教学案例

恒定电流•闭合电路欧姆定律

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一、教学目标
(一)知识目标
1 、知道电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。
2 、知道电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和。
3 、理解闭合电路欧姆定律及其公式,理解各物理量及公式的物理意义和应用。
 4 、理解路端电压与电流 ( 或外电阻 ) 的关系,知道这种关系的公式表达和图线表达,并能用来                         分析、计算有关问题.
 5 、理解闭合电路的功率、效率表达式、能量转化的情况.
(二)能力目标
 1 、培养学生分析解决问题能力,会用闭合电路欧姆定律分析外电压随外电阻变化规律
 2 、理解路端电压与电流(或外电阻)的关系,知道这种关系的公式表达和图线表达,并能用来分析、计算有关问题.
 3 、通过用公式、图像分析外电压随外电阻改变规律,培养学生用多种方式分析问题能力.
(三)德育目标
 1 、通过外电阻改变引起电流、电压的变化,树立学生普遍联系观点
 2 、通过分析外电压变化原因,了解内因与外因关系
 3 、通过对闭合电路的分析计算,培养学生能量守恒思想
 4 、知道用能量的观点说明电动势的意义
二、重点、难点分析
1.重点是闭合电路欧姆定律。
2.难点是应用闭合电路欧姆定律讨论电路中的路端电压、电流强度随外电阻变化的关系。
教学方法与课时安排:
 1、实验和示例演示、类比、总结归纳
 2、共2课时
教学用具:干电池(1号、2号、5号)各若干个、内阻可变铅蓄电池、手机电池、学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、电键、导线若干、自制PPT课件、绘有电路图的小黑板。
 
三、教学过程设计
(一)新课引入、复习提问
1、导体中有持续电流的条件?——只有当电源、用电器和导线组成闭合回路时,才能形成电流(内部条件:导体内有自由电荷;外部条件:导体两端有电压)
2、电流强度的定义和公式?——通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷所用的时间t的比值称为电流;I=q/t
3、欧姆定律的内容及公式?—— 导体中的电流I 跟导体两端的电压U成正比,跟导体的电阻R成反比;I=U/R
(二)主要教学过程
1、电动势
过渡:例举干电池(1号、2号、5号)上都标有1.5V;蓄电池单节为2V;手机电池为3.8—4.2V;电瓶车有36V、48V、60V,这些电压是指的什么电压? 
(1)电动势:电源的作用就是保证两极间有一定的电压,接入电路时使电路中产生电场,自由电荷在电场力的作用下发生定向移动形成电流;电源的内部非静电力反抗电场力做功使正电荷从负极到正极,不断地将其他形式的能转化为电能。不同的电源,一般来说两极间的电压是不同的,为了表征这种特性物理学中引入电动势这个物理量,表征电源将其他形式的能量转化为电能的本领。电源两极间的电压由电源本身的性质决定。
(2)电动势E:其值等于电源没有接入电路时两极间的电压。
(3)单位: 伏特,符号是V
2、闭合电路欧姆定律
闭合电路的组成:1)外电路:电源外部的电路,包括用电器和导线等;外电路的电阻称为外电阻。2)内电路:电源内部的电路,如发电机的线圈、电池内的溶液等;内电路的电阻叫内电阻,简称内阻。
不但在外电阻上有电势降落U外,在内电阻上也有电势降落U内,通过实验和理论分析表明电源内部电势升高的数值等于电路中电势降落的数值,即:
E=U内+U外          (1)
设闭合电路中的电流为I,内电阻为r,由欧姆定律可知(1)式能写为:                   
E= U+Ir            (2)
式中E为电源的电动势;U为负载两端的电压,也就是电源两极之间的电压,称为路端电压;Ir为在电源内阻上的电势降,也叫做内电压。
当负载为纯电阻时,设其阻值为R,则有U=IR——(3),则(2)式可写成
E=IR+Ir                  
 
则(4)式表示:闭合电路里的电流跟电源的电动势成正比,跟内外电路的电阻之和成反比。这一结论即为闭合电路欧姆定律的内容。(2)、(4)两式均叫做闭合电路欧姆定律,也叫做全电路欧姆定律。
***请同学分析(2)、(4)这两式的适用条件有何不同?
 
3、路端电压和负载的关系

 
外电阻R
电流I
内电压U/
外电压U
1
增大
减小
减小
增大
2
减小
增大
增大
减小

①路端电压:U端,U外,外电路端的电压
②U端随R的变化关系电源的电动势和内阻r是一定的,当负载电阻R增大时,电流I将减小,则电源内阻上的电势降Ir将减小,所以路端电压U增大,所以路端电压U随外电阻的增大而增大。
(纯电阻电路适用)
R增大则I减小U内减小U端增大;R减小则I增大U内增大U端减小(见上表)
两个极端情况:
(1)当R→∞,也就是当电路断开时,I→0则U=E,当断路(亦称开路)时,路端电压等于电源的电动势。伏特表测电动势的原理,主要是伏特表内阻大,
在用电压表测电源的电压时,是有电流通过电源和电压表,外电路并非断路,这时测得的路端电压并不等于电源的电动势,测出的数据略小于 E。只有当电压表的电阻非常大时,电流非常小,此时测出的路端电压非常近似地等于电源的电动势。
(2)当R→0时,I→E/r,可以认为U=0,即路端电压等于零。
 
说明:短路时电流取决于 E 、 r ,一般情况下 r 很小,故短路时电流很大,由于电流的热效应,常会烧坏电源甚至引起火灾。一般情况下,要避免电源短路。所以我们在连接电路做实验时在电路中接入一个滑动变阻器作为保护电阻并且将其阻值调到最大,连接电路前要断开电源开关。
例1.在如图1所示的电路中,R1=14.0Ω,R2=9.0Ω,当开关S扳到位置1时,电流表的示数为I1=0.20A;当开关S板到位置2时,电流表的示数为I2=0.30A,求电源的电动势和内电阻。
 
(E=3.0V,r=1.0Ω)
例1目的:(1)熟悉闭合电路欧姆定律;(2)介绍一种测电动势和内阻的方法
例2.在如图2所示的电路中,在滑动变阻器R2的滑动头向下移动的过程中,电压表V和电流表A的示数变化情况如何?
例2目的:熟悉路端电压随外电阻变化的关系及分析方法。
4.电源的功率和效率(下节课内容,略)
(三)课堂小结
1、电动势的定义,电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压,电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和。
2、闭合电路欧姆定律的公式的两种表达式及其适用条件,各物理量的物理意义。
3、路端电压与电流 ( 或外电阻 ) 的关系,以及这种关系的公式表达和图线表达。
4、闭合电路的功率表达式、能量转化的情况。
附:在物理方法上的要求——用能量和能量转化的观点分析物理问题的能力,并掌握闭合电路欧姆定律的推导过程。
(四)布置作业   书面作业(P144:2、4、5)
思考题:(1)为了测量一个电源的电动势E和内阻r,给你一个电压表(没有电流表),你还需要什么仪器?如何连接电路?如何测量?
(2)当外电阻R变化时,电源的输出功率将如何变化?
教学札记: 本节主要教学内容有两部分:电动势和闭合电路欧姆定律。
1 、学生接受电动势这个概念是掌握闭合电路欧姆定律的关键和基础.但是电动势这个概念比较抽象,涉及的知识面较广,要使学生全面、深刻地理解它是有困难的.新教材考虑到学生的接受能力和满足后续知识的需要,使知识前后连接、系统化,简化了电动势的教学,其基本内容有下列两方面:一个是电源电动势是由电源本身的性质决定的,它表征了电源将其他形式的能转化为电能的本领;另一个是电源电动势的值可用电压表测出 —— 电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压;在闭合电路里,电源电动势等于内、外电压之和.教材提出电动势这个概念,但没有给电动势下定义,只是讲它 “ 等于 ” 什么。
2 、路端电压 U 与外电阻 R 或I的关系,是一个难点.做演示实验由学生自己通过实验记录数据并指导学生得出规律,使学生有明确的感性认识,同时这也更大程度的提高了高二学生的逻辑推理能力。

作者:胡宗杰 来源:本站原创 发布时间:2014年06月16日
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