò)非靜電力做功把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。只有用導(dǎo)線將電源、用電器連成閉合電路，電路中才有電流。那么電路中的電流大小與哪些因素有關(guān)？電源提供的電能是如何在閉合電路中分配的呢？今天我們就學(xué)習(xí)這方面的知識(shí)。 （二）進(jìn)行新課 1、閉合電路歐姆定律 教師：（投影）教材圖2.7-1（如圖所示） 教師：閉合電路是由哪幾部分組成的？ 學(xué)生：內(nèi)電路和外電路。 教師：在外電路中，沿電流方向，電勢(shì)如何變化？為什么？ 學(xué)生：沿電流方向電勢(shì)降低。因?yàn)檎姾傻囊苿?dòng)方向就是電流方向，在外電路中，正電荷受靜電力作用，從高電勢(shì)向低電勢(shì)運(yùn)動(dòng)。 教師：在內(nèi)電路中，沿電流方向，電勢(shì)如何變化？為什么？ 學(xué)生（代表）：沿電流方向電勢(shì)升高。因?yàn)殡娫磧?nèi)部，非靜電力將正電荷從電勢(shì)低處移到電勢(shì)高處。 教師：這個(gè)同學(xué)說(shuō)得確切嗎？ 學(xué)生討論：如果電源是一節(jié)干電池，在電源的正負(fù)極附近存在著化學(xué)反應(yīng)層，反應(yīng)層中非靜電力（化學(xué)作用）把正電荷從電勢(shì)低處移到電勢(shì)高處，在這兩個(gè)反應(yīng)層中，沿電流方向電勢(shì)升高。在正負(fù)極之間，電源的內(nèi)阻中也有電流，沿電流方向電勢(shì)降低。 教師：（投影）教材圖2.7-2（如圖所示）內(nèi)、外電路的電勢(shì)變化。 教師：引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)閉合電路的歐姆定律?？砂匆韵滤悸愤M(jìn)行： 設(shè)電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，外電路電阻為R，閉合電路的電流為I， （1）寫(xiě)出在t時(shí)間內(nèi)，外電路中消耗的電能E外的表達(dá)式； （2）寫(xiě)出在t時(shí)間內(nèi)，內(nèi)電路中消耗的電能E內(nèi)的表達(dá)式； （3）寫(xiě)出在t時(shí)間內(nèi)，電源中非靜電力做的功W的表達(dá)式； 學(xué)生：（1）E外=I2Rt （2）E內(nèi)=I2rt （3）W=Eq=EIt 根據(jù)能量守恒定律，W= E外+E內(nèi) 即 EIt =I2Rt+ I2rt 整理得： E =IR+ Ir 或者 教師（幫助總結(jié)）：這就是閉合電路的歐姆定律。 （1）內(nèi)容：閉合電路中的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比，這個(gè)結(jié)論叫做閉合電路的歐姆定律。 （2）公式：I= （3）適用條件：外電路是純電阻的電路。 根據(jù)歐姆定律，外電路兩端的電勢(shì)降落為U外=IR，習(xí)慣上成為路端電壓，內(nèi)電路的電勢(shì)降落為U內(nèi)=Ir，代入E =IR+ Ir 得 該式表明，電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)外電路電勢(shì)降落之和。 2、路端電壓與負(fù)載的關(guān)系 教師：對(duì)給定的電源，E、r均為定值，外電阻變化時(shí)，電路中的電流如何變化？ 學(xué)生：據(jù)I=可知，R增大時(shí)I減?。籖減小時(shí)I增大。 教師：外電阻增大時(shí)，路端電壓如何變化？ 學(xué)生：有人說(shuō)變大，有人說(shuō)變小。 教師：實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的惟一標(biāo)準(zhǔn)，讓我們一起來(lái)做下面的實(shí)驗(yàn)。 演示實(shí)驗(yàn)：探討路端電壓隨外電阻變化的規(guī)律。 （1）投影實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示。 （2）按電路圖連接電路。 （3）調(diào)節(jié)滑動(dòng)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。 學(xué)生：總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 當(dāng)外電阻增大時(shí)，電流減小，路端電壓增大；當(dāng)外電阻減小時(shí)，電流增大，路端電壓減小。 教師：下面用前面學(xué)過(guò)的知識(shí)討論它們之間的關(guān)系。路端電壓與電流的關(guān)系式是什么？ 學(xué)生：U=E-Ir 教師：就某個(gè)電源來(lái)說(shuō)，電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r是一定的。當(dāng)R增大時(shí)，由得，I減小，由U=E-Ir，路端電壓增大。反之，當(dāng)R減小時(shí)，由得，I增大，由U=E-Ir，路端電壓減小。 拓展：討論兩種特殊情況： 教師：剛才我們討論了路端電壓跟外電阻的關(guān)系，請(qǐng)同學(xué)們思考：在閉合電路中，當(dāng)外電阻等于零時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？ 學(xué)生：發(fā)生短路現(xiàn)象。 教師：發(fā)生上述現(xiàn)象時(shí)，電流有多大？ 學(xué)生：當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，外電阻R=0，U外=0，U內(nèi)=E=Ir，故短路電流I=。 教師：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(shí)電流很大，很大的電流會(huì)造成什么后果？ 學(xué)生：可能燒壞電源，甚至引起火災(zāi)。 教師：實(shí)際中，要防止短路現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)外電阻很大時(shí)，又會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢？ 學(xué)生：斷路。斷路時(shí)，外電阻R→∝，電流I=0，U內(nèi)=0，U外=E。 教師：電壓表測(cè)電動(dòng)勢(shì)就是利用了這一原理。 3、閉合電路歐姆定律的應(yīng)用（投影） 教師引導(dǎo)學(xué)生分析解決例題。 討論：電源的U—I圖象 教師：根據(jù)U=E-Ir，利用數(shù)學(xué)知識(shí)可以知道路端電壓U是電流I的一次函數(shù)，同學(xué)們能否作出U—I圖象呢？ 學(xué)生：路端電壓U與電流I的關(guān)系圖象是一條向下傾斜的直線。 投影：U—I圖象如圖所示。 教師：從圖象可以看出路端電壓與電流的關(guān)系是什么？ 學(xué)生：U隨著I的增大而減小. 教師：直線與縱軸的交點(diǎn)表示的物理意義是什么？直線的斜率呢？ 學(xué)生：直線與縱軸的交點(diǎn)表示電源的電動(dòng)勢(shì)E，直線的斜率的絕對(duì)值表示電源的內(nèi)阻。 （三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng) 通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問(wèn)題： 1、電源的電動(dòng)勢(shì)等于電源沒(méi)有接入電路時(shí)兩極間的電壓。電源電動(dòng)勢(shì)等于閉合電路內(nèi)、外電阻上的電勢(shì)降落U內(nèi)和U外之和，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(guān)系式為U=E-Ir，其U—I圖線是一條傾斜的直線。 （四）實(shí)例探究 ☆電路結(jié)構(gòu)變化問(wèn)題的討論 【例1】在如圖所示的電路中，R1=10 Ω，R2=20 Ω，滑動(dòng)變阻器R的阻值為0~50 Ω，當(dāng)滑動(dòng)觸頭P由I向b滑動(dòng)的過(guò)程中，燈泡L的亮度變化情況是_______ A.逐漸變亮 B.逐漸變暗 C.先變亮后變暗 D.先變暗后變亮 解析：燈泡的亮度由燈的實(shí)際功率大小決定.電燈燈絲電阻不變，研究通過(guò)燈絲電流的大小可知燈的亮度. 電源電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r不變，通過(guò)燈泡電流由外電路總電阻決定。外電阻是由滑動(dòng)變阻器連入電路部分的電阻決定的，當(dāng)滑動(dòng)觸頭由a向b滑動(dòng)過(guò)程中，滑動(dòng)變阻器連入電路部分的電阻增大，總電阻增大，總電流I=減少，燈泡的實(shí)際功率PL=I2RL減小，燈泡變暗。綜上所述，選項(xiàng)B正確。 ☆閉合電路歐姆定律的定量應(yīng)用 【例2】 如圖所示電路中，R1=0.8Ω，R3=6Ω，滑動(dòng)變阻器的全值電阻R2=12 Ω，電源電動(dòng)勢(shì)E=6 V，內(nèi)阻r=0.2 Ω，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片在變阻器中央位置時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)S，電路中的電流表和電壓表的讀數(shù)各是多少? 解析：外電路的總電阻為R=Ω+0.8Ω=3.8Ω 根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，電路中的總電流為 I= A=1.5 A 即電流表A1的讀數(shù)為1.5 A 對(duì)于R2與R3組成的并聯(lián)電路，根據(jù)部分電路歐姆定律，并聯(lián)部分的電壓為 U2=IR并=I=1.53 V=4.5 V 即電壓表V2的讀數(shù)為4.5 V 對(duì)于含有R2的支路，根據(jù)部分電路歐姆定律，通過(guò)R2的電流為 I2= A=0.75 A 即電流表A2的讀數(shù)為0.75 A 電壓表V1測(cè)量電源的路端電壓，根據(jù)E=U外+U內(nèi)得 U1=E-Ir=6 V-1.50.2 V=5.7 V 即電壓表V1的讀數(shù)為5.7 V. 點(diǎn)評(píng)： 1.電路中的電流表、電壓表均視為理想電表（題中特別指出的除外），即電流表內(nèi)阻視為零，電壓表內(nèi)阻視為無(wú)窮大。 2.解答閉合電路問(wèn)題的一般步驟： （1）首先要認(rèn)清外電路上各元件的串并聯(lián)關(guān)系，必要時(shí)，應(yīng)進(jìn)行電路變換，畫(huà)出等效電路圖。 （2）解題關(guān)鍵是求總電流I，求總電流的具體方法是：若已知內(nèi)、外電路上所有電阻的阻值和電源電動(dòng)勢(shì)，可用全電路歐姆定律（I=）直接求出I；若內(nèi)外電路上有多個(gè)電阻值未知，可利用某一部分電路的已知電流和電壓求總電流I；當(dāng)以上兩種方法都行不通時(shí)，可以應(yīng)用聯(lián)立方程求出I。 （3）求出總電流后，再根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)或部分電路歐姆定律求各部分電路的電壓和電流。 學(xué) 生 活 動(dòng) 作 業(yè) 書(shū)面完成P65“問(wèn)題與練習(xí)”第1、3、4題；思考并回答第2、5題。 板 書(shū) 設(shè) 計(jì) 教 學(xué) 后 記