物理23研究閉合電路粵教版選修31

1、2.3 研究閉合電路一、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)目標(biāo)1、知道電源的電動(dòng)勢(shì)等于電源沒(méi)有接入電路時(shí)兩極間的電壓。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(lái)解決有關(guān)的電路問(wèn)題。3、知道電源的電動(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(lái)分析、計(jì)算有關(guān)問(wèn)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)生分析問(wèn)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(lái)分析、計(jì)

2、算有關(guān)問(wèn)題。3、通過(guò)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(wèn)題能力。（三）情感目標(biāo)1、通過(guò)外電阻改變引起電流、電壓的變化，樹(shù)立學(xué)生普遍聯(lián)系觀點(diǎn)。2、通過(guò)分析外電壓變化原因，了解內(nèi)因與外因關(guān)系。3、通過(guò)對(duì)閉合電路的分析計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生能量守恒思想觀點(diǎn)。二、教學(xué)思路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(shū)采取討論閉合電路

3、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(wú)關(guān)，是由電源本生的特性決定的電動(dòng)勢(shì)是標(biāo)量，沒(méi)有方向，這要給學(xué)生說(shuō)明，如果學(xué)生程度較好，可以向?qū)W生說(shuō)明，作為電源，有正負(fù)極之分，在電源內(nèi)部，電流從負(fù)極流向正極，為了說(shuō)明問(wèn)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

4、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(guò)第五節(jié)的“思考與討論”，讓學(xué)生自己解決這個(gè)問(wèn)題3、最后講述閉合電路中的功率，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三、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析（一）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（二）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

5、電阻變化的關(guān)系四、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)（一） 電動(dòng)勢(shì)教師引導(dǎo)：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)生回答：導(dǎo)體中有自由移動(dòng)的電荷，導(dǎo)體兩端有電勢(shì)差教師：這兩個(gè)條件能不能形成恒定的電流？學(xué)生：不能。教師：要形成恒定的電流需要什么條件？學(xué)生：導(dǎo)體兩端有恒定的電勢(shì)差。教師：怎樣才會(huì)有恒定的電勢(shì)差？學(xué)生：導(dǎo)體兩端加上一個(gè)電源。教師：從能量轉(zhuǎn)化觀點(diǎn)分析，電源是怎樣的一種裝置？學(xué)生：電源是一種能夠不斷把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置（課件板書(shū)）。教師：電源有哪幾種？學(xué)生：干電池、蓄電池、鋰電池教師：這些不同的電源，它們兩極間的電壓相同嗎？學(xué)生：不相同。教師：你們?cè)趺粗啦幌嗤?/p>

6、？學(xué)生：電池上面有標(biāo)示（或者憑經(jīng)驗(yàn)，或者學(xué)生不語(yǔ)）教師：沒(méi)有親手實(shí)踐過(guò)，不能輕易地下結(jié)論。今天我拿了幾種不同的電源，我們一起來(lái)實(shí)際測(cè)一測(cè)，到底這些電源兩極間的電壓是否相同。實(shí)驗(yàn)演示：1、展示各種干電池（1號(hào)、5號(hào)、7號(hào)），教師：電源有了，怎么測(cè)呀？學(xué)生：用電壓表測(cè)。教師：電壓表兩接線柱直接接電源兩極？這樣做要注意什么？（正負(fù)極的接法）在測(cè)量之前我們先請(qǐng)幾位同學(xué)看一下電池的標(biāo)示，然后進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果：不同型號(hào)的干電池的電壓都是1.5v。2、展示蓄電池、鈕扣電池，手機(jī)鋰電池。教師：這些電源兩端的電壓還是不是1.5v呢？我們同樣來(lái)測(cè)一下。結(jié)果：不同的電源，兩極間的電壓不同結(jié)論：同種電源用電壓表測(cè)量其兩

7、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這個(gè)電壓由電源本身性質(zhì)決定，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(shū)：電動(dòng)勢(shì)：電源的電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電源沒(méi)有接入電路時(shí)其兩極間的電壓。 用字母E表示，單位是：V 電源的電動(dòng)勢(shì)由電源本身性質(zhì)決定。一般電池上面的規(guī)格標(biāo)示指得就是電源的電動(dòng)勢(shì)。 物理意義：描述電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小的物理量。知道了電動(dòng)勢(shì)的概念，接下來(lái)我們來(lái)看這樣一個(gè)電路 出示電路板一：（E1為一節(jié)干電池和E2為一節(jié)9v電池）教師：在這個(gè)電路中，電壓表讀出的是什么？12VSE2E1學(xué)生：電源電動(dòng)勢(shì)教師：我將開(kāi)關(guān)分別撥向1和2，你們讀

8、出E1和E2的電動(dòng)勢(shì)。學(xué)生：E1 =1.5v，E2=9v教師：將電壓表?yè)Q成小燈泡，開(kāi)關(guān)接1時(shí)，小燈泡很亮，問(wèn)學(xué)生，開(kāi)關(guān)接2時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情況？學(xué)生：更亮或者燒毀！教師：事實(shí)是這樣嗎？我們來(lái)看一下。（把開(kāi)關(guān)接2）現(xiàn)象：小燈泡非但沒(méi)有燒毀，還不如接1時(shí)亮。學(xué)生很好奇教師：是不是很奇怪？我們學(xué)了今天的知識(shí)以后就能解釋這個(gè)現(xiàn)象了。（二） 閉合回路的歐姆定律出示下面的電路：教師：開(kāi)關(guān)S閉合前與閉合后伏特表的讀數(shù)有變化嗎？學(xué)生：沒(méi)有/有。教師：我們?cè)賮?lái)實(shí)踐一下。現(xiàn)象：開(kāi)關(guān)閉合前與閉合后伏特表的讀數(shù)發(fā)生了明顯的變化。教師：上面的實(shí)驗(yàn)中，開(kāi)關(guān)閉合后，電源兩極間的電壓下降了，那么減少的電壓哪去了呢？這就要分析電

9、壓表在開(kāi)關(guān)閉合前后測(cè)的是誰(shuí)兩端的電壓？當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，伏特表測(cè)的是電源的電動(dòng)勢(shì)，但是當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，伏特表測(cè)的是R兩端的電壓（電動(dòng)勢(shì)的定義）。那為什么R兩端的電壓與電源的電動(dòng)勢(shì)不一樣呢？其實(shí)，這個(gè)閉合回路可分為內(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；外電路上有電阻，這個(gè)電阻叫外電阻，用R表示；內(nèi)電路上即電源內(nèi)部也有電阻，這個(gè)電阻叫內(nèi)電阻，簡(jiǎn)稱內(nèi)阻，用r 表示。所以內(nèi)電路相當(dāng)于一個(gè)沒(méi)有內(nèi)阻的電源和一個(gè)阻值為r的電阻串聯(lián)。如下圖：這樣的話整個(gè)電路是怎么樣了呢？整個(gè)電路是外電阻R與內(nèi)阻r的串聯(lián)電路。這樣的話電源電動(dòng)勢(shì)E與外電路電壓U外和內(nèi)電路電壓U內(nèi)之間存在什么樣的關(guān)系？學(xué)生：外電路的

10、電壓與內(nèi)電路的電壓加起來(lái)應(yīng)該等于電源電動(dòng)勢(shì)。教師：總結(jié)的很好。寫(xiě)成公式就是：E=U外+U內(nèi)因?yàn)椋?U外=I外 RU內(nèi)= I內(nèi) r并且串聯(lián)電路中電流相等，即I外 =I內(nèi) =I所以： E= I外 R + I內(nèi) r =I(R+r) 進(jìn)一步可改寫(xiě)成：教師：這就是閉合回路的歐姆定律。即閉合回路中的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟內(nèi)外電阻之和成反比。（板書(shū)）例題1：右圖中，R1=14歐，R2=9歐，當(dāng)開(kāi)關(guān)S切換到位置1時(shí)，電流表的讀數(shù)為I1=0.2A；當(dāng)開(kāi)關(guān)S切換到位置2時(shí)，電流表的讀數(shù)為I2=0.3A，求電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。解：根據(jù)閉合電路歐姆定律可列出方程： E=I1R1+I1r E=I2R2+I2r

11、消去E，得到r=（I1R1- I2R2）/（I1- I2）=1歐將r帶入上面任意一式可得：E=3v教師：一般的，給定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻不會(huì)變，但是外電阻可以改變，當(dāng)外電阻變化時(shí)，外電路兩端的電壓以及電路中的電流會(huì)怎樣改變呢？接下來(lái)我們就來(lái)討論這個(gè)問(wèn)題（三） 路端電壓與負(fù)載的關(guān)系外電路兩端的電壓我們一般稱為路端電壓。電源加在負(fù)載（用電器）上的有效電壓就是路端電壓，因此研究路端電壓與負(fù)載之間的關(guān)系具有實(shí)際意義。如圖：連接電路圖，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，觀察路端電壓和電流怎樣隨外電阻變化而變化。現(xiàn)象：當(dāng)外電阻變大時(shí)，電流減小，路端電壓變大；當(dāng)外電阻變小時(shí)，電流變大，路端電壓變小。數(shù)學(xué)推導(dǎo)：I=E/（R

12、+r），當(dāng)R增大時(shí)，I減小；當(dāng)R減小時(shí)，I增大。 U外=E-Ir，當(dāng)R增大時(shí)，U外增大；當(dāng)R減小時(shí)，U外減小。如果我們要用圖像來(lái)表示這個(gè)關(guān)系的話，應(yīng)該怎樣畫(huà)這個(gè)圖像？學(xué)生活動(dòng)：畫(huà)出路端電與電流之間的關(guān)系圖，一位學(xué)生到黑板畫(huà)。是一條向下傾斜的直線。從圖像中我們可以看出什么：學(xué)生：路端電壓隨電流的增大而減小。教師：直線與縱軸、橫軸的交點(diǎn)分別代表什么含義？直線的傾斜程度呢？學(xué)生1：直線與縱軸的交點(diǎn)表示電源的電動(dòng)勢(shì)。教師：此時(shí)的外電阻無(wú)窮大，即外電路是斷開(kāi)的。這也是我們測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)的原理。12VSE2E1學(xué)生2：直線與橫軸的交點(diǎn)表示路端電壓為0時(shí)的電流。，干電池的內(nèi)阻一般也不超過(guò)1，因此短路電流很大

13、。電流太大會(huì)燒壞電源，好可能引起火災(zāi)，因此絕對(duì)不允許將電源兩端用導(dǎo)線直接連起來(lái)。學(xué)生3：直線的傾斜程度代表電源的內(nèi)阻r。教師：我們可以利用圖像計(jì)算電源的內(nèi)阻：r=E/I短學(xué)到這里，我們就可以來(lái)解釋前面的現(xiàn)象了。因?yàn)镋1的內(nèi)阻小，所以內(nèi)電壓就小，小燈泡兩端電壓接近電源電動(dòng)勢(shì)，而E2的內(nèi)阻很大，所以內(nèi)電壓較大，而小燈泡兩端的電壓反而較小。例題2：如下圖所示：逐一閉合開(kāi)關(guān)，燈泡的亮度會(huì)不會(huì)發(fā)生變化？（學(xué)生討論）解釋：隨著燈泡的接入，外電路的總電阻變小，導(dǎo)致外電路的電壓減小，流過(guò)每盞電燈的電流I=U/RL變小，所以電燈變暗。（四） 閉合回路中的功率教師：根據(jù)E=U外+U內(nèi)，如果兩邊同時(shí)乘以電流，則得到根據(jù)IE=IU外+IU內(nèi)，這個(gè)式子的每一項(xiàng)代表什么物理意義呢？學(xué)生：分別表示電源提供的功率、外電路上消耗的