2022年高中物理選修3-1 2-7 閉合電路的歐姆定律 教學(xué)設(shè)計(jì)

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1、2022年高中物理選修3-1 2-7 閉合電路的歐姆定律 教學(xué)設(shè)計(jì) 教學(xué)目標(biāo)      (一)知識與技能 1.能夠推導(dǎo)出閉合電路的歐姆定律及其公式,知道電源的電動勢等于內(nèi)、外電路上電勢降落之和。 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),并能用來分析、計(jì)算有關(guān)問題。 3.掌握電源斷路和短路兩種特殊情況下的特點(diǎn)。知道電源的電動勢等于電源沒有接入電路時(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)過程與方法 1.通過演示路端電壓與負(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

2、出結(jié)論”的探究物理規(guī)律的科學(xué)思路和方法。 2.通過利用閉合電路歐姆定律解決一些簡單的實(shí)際問題,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題的能力。 (三)情感、態(tài)度與價(jià)值觀 通過本節(jié)課教學(xué),加強(qiáng)對學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng),通過探究物理規(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。 難點(diǎn): 路端電壓與負(fù)載的關(guān)系。 教學(xué)活動      (一)引入新課 教師:前邊我們知道電源是通過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

3、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。 (二)進(jìn)行新課 1.閉合電路歐姆定律 教師:(投影)教材圖(如圖所示) 閉合電路由內(nèi)電路和外電路組成 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,電勢如何變化?為什么? 學(xué)生:沿電流方向電勢降低。因?yàn)檎姾傻囊苿臃较蚓褪请娏鞣较?,在外電路中,正電荷受靜電力作用,從高電勢向低電勢移動。 教師:在內(nèi)電路中,沿電流方向,電勢如何變化?為什么? 學(xué)生(代表):沿電流方向電勢升高。因?yàn)殡娫磧?nèi)部,非靜電力將正電荷從電勢低處移到電勢高處。 教師:這個(gè)同學(xué)說

4、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)把正電荷從電勢低處移到電勢高處,在這兩個(gè)反應(yīng)層中,沿電流方向電勢升高。在正負(fù)極之間,電源的內(nèi)阻中也有電流,沿電流方向電勢降低。 教師:(投影)教材圖(如圖所示)內(nèi)、外電路的電勢變化。 閉合電路的電勢 教師:引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)閉合電路的歐姆定律。可按以下思路進(jìn)行: 設(shè)電源電動勢為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)寫出在t時(shí)間內(nèi),電源中

5、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+I(xiàn)2rt 整理得: E=IR+I(xiàn)r 或者I= 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勢成正比,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,外電路兩端的電勢降落為U外=IR,習(xí)慣上稱為路端電壓,內(nèi)電路的電勢降落為U內(nèi)=Ir,代入E=IR+I(xiàn)r 得E=U外+U內(nèi) 該式表明,電動

6、勢等于內(nèi)外電路電勢降落之和。 2.路端電壓與負(fù)載的關(guān)系 教師:對給定的電源,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減小;R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:有人說變大,有人說變小。 教師:實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn),讓我們一起來做下面的實(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。 研究路端電壓 (2)按電路圖連接電路。 (3)調(diào)節(jié)滑動變阻器,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,

7、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)過的知識討論它們之間的關(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)電源來說,電動勢E和內(nèi)阻r是一定的。當(dāng)R增大時(shí),由I=得,I減小,由U=E-Ir,路端電壓增大。反之,當(dāng)R減小時(shí),由I=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,請同學(xué)們思考:在閉合電路中,當(dāng)外電阻等于零時(shí),會發(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

8、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:電壓表測電動勢就是利用了這一原理。 3.閉合電路歐姆定律的應(yīng)用(投影) 求電動勢和內(nèi)阻 【例題1】在圖中R1=14 Ω,R2=9 Ω。當(dāng)開關(guān)處于位置1時(shí),電流表讀數(shù)I1=0.2 A;當(dāng)開關(guān)處于位置2時(shí),電流表讀數(shù)I2=0.3

9、A。求電源的電動勢E和內(nèi)電阻r。 解:根據(jù)閉合電路歐姆定律,題述的兩種情況可列以下兩個(gè)方程 E=I1R1+I(xiàn)1r E=I2R2+I(xiàn)2r 消去E,解出r,得r= 代入數(shù)值,得r=1 Ω 將r代入E=I1R1+I(xiàn)1r中,得 E=3 V 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=EIr,利用數(shù)學(xué)知識可以知道路端電壓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

10、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)表示電源的電動勢E,直線的斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻。 (三)課堂總結(jié)、點(diǎn)評 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問題: 1.電源的電動勢等于電源沒有接入電路時(shí)兩極間的電壓。電源電動勢等于閉合電路內(nèi)、外電阻上的電勢降落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)變化問題的討論 【例2】在如圖所示的電路中,R1=10 Ω,

11、R2=20 Ω,滑動變阻器R的阻值為0~50 Ω,當(dāng)滑動觸頭P由a向b滑動的過程中,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,研究通過燈絲電流的大小可知燈的亮度。 電源電動勢E和內(nèi)阻r不變,通過燈泡電流由外電路總電阻決定。外電阻是由滑動變阻器連入電路部分的電阻決定的,當(dāng)滑動觸頭由a向b滑動過程中,滑動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

12、合電路歐姆定律的定量應(yīng)用 【例3】如圖所示電路中,R1=0.8 Ω,R3=6 Ω,滑動變阻器的全值電阻R2=12 Ω,電源電動勢E=6 V,內(nèi)阻r=0.2 Ω,當(dāng)滑動變阻器的滑片在變阻器中央位置時(shí),閉合開關(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= +R1= Ω+0.8 Ω=3.8 Ω 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=I·R并=I·=1.5×3 V=4.5 V 即電壓表V2的讀數(shù)為4.5 V 對于含

13、有R2的支路,根據(jù)部分電路歐姆定律,通過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測量電源的路端電壓,根據(jù)E=U外+U內(nèi)得 U1=E-Ir=6 V-1.5×0.2 V=5.7 V 即電壓表V1的讀數(shù)為5.7 V。 點(diǎn)評: 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)阻視為無窮大。 2.解答閉合電路問題的一般步驟: (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勢,可用閉合電路的歐姆定律(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。

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