魯科版選修31 閉合電路的歐姆定律 第1課時 教案.doc

4.1 閉合電路的歐姆定律一、三維目標(biāo)（一）知識與技能：.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(nèi)、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(guān)的電路問題.4.理解路端電壓與電流（或外電阻）的關(guān)系，知道這種關(guān)系的公式表達和圖線表達，并能用來分析、計算有關(guān)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(zhuǎn)化.（二）過程與方法：1.通過演示路端電壓與外電阻的關(guān)系實驗，培養(yǎng)學(xué)生利用“實驗研究，得出結(jié)論”的探究物理規(guī)律的科學(xué)思路和方法.2.通過研究路端電壓與電流關(guān)系的公式、圖線及圖線的物理意義，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)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(xué)生運用物理知識解決實際問題的能力.（三）情感與價值：通過本節(jié)課教學(xué)，加強對學(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)新精神和實踐能力.二、教學(xué)重點1.閉合電路的歐姆定律.2.路端電壓與電流（外電阻）關(guān)系的公式表示及圖線表示.三、教學(xué)難點1.電動勢的概念.2.路端電壓與電流（或外電阻）的關(guān)系.四、教學(xué)建議本節(jié)內(nèi)容包括閉合電路歐姆定律、路端電壓與負(fù)載的關(guān)系。閉合電路歐姆定律是本節(jié)也是本章的重點知識。應(yīng)用閉合電路歐姆定律討論路端電壓與負(fù)載的關(guān)系是本節(jié)的難點，要注意提高學(xué)生運用閉合電路歐姆定律分析解決問題的能力。物理科學(xué)作為培養(yǎng)未來公民科學(xué)素養(yǎng)的一個核心課程，僅僅重視知識的傳授是不夠的，授人以魚，不如授人以漁。因此，在教學(xué)中應(yīng)該轉(zhuǎn)變觀念，從單純的要求學(xué)生掌握知識點，過渡到培養(yǎng)學(xué)生的能力。而科學(xué)探究能力正是其中重要的組成部分。本節(jié)課按照歷史上當(dāng)年歐姆發(fā)現(xiàn)歐姆定律的思路，引導(dǎo)學(xué)生通過探究利用數(shù)學(xué)描述物理，再利用數(shù)學(xué)得出物理規(guī)律，讓學(xué)生學(xué)會探究的思想方法。新課導(dǎo)入設(shè)計復(fù)習(xí)提問：當(dāng)電源不接外電路時（開路時），非靜電力與電場力有什么關(guān)系？當(dāng)電源接上外電路時，電源內(nèi)部的非靜電力與電場力是什么關(guān)系？在電源內(nèi)部非靜電力做的功與在外電路中電場力做的功是什么關(guān)系？歸納總結(jié)學(xué)生的回答：當(dāng)電源不接外電路時，在電源內(nèi)部非靜電力與電場力平衡，電荷不移動，正、負(fù)極間保持一定的電勢差。靜電場中的電勢差等于電場力將電量為q的正電荷從高電勢處（正極）移到低電勢處（負(fù)極）電場力做的功與電荷電量的比值，即。電源的電動勢等于非靜電力將電量為q的正電荷從電源負(fù)極移向電源正極的過程中非靜電力所做的功與電荷量的比值，即。既然此時非靜電力與電場力平衡，則電源的電動勢等于電源不接外電路時（開路時）正、負(fù)極間的電勢差，即e=u斷。1. 當(dāng)電源接上外電路時，在外電路正電荷從電源正極向負(fù)極移動，電場力做正功；在電源內(nèi)部正電荷從電源負(fù)極移向正極，正電荷所受的非靜電力大于電場力，合力的方向是從負(fù)極指向正極。此時在電源內(nèi)部非靜電力反抗電場力所做的功，大于在外電路中電場力所做的功。從能量轉(zhuǎn)化的角度看，在電源內(nèi)部非靜電力反抗電場力所做的功是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的量度；在外電路中電場力所做的功是電能轉(zhuǎn)化或其他形式的能的量度。也就是說在電源內(nèi)部“產(chǎn)生”的電能，大于在外電路中“消耗”的電能。多余的能量哪去了呢？電動勢：我們用內(nèi)阻很大的電壓表來測量電源兩極的電壓?？梢园l(fā)現(xiàn)盡管干電池的型號不同，但兩極電壓都是1.5v，而蓄電池的電壓則是2v。說明，這種情況下得到的電源兩端電壓是電源本身的性質(zhì)決定的。我們引入一個新的物理量來表征這種電源的特性稱為電動勢。為什么不把它叫電壓而另叫一個名字呢？這是因為電動勢與電壓表示的意義不同。在電路中，電壓u=w/q。w表示正電荷在電場力作用下從一點移到另一點所消耗的電能，電壓表示移動單位正電荷消耗的電能。反映把電能轉(zhuǎn)化為其它形式能的本領(lǐng)。而電源則是用來將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能的。因此我們用的電動勢：=w/q。w/表示正電荷從負(fù)極移到正極所消耗的化學(xué)能（或其它形式能），表示轉(zhuǎn)移單位正電荷所消耗化學(xué)能（或其它形式能，反映電源把其它形式能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)）。板書： 2、電動勢：（1）電源的屬性，描述電源把其它形式能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量。電動勢由電源自身決定（2）不同類型的電源電動勢不同，同種類型不同型號電源電動勢相同。（3）定義為轉(zhuǎn)移單位電荷所產(chǎn)生的電能。（4）用符號表示。（5）=w/q單位：伏特，。（6）標(biāo)量。（7）在數(shù)值上就等于電源沒有接入外電路時兩極間電壓。那么對同一種類不同型號的電池來說，究竟是什么不同呢？這不同在于它們的儲能量，有很多充電電池上都標(biāo)有1200mah（或800mah）。這表示它只能在1.5v的電動勢上轉(zhuǎn)移1200mah的電量，即釋放出1200mah1.5v=6480j=0.0018度。同種電池越大的型號，里面存儲的化學(xué)能就越多?？梢栽谙嗤瑮l件下工作更長的時間。2. 路端電壓與電動勢：提問那么電池兩端的電壓就一定等于電源的電動勢嗎？下面我們來看這一節(jié)干電池，我們將它接成一個串聯(lián)電路，如右圖所示。用伏特表來測量它電源兩端的電壓，看還是剛才的示數(shù)嗎？實驗結(jié)果表明電源兩端的電壓是會隨著外電阻的改變而改變的。而且外電阻越大，這電壓也越大。所以這個電壓并不等于電源的電動勢，而是略小于電動勢。我們把這個電壓叫做外電壓，又叫做路端電壓。再摸摸電池，有什么發(fā)現(xiàn)？電池在發(fā)熱！電流經(jīng)過電阻時會發(fā)熱。這是電流的熱效應(yīng)。大家對此又做何解釋呢？（討論）這體現(xiàn)了電源內(nèi)部還有電阻，我們稱為內(nèi)電阻，內(nèi)電阻和外電阻都會消耗電路中的電能。所以電源產(chǎn)生的電能分配到了電源內(nèi)部電阻發(fā)熱和外部用電器工作上。即內(nèi)電阻上也要有電壓，稱為內(nèi)電壓。電流在內(nèi)電路的消耗功率為iu內(nèi)；在外電路的消耗稱為iu外；他們都來自于電源將其他能轉(zhuǎn)化成的電能ie。；所以有。也就是電動勢被內(nèi)外電路所瓜分了，因此我們用電壓表測得的外電壓比電動勢要小一些。那為什么一上課時我們用伏特表直接測的電壓可以認(rèn)為就是電源的電動勢呢？v（版畫電路如右圖）這是因為干電池的內(nèi)阻通常不是很大，尤其是新電池，其內(nèi)阻只有零點幾歐姆，在電源直接接大電阻的伏特表時，通過電源內(nèi)部的電流極小，所以內(nèi)電壓接近于零，外電壓就約等于電動勢了。可見，對內(nèi)電阻是可以使用歐姆定律的，它與外電阻也在分壓。但用舊了的干電池電動勢雖然不會改變，內(nèi)電阻卻會越來越大。同樣的連接下，內(nèi)電壓越大，外電壓就相應(yīng)減小了。因此我們經(jīng)常可以使用電壓表測外電壓的方法來檢測電池的新舊程度。如果一節(jié)干電池的接伏特表時顯示1.0v的電壓，就說明它已經(jīng)舊的不能用了。不過在一般電路的使用中，可以認(rèn)為電路中的電源有固定的電動勢和內(nèi)電阻。3. 閉合電路歐姆定律：在前面我們已經(jīng)看到電源的電動勢總是等于內(nèi)外電壓之和：e=u外u內(nèi)。如果外電路也是純電阻電路。也符合歐姆定律。設(shè)這個電路的電流為i，我們就可以推出： 由于u外=ir，u內(nèi)=ir，那么 e=irir，電流i=e/（rr），這就是閉合電路的歐姆定律。板書：3、閉合電路的歐姆定律的內(nèi)容：閉合電路中的電流和電源電動勢成正比，和電路的內(nèi)外電阻之和成反比。表達式為 i=e/（rr）。（閉合電路歐姆定律只適用于外電路也是純電阻的情況。）從這個表達式可以看出，在電源恒定時，電路中的電流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，電路中的電流和電源有關(guān)。教師：一般電源的電動勢和內(nèi)電阻在短時間內(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、電源效率等的變化。我們就可以通過對這些變化量比如路端電壓u、干路電流i的測量來測量出恒定不變的電動勢和內(nèi)電阻。例題：書p71/例鞏固練習(xí)手冊p76/1、2，書p72/24. 幾個重要推論（1）路端電壓u隨外電阻r變化的規(guī)律板書：2.幾個重要推論（1）路端電壓u隨外電阻r變化的規(guī)律演示實驗：如圖所示電路中，移動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：從實驗出發(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實驗現(xiàn)象嗎？學(xué)生：因為r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/（rr），電路中的總電流減小，又因為u=eir，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， r/r0，外電路可視為開路， i0，根據(jù) u=eir，則 u=e，即當(dāng)外電路斷開時，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，電路可視為短路，i=e/r為短路電流，路端電壓u=0。板書：4、路端電壓隨外電阻增大而增大，隨外電阻減小而減小。開路時，rr，r/r=0，u=e；短路時，r=0，u=0。例：手冊p74/例1（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)用一個固定的電源（即e、r是定值）向變化的外電阻供電時，輸出的功率p=iu=i2r，又因為i=e/（rr），所以p=e/（rr）2r=e2r/（r2+2rr+r2）=e2r/（rr）24rr=e2/（rr）2/r4r，當(dāng)r=r時，電源有最大的輸出功率pm=e2/4r。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：5、在純電阻電路中，當(dāng)用一個固定的電源（即e、r是定值）向變化的外電阻供電時，輸出的功率有最大值。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？ 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，應(yīng)用公式p=i2r0，當(dāng)i最大時，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，i有最大值。即r=0時，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rr0+r，當(dāng)r=r0+r時滑動變阻器上消耗的功率最大；如果rr0+r，滑動變阻器的阻值取最大時，滑動變阻器上消耗的功率最大。教師：當(dāng)輸出功率最大時，電源的效率是否也最大呢？教師：有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=iu/ie=u/e=r/（rr），當(dāng) r變大， 也變大。而當(dāng) r=r時，即輸出功率最大時，電源的效率是50%。板書：6、電源的效率隨外電阻r的增大而增大。5. 課堂小結(jié)（1）在使用閉合電路的