闭合电路欧姆定律教案.doc

.\ 2.7闭合电路欧姆定律 （2课时） 第1课时 一、教学目标 1．知道电动势是表征电源特性的物理量，它在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压；从能量转化的角度理解电动势的物理意义。 2．明确在闭合回路中电动势等于电路上内、外电压之和。 3．熟练掌握闭合电路欧姆定律的两种表达式和 及其适用条件。 二、教学重点、难点分析: 1．重点：闭合电路欧姆定律的内容； 2．难点：应用闭合电路欧姆定律进行简单电路的分析计算。 三、教学方法：实验演示，启发式教学 四、教 具：不同型号的干电池若干、小灯泡（3.8V）、电容器一个、纽扣电池若干、手摇发电机一台、可调高内阻蓄电池一个、电路示教板一块、示教电压表（0～2.5V）两台、10Ω定值电阻一个、滑线变阻器（0～50Ω）一只、开关、导线若干。 五、教学过程： （一）新课引入 教师：同学们都知道，电荷的定向移动形成电流。那么，导体中形成电流的条件是什么呢？（学生答：导体两端有电势差。） 演示：将小灯泡接在充电后的电容器两端，会看到什么现象？（小灯泡闪亮一下就熄灭。）为什么会出现这种现象呢？ 分析：当电容器充完电后，其上下两极板分别带上正负电荷，如图1所示， 两板间形成电势差。当用导线把小灯泡和电容器两极板连通后，电子就在电场力作用下沿导线定向移动形成电流，但这是一瞬间的电流。因为两极板上正负电荷逐渐中和而减少，两极板间电势差也逐渐减小为零，所以电流减小为零，因此要得到持续的电流，就必须有持续的电势差。 教师：能够产生持续电势差的装置就是电源。那么，如何描述电源的特性？电源接入电路，组成闭合电路，闭合电路中的电流有什么规律呢？这节课我们就来学习闭合电路欧姆定律。 （二）进行新课 【板书】第七节 闭合电路欧姆定律 【板书】一、闭合电路欧姆定律 【板书】1．闭合电路的组成 闭合电路由两部分组成，一部分是电源外部的电路，叫做外电路，包括用电器和导线等。另一部分是电源内部的电路，叫内电路，如发电机的线圈、电池的溶液等。外电路的电阻通常叫做外电阻。内电路也有电阻，通常叫做电源的内电阻，简称内阻。 【板书】2．电动势和内、外电压之间的关系 教师：各种型号的干电池的电动势都是1.5V。那么把一节1号电池接入电路中，它两极间的电压是否还是1.5V呢？用示教板演示，电路如图2所示， 结论：开关闭合前，电压表示数是1.5V，开关闭合后，电压表示数变为1.4V。实验表明，电路中有了电流后，电源两极间的电压减小了。 教师：上面的实验中，开关闭合后，电源两极间的电压降为1.4V，那么减少的电压哪去了呢？用投影仪展示实验电路，如图3所示。 接在电源外电路两端的电压表测得的电压叫外电压。在电源内部电极附近的探针A、B上连接的电压表测得的电压叫内电压。我们现在就通过实验来研究闭合电路中电动势和内、外电压之间的关系。 教师：向学生介绍实验装置及电路连接方法，重点说明内电压的测量。实验中接通S1、S2，移动滑动变阻器的滑动头使其阻值减小，由两个电压表读出若干组内、外电压U′和U的值。再断开S1，由电压表测出电动势E。分析实验结果可以发现什么规律呢？ 学生：在误差许可的范围内，内、外电压之和等于电源电动势。 【板书】在闭合电路中，电源的电动势等于内、外电压之和，即E=U′＋U 教师：我们把公式 E=U′＋U两边同乘以电量q，得到qE=qU′＋qU，这个式子的物理含义是什么呢？在第一章我们学习过一个公式W=qU，用来计算电场力对电荷做的功。所以qU′＋qU等于电量q通过外电路和内电路时消耗的总电能。由能量守恒定律可知，qE就应该是电源提供的总电能。当q=1C时电源提供的总电能就是EJ，数值上等于电动势。电源提供给电路的总电能是其他非静电力做功转化而来的，所以，电动势的大小也可以反映出电源把其他形式的能转化为电能的本领。例如干电池的电动势是1.5V，它的物理含义是什么呢？（1）表示非静电力把1C正电荷从电源负极搬到正极所做的功是1.5J；（2）表示电场力搬运1C正电荷沿闭合回路走一周所做的功是1.5J。 【板书】3、闭合电路欧姆定律 问题设计： 如图4所示电路中电源电动势为E，内阻为r，外电阻为R，试求电路中的电流I 引导学生推导： ∵E=U+U′ 而U=IR　 U′=Ir ∴ E=IR+Ir 或者写成： 其中，R+r表示整个电路总电阻，R为外电路总电阻，r为内阻，I为闭合电路总电流。 上式表明：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比，这就是闭合电路欧姆定律。 说明：闭合电路欧姆定律的适用条件：纯电阻电路。 【板书】（1）内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比 （2）公式： 或者 （3）适用条件：纯电阻电路 （三）例题精讲 【例题1】在如图5所示的电路中，R1=14.0Ω，R2=9.0Ω，当开关S扳到位置1时，电流表的示数为I1=0.20A；当开关S板到位置2时，电流表的示数为I2=0.30A，求电源的电动势和内电阻。 （E＝3.0V，r＝1.0Ω） 目的：（1）熟悉闭合电路欧姆定律； （2）介绍一种测电动势和内阻的方法 （四）总结、拓展 1．电动势是描述电源将其它形式能转化为电能本领的物理量，数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压，数值上还等于闭合电路内、外电压之和。 2．闭合电路欧姆定律的两种表达式 和 注意适用条件：纯电阻电路 第2课时 一、教学目标 1．通过复习，熟练掌握闭合电路欧姆定律的两种表达式和及其适用条件。 2．熟练掌握路端电压和负载的关系。 3．掌握电源的总功率P总=IE，电源的输出功率P输=IU，电源内阻上损耗的功率P内=I2r及它们之间的关系：二、教学重点、难点分析 1．重点：应用闭合电路欧姆定律讨论电路中的路端电压、电流强度随外电阻变化的关系。 2．难点：短路、断路特征，路端电压随外电阻的变化。 三、教学方法：实验演示，启发式教学 四、教 具：电路示教板一块，示教电压表（0～2.5V）、电流表，10Ω定值电阻一个，滑线变阻器（0～50Ω）一只，开关，导线若干。 五、教学过程： （一）新课引入 教师：上节课我们学习了闭合电路的欧姆定律，请大家写出闭合电路欧姆定律的两个表达式。 学生：； 教师：当外电路的电阻变化时，外电路两端的电压、电路中的电流、电功率怎么变化呢？这节课我们就来学习这些内容。 （二）进行新课 【板书】第七节 闭合电路欧姆定律 【板书】三、路端电压跟负载的关系 【板书】1、路端电压 外电路的电势降落，也就是外电路两端的电压，叫做路端电压。 路端电压就是电源加在负载（用电器）上的“有效”电压，也就是电源两极之间的电压。那么路端电压与负载之间有何关系呢？ 【板书】2、路端电压跟负载的关系 实验：如图所示。 实验结论： 当负载电阻R增大时，电流I将减小，则电源内阻上的电势降Ir将减小，所以路端电压U增大，所以路端电压U随外电阻的增大而增大。 引导学生分析： 由 得 路端电压表达式为：可见，电源的电动势和内阻r是一定的，当负载电阻R增大时，由 知电流I将减小，由知路端电压增大；相反，当负载电阻R减小时，电流I增大，路端电压减小。（培养学生分析推理能力） 两个特例： （1）短路 当R→0时，I→E/r，可以认为U=0，路端电压等于零。这种情况叫电源短路。发生短路时，电流强度叫短路电流，，一般，电源的内阻都比较小，所以短路电流很大。一般情况下，要避免电源短路。 （2）断路 当R→∞，也就是当电路断开时，I→0则U=E。当断路（亦称开路）时，路端电压等于电源的电动势。 说明：在用电压表测电源的电压时，有电流通过电源和电压表，外电路并非断路，这时测得的路端电压并不等于电源的电动势。只有当电压表的电阻非常大时，电流非常小，此时测出的路端电压非常近似地等于电源的电动势。 【板书】3、U-I图线 如图所示为 的函数图像，是一条倾斜向下的直线。 从图线可以看出，路端电压U随着电流I的增大而减小。图线还反映出电源的特性：直线的倾斜程度跟内阻r有关，内阻越大，倾斜得越厉害；直线与纵轴交点的纵坐标表示电源电动势的大小（I=0时，U=E）。 【板书】四、闭合电路中的功率 在公式E=U外 +U内中，两端乘以电流I得到：式中分别表示外电路和内电路上消耗的电功率，表示电源提供的电功率。上式表示，电源提供的电能只有一部分消耗在外电路上，转化为其它形式的能。另一部分消耗在内电路上，转化为内能。电动势E越大，电源提供的电功率越大，这表示电源把其他形式的能转化为电能本领越大。 如果外电路为纯电阻电路，上式可表示为 （三）例题精讲 电路结构变化问题的讨论 【例1】在如图所示的电路中，在滑动变阻器R2的滑动头向下移动的过程中，电压表V和电流表A的示数变化情况如何？ 目的：熟悉路端电压随外电阻变化的关系及分析方法。 【例2】如图甲所示的电路中，电源的电动势E和内阻r恒定，当负载R变化时，电路中的电流发生变化，于是电路中的三个功率：电源的总功率P总、电源内部消耗功率P内和电源的输出功率P外随电流变化的图线可分别用图乙中三条图线表示，其中图线Ⅰ的函数表达式是______；图线Ⅱ的函数表达式是______；图线Ⅲ的函数表达式是______。 【例3】在如图所示的电路中，R1=10 Ω，R2=20 Ω，滑动变阻器R的阻值为0~50 Ω，当滑动触头P由I向b滑动的过程中，灯泡L的亮度变化情况是_______ A.逐渐变亮 B.逐渐变暗 C.先变亮后变暗 D.先变暗后变亮 解析：灯泡的亮度由灯的实际功率大小决定.电灯灯丝电阻不变，研究通过灯丝电流的大小可知灯的亮度. 电源电动势E和内阻r不变，通过灯泡电流由外电路总电阻决定。外电阻是由滑动变阻器连入电路部分的电阻决定的，当滑动触头由a向b滑动过程中，滑动变阻器连入电路部分的电阻增大，总电阻增大，总电流 减少，灯泡的实际功率PL=I2RL减小，灯泡变暗。综上所述，选项B正确。 闭合电路欧姆定律的定量应用 【例4】 如图所示电路中，R1=0.8Ω，R3=6Ω，滑动变阻器的全值电阻R2=12 Ω，电源电动势E=6 V，内阻r=0.2 Ω，当滑动变阻器的滑片在变阻器中央位置时，闭合开关S，电路中的电流表和电压表的读数各是多少? 电压表V1测量电源的路端电压，根据E=U外+U内得 U1=E-Ir=6 V-1.50.2 V=5.7 V 即电压表V1的读数为5.7 V. 点评： 1.电路中的电流表、电压表均视为理想电表（题中特别指出的除外），即电流表内阻视为零，电压表内阻视为无穷大。 2.解答闭合电路问题的一般步骤： （1）首先要认清外电路上各元件的串并联关系，必要时，应进行电路变换，画出等效电路图。 （2）解题关键是求总电流I，求总电流的具体方法是：若已知内、外电路上所有电阻的阻值和电源电动势，可用全电路欧姆定律（ ）直接求出I；若内外电路上有多个电阻值未知，可利用某一部分电路的已知电流和电压求总电流I；当以上两种方法都行不通时，可以应用联立方程求出I。 （3）求出总电流后，再根据串、并联电路的特点或部分电路欧姆定律求各部分电路的电压和电流。 （四）总结、拓展 1．电动势是描述电源将其它形式能转化为电能本领的物理量，数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压，数值上还等于闭合电路内、外电压之和。 2．闭合电路欧姆定律的两种表达式 和注意适用条件：纯电阻电路 3．路端电压跟负载的关系：当负载电阻R增大时，电流I减小；路端电压U增大；相反，当负载电阻R减小时，电流I增大，路端电压U减小。 4．闭合电路中的功率： 或 （五）布 课堂练习： 1．在测量电源电动势和内电阻时得到如图所示的路端电压随电流变化的图象，由图象可知 [ ] A．电源的短路电流为0.6A。 B．电源的内电阻为5Ω。 C．电源电动势为3.0V。 D．上述结论都不正确。 2．在右图所示电路中，电源电动势ε＝15V，内电阻r＝5Ω，电阻R1＝25Ω，当K闭合后，伏特表的读数是9V，试求： (1)K断开时伏特表的读数； (2)K闭合后外电路总电流； (3)电阻R2的大小。 3．在右图中，已知R1＝6Ω，R2＝2Ω，R3＝3Ω，电源电动势ε＝3 V，内阻r＝1Ω，求在下列各种情形中伏特表的读数。 (1)K1、K2、K3都断开； (2)K1闭合，K2、K3断开； (3)K1、K2闭合，K3断开。 4．图中变阻器R1的最大阻值是4Ω，R2＝6Ω，电源内阻r＝1Ω，闭合K，调节滑动头P到R1中点时，灯L恰能正常发光，此时电源总功率为16W，电源输出功率为12W。求： (1)灯电阻RL； (2)断开K要使灯仍正常发光，P点应如何滑动，并求这时电源的输出功率和效率。 5．如图所示，电阻R1＝12Ω，R2＝R3＝R4＝6Ω，当电键K打开时，伏特表的示数为12V，全电路消耗的电功率为13W，则电键K闭合后，伏特表和安培表的示数各多大?(安培表、伏特表接入对电路的影响均忽略不计)