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2019-2020年高中物理《閉合電路歐姆定律》教案14 新人教版選修3-1 ●本節(jié)教材分析 本節(jié)內(nèi)容是恒定電流這一章的重點(diǎn)內(nèi)容，介紹了電動(dòng)勢(shì)的概念、閉合電路的歐姆定律、路端電壓與電流（外電阻）的關(guān)系及閉合電路中的功率等知識(shí). 電動(dòng)勢(shì)的概念在高中教學(xué)中是一個(gè)難點(diǎn)，因此處理好電動(dòng)勢(shì)概念對(duì)教學(xué)很重要.與舊教材相比，對(duì)電動(dòng)勢(shì)概念的要求有所降低，對(duì)電動(dòng)勢(shì)的講法學(xué)生更容易接受.限于學(xué)生的知識(shí)水平，關(guān)于電動(dòng)勢(shì)本身，要做好以下幾方面的介紹：①電源電動(dòng)勢(shì)是電源本身的性質(zhì)決定的.②電源電動(dòng)勢(shì)等于電源沒(méi)有接入電路時(shí)兩極間的電壓.③在閉合電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)、外電路上的電勢(shì)降落之和.④電源的電動(dòng)勢(shì)反映了電源把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng). 只要搞清了閉合電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)、外電路上的電勢(shì)降落的關(guān)系，利用部分電路的歐姆定律就可以很順利地推導(dǎo)出閉合電路歐姆定律. 路端電壓跟電流（外電阻）的關(guān)系是本節(jié)內(nèi)容的又一個(gè)難點(diǎn).教師要做好演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生有明確的感性認(rèn)識(shí)，然后結(jié)合公式和圖線加以說(shuō)明，在這里很好地體現(xiàn)了數(shù)學(xué)工具在解決物理問(wèn)題中的重要性. 最后講述了閉合電路中的功率.讓學(xué)生從能量的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)電源的電動(dòng)勢(shì)，即電源的電動(dòng)勢(shì)越大，電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)就越大. ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo) １.理解電動(dòng)勢(shì)的定義，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. 2.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. 3.理解閉合電路歐姆定律及其公式，并能熟練地用來(lái)解決有關(guān)的電路問(wèn)題. 4.理解路端電壓與電流（或外電阻）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. 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、能力目標(biāo) 1.通過(guò)演示路端電壓與外電阻的關(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)研究路端電壓與電流關(guān)系的公式、圖線及圖線的物理意義，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)工具解決物理問(wèn)題的能力. 3.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、德育目標(biāo) 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) 1.閉合電路的歐姆定律. 2.路端電壓與電流（外電阻）關(guān)系的公式表示及圖線表示. ●教學(xué)難點(diǎn) 1.電動(dòng)勢(shì)的概念. 2.路端電壓與電流（或外電阻）的關(guān)系. ●教學(xué)方法 在教師指導(dǎo)下，師生共同探討的啟發(fā)式教學(xué)，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)、討論、講解、練習(xí)、電教等方法完成教學(xué)任務(wù). ●教學(xué)用具 干電池（1號(hào)、5號(hào)、2號(hào)）、鉛蓄電池、可調(diào)內(nèi)阻電池、疊層電池、滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表、導(dǎo)線若干、示教板電路1、示教板電路2、實(shí)物投影儀、多媒體電腦、自制課件. ●課時(shí)安排 1課時(shí) ●教學(xué)過(guò)程 一、引入新課 ［師］最簡(jiǎn)單的電路由哪幾部分組成？用電器中有持續(xù)恒定電流的條件是什么？ ［生甲］最簡(jiǎn)單的電路是由電源、用電器、開關(guān)、導(dǎo)線組成的電流路徑. ［生乙］用電器中有持續(xù)恒定電流的條件是：用電器兩端有恒定的電壓，即用電器接在電源的兩極上. ［師］為了研究閉合電路，先介紹一個(gè)表征電源特性的物理量——電動(dòng)勢(shì). 二、新課教學(xué) 1.電動(dòng)勢(shì) ［師］同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)室常用的電源有哪些？ ［生］干電池、蓄電池. ［師］向?qū)W生出示各種電池，并認(rèn)識(shí)它們的正、負(fù)極. 干電池（1號(hào)、2號(hào)、5號(hào)）、鉛蓄電池、可調(diào)內(nèi)阻鉛蓄電池、鈕扣式氧化銀電池. ［演示］用電壓表測(cè)量電池沒(méi)有接入電路時(shí)兩極間的電壓. ［實(shí)驗(yàn)結(jié)果］干電池的電壓約1.5 V，鉛蓄電池的電壓約2.0 V，可調(diào)內(nèi)阻鉛蓄電池的電壓約2.0 V. ［師］從上面的實(shí)驗(yàn)可得出什么結(jié)論？ ［生］從上面的測(cè)量結(jié)果可以看出：沒(méi)有接入電路時(shí)類型相同的電池兩極間的電壓相同，而類型不同的電池兩極間的電壓不同. ［師］此電壓是由什么因素決定的？ ［生］由電源本身的性質(zhì)決定的. ［師］物理上為了表征電源的這種特性，引入電動(dòng)勢(shì)的概念.電源的電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電源沒(méi)有接入電路時(shí)兩極間的電壓. 那么，當(dāng)電源接入閉合電路中時(shí)，情況又怎么樣呢？為此，我們先認(rèn)識(shí)閉合電路的兩部分組成. ［投影下面的電路圖］ 外電路：電源外部的電路，包括用電器、導(dǎo)線等. 內(nèi)電路：電源內(nèi)部的電路. 外電阻：外電路的總電阻. 內(nèi)電阻：內(nèi)電路的電阻，通常稱為電源的內(nèi)阻. ［師］利用CAI課件研究閉合電路中，電源電動(dòng)勢(shì)E跟U內(nèi)、U外的關(guān)系.如左下圖所示. (1)在外電路中，電流由電勢(shì)高的一端流向電勢(shì)低的一端，在外電阻上沿電流方向有電勢(shì)降落U外，在內(nèi)阻上也有電勢(shì)降落U內(nèi). (2)在電源內(nèi)部，由負(fù)極到正極電勢(shì)升高，升高的數(shù)值等于電源的電動(dòng)勢(shì)E. (3)理論分析表明：在閉合電路中，電源內(nèi)部電勢(shì)升高的數(shù)值等于外電路中電勢(shì)降落的數(shù)值，即電源的電動(dòng)勢(shì)E等于U內(nèi)與U外之和. (4)閉合電路中電勢(shì)升降可用“兒童滑梯”作類比.如右上圖所示，兒童滑梯兩端的高度差相當(dāng)于內(nèi)、外電阻兩端的電勢(shì)差，電源就像升降機(jī)，升降機(jī)舉起的高度相當(dāng)于電源的電動(dòng)勢(shì). ［師］出示如圖裝置示教板，將開關(guān)分別撥向1和2，從電壓表讀出的是什么？ ［生］電源電動(dòng)勢(shì). ［師］分別將開關(guān)撥向1和2，讓學(xué)生通過(guò)電壓表的實(shí)物投影讀出E1和E2的電動(dòng)勢(shì). ［生］E1=3 V；E2=9 V. ［師］將電壓表?yè)Q成小燈泡，開關(guān)接1時(shí)，幾乎發(fā)白光.問(wèn)開關(guān)接2時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情況？ ［生］燒毀或更亮. ［師］開關(guān)接通2，小燈泡還不如接1時(shí)亮. ［生］（好奇）為什么？ ［師］學(xué)習(xí)了閉合電路的歐姆定律后，我們就會(huì)明白其中的奧秘. 2.閉合電路歐姆定律 ［師］出示右面的閉合電路.流過(guò)內(nèi)電路和外電路的電流有什么關(guān)系？ ［生］相等. ［師］電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)、外電壓U內(nèi)、U外之間有什么關(guān)系？ ［生］E=U內(nèi)+U外. ［師］設(shè)閉合電路中的電流為I，外電阻為R，內(nèi)阻為r，電源電動(dòng)勢(shì)為E，由部分電路歐姆定律可以將上式進(jìn)一步寫成怎樣的形式？ ［生］根據(jù)歐姆定律，外電壓U外=IR，內(nèi)電壓U內(nèi)=Ir，代入E=U外+U內(nèi)可得E=IR+Ir. ［師］如果我們要探討電路里電流與哪些因素有關(guān)，有什么關(guān)系，還需要把上式改寫成怎樣的形式？ ［生］可以改寫成I=. ［師］這就是閉合電路歐姆定律.即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. 3.路端電壓跟負(fù)載的關(guān)系 ［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？ ［生］據(jù)I=可知，R增大時(shí)I減?。籖減小時(shí)I增大. ［師］外電阻增大時(shí)，路端電壓如何變化？ ［生甲］變大. ［生乙］變小. ［師］實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn).讓我們一起來(lái)做下面的實(shí)驗(yàn). ［演示］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. ［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. ［師］路端電壓與電流的關(guān)系式是什么？ ［生］U=E－Ir ［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，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？ ［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. ［師］從圖象可以看出路端電壓與電流的關(guān)系是什么？ ［生］路端電壓隨著電流的增大而減小. ［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？ ［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. ［師］能否根據(jù)閉合電路的歐姆定律從理論上分析路端電壓與電流（或外電阻）的關(guān)系呢？ ［生］當(dāng)外電阻R增大時(shí)，根據(jù)閉合電路歐姆定律I=可知，電流I減小，內(nèi)電壓U內(nèi)=Ir減小，路端電壓U=E－Ir增大. 同理可判斷R減小時(shí)的情況. ［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？ ［生］發(fā)生短路現(xiàn)象. ［師］發(fā)生上述現(xiàn)象時(shí)，電流有多大？ ［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=. ［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？ ［生］若電路中有保險(xiǎn)絲，會(huì)引起保險(xiǎn)絲熔斷.否則可能燒壞電源，也可能引起火災(zāi). ［師］實(shí)際生產(chǎn)生活中，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？ ［生］斷路.斷路時(shí)，外電阻R→∝，電流I=0，U內(nèi)=0，U外=E. ［師］電壓表測(cè)電動(dòng)勢(shì)就是利用了這一原理. ［練習(xí)］出示如圖的示教板.逐個(gè)合上開關(guān)，燈泡的亮度會(huì)不會(huì)發(fā)生變化？ （學(xué)生討論，看法不一） ［演示］學(xué)生觀察. ［實(shí)驗(yàn)結(jié)果］發(fā)現(xiàn)接入電路中的燈泡越多，燈泡的亮度逐漸變暗. ［師］怎樣解釋上面的現(xiàn)象? ［生］隨著燈泡逐漸接入，外電路的總電阻逐漸減小，外電路的端電壓逐漸減小，據(jù)P=可知，燈泡消耗的實(shí)際功率逐漸變小，燈泡亮度變暗. ［練習(xí)］請(qǐng)同學(xué)們思考示教板1的實(shí)驗(yàn)中，為什么接2時(shí)小燈泡更暗？ ［生］討論并回答. 應(yīng)該是開關(guān)接2時(shí)，E2和小燈泡構(gòu)成閉合電路,由于E2的內(nèi)阻很大,故第二次加在小燈泡兩端的電壓比第一次小,所以第二次燈泡發(fā)光較暗. ［師］同學(xué)們的推理是否正確?讓我們用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一下. ［演示］用電壓表測(cè)出示教板1電路中,開關(guān)接1和接2兩種情況下的路端電壓. ［實(shí)驗(yàn)結(jié)果］第二次時(shí)的路端電壓確實(shí)小于第一次時(shí)的路端電壓,證實(shí)了同學(xué)們的回答是正確的. 4.閉合電路中的功率 ［師］據(jù)E=U外+U內(nèi)，兩邊乘以電流，得到EI=U外I+U內(nèi)I，式中的EI、U外I、U內(nèi)I分別表示什么物理意義？ ［生］EI表示電源提供的電功率；U外I表示外電路上消耗的電功率；U內(nèi)I表示內(nèi)電路上消耗的電功率. ［師］EI=U外I+U內(nèi)I說(shuō)明了什么？ ［生］說(shuō)明了電源提供的電能只有一部分消耗在外電路上，轉(zhuǎn)化為其他形式的能，另一部分消耗在內(nèi)阻上，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. ［師］實(shí)際上，上式也表明：電源的電動(dòng)勢(shì)越大，電源提供的電功率就越大，這表示電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)就越大. 5.例題分析 ［例1］如下圖所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為1.5 V，內(nèi)阻0.12 Ω,外電路的電阻為1.38 Ω,求電路中的電流和路端電壓. 解：已知電動(dòng)勢(shì)E=1.5 V，外電阻R=1.38 Ω,內(nèi)阻r=0.12 Ω. 由閉合電路歐姆定律可求出電流I： I=A=1 A. 路端電壓為 U=IR=1.38 V. 我們看到，路端電壓小于電源的電動(dòng)勢(shì).在初中處理這類問(wèn)題時(shí)忽略了內(nèi)阻，認(rèn)為r=0，路端電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì). ［例2］如圖所示，R1=14 Ω，R2=9 Ω.當(dāng)開關(guān)S切換到位置1時(shí)，電流表的示數(shù)為I1=0.2A;當(dāng)開關(guān)S切換到位置2時(shí)，電流表的示數(shù)為I2=0.3 A.求電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r. 解：由題意知，R1=14 Ω，R2=9 Ω，I1=0.2 A,I2=0.3 A，根據(jù)閉合電路歐姆定律可列出方程： E=I1R1+I1r E=I2R2+I2r 消去E，解出r，得r= 代入數(shù)值，得r=1 Ω. 將r值代入E=I1R1+I1r中，得E=3 V ［說(shuō)明］這道例題為我們提供了一種測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r的方法.同學(xué)們課后可以思考：若給你一個(gè)電壓表、一個(gè)電阻箱、導(dǎo)線若干、開關(guān)，如何測(cè)一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻？若給你一個(gè)電壓表和一個(gè)電流表呢？ 三、小結(jié) 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，其大小是因電源本身的性質(zhì)決定的.在電源上接上外電路時(shí)，電源內(nèi)外有相同的電流，這時(shí)在內(nèi)、外電阻上有電勢(shì)降落U內(nèi)和U外，這時(shí)電源電動(dòng)勢(shì)就等于內(nèi)、外電壓之和，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. 5.閉合電路中的功率關(guān)系為EI=U外I+U內(nèi)I即P總=P外+P內(nèi). 四、作業(yè) 1.練習(xí)四、（1）、（2）、（3）、（4）、（5） 2.預(yù)習(xí)分組實(shí)驗(yàn)九. 3.查閱資料了解新型的電源. 五、板書設(shè)計(jì)