高中物理人教版 (2019)必修 第三册2 闭合电路的欧姆定律教学设计

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册2 闭合电路的欧姆定律教学设计，共7页。教案主要包含了教学目标，教学重点，教学难点，教学过程，实验探究，理论分析等内容，欢迎下载使用。




【教学目标】


一、知识与技能


1．借助实验，知道闭合电路欧姆定律。


2．能利用实验结果对实际问题进行简单分析。


3．知道闭合电路中各点的电势高低，加深对于电动势及回路中能量转化的理解。


二、过程与方法


1．懂得使用电压传感器，学会测量电源电动势的一种方法。


2．通过实验，学会处理实验数据，归纳、总结的科学研究方法。


三、情感、态度与价值观


1．了解电池的结构，感悟物理贴近生活、联系实际。


2．结合实验和探索过程，学会观察、勤于思考，体会科学研究方法，提高科学素养。


【教学重点】


1．推导闭合电路欧姆定律，应用定律进行有关讨论。


2．路端电压与负载的关系。


【教学难点】


路端电压与负载的关系。


【教学过程】


一、复习提问、新课导入


1.教师：（演示实验）为什么多接几个小灯泡之后，会比之前要暗？





2.介绍闭合电路的组成和内电压、外电压的含义。





由导线、电源、用电器连成的电路叫做闭合电路。用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路。


2.提出问题：E、U、U’、R、r和I这些物理量之间的内在联系是怎样的？


二、新课教学


（一）电动势


1.电源：


（1）保持两极间有电压。


（2）通过非静电力做功把其它形式的能转化为电能的装置。





2.电动势：电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。


（1）非静电力做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的这种特性，叫做电动势。用字母E表示。


E=Wq


（2）单位：V


（3）电动势与外电路无关，由电源本身特性决定的。


（4）电动势的实质：表征电源把其它形式的能转化为电能的本领。


（二）闭合电路欧姆定律及其能量分析


1.内电路和外电路


（1）内电路：电源内部的电路，叫内电路。如发电机的线圈、电池内的溶液等。


（2）外电路：电源外部的电路，叫外电路。包括用电器、导线等。


2.内电阻和外电阻


（1）内电阻：内电路的电阻，通常称为电源的内阻。


（2）外电阻：外电路的总电阻。


3.电源的电动势与内、外电路中的电势降落关系


【实验探究】





【理论分析】


设电源电动势为E，内阻为r，与一个负载连成闭合电路，负载两端电压为U，电路中电流为I，通电时间为t：





根据能量守恒定律，有W非=W外+W内


∴EIt=UIt+I2rt ∴E=U+Ir


即：E=U外+U内


4.闭合电路欧姆定律


（1）内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比，这个结论叫做闭合电路的欧姆定律。


（2）公式：I＝EQ \F(E,R＋r)


（3）适用条件：外电路是纯电阻的电路。


（三）路端电路与负载的关系


路端电压：外电路的电势降落，也就是外电路两端的电压，通常叫做路端电压。


1.路端电路与电压的关系


【实验探究】


对某一给定的闭合电路来说，电流、路端电压、内电压随外电阻的改变而改变，变化情况如下：





当外电阻增大时，电流减小，路端电压增大；当外电阻减小时，电流增大，路端电压减小。


定性分析


R↑→I(＝EQ \F(E,R＋r))↓→Ir↓→U(＝E－Ir)↑


R↓→I(＝EQ \F(E,R＋r))↑→Ir↑→U(＝E－Ir)↓


①当外电路断开时，


R→∞，I=0，U内=0，U外=E，


此为直接测量电源电动势的依据。


②当电源两端短路时，


R＝0，I=Er，U=0,U内=E。


由于r 很小，电路中电流很大，容易烧坏电源。


（绝对不允许将电源两端用导线直接连接在一起。）


2.路端电路与电流的关系


路端电压U与电流I的关系图像是一条向下倾斜的直线。U—I图像如图所示。


①在纵轴上的截距表示电源电动势??


②在横轴上的截距表示电源短路电流


③图象斜率的绝对值表示电源的内阻


（内阻越大，图线倾斜得越厉害）


3.闭合电路中的功率


（1）闭合电路中的能量转化qE＝qU外＋qU内


在某段时间内，电能提供的电能等于内、外电路消耗的电能的总和。


电源的电动势又可理解为在电源内部移送1C电量时，电源提供的电能。


（2）闭合电路中的功率


EI＝U外I＋U内I


EI＝I2R＋I2r


说明了电源提供的电能只有一部分消耗在外电路上，转化为其他形式的能，另一部分消耗在内阻上，转化为内能。


（3）电源提供的电功率


电源提供的电功率，又称之为电源的总功率。


P＝EI＝E2R+r


R↑→P↓，R→∞时，P＝0


R↓→P↑，R→0时，Pm=E2r


（4）外电路消耗的电功率


外电路上消耗的电功率，又称之为电源的输出功率。


P＝U外I


定性分析


I＝EQ \F(E,R＋r)


U外＝E－Ir＝EQ \F(RE,R＋r)


从这两个式子可知，R很大或R很小时，电源的输出功率均不是最大。


定量分析


P＝IU=E2R(R+r)2=E2R(R+r)2R+4r


所以，当R＝r时，电源的输出功率为最大，P＝E24r。


图像表述：





从P－R图像中可知，当电源的输出功率小于最大输出功率时，对应有两个外电阻R1．R2时电源的输出功率相等。可以证明，R1．R2和r必须满足：r=R1R2。


（5）内电路消耗的电功率


内电路消耗的电功率是指电源内电阻发热的功率。


P内＝U内I＝E2R(R+r)2


R↑→P内↓，R↓→P内↑。


（6）电源的效率


电源的输出功率与总功率的比值。


η＝EQ \F(P外,P)＝EQ \F(R,R＋r)


当外电阻R越大时，电源的效率越高。当电源的输出功率最大时，η＝50%。


三、当堂检测


【题1】关于电动势下列说法中正确的是（ ）


A.在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加


B.对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大


C.电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移动，单位电荷量做功越多


D.电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移到正极，移送电荷量越多


【题2】如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表（均为理想电表）的示数各为1.6V和0.4A。当S断开时，它们的示数各改变0.1V和0.1A，求电源的电动势。





【题3】如图所示的电路中，电源的电动势和内阻分别为E和r，当闭合开关S，向左移动滑动变阻器的滑片时，下列说法正确的是（ ）


A.电流表的示数变大，电压表的示数变大


B.电流表的示数变大，电压表的示数变小


C.电流表的示数变小，电压表的示数变小


D.电流表的示数变小，电压表的示数变大


【题4】如图所示电路中，电源电动势E=10V，内电阻r=0.5Ω，电动机的电阻R0=1.0Ω，电阻R1=1.5Ω，电动机正常工作时，电压表的示数U1=3.0V，求：


（1）电源释放的电功率。


（2）电动机消耗的电功率，将电能转化为机械能的功率。


（3）电源的输出功率。R变化情况
R↑
R→∞
R↓
R→0
I=ER+r
U内=Ir
U端=E-U内