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.doc
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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)內容是恒定電流這一章的重點內容,介紹了電動勢的概念、閉合電路的歐姆定律、路端電壓與電流(外電阻)的關系及閉合電路中的功率等知識. 電動勢的概念在高中教學中是一個難點,因此處理好電動勢概念對教學很重要.與舊教材相比,對電動勢概念的要求有所降低,對電動勢的講法學生更容易接受.限于學生的知識水平,關于電動勢本身,要做好以下幾方面的介紹:①電源電動勢是電源本身的性質決定的.②電源電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓.③在閉合電路中,電源的電動勢等于內、外電路上的電勢降落之和.④電源的電動勢反映了電源把其他形式的能量轉化為電能的本領. 只要搞清了閉合電路中,電源的電動勢與內、外電路上的電勢降落的關系,利用部分電路的歐姆定律就可以很順利地推導出閉合電路歐姆定律. 路端電壓跟電流(外電阻)的關系是本節(jié)內容的又一個難點.教師要做好演示實驗,使學生有明確的感性認識,然后結合公式和圖線加以說明,在這里很好地體現了數學工具在解決物理問題中的重要性. 最后講述了閉合電路中的功率.讓學生從能量的觀點認識電源的電動勢,即電源的電動勢越大,電源把其他形式的能轉化為電能的本領就越大. ●教學目標 一、知識目標 1.理解電動勢的定義,知道電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓. 2.知道電源的電動勢等于內、外電路上電勢降落之和. 3.理解閉合電路歐姆定律及其公式,并能熟練地用來解決有關的電路問題. 4.理解路端電壓與電流(或外電阻)的關系,知道這種關系的公式表達和圖線表達,并能用來分析、計算有關問題. 5.理解閉合電路的功率表達式,知道閉合電路中能量的轉化. 二、能力目標 1.通過演示路端電壓與外電阻的關系實驗,培養(yǎng)學生利用“實驗研究,得出結論”的探究物理規(guī)律的科學思路和方法. 2.通過研究路端電壓與電流關系的公式、圖線及圖線的物理意義,培養(yǎng)學生應用數學工具解決物理問題的能力. 3.通過利用閉合電路歐姆定律解決一些簡單的實際問題,培養(yǎng)學生運用物理知識解決實際問題的能力. 三、德育目標 通過本節(jié)課教學,加強對學生科學素質的培養(yǎng),通過探究物理規(guī)律培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力. ●教學重點 1.閉合電路的歐姆定律. 2.路端電壓與電流(外電阻)關系的公式表示及圖線表示. ●教學難點 1.電動勢的概念. 2.路端電壓與電流(或外電阻)的關系. ●教學方法 在教師指導下,師生共同探討的啟發(fā)式教學,通過演示實驗、討論、講解、練習、電教等方法完成教學任務. ●教學用具 干電池(1號、5號、2號)、鉛蓄電池、可調內阻電池、疊層電池、滑動變阻器、電壓表、電流表、導線若干、示教板電路1、示教板電路2、實物投影儀、多媒體電腦、自制課件. ●課時安排 1課時 ●教學過程 一、引入新課 [師]最簡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]最簡單的電路是由電源、用電器、開關、導線組成的電流路徑. [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,先介紹一個表征電源特性的物理量——電動勢. 二、新課教學 1.電動勢 [師]同學們在實驗室常用的電源有哪些? [生]干電池、蓄電池. [師]向學生出示各種電池,并認識它們的正、負極. 干電池(1號、2號、5號)、鉛蓄電池、可調內阻鉛蓄電池、鈕扣式氧化銀電池. [演示]用電壓表測量電池沒有接入電路時兩極間的電壓. [實驗結果]干電池的電壓約1.5 V,鉛蓄電池的電壓約2.0 V,可調內阻鉛蓄電池的電壓約2.0 V. [師]從上面的實驗可得出什么結論? [生]從上面的測量結果可以看出:沒有接入電路時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]由電源本身的性質決定的. [師]物理上為了表征電源的這種特性,引入電動勢的概念.電源的電動勢在數值上等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓. 那么,當電源接入閉合電路中時,情況又怎么樣呢?為此,我們先認識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、導線等. 內電路:電源內部的電路. 外電阻:外電路的總電阻. 內電阻:內電路的電阻,通常稱為電源的內阻. [師]利用CAI課件研究閉合電路中,電源電動勢E跟U內、U外的關系.如左下圖所示. (1)在外電路中,電流由電勢高的一端流向電勢低的一端,在外電阻上沿電流方向有電勢降落U外,在內阻上也有電勢降落U內. (2)在電源內部,由負極到正極電勢升高,升高的數值等于電源的電動勢E. (3)理論分析表明:在閉合電路中,電源內部電勢升高的數值等于外電路中電勢降落的數值,即電源的電動勢E等于U內與U外之和. (4)閉合電路中電勢升降可用“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于內、外電阻兩端的電勢差,電源就像升降機,升降機舉起的高度相當于電源的電動勢. [師]出示如圖裝置示教板,將開關分別撥向1和2,從電壓表讀出的是什么? [生]電源電動勢. [師]分別將開關撥向1和2,讓學生通過電壓表的實物投影讀出E1和E2的電動勢. [生]E1=3 V;E2=9 V. [師]將電壓表換成小燈泡,開關接1時,幾乎發(fā)白光.問開關接2時,會發(fā)生什么情況? [生]燒毀或更亮. [師]開關接通2,小燈泡還不如接1時亮. [生](好奇)為什么? [師]學習了閉合電路的歐姆定律后,我們就會明白其中的奧秘. 2.閉合電路歐姆定律 [師]出示右面的閉合電路.流過內電路和外電路的電流有什么關系? [生]相等. [師]電源的電動勢E和內、外電壓U內、U外之間有什么關系? [生]E=U內+U外. [師]設閉合電路中的電流為I,外電阻為R,內阻為r,電源電動勢為E,由部分電路歐姆定律可以將上式進一步寫成怎樣的形式? [生]根據歐姆定律,外電壓U外=IR,內電壓U內=Ir,代入E=U外+U內可得E=IR+Ir. [師]如果我們要探討電路里電流與哪些因素有關,有什么關系,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勢成正比,跟內、外電路的電阻之和成反比. 3.路端電壓跟負載的關系 [師]對給定的電源E、r均為定值,外電阻變化時,電路中的電流如何變化? [生]據I=可知,R增大時I減?。籖減小時I增大. [師]外電阻增大時,路端電壓如何變化? [生甲]變大. [生乙]變小. [師]實踐是檢驗真理的唯一標準.讓我們一起來做下面的實驗. [演示]探討路端電壓隨外電阻變化的規(guī)律. (1)投影實驗電路圖如圖所示. (2)按電路圖連接電路. (3)調節(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. [實驗結論] 當外電阻增大時,電流減小,路端電壓增大;當外電阻減小時,電流增大,路端電壓減小. [師]路端電壓與電流的關系式是什么? [生]U=E-Ir [師]就某個電源來說,電動勢E和內阻r是一定的,利用數學知識可以知道路端電壓U是電流I的一次函數,同學們能否作出U—I圖象呢? [生]路端電壓U與電流I的關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]直線與縱軸的交點表示電源的電動勢E,直線的斜率的絕對值表示電源的內阻. [師]能否根據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)的關系呢? [生]當外電阻R增大時,根據閉合電路歐姆定律I=可知,電流I減小,內電壓U內=Ir減小,路端電壓U=E-Ir增大. 同理可判斷R減小時的情況. [師]剛才我們討論了路端電壓跟外電阻的關系,請同學們思考:在閉合電路中,當外電阻等于零時,會發(fā)生什么現象? [生]發(fā)生短路現象. [師]發(fā)生上述現象時,電流有多大? [生]當發(fā)生短路時,外電阻R=0,U外=0,U內=E=Ir,故短路電流I=. [師]一般情況下,電源內阻很小,像鉛蓄電池的內阻只有0.005 Ω~0.1 Ω,干電池的內阻通常也不到1 Ω,所以短路時電流很大,很大的電流會造成什么后果? [生]若電路中有保險絲,會引起保險絲熔斷.否則可能燒壞電源,也可能引起火災. [師]實際生產生活中,要防止短路現象的發(fā)生.當外電阻很大時,又會發(fā)生什么現象呢? [生]斷路.斷路時,外電阻R→∝,電流I=0,U內=0,U外=E. [師]電壓表測電動勢就是利用了這一原理. [練習]出示如圖的示教板.逐個合上開關,燈泡的亮度會不會發(fā)生變化? (學生討論,看法不一) [演示]學生觀察. [實驗結果]發(fā)現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P=可知,燈泡消耗的實際功率逐漸變小,燈泡亮度變暗. [練習]請同學們思考示教板1的實驗中,為什么接2時小燈泡更暗? [生]討論并回答. 應該是開關接2時,E2和小燈泡構成閉合電路,由于E2的內阻很大,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]同學們的推理是否正確?讓我們用實驗驗證一下. [演示]用電壓表測出示教板1電路中,開關接1和接2兩種情況下的路端電壓. [實驗結果]第二次時的路端電壓確實小于第一次時的路端電壓,證實了同學們的回答是正確的. 4.閉合電路中的功率 [師]據E=U外+U內,兩邊乘以電流,得到EI=U外I+U內I,式中的EI、U外I、U內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I表示內電路上消耗的電功率. [師]EI=U外I+U內I說明了什么? [生]說明了電源提供的電能只有一部分消耗在外電路上,轉化為其他形式的能,另一部分消耗在內阻上,轉化為內能. [師]實際上,上式也表明:電源的電動勢越大,電源提供的電功率就越大,這表示電源把其他形式的能轉化為電能的本領就越大. 5.例題分析 [例1]如下圖所示的電路中,電源的電動勢為1.5 V,內阻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:已知電動勢E=1.5 V,外電阻R=1.38 Ω,內阻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勢.在初中處理這類問題時忽略了內阻,認為r=0,路端電壓等于電源的電動勢. [例2]如圖所示,R1=14 Ω,R2=9 Ω.當開關S切換到位置1時,電流表的示數為I1=0.2A;當開關S切換到位置2時,電流表的示數為I2=0.3 A.求電源的電動勢E和內阻r. 解:由題意知,R1=14 Ω,R2=9 Ω,I1=0.2 A,I2=0.3 A,根據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= 代入數值,得r=1 Ω. 將r值代入E=I1R1+I1r中,得E=3 V [說明]這道例題為我們提供了一種測量電源的電動勢E和內阻r的方法.同學們課后可以思考:若給你一個電壓表、一個電阻箱、導線若干、開關,如何測一節(jié)干電池的電動勢和內阻?若給你一個電壓表和一個電流表呢? 三、小結 通過本節(jié)課的學習,主要學習了以下幾個問題: 1.電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓,其大小是因電源本身的性質決定的.在電源上接上外電路時,電源內外有相同的電流,這時在內、外電阻上有電勢降落U內和U外,這時電源電動勢就等于內、外電壓之和,即E=U內+U外. 2.閉合電路的歐姆定律的內容及公式. 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系為EI=U外I+U內I即P總=P外+P內. 四、作業(yè) 1.練習四、(1)、(2)、(3)、(4)、(5) 2.預習分組實驗九. 3.查閱資料了解新型的電源. 五、板書設計- 配套講稿:
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