第二冊(cè)閉合電路歐姆定律

 

課題：閉合電路歐姆定律

授課班級(jí)：高二(3、4、5、9)

執(zhí)教人：徐軍

授課時(shí)間：2003年11月21日

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(xiàn)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)生分析解決問(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(xiàn)表達(dá)，并能用來(lái)分析、計(jì)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)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(shū)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(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?zhuān)�路端電壓與電流的關(guān)系圖線(xiàn)，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(xiàn)．

　　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，得出公式 ， ．要從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)說(shuō)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．

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)度隨外電阻變化的關(guān)系

四、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

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)生答：導(dǎo)體兩端有電勢(shì)差．）

教師引導(dǎo)：如何實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體兩端有電勢(shì)差？

板書(shū)：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．

（1）電源能夠不斷地把其他形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�，并且能夠提供恒定的電壓，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(xiě)的規(guī)格。并用電壓表驗(yàn)證。

（2）展示蓄電池、紐扣電池，它們兩端的電壓是否也是1.5V呢？那么如何知道它們兩端的電壓呢？

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(lèi)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(shū)：2、電源電動(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．

問(wèn)題：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(kāi)關(guān)閉合前，電壓表示數(shù)是1.5V，開(kāi)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．

設(shè)問(wèn)：上面的實(shí)驗(yàn)中，開(kāi)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？

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(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)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(shū)：3、幾個(gè)概念（內(nèi)電路、外電路、內(nèi)電阻、外電阻、內(nèi)電壓、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(shuō)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(kāi)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(shū)：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(lái)分析在整個(gè)電路中電壓、電流、電阻之間的關(guān)系．

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(shū)：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 ．

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．

板書(shū)：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2所示電路，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？

現(xiàn)象：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(lái)解釋這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象嗎？

學(xué)生分析：因?yàn)?i> 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)?sub> ，則路端電壓增大．

結(jié)論：路端電壓隨外電阻增大而增大，隨外電阻減小而減�。�當(dāng) →無(wú)窮大時(shí)，外電路可視為斷路， →0，根據(jù) ，則 ，即當(dāng)外電路斷開(kāi)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(shū)（1）：路端電壓隨外電阻增大而增大，隨外電阻減小而減小．

斷路時(shí)， →∞， ；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)?sub> ，

所以 ，

當(dāng) 時(shí)，電源有最大的輸出功率 ．我們可以畫(huà)出輸出功率隨外電阻變化的圖線(xiàn)，如圖所示．

板書(shū)（2）：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)，當(dāng) 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？

（3）：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(shū)（3）：電源的效率 隨外電阻 的增大而增大．

四、講解例題

五、總結(jié)

板書(shū)設(shè)計(jì)：                    第五節(jié)   閉合電路歐姆定律

1、電源：

2、電源電動(dòng)勢(shì)：

3、幾個(gè)概念

4、閉合電路的歐姆定律的內(nèi)容：

5、幾個(gè)重要推論

（1）：路端電壓隨外電阻增大而增大，隨外電阻減小而減�。�

斷路時(shí)， →∞， ；短路時(shí)， ， ．

（2）：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)，當(dāng) 時(shí)，輸出的功率有最大值．

（3）：電源的效率 隨外電阻 的增大而增大．

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