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1、2022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(shí)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(diǎn)與難點(diǎn)
1.重點(diǎn):(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(diǎn):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(gè),導(dǎo)線若干,電路示教板一
2、塊,演示的電壓表一個(gè),4節(jié)1號干電池,10Ω定值電阻一個(gè),演示電流表(1.5A量程)一個(gè),滑動變阻器(0~50Ω)一個(gè)。
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(shí)兩極間的電壓。一般電源的電動勢和內(nèi)電阻在短時(shí)間內(nèi)可以認(rèn)為是定值?,F(xiàn)在我這里有一節(jié)從遙控車?yán)锶∠碌碾姵?,請一個(gè)同學(xué)說出如何測量它的電動勢,并實(shí)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
3、。
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(shí),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(shí)際做一做實(shí)驗(yàn),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(shí)還稍暗些。怎么解釋這個(gè)實(shí)驗(yàn)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
4、電動勢,E=U外+U內(nèi)
教師:設(shè)這個(gè)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+I(xiàn)r,電流強(qiáng)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(qiáng)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(dá)式為I=E/(R+r)。同學(xué)們從這個(gè)表達(dá)式可以看出,在電源恒定時(shí),電路中的電流強(qiáng)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(shí),電路中的電流強(qiáng)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(gè)實(shí)驗(yàn)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
5、它做電源,電路中的電流I1可能較小;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(gè)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象了。
教師:很好。一般電源的電動勢和內(nèi)電阻在短時(shí)間內(nèi)可以認(rèn)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(gè)重要推論
(1)路端電壓U隨外電阻R變化的規(guī)律演示實(shí)驗(yàn):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(gè)10Ω的定值電阻串聯(lián)組成電源(因?yàn)橥ǔk娫磧?nèi)阻很小,U的變化也很小,現(xiàn)象不明顯)。移動
6、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(shí)驗(yàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象嗎?
學(xué)生:因?yàn)镽變大,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?yàn)閁=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(rèn)為電動勢和內(nèi)電阻在短時(shí)間內(nèi)是不變的,初中我們認(rèn)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(shí),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(shí)
7、,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(shí),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(shí),R r,r/R=0,U=E;短路時(shí),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(gè)固定的電源(即E、r是定值)向變化的外電阻供電時(shí),輸出的功率P=IU=I2R,又因?yàn)镮=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(shí),電源有最大的輸出功率Pm=E
8、2/4r。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(gè)固定的電源(即E、r是定值)向變化的外電阻供電時(shí),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。現(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(shí),應(yīng)用公式P=I2R0,當(dāng)I最大時(shí)
9、,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(shí),I有最大值。即R=0時(shí),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(shí)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(shí),滑動變阻器上消耗的功率最大。
教師:當(dāng)輸出功率最大時(shí),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(shí),即輸出功率最大時(shí),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(shí),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。