4.1 閉合電路歐姆定律

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高二 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

4.1 閉合電路歐姆定律
目標(biāo)
(一)知識(shí)目標(biāo)
  1、知道電動(dòng)勢(shì)的定義.
  2、理解閉合電路歐姆定律的公式,理解各物理量及公式的物理意義,并能熟練地用來解決有關(guān)的電路問題.
  3、知道電源的電動(dòng)勢(shì)等于電源沒有接入電路時(shí)兩極間的電壓,電源的電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)、外電路上電勢(shì)降落之和.
  4、理解路端電壓與電流(或外電阻)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.
  5、理解閉合電路的功率表達(dá)式.
  6、理解閉合電路中能量轉(zhuǎn)化的情況.
(二)能力目標(biāo)
  1、培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題能力,會(huì)用閉合電路歐姆定律分析外電壓隨外電阻變化的規(guī)律
  2、理解路端電壓與電流(或外電阻)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、通過用公式、圖像分析外電壓隨外電阻改變規(guī)律,培養(yǎng)學(xué)生用多種方式分析問題能力.
(三)情感目標(biāo)
  1、通過外電阻改變引起電流、電壓的變化,樹立學(xué)生普遍聯(lián)系觀點(diǎn)
  2、通過分析外電壓變化原因,了解內(nèi)因與外因關(guān)系
  3、通過對(duì)閉合電路的分析計(jì)算,培養(yǎng)學(xué)生能量守恒思想
  4、知道用能量的觀點(diǎn)說明電動(dòng)勢(shì)的意義

建議
  1、電源電動(dòng)勢(shì)的概念在高中是個(gè)難點(diǎn),是掌握閉合電路歐姆定律的關(guān)鍵和基礎(chǔ),在處理電動(dòng)勢(shì)的概念時(shí),可以根據(jù)教材,采用不同的講法.從理論上分析電源中非靜電力做功從電源的負(fù)極將正電荷運(yùn)送到正極,克服電場(chǎng)力做功,非靜電力搬運(yùn)電荷在兩極之間產(chǎn)生電勢(shì)差的大小,反映了電源做功的本領(lǐng),由此引出電動(dòng)勢(shì)的概念;也可以按本書采取討論閉合電路中電勢(shì)升降的方法,給出電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)、外電路上電勢(shì)降落之和的結(jié)論.教學(xué)中不要求論證這個(gè)結(jié)論.教材中給出一個(gè)比喻(兒童滑梯),幫助學(xué)生接受這個(gè)結(jié)論.
  需要強(qiáng)調(diào)的是電源的電動(dòng)勢(shì)反映的電源做功的能力,它與外電路無關(guān),是由電源本生的特性決定的.
  電動(dòng)勢(shì)是標(biāo)量,沒有方向,這要給學(xué)生說明,如果學(xué)生程度較好,可以向?qū)W生說明,做為電源,由正負(fù)極之分,在電源內(nèi)部,電流從負(fù)極流向正極,為了說明問題方便,也給電動(dòng)勢(shì)一個(gè)方向,人們規(guī)定電源電動(dòng)勢(shì)的方向?yàn)閮?nèi)電路的電流方向,即從負(fù)極指向正極.
  2、路端電壓與電流(或外電阻)的關(guān)系,是一個(gè)難點(diǎn).希望作好演示實(shí)驗(yàn),使學(xué)生有明確的感性認(rèn)識(shí),然后用公式加以解釋.路端電壓與電流的關(guān)系圖線,可以直觀地表示出路端電壓與電流的關(guān)系,務(wù)必使學(xué)生熟悉這個(gè)圖線.
  學(xué)生應(yīng)該知道,斷路時(shí)的路端電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì).因此,用電壓表測(cè)出斷路時(shí)的路端電壓就可以得到電源的電動(dòng)勢(shì).在考慮電壓表的內(nèi)阻時(shí),希望通過第五節(jié)的“思考與討論”,讓學(xué)生自己解決這個(gè)問題.

3、最后講述閉合電路中的功率,得出公式 , .要從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)說明,公式左方的 表示單位時(shí)間內(nèi)電源提供的電能.理解了這一點(diǎn),就容易理解上式的意義:電源提供的電能,一部分消耗在內(nèi)阻上,其余部分輸出到外電路中.

教學(xué)設(shè)計(jì)方案
閉合電路的歐姆定律
一、教學(xué)目標(biāo)
1、在物理知識(shí)方面的要求:
 。1)鞏固產(chǎn)生恒定電流的條件;
  (2)知道電動(dòng)勢(shì)是表征電源特性的物理量,它在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時(shí)兩極間的電壓.
  (3)明確在閉合回路中電動(dòng)勢(shì)等于電路上內(nèi)、外電壓之和.
  (4)掌握閉合電路的歐姆定律,理解各物理量及公式的物理意義
 。5)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、在物理方法上的要求:
 。1)通過電動(dòng)勢(shì)等于電路上內(nèi)、外電壓之和的教學(xué),使學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探索物理規(guī)律的方法.
 。2)從能量和能量轉(zhuǎn)化的角度理解電動(dòng)勢(shì)的物理意義.
 。3)通過對(duì)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.
。4)通過用公式、圖像分析外電壓隨外電阻改變規(guī)律,培養(yǎng)學(xué)生用多種方式分析
二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析
1、重點(diǎn):
  (1)電動(dòng)勢(shì)是表示電源特性的物理量
 。2)閉合電路歐姆定律的內(nèi)容;
 。3)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):
 。1)閉合回路中電源電動(dòng)勢(shì)等于電路上內(nèi)、外電壓之和.
  (2)短路、斷路特征
  (3)應(yīng)用閉合電路歐姆定律討論電路中的路端電壓、電流強(qiáng)度隨外電阻變化的關(guān)系
三、教學(xué)過程設(shè)計(jì)
引入新課:
教師:同學(xué)們都知道,電荷的定向移動(dòng)形成電流.那么,導(dǎo)體中形成電流的條件是什么呢?(學(xué)生答:導(dǎo)體兩端有電勢(shì)差.)
演示:將小燈泡接在充滿電的電容器兩端,會(huì)看到什么現(xiàn)象?(小燈泡閃亮一下就熄滅.)為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?
分析:當(dāng)電容器充完電后,其上下兩極板分別帶上正負(fù)電荷,如圖1所示,兩板間形成電勢(shì)差.當(dāng)用導(dǎo)線把小燈泡和電容器兩極板連通后,電子就在電場(chǎng)力的作用下通過導(dǎo)線產(chǎn)生定向移動(dòng)而形成電流,但這是一瞬間的電流.因?yàn)閮蓸O板上正負(fù)電荷逐漸中和而減少,兩極板間電勢(shì)差也逐漸減少為零,所以電流減小為零,因此只有電場(chǎng)力的作用是不能形成持續(xù)電流的.
教師:為了形成持續(xù)的電源,必須有一種本質(zhì)上完全不同于靜電性的力,能夠不斷地分離正負(fù)電荷來補(bǔ)充兩極板上減少的電荷.這才能使兩極板保持恒定的電勢(shì)差,從而在導(dǎo)線中維持恒定的電流,能夠提供這種非靜電力的裝置叫電源.電源在維持恒定電流時(shí),電源中的非靜電力將不斷做功,從而把已經(jīng)流到低電勢(shì)處的正電荷不斷地送回到高電勢(shì)處.使它的電勢(shì)能增加.
板書:1、電源:電源是一種能夠不斷地把其他形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置.它并不創(chuàng)造能量,也不創(chuàng)造電荷.例如:干電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能、核能等轉(zhuǎn)化為電能的裝置.
教師:電源能夠不斷地把其他形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽⑶夷軌蛱峁┖愣ǖ碾妷,那么不同的電源,兩極間的電壓相同嗎?展示各種干電池(1號(hào)、2號(hào)、5號(hào)、7號(hào)),請(qǐng)幾個(gè)同學(xué)觀察電池上面寫的規(guī)格,發(fā)現(xiàn)盡管電池的型號(hào)不同,但是都標(biāo)有“1.5V”字樣.我們把示教電壓表直接接在干電池的兩端進(jìn)行測(cè)量,發(fā)現(xiàn)結(jié)果確實(shí)是1.5V.講臺(tái)上還擺放有手搖發(fā)電機(jī)、蓄電池、紐扣電池,它們兩端的電壓是否也是1.5V呢?(學(xué)生回答:不是)那么如何知道它們兩端的電壓呢?(學(xué)生:用電壓表直接測(cè)量)?
結(jié)論:電源兩極間的電壓完全由電源本身的性質(zhì)(如材料、工作方式等)決定,同種電池用電壓表測(cè)量其兩極間的電壓是相同的,不同種類的電池用電壓表測(cè)量其兩極間的電壓是不同的.為了表示電源本身的這種特性,物理學(xué)中引入了電動(dòng)勢(shì)的概念.
板書:2、電源電動(dòng)勢(shì)
教師:從上面的演示和分析可知,電源的電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電源未接入電路時(shí)兩極間的電壓.[來源:高考資源網(wǎng)]
板書:電源的電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時(shí)其兩極間的電壓.
例如,各種型號(hào)的干電池的電動(dòng)勢(shì)都是1.5V.那么把一節(jié)1號(hào)電池接入電路中,它兩極間的電壓是否還是1.5V呢?用示教板演示,電路如圖所示,結(jié)論:開關(guān)閉合前,電壓表示數(shù)是1.5V,開關(guān)閉合后,電壓表示數(shù)變?yōu)?.4V.實(shí)驗(yàn)表明,電路中有了電流后,電源兩極間的電壓減少了.

教師:上面的實(shí)驗(yàn)中,開關(guān)閉合后,電源兩極間的電壓降為1.4V,那么減少的電壓哪去了呢?用投影儀展示實(shí)驗(yàn)電路,介紹閉合電路可分為內(nèi)、外電路兩部分,電源內(nèi)部的叫內(nèi)電路,電源外部的叫外電路.接在電源外電路兩端的電壓表測(cè)得的電壓叫外電壓.在電源內(nèi)部電極附近的探針A、B上連接的電壓表測(cè)得的電壓叫內(nèi)電壓.我們現(xiàn)在就通過實(shí)驗(yàn)來研究閉合電路中電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)、外電壓之間的關(guān)系.
板書:3、內(nèi)電壓和外電壓
教師:向?qū)W生介紹實(shí)驗(yàn)裝置及電路連接方法,重點(diǎn)說明內(nèi)電壓的測(cè)量.實(shí)驗(yàn)中接通電鍵,移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭使其阻值減小,由兩個(gè)電壓表讀出若干組內(nèi)、外電壓
和的值.再斷開電鍵,由電壓表測(cè)出電動(dòng)勢(shì).分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律呢?
學(xué)生:在誤差許可的范圍內(nèi),內(nèi)、外電壓之和等于電源電動(dòng)勢(shì).
板書:在閉合電路中,電源的電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)、外電壓之和,即.
下面我們來分析在整個(gè)電路中電壓、電流、電阻之間的關(guān)系.
教師:我們來做一個(gè)實(shí)驗(yàn),電路圖如圖所示
觀察電鍵S先后接通1和2時(shí)小燈泡的亮度.
結(jié)論: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?這就要用到我們將要學(xué)習(xí)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:在圖1所示電路圖中,設(shè)電流為,根據(jù)歐姆定律, , ,那么 ,電流強(qiáng)度 ,這就是閉合電路的歐姆定律.
板書:4、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(dòng)勢(shì)成正比,和電路的內(nèi)外電阻之和成反比.表達(dá)式為 .
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上一個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢?
學(xué)生:9V的電源如果內(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I可能較;而電動(dòng)勢(shì)3V的電源內(nèi)阻如果很小,電路中的電流可能比 大,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 ,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(dòng)勢(shì)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 的變化,就會(huì)引起電路中電流的變化,繼而引起路端電壓 、輸出功率 、電源效率 等的變化.
幾個(gè)重要推論
(1)路端電壓 隨外電阻 變化的規(guī)律
板書:5幾個(gè)重要推論
(l)路端電壓 隨外電阻 變化的規(guī)律演示實(shí)驗(yàn),圖3所示電路,
[來源:高考資源網(wǎng)]
4節(jié)1號(hào)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, 的變化也很小,現(xiàn)象不明顯)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片,觀察電流表和電壓表的示數(shù)是如何隨 變化?
教師:從實(shí)驗(yàn)出發(fā),隨著電阻 的增大,電流 逐漸減小,路端電壓 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)?變大,閉合電路的總電阻增大,根據(jù)閉合電路的歐姆定律, ,電路中的總電流減小,又因?yàn)?,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(dòng)勢(shì)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) →無窮大時(shí), →0,外電路可視為斷路, →0,根據(jù) ,則 ,即當(dāng)外電路斷開時(shí),用電壓表直接測(cè)量電源兩極電壓,數(shù)值等于電源的電動(dòng)勢(shì);當(dāng) 減小為0時(shí),電路可視為短路, 為短路電流,路端電壓 .
板書5:路端電壓隨外電阻增大而增大,隨外電阻減小而減。?dāng)嗦窌r(shí), →∞, →0, ;短路時(shí), , .
電路的路端電壓與電流的關(guān)系可以用圖像表示如下

(2)電源的輸出功率 隨外電阻 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(設(shè) 、r是定值)向變化的外電阻供電時(shí),輸出的功率 ,
又因?yàn)?,
所以 ,
當(dāng) 時(shí),電源有最大的輸出功率 .我們可以畫出輸出功率隨外電阻變化的圖線,如圖所示.

板書6:在純電阻電路中,當(dāng)用一個(gè)固定的電源(即 、 是定值)向變化的外電阻供電時(shí),輸出的功率有最大值.
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7:電源的效率 隨外電阻 變化的規(guī)律
教師:在電路中電源的總功率為 ,輸出的功率為 ,內(nèi)電路損耗的功率為 ,則電源的效率為 ,當(dāng) 變大, 也變大.而當(dāng) 時(shí),即輸出功率最大時(shí),電源的效率 =50%.
板書8:電源的效率 隨外電阻 的增大而增大.
四、講解例題
五、總結(jié)

探究活動(dòng)
1、調(diào)查各種不同電源的性能特點(diǎn)。
(包括電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻、能量轉(zhuǎn)化情況、工作原理、可否充電)
2、考察目前對(duì)廢舊電池的回收情況。
 。1)化學(xué)電池的工作原理;
 。2)廢舊電池對(duì)環(huán)境的污染主要表現(xiàn)在哪些方面;
  (3)當(dāng)前社會(huì)對(duì)廢舊電池的重視程度;
 。4)廢舊電池的回收由哪些主要的途徑和利用方式;
 。5)如何更好的變廢為寶或使廢舊電池對(duì)環(huán)境的污染減小到最小。
3、通過本章節(jié)的學(xué)習(xí),根據(jù)全電路歐姆定律有關(guān)知識(shí),可以得出結(jié)論:電源的輸出功率最大時(shí),內(nèi)外電阻應(yīng)該相等,而此時(shí)電源的效率則只有50%;請(qǐng)你設(shè)計(jì)出一種方案,在實(shí)際應(yīng)用中如何配置電源和負(fù)載之間的關(guān)系,使電源的輸出功率和效率盡可能的達(dá)到較大。


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