eq \(\s\up7(),\s\d5(整體設(shè)計))


教學(xué)目標


(一)知識與技能


1．能夠推導(dǎo)出閉合電路的歐姆定律及其公式，知道電源的電動勢等于內(nèi)、外電路上電勢降落之和。


2．理解路端電壓與負載的關(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。


3．掌握電源斷路和短路兩種特殊情況下的特點。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。


4．熟練應(yīng)用閉合電路歐姆定律解決有關(guān)的電路問題。


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負載的關(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、態(tài)度與價值觀


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。


教學(xué)重點難點


重點：


1．推導(dǎo)閉合電路歐姆定律，應(yīng)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(xué)活動


(一)引入新課


教師：前邊我們知道電源是通過非靜電力做功把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。只有用導(dǎo)線將電源、用電器連成閉合電路，電路中才有電流。那么電路中的電流大小與哪些因素有關(guān)？電源提供的電能是如何在閉合電路中分配的呢？今天我們就學(xué)習這方面的知識。


(二)進行新課


1．閉合電路歐姆定律


教師：(投影)教材圖(如圖所示)





閉合電路由內(nèi)電路和外電路組成








教師：閉合電路是由哪幾部分組成的？


學(xué)生：內(nèi)電路和外電路。


教師：在外電路中，沿電流方向，電勢如何變化？為什么？


學(xué)生：沿電流方向電勢降低。因為正電荷的移動方向就是電流方向，在外電路中，正電荷受靜電力作用，從高電勢向低電勢移動。


教師：在內(nèi)電路中，沿電流方向，電勢如何變化？為什么？


學(xué)生(代表)：沿電流方向電勢升高。因為電源內(nèi)部，非靜電力將正電荷從電勢低處移到電勢高處。


教師：這個同學(xué)說得確切嗎？


學(xué)生討論：如果電源是一節(jié)干電池，在電源的正負極附近存在著化學(xué)反應(yīng)層，反應(yīng)層中非靜電力(化學(xué)作用)把正電荷從電勢低處移到電勢高處，在這兩個反應(yīng)層中，沿電流方向電勢升高。在正負極之間，電源的內(nèi)阻中也有電流，沿電流方向電勢降低。


教師：(投影)教材圖(如圖所示)內(nèi)、外電路的電勢變化。





閉合電路的電勢








教師：引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)閉合電路的歐姆定律。可按以下思路進行：


設(shè)電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，外電路電阻為R，閉合電路的電流為I，


(1)寫出在t時間內(nèi)，外電路中消耗的電能E外的表達式；


(2)寫出在t時間內(nèi)，內(nèi)電路中消耗的電能E內(nèi)的表達式；


(3)寫出在t時間內(nèi)，電源中非靜電力做的功W的表達式；


學(xué)生：(1)E外＝I2Rt


(2)E內(nèi)＝I2rt


(3)W＝Eq＝EIt


根據(jù)能量守恒定律，W＝E外＋E內(nèi)


即EIt＝I2Rt＋I2rt


整理得：


E＝IR＋Ir


或者I＝eq \f(E,R＋r)


教師(幫助總結(jié))：這就是閉合電路的歐姆定律。


(1)內(nèi)容：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，這個結(jié)論叫做閉合電路的歐姆定律。


(2)公式：I＝eq \f(E,R＋r)


(3)適用條件：外電路是純電阻的電路。


根據(jù)歐姆定律，外電路兩端的電勢降落為U外＝IR，習慣上稱為路端電壓，內(nèi)電路的電勢降落為U內(nèi)＝Ir，代入E＝IR＋Ir


得E＝U外＋U內(nèi)


該式表明，電動勢等于內(nèi)外電路電勢降落之和。


2．路端電壓與負載的關(guān)系


教師：對給定的電源，E、r均為定值，外電阻變化時，電路中的電流如何變化？


學(xué)生：據(jù)I＝eq \f(E,R＋r)可知，R增大時I減?。籖減小時I增大。


教師：外電阻增大時，路端電壓如何變化？


學(xué)生：有人說變大，有人說變小。


教師：實踐是檢驗真理的唯一標準，讓我們一起來做下面的實驗。


演示實驗：探討路端電壓隨外電阻變化的規(guī)律。


(1)投影實驗電路圖如圖所示。





研究路端電壓








(2)按電路圖連接電路。


(3)調(diào)節(jié)滑動變阻器，改變外電路的電阻，觀察路端電壓怎樣隨電流(或外電阻)而改變。


學(xué)生：總結(jié)實驗結(jié)論：


當外電阻增大時，電流減小，路端電壓增大；當外電阻減小時，電流增大，路端電壓減小。


教師：下面用前面學(xué)過的知識討論它們之間的關(guān)系。路端電壓與電流的關(guān)系式是什么？


學(xué)生：U＝E－Ir


教師：就某個電源來說，電動勢E和內(nèi)阻r是一定的。當R增大時，由I＝eq \f(E,R＋r)得，I減小，由U＝E－Ir，路端電壓增大。反之，當R減小時，由I＝eq \f(E,R＋r)得，I增大，由U＝E－Ir，路端電壓減小。


拓展：討論兩種特殊情況：


教師：剛才我們討論了路端電壓跟外電阻的關(guān)系，請同學(xué)們思考：在閉合電路中，當外電阻等于零時，會發(fā)生什么現(xiàn)象？


學(xué)生：發(fā)生短路現(xiàn)象。


教師：發(fā)生上述現(xiàn)象時，電流有多大？


學(xué)生：當發(fā)生短路時，外電阻R＝0，U外＝0，U內(nèi)＝E＝Ir，故短路電流I＝eq \f(E,r)。


教師：一般情況下，電源內(nèi)阻很小，像鉛蓄電池的內(nèi)阻只有0.005 Ω～0.1 Ω，干電池的內(nèi)阻通常也不到1 Ω，所以短路時電流很大，很大的電流會造成什么后果？


學(xué)生：可能燒壞電源，甚至引起火災(zāi)。


教師：實際中，要防止短路現(xiàn)象的發(fā)生。當外電阻很大時，又會發(fā)生什么現(xiàn)象呢？


學(xué)生：斷路。斷路時，外電阻R→∝，電流I＝0，U內(nèi)＝0，U外＝E。


教師：電壓表測電動勢就是利用了這一原理。


3．閉合電路歐姆定律的應(yīng)用(投影)





求電動勢和內(nèi)阻


【例題1】在圖中R1＝14 Ω，R2＝9 Ω。當開關(guān)處于位置1時，電流表讀數(shù)I1＝0.2 A；當開關(guān)處于位置2時，電流表讀數(shù)I2＝0.3 A。求電源的電動勢E和內(nèi)電阻r。


解：根據(jù)閉合電路歐姆定律，題述的兩種情況可列以下兩個方程


E＝I1R1＋I1r


E＝I2R2＋I2r


消去E，解出r，得r＝eq \f(I1R1－I2R2,I2－I1)


代入數(shù)值，得r＝1 Ω


將r代入E＝I1R1＋I1r中，得


E＝3 V


教師引導(dǎo)學(xué)生分析解決例題。


討論：電源的U－I圖象





教師：根據(jù)U＝EIr，利用數(shù)學(xué)知識可以知道路端電壓U是電流I的一次函數(shù)，同學(xué)們能否作出U－I圖象呢？


學(xué)生：路端電壓U與電流I的關(guān)系圖象是一條向下傾斜的直線。


投影：U－I圖象如圖所示。


教師：從圖象可以看出路端電壓與電流的關(guān)系是什么？


學(xué)生：U隨著I的增大而減小。


教師：直線與縱軸的交點表示的物理意義是什么？直線的斜率呢？


學(xué)生：直線與縱軸的交點表示電源的電動勢E，直線的斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻。


(三)課堂總結(jié)、點評


通過本節(jié)課的學(xué)習，主要學(xué)習了以下幾個問題：


1．電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓。電源電動勢等于閉合電路內(nèi)、外電阻上的電勢降落U內(nèi)和U外之和，即E＝U內(nèi)＋U外。


2．閉合電路的歐姆定律的內(nèi)容及公式。


3．路端電壓隨著外電阻的增大而增大，隨著外電阻的減小而減小。


4．路端電壓與電流的關(guān)系式為U＝E－Ir，其U－I圖線是一條傾斜的直線。


(四)實例探究


電路結(jié)構(gòu)變化問題的討論


【例2】在如圖所示的電路中，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω，滑動變阻器R的阻值為0～50 Ω，當滑動觸頭P由a向b滑動的過程中，燈泡L的亮度變化情況是________





A．逐漸變亮 B．逐漸變暗


C．先變亮后變暗 D．先變暗后變亮


解析：燈泡的亮度由燈的實際功率大小決定。電燈燈絲電阻不變，研究通過燈絲電流的大小可知燈的亮度。


電源電動勢E和內(nèi)阻r不變，通過燈泡電流由外電路總電阻決定。外電阻是由滑動變阻器連入電路部分的電阻決定的，當滑動觸頭由a向b滑動過程中，滑動變阻器連入電路部分的電阻增大，總電阻增大，總電流I＝eq \f(E,R外＋r)減少，燈泡的實際功率PL＝I2RL減小，燈泡變暗。綜上所述，選項B正確。


閉合電路歐姆定律的定量應(yīng)用


【例3】如圖所示電路中，R1＝0.8 Ω，R3＝6 Ω，滑動變阻器的全值電阻R2＝12 Ω，電源電動勢E＝6 V，內(nèi)阻r＝0.2 Ω，當滑動變阻器的滑片在變阻器中央位置時，閉合開關(guān)S，電路中的電流表和電壓表的讀數(shù)各是多少？








解析：外電路的總電阻為R＝eq \f(R3·\f(R2,2),R3＋\f(R2,2)) ＋R1＝eq \f(6×6,6＋6) Ω＋0.8 Ω＝3.8 Ω


根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，電路中的總電流為


I＝eq \f(E,R＋r)＝eq \f(6,3.8＋0.2) A＝1.5 A


即電流表A1的讀數(shù)為1.5 A


對于R2與R3組成的并聯(lián)電路，根據(jù)部分電路歐姆定律，并聯(lián)部分的電壓為


U2＝I·R并＝I·eq \f(R3·\f(R2,2),R3＋\f(R2,2))＝1.5×3 V＝4.5 V


即電壓表V2的讀數(shù)為4.5 V


對于含有R2的支路，根據(jù)部分電路歐姆定律，通過R2的電流為


I2＝eq \f(U2,R2/2)＝eq \f(4.5,6) A＝0.75 A


即電流表A2的讀數(shù)為0.75 A


電壓表V1測量電源的路端電壓，根據(jù)E＝U外＋U內(nèi)得


U1＝E－Ir＝6 V－1.5×0.2 V＝5.7 V


即電壓表V1的讀數(shù)為5.7 V。


點評：


1．電路中的電流表、電壓表均視為理想電表(題中特別指出的除外)，即電流表內(nèi)阻視為零，電壓表內(nèi)阻視為無窮大。


2．解答閉合電路問題的一般步驟：


(1)首先要認清外電路上各元件的串并聯(lián)關(guān)系，必要時，應(yīng)進行電路變換，畫出等效電路圖。


(2)解題關(guān)鍵是求總電流I，求總電流的具體方法是：若已知內(nèi)、外電路上所有電阻的阻值和電源電動勢，可用閉合電路的歐姆定律(I＝eq \f(E,R＋r))直接求出I；若內(nèi)外電路上有多個電阻值未知，可利用某一部分電路的已知電流和電壓求總電流I；當以上兩種方法都行不通時，可以應(yīng)用聯(lián)立方程求出I。


(3)求出總電流后，再根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點或部分電路歐姆定律求各部分電路的電壓和電流。





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7 閉合電路歐姆定律

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