高中物理人教版 (2019)必修第三冊2 閉合電路的歐姆定律獲獎課件ppt-課件下載-教習網(wǎng)

12.2閉合電路的歐姆定律〖教材分析〗本節(jié)內(nèi)容從功能關(guān)系認識了電動勢的概念，這僅是在內(nèi)電路中。然后把它推廣到整個電路進而得到閉合電路歐姆定律。本節(jié)內(nèi)容是整個電路知識的核心，具有承上啟下的作用。通過本課的學習更加強化了能量守恒的普遍性，強化學生能量觀念，能用能的轉(zhuǎn)化和守恒的觀點分析解決電路問題，充分體會功能關(guān)系在物理學中的重要地位。〖教學目標與核心素養(yǎng)〗物理觀念：樹立電路能量觀念，能夠根據(jù)能量守恒定律推導出閉合電路的歐姆定律。科學思維：理解閉合電路的歐姆定律的推導過程，體會它在內(nèi)外電路的電勢降落上的一致性。科學探究：通過對生活中閉合電路的歐姆定律的應用的分析，增加學生對物理知識喜愛。領(lǐng)會運用閉合電路的歐姆定律解決問題的優(yōu)越性。科學態(tài)度與責任：通過電路能量守恒的教學，使學生樹立科學觀點，理解和運用自然規(guī)律，并用來解決實際問題。〖教學重點與難點〗重點：1.理解閉合電路的歐姆定律的內(nèi)容，應用定律進行有關(guān)討論。2.路端電壓與負載的關(guān)系。難點：路端電壓與負載的關(guān)系。〖教學準備〗多媒體課件〖教學過程〗一、新課引入圖中小燈泡的規(guī)格都相同，兩個電路中的電池也相同。多個并聯(lián)的小燈泡的亮度明顯比單獨一個小燈泡暗。如何解釋這一現(xiàn)象呢?(播放動圖，我們把小燈泡一個一個的接入電路，然后在一個一個的斷開）根據(jù)我們前面學習的知識，并聯(lián)電路，加在燈泡兩端的電壓較之前相比應該是都一樣的，燈泡發(fā)光較之前也應該是一樣的。因為電源有內(nèi)阻，我們學習完這節(jié)課就知道了。二、新課教學（一）電動勢1.認識電路①閉合電路：由導線、電源、用電器連成的電路。②外電路:在電源外部的用電器和導線構(gòu)成外電路。③內(nèi)電路:電源內(nèi)部是內(nèi)電路。所以這個內(nèi)外電路是相對電源來說的，外電路有電阻導線，內(nèi)電路是有電阻的，簡稱內(nèi)阻。這是高中和初中認識電源的一個很大的區(qū)別。2.電路中電流的方向在金屬導體中，能夠自由移動的電荷是自由電子，其他導體中正電荷也是可以移動的，其實正負電荷移動的效果是一樣的，為了描述方便我規(guī)定電流的方向為正電荷移動的方向。下面按正電荷的移動進行討論。思考與討論在外電路中，正電荷由電源正極流向負極。如果電路中只存在靜電力的作用，電源正極的正電荷與負極的負電荷很快就會中和，電路中不能維持穩(wěn)定的電流。電源之所以能維持外電路中穩(wěn)定的電流，是因為它有能力把負極的正電荷經(jīng)過電源內(nèi)部不斷地撒運至正極。那么，電源的這種能力是怎么來的呢?（播放動圖：全電路電荷移動）在電源內(nèi)部，存在著由正極指向負極的電場。在這個電場中，靜電力阻礙正電荷向正極移動。因此，在電源內(nèi)部要使正電荷向正極移動，就一定要有一種與靜電力方向相反的力作用于電荷才行。我們把這種力叫作非靜電力。什么是非靜電力呢？用重力來類比，小球受到重力的作用，要把它抬高，必須有向上的力把小球拉起來，這個拉起來的力就是非重力，它可以是拉力，支持力等。所以非靜電力只要不是靜電力就可以了，它可以是化學作用或者電磁作用。非重力把物體從位置低的地方拉到了位置比較高的地方重力勢能增加。根據(jù)前面學習的知識，同樣的非靜電力把正電荷，從低電勢拉到了高電勢的地方，電勢能也增加了，消耗了其它的能量。也就是說，電源把正電荷從負極搬運到正極的過程中，這種非靜電力在做功，使電荷的電勢能增加。所以從能量轉(zhuǎn)化的角度看：電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的裝置。思考討論在化學電池中，非靜電力是化學作用，它使化學能轉(zhuǎn)化為電勢能;在發(fā)電機中，非靜電力是電磁作用，它使機械能轉(zhuǎn)化為電勢能…想一想，不同電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的本領(lǐng)相同嗎?跟水類比分析，不同的抽水機工作時，水能夠被舉起的高度不同。也就是說單位質(zhì)量的水所增加的重力勢能是不同的。于此類似在不同的電源中，非靜電力把1C的正電荷，從電源的負極搬運到電源正極。這些正電荷增加的電勢能也會有所不同。也就是說，為了將電源內(nèi)單位正電荷從電源負極移到電源正極。非靜電力所做的功是不同的。電動勢用來描述了電源內(nèi)，非靜電力做功本領(lǐng)的差異。①概念：描述電源非靜電力做功能力。②大?。悍庆o電力把1C正電荷從電源負極移動到正極所做的功。③公式：④單位V，和電勢差的單位相同。⑤電動勢由非靜電力的特性決定，跟電源體積無關(guān)，也跟外電路無關(guān)。所以它是一個定義式，不成比例關(guān)系。思考：電動勢的定義式是，單位是V；而以前我們學過電勢差的定義式，單位也是V，它們看起來很像，但有什么區(qū)別呢？原來這兩個定義式中W的物理意義是不同的。首先電動勢定義中的W，指的是非靜電力做功，而電勢差定義式中的W，表示的是靜電力做功。在電路中，非靜電力出現(xiàn)在電源內(nèi)部，正電荷由電源的負極搬運到正極。正電荷的電勢能增加。也就是說，在非靜電力作用下其他形式的能轉(zhuǎn)化成了電能。而另一方面在電源的外部，主要是靜電力起作用。正電荷由電源的正極搬運到負極。正電荷的電勢能減少，也就是說，在靜電力的作用下。電勢能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能。（二）閉合電路歐姆定律及其能量分析1.部分電路的歐姆定律導體中的電流I跟導體兩端的電壓U成正比，跟導體的電阻R成反比。這是我們在初中學過的部分電路歐姆定律，即但是電路不單只有用電器，還有電源，電源還有內(nèi)阻。所以初中學習的這個是部分電路的歐姆定律。2.電勢變化對于閉合電路而言，在外電路中，正電荷在恒定電場的作用下由正極移到負極;在電源內(nèi)部，非靜電力把正電荷由負極移到正極。正電荷在靜電力的作用下從電勢高的位置向電勢低的位置移動，電路中正電荷的定向移動方向就是電流的方向，所以在外電路中，沿電流方向電勢降低。通常在電源內(nèi)部也存在電阻，內(nèi)電路中的電阻叫內(nèi)電阻，簡稱內(nèi)阻。我們可以將電源看作一個沒有電阻的理想電源與電阻的串聯(lián)，這個電阻的電勢也會沿電流方向降低。另一方面，電源的作用使得電勢升高。根據(jù)能量守恒，電勢的升降是相等的。所以內(nèi)電路：一方面，存在內(nèi)阻沿電流方向電勢也降低；另一方面，電源的作用使得電勢升高。3.能量的轉(zhuǎn)化我們知道，電流做功的過程就是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程。用電流做功的多少可以量度電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的多少。有了電動勢的概念，我們就能更加方便地分析閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化情況。設(shè)電源電動勢為E，電源內(nèi)阻為r，外電路電阻為R，閉合電路的電流為I。對于電源來說，因非靜電力做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化的數(shù)值與非靜電力做的功評相等。即W=qE根據(jù)前面的學習 q=It聯(lián)立得 W = EIt電流通過電阻R時，電流做功，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。在時間t內(nèi)，外電路轉(zhuǎn)化的內(nèi)能是多少？純電阻電路，直接用焦耳定律。Q外=I 2Rt同理，電流通過內(nèi)阻r時，電流做功，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。在時間t內(nèi)，內(nèi)電路轉(zhuǎn)化的內(nèi)能為Q內(nèi)=I 2 rt根據(jù)能量守恒定律，非靜電力做的功應該等于內(nèi)、外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的總和，即W= Q外+Q內(nèi)將W、Q外和Q內(nèi)的表達式代入上述關(guān)系式有EIt=I 2Rt+I 2 rt消去t ： E=IR＋Ir移項得： 4.閉合電路歐姆定律E為電動勢 , r為內(nèi)阻，R為外電路的電阻。閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。利用部分電路的歐姆定律U=IR，在外電路則有U外=IR，它是外電路總的電勢降落；在內(nèi)電路則有U內(nèi)=Ir，它是內(nèi)電路總的電勢降落。根據(jù)內(nèi)外電勢的升降相等，有E=U外+U內(nèi)例如，如圖所示的電路，電源電動勢E=6V，內(nèi)阻r=1Ω，外電路電阻R=11Ω，電路中的總電流是多少呢？你要是直接利用，那就是錯誤的。要記得把電源內(nèi)阻加進去才行。。如果在R兩端連個電壓表，它的示數(shù)是多大呢？它測的是外電阻的電壓：U外=IR=0.5×11V=5.5V，它也可以看成測量電源兩端的電壓：路端電壓U=5.5V，可以看到路端電壓和電源電動勢并不相等，這是怎么回事呢？（三）路端電壓與負載的關(guān)系路端電壓，它是指電路中電源兩端的電壓，也就是電路負載兩端的電壓，有時候也叫做外電路的電勢降落。所謂負載就是電路中各種用電元件，高中階段，通常只研究電阻型的負載。容易知道此時路端電壓就等于U外=IR，負載變化時電路中的電流也要發(fā)生變化，路端電壓也隨之變化。根據(jù)閉合電路的歐姆定E=U外+U內(nèi)，若將U外記為路端電壓U，考慮到有U內(nèi)=Ir，，則U=E-Ir對于確定的電源來說，電動勢E和內(nèi)阻r是一定的。當外電阻R減小時，由式可知，電流I增大，因而內(nèi)電路的電勢降落即加在內(nèi)電阻上的電壓Ir增大。由U=E-Ir式可知，這時路端電壓U減小。這可以解釋了節(jié)前"問題"欄目中的實驗現(xiàn)象。為什么多個并聯(lián)的小燈泡的亮度明顯比單獨一個小燈泡暗？電路中電源，電動勢E和內(nèi)阻r是一定的。根據(jù)“越并越小”，路端總電阻減少。由式可知，電流I增大。由U=E-Ir式可知，這時路端電壓U減小，所以變暗。為什么路端電壓，不通過U=IR，來判斷呢？一般判斷燈泡的亮暗，是通過判斷它的電流或者電壓來判斷的。這里電流增加，總電阻減少，那你說電壓時增大還是減少？這是無法判斷的，只能通過閉合電路的歐姆定律，也就是和U=E-Ir這兩個式子來判斷。我們還可以通過圖像來描述這個問題。思考討論U=E-Ir式表示的是U和I這兩個變量之間的函數(shù)關(guān)系。把它改寫為U=-Ir+E然后和一次函數(shù)的標準形式y = kx＋b對比就能知道它的U-I圖像是一條直線。根據(jù)U-I圖像，當外電路斷開時，路端電壓是多少?當電源兩端短路時，電流會是無窮大嗎?當外電路斷開時，相當于外電阻R→∞，電流I為0，Ir也為0，由U=E-Ir式可知，U=E。這就是說，斷路時的路端電壓等于電源的電動勢。當電源兩端短路時，外電阻R=0。由式可知，此時電流在U-I圖像上表示出來如圖所示。圖線與U軸的交點是斷路電流I為0，U=E。圖線與I軸的交點是短路U=0，電流。拓展學習歐姆表是在電流表的基礎(chǔ)上改裝而成的。為了使測量電阻時電流表指針能夠偏轉(zhuǎn)，表內(nèi)應有電源。圖是一個簡單的歐姆表電路。調(diào)零方程：測量方程：課堂練習例1：如圖所示是某電源的伏安特性曲線，則下列結(jié)論正確的是（） A、電源的電動勢為6.0 V B、電源的內(nèi)阻為12Ω C、電流為0.2A時，外電阻是100Ω D、電源的短路電流為0.5A解題提示：圖線與U軸的交點是斷路，U=E。圖線與I軸的交點短路，電流。前提是坐標是從原點出發(fā)。〖板書設(shè)計〗12.2閉合電路的歐姆定律一、電動勢1.電源是通過非靜電力做功把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2.描述非靜電力做功的本領(lǐng)內(nèi)電路←發(fā)電←（定義式）→非靜電力做功外電路←用電←（定義式）→靜電力做功二、閉合電路歐姆定律1.電流，R是外電路總電阻，r是電源內(nèi)阻。2.路端電壓U=E-Ir3.特例：斷路時U外=E，短路時。〖教學反思〗路端電壓與電流(或外電阻)的關(guān)系，是一個難點。在教學中做好演示實驗，使學生有明確的感性認識，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。

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