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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(xué)目標(biāo) 1. 知識(shí)目標(biāo) （1）熟練掌握閉合電路歐姆定律的兩種表達(dá)式和及其適用條件。 （2）掌握電源的總功率P總=IU，電源內(nèi)阻上損耗的功率及它們之間的關(guān)系P總=P輸+P損。 2.能力目標(biāo) 進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生用能量和能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)分析物理問(wèn)題的能力，并使學(xué)生掌握閉合電路歐姆定律的推導(dǎo)過(guò)程。 二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析 1. 重點(diǎn)是閉合電路歐姆定律。 2. 難點(diǎn)是應(yīng)用閉合電路歐姆定律討論電路中的路端電壓、電流強(qiáng)度隨外電阻變化的關(guān)系。 三、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì) （一）復(fù)習(xí)提問(wèn) 當(dāng)電源不接處電路時(shí)（斷路時(shí)），非靜電力與電場(chǎng)力有什么關(guān)系？當(dāng)電源接上外電路時(shí)，電源內(nèi)部的非靜電力與電場(chǎng)力是什么關(guān)系？在電源內(nèi)部非靜電力做的功與在外電路中電場(chǎng)力做的功是什么關(guān)系？ 歸納總結(jié)學(xué)生的回答： 當(dāng)電源不接外電路時(shí)，在電源內(nèi)部非靜電力與電場(chǎng)力平衡，電荷不移動(dòng)，正、負(fù)極間保持一定的電勢(shì)差。靜電場(chǎng)中的電勢(shì)差等于電場(chǎng)力將電量為q的正電荷從高電勢(shì)處（正極）移到低電勢(shì)處（負(fù)極）電場(chǎng)力做的功W電與電荷電量q的比值，即U=。電源的電動(dòng)勢(shì)等于非靜電力將電量為q的正電荷從電源負(fù)極移向電源正極的過(guò)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(shí)非靜電力與電場(chǎng)力平衡，則電源的電動(dòng)勢(shì)等于電源不接處電路時(shí)（斷路時(shí)）正、負(fù)極間的電勢(shì)差，即=U斷。 當(dāng)電源接入外電路時(shí)，在外電路正電荷從電源正極向負(fù)極移動(dòng)，電場(chǎng)力做正功；在電源內(nèi)部正電荷從電源負(fù)極移向正極，正電荷所受的非靜電力大于電場(chǎng)力，合力的方向是從負(fù)極指向正極。此時(shí)在電源內(nèi)部非靜電力反抗電場(chǎng)力所做的功，大于在外電路中電場(chǎng)力所做的功。從能量轉(zhuǎn)化的角度看，在電源內(nèi)部非靜電力反抗電場(chǎng)力所做的功是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的量度；在外電路中電場(chǎng)力所做的功是電能轉(zhuǎn)化或其他形式的能的量度。也就是說(shuō)在電源內(nèi)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(xué)過(guò)程 1. 應(yīng)用的能的轉(zhuǎn)化和守恒定律推導(dǎo)閉合的電路歐姆定律 電動(dòng)勢(shì)為，內(nèi)阻為r的電源與一個(gè)負(fù)載（不一定是純電阻）接成一閉合電路，設(shè)負(fù)載兩端電壓為U，電路中的電流為I，通時(shí)時(shí)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(zhuǎn)化為電能。同時(shí)在電源內(nèi)部電流要克服內(nèi)電阻的阻礙作用做功W2=I2rt，即在電源內(nèi)部有這么多的電能要轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。在電源內(nèi)部同時(shí)有兩種作用，一是“產(chǎn)生”電能，同時(shí)又要“消耗”一部分電能。在負(fù)載上（外電路）電流所做的功W1=IUt,即在負(fù)載上要“消耗”這么多電能。 由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律可知，電源“產(chǎn)生”的電能應(yīng)當(dāng)?shù)扔谠趦?nèi)阻上和負(fù)載上“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(fù)載上消耗的電功率，也就是電源供給負(fù)載的電功率，叫做電源的輸出功率，即 P輸=IU；I2r為在電源內(nèi)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(dòng)勢(shì)；U為負(fù)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(nèi)阻上的內(nèi)電壓。 當(dāng)負(fù)載為純電阻時(shí)，設(shè)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(fù)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(dāng)負(fù)載是純電阻時(shí)，路端電壓U=IR，其中R是負(fù)載電阻的阻值，I是通過(guò)負(fù)載電阻的電流強(qiáng)度。 由=U+Ir，得 其中I= 電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻r是一定的，當(dāng)負(fù)載電阻R增大時(shí)，電流I將減小，則電源內(nèi)阻上的電勢(shì)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(gè)極端情況： （1）當(dāng)R→∞，也就是當(dāng)電路斷開(kāi)時(shí)，I→0，則U=。當(dāng)斷路（亦稱開(kāi)路）時(shí)，路端電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì)。 在用電壓表測(cè)電壓時(shí)，是有電流通過(guò)電源和電壓表，外電路并非斷路，這時(shí)測(cè)得的路端電壓并不等于電源的電動(dòng)勢(shì)。只有當(dāng)電壓表的電阻非常大時(shí)，電流非常小，此時(shí)測(cè)出的路端電壓非常近似地等于電源的電動(dòng)勢(shì)。 （2）當(dāng)R→0時(shí)，I→/r，可以認(rèn)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(shí)，電流強(qiáng)度I叫做短路電流。一般電源的內(nèi)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(dāng)開(kāi)關(guān)S扳到位置1時(shí)，電流表的示數(shù)為I1=0.20A；當(dāng)開(kāi)關(guān)S扳到位置2時(shí)，電流表的示數(shù)為I2=0.30A，求電流的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。 （=3.0V，r=1.0Ω） 例2.在如圖2所示的電路中，在滑動(dòng)變阻器R2的滑動(dòng)頭向下移動(dòng)的過(guò)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(jié) 1. 閉合電路歐姆定律的兩種表達(dá)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(shū)面作業(yè)（略）。 思考題： （1）為了測(cè)量一個(gè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻r，給你一個(gè)電壓表（沒(méi)有電流表），你還需要什么儀器？如何連接電路？如何測(cè)量？ （2）當(dāng)外電阻R變化時(shí)，電源的輸出功率將如何變化？