选修3-1
第二章
2.7闭合电路的欧姆定律
一、教材分析
本节首先介绍了电动势的概念,再引入外电路、内电路以及各自的电阻等基本概念,从而得出了闭合电路的欧姆定律,根据闭合电路的欧姆定律得到了路端电压与负载之间的关系,最后又从能量的角度分析了闭合电路的功率。教学的重点应该在闭合电路的欧姆定律;路端电压与负载的关系以及闭合电路中的功率的计算,特别是闭合电路只能适用于纯电阻电路,对有电动机等存在的非纯电阻电路的处理问题要详细介绍。
二、教学目标
(一)知识与技能
1、能够推导出闭合电路欧姆定律及其公式,知道电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和。
2、理解路端电压与负载的关系,知道这种关系的公式表达和图线表达,并能用来分析、计算有关问题。
3、掌握电源断路和短路两种特殊情况下的特点。知道电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压,熟练应用闭合电路欧姆定律解决有关的电路问题。
4、理解闭合电路的功率表达式,知道闭合电路中能量的转化。
(二)过程与方法
1、通过演示路端电压与负载的关系实验,培养学生利用“实验研究,得出结论”的探究物理规律的科学思路和方法。
2、通过利用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题,培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
(三)情感、态度与价值观
通过本节课教学,加强对学生科学素质的培养,通过探究物理规律培养学生的创新精神
和实践能力。
三、教学重点难点
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
四、学情分析
1.知识基础分析:
①初中掌握了欧姆定律,会利用该定律列式求解相关问题。
②掌握了电场力做功的计算方法。
2.学习能力分析:
①学生的观察、分析能力不断提高,能够初步地、独立发现事物内在联系和一般规律的能力。
②具有初步的概括归纳总结能力、逻辑推力能力、综合分析能力。
五、教学方法
实验演示,讨论,举例
六、课前准备
1.学生的学习准备:预习学案。
2.教师的教学准备:多媒体课件制作,课前预习学案,课内探究学案,课后延伸拓展学案。
七、课时安排:1课时
八、教学过程
(一)预习检查、总结疑惑
(二)情景引入、展示目标
实验演示
(三)合作探究、精讲点播
1、电动势
(1)电源:电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置。
(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。
2、闭合电路欧姆定律
(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
①外电路的电势降落与内电路的电势降落
a.外电路的电势降落U外
在外电路中,电流由电势高的一端流向电势低的一端,在外电阻上沿电流方向有电势降落,用U外表示。
b.内电路的电势降落U内
在电源的内电阻上也胡电势降落,用U内表示。
②电源的电动势与内、外电路中的电势降落关系
在闭合电路中,电源的电动势E等于内外电路上的电势降落U内、
U外之和。
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=E
R+r
③适用条件:外电路是纯电阻的电路。
3、路端电压跟负载的关系
(1)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。
(2)路端电压跟负载的关系
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(=E R +r
)↓→Ir ↓→U(=E -Ir)↑ R ↓→I(=E R +r
)↑→Ir ↑→U(=E -Ir)↓ 特例: 外电路断路:R ↑→I ↓→Ir ↓→U =E 。
外电路短路:R ↓→I(=E r )↑→Ir (=E)↑→U =0。 图象描述 路端电压U 与电流I 的关系图象是一条向下倾斜的直线。U —I 图象如图所示。
直线与纵轴的交点表示电源的电动势E ,直线的斜率的绝对值表示电源的内阻。 4、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 =I 2R +I 2r
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 =E 2
R +r
R ↑→P ↓,R →∞时,P =0。
R ↓→P ↑,R →0时,P m =E 2r
。 (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 =E R +r ∞ 0 0 0
U 外=E -Ir =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 外=U 外I =RE 2(R +r)2=E 2
(R -r)2R
+4r 所以,当R =r 时,电源的输出功率为最大,P 外max =E 24r
。 图象表述:
从P -R 图象中可知,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R 1、R 2时电源的输出功率相等。可以证明,R 1、R 2和r 必须满足:r =R 1R 2。
(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 =rE 2(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=P 外P =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%。
(四)反思总结、当堂检测
本节课主要是介绍了电动势,闭合电路的欧姆定律,路端电压与电流(外电阻)关系以及闭合电路的功率四个主要部分。
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;
闭合电路欧姆定律公式;闭合电路中的功率的计算公式要熟练掌握。
(五)发导学案、布置作业
九、板书设计
1、电动势
2、闭合电路欧姆定律
3、路端电压跟负载的关系
4、闭合电路中的功率
十、教学反思:
本节课重在内外电阻、电压分析,功率、效率计算。