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2019-2020年高二物理恒定電流 閉合電路歐姆定律教案 人教版 一、教學(xué)目標(biāo) 1．知識內(nèi)容：（1）掌握閉合電路歐姆定律的內(nèi)容，能夠應(yīng)用它解決簡單的實際問題；（2）掌握路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規(guī)律。 2．通過對路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規(guī)律的討論培養(yǎng)學(xué)生的推理能力。 二、教學(xué)重點與難點 1．重點：（1）閉合電路歐姆定律的內(nèi)容；（2）應(yīng)用定律討論路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規(guī)律。 2．難點：短路、斷路特征，路端電壓隨外電阻的變化。 三、教具 一節(jié)舊的9V干電池（內(nèi)阻較大）、兩節(jié)新的5號干電池，小燈泡、單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若干，電路示教板一塊，演示的電壓表一個，4節(jié)1號干電池，10Ω定值電阻一個，演示電流表（1.5A量程）一個，滑動變阻器（0～50Ω）一個。 四、教學(xué)過程 1．引入 教師：同學(xué)們，上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了電源的電動勢的概念，知道它是表示電源特性的物理量，電動勢在數(shù)值上等于它沒有接入電路時兩極間的電壓。一般電源的電動勢和內(nèi)電阻在短時間內(nèi)可以認為是定值。現(xiàn)在我這里有一節(jié)從遙控車里取下的電池，請一個同學(xué)說出如何測量它的電動勢，并實際測量是多少伏？ 學(xué)生：用導(dǎo)線把電壓表并聯(lián)在電池的兩端，其示數(shù)就是電源的電動勢。測出一節(jié)為9V。 教師：對。再看我手里拿的是兩節(jié)5號干電池，把它們串聯(lián)起來后，其電動勢是多少伏？ 學(xué)生：3伏。 教師：出示投影的電路圖，如圖1所示，當(dāng)把開關(guān)S撥到1時，觀察小燈泡的亮度。 學(xué)生；很亮。 教師：現(xiàn)在，我把開關(guān)S撥到2，小燈泡和9V的電源相連，同學(xué)們想一想會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？ 學(xué)生：可能把小燈泡燒壞，也可能不燒壞，但比剛才要亮得多。 教師：我們來實際做一做實驗，觀察小燈泡的亮度。把開關(guān)撥到2后，發(fā)現(xiàn)小燈泡的亮度比剛才接3V的電源時還稍暗些。怎么解釋這個實驗現(xiàn)象呢？這就要用到我們今天學(xué)的內(nèi)容——閉合電路的歐姆定律。 板書：閉合電路的歐姆定律 教師：在如圖2所示的閉合電路中（用投影儀顯示圖2電路），電源電動勢和內(nèi)、外電壓之間存在什么關(guān)系呢？ 學(xué)生：內(nèi)外電壓之和等于電源的電動勢，E=U外＋U內(nèi) 教師：設(shè)這個電路的電流為I，根據(jù)歐姆定律，U外=IR，U內(nèi)=Ir，那么E=IR＋Ir，電流強度I=E／（R＋r），這就是閉合電路的歐姆定律。板書：1．閉合電路的歐姆定律的內(nèi)容：閉合電路中的電流強度和電源電動勢成正比，和電路的內(nèi)外電阻之和成反比。表達式為I=E／（R＋r）。同學(xué)們從這個表達式可以看出，在電源恒定時，電路中的電流強度隨電路的外電阻變化而變化；當(dāng)外電路中的電阻是定值電阻時，電路中的電流強度和電源有關(guān)。 教師：同學(xué)們能否用閉合電路的歐姆定律來解釋第一個實驗現(xiàn)象呢？ 學(xué)生：9V的電池是從遙控車上拿下來的，是舊電池，它的內(nèi)電阻很大，由閉合電路的歐姆定律可知，用它做電源，電路中的電流I1可能較??；而兩節(jié)5號干電池雖然電動勢是3V，如果是新的，它的內(nèi)阻就很小，所以電路中的電流I2可能比I1小，用這兩個電源分別給相同的小燈泡供電，燈泡的亮度取決于I2R燈，那么就出現(xiàn)了剛才的實驗現(xiàn)象了。 教師：很好。一般電源的電動勢和內(nèi)電阻在短時間內(nèi)可以認為是不變的。那么外電阻R的變化，就會引起電路中電流的變化，繼而引起路端電壓U、輸出功率P、電源效率η等的變化。 2．幾個重要推論 （1）路端電壓U隨外電阻R變化的規(guī)律演示實驗：如圖3所示電路（投影顯示電路圖3），4節(jié)1號電池和1個10Ω的定值電阻串聯(lián)組成電源（因為通常電源內(nèi)阻很小，U的變化也很小，現(xiàn)象不明顯）。移動滑動變阻器的滑動片，觀察電流表和電壓表的示數(shù)是如何隨R變化？ 教師：從實驗出發(fā)，隨著電阻R的增大，電流I逐漸減小，路端電壓U逐漸增大。大家能用閉合電路的歐姆定律來解釋這個實驗現(xiàn)象嗎？ 學(xué)生：因為R變大，閉合電路的總電阻增大，根據(jù)閉合電路的歐姆定律，I=E／（R＋r），電路中的總電流減小，又因為U=E-Ir，則路端電壓增大。 教師：正確。我們得出結(jié)論，路端電壓隨外電阻增大而增大，隨外電阻減小而減小。一般認為電動勢和內(nèi)電阻在短時間內(nèi)是不變的，初中我們認為電路兩端電壓是不變的，應(yīng)該是有條件的，當(dāng)R→無窮大時，r／R→0，外電路可視為斷路，I→0，根據(jù)U=E-Ir，則U=E，即當(dāng)外電路斷開時，用電壓表直接測量電源兩極電壓，數(shù)值等于電源的電動勢；當(dāng)R減小為0時，電路可視為短路，I=E／r為短路電流，路端電壓U=0。 板書：路端電壓隨外電阻增大而增大，隨外電阻減小而減小。斷路時，R r，r／R=0，U=E；短路時，R=0，U=0。 （2）電源的輸出功率P隨外電阻R變化的規(guī)律。 教師：在純電阻電路中，當(dāng)用一個固定的電源（即E、r是定值）向變化的外電阻供電時，輸出的功率P=IU=I2R，又因為I=E／（R＋r），所以P=[E／（R＋r）]2R=E2R／（R2＋2Rr＋r2）=E2R／[（R-r）2＋4Rr]=E2／[（R-r）2／R＋4r]，當(dāng)R=r時，電源有最大的輸出功率Pm=E2／4r。我們可以畫出輸出功率隨外電阻變化的圖線，如圖4所示。 板書：在純電阻電路中，當(dāng)用一個固定的電源（即E、r是定值）向變化的外電阻供電時，輸出的功率有最大值。（把上面的推導(dǎo)過程寫在黑板上）下面我們看一道例題。 例：如圖5所示電路，電源電動勢為E，內(nèi)電阻為r，R0是定值電阻?，F(xiàn)調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑動片，（1）使定值電阻R0上消耗的功率最大，則滑動變阻器的阻值R是多少？（2）使滑動變阻器上消耗的功率最大，則滑動變阻器的阻值R是多少？（投影） 請兩位同學(xué)到黑板上來分別做這兩問。（約5分鐘）本題需要注意的是第（1）問中，求定值電阻的輸出功率的最大值時，應(yīng)用公式P=I2R0，當(dāng)I最大時，P最大，根據(jù)閉合電路的歐姆定律，只有滑動變阻器的阻值最小時，I有最大值。即R=0時，R0上消耗的功率最大。第（2）問中，可以把R0等效為電源的內(nèi)電阻，利用剛才的推論，如果R＞R0+r，當(dāng)R=R0+r時滑動變阻器上消耗的功率最大；如果R＜R0＋r，滑動變阻器的阻值取最大時，滑動變阻器上消耗的功率最大。 教師：當(dāng)輸出功率最大時，電源的效率是否也最大呢？ 板書：（3）電源的效率η隨外電阻R變化的規(guī)律 教師：在電路中電源的總功率為IE，輸出的功率為IU，內(nèi)電路損耗的功率為I2R，則電源的效率為η=IU／IE=U／E=R／（R＋r），當(dāng)R變大，η也變大。而當(dāng)R=r時，即輸出功率最大時，電源的效率是50％。 板書：電源的效率η隨外電阻R的增大而增大。 3．課堂小結(jié) （1）在使用閉合電路的歐姆定律時，要注意它的適用條件是外電路是純電阻電路。（2）對閉合電路中，路端電壓、輸出功率等隨外電阻變化的規(guī)律，要學(xué)會用公式法和圖線法去分析和討論。