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2019-2020年高中物理《閉合電路歐姆定律》教案5 新人教版選修3-1 一、教學(xué)目標(biāo) 1.知識(shí)內(nèi)容：（1）掌握閉合電路歐姆定律的內(nèi)容，能夠應(yīng)用它解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題；（2）掌握路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規(guī)律。 2.通過(guò)對(duì)路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規(guī)律的討論培養(yǎng)學(xué)生的推理能力。 二、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 1.重點(diǎn)：（1）閉合電路歐姆定律的內(nèi)容；（2）應(yīng)用定律討論路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規(guī)律。 2.難點(diǎn)：短路、開(kāi)路特征，路端電壓隨外電阻的變化。 三、教具 一節(jié)舊的9V干電池（內(nèi)阻較大）、兩節(jié)新的5號(hào)干電池，小燈泡、單刀雙擲開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干，電路示教板一塊，演示的電壓表一個(gè)，4節(jié)1號(hào)干電池，10Ω定值電阻一個(gè)，演示電流表（1.5A量程）一個(gè)，滑動(dòng)變阻器（0～50Ω）一個(gè)。 四、教學(xué)過(guò)程 1.引入 教師：同學(xué)們，上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了電源的電動(dòng)勢(shì)的概念，知道它是表示電源特性的物理量，電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于它沒(méi)有接入電路時(shí)兩極間的電壓。一般電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻在短時(shí)間內(nèi)可以認(rèn)為是定值?，F(xiàn)在我這里有一節(jié)從遙控車(chē)?yán)锶∠碌碾姵兀?qǐng)一個(gè)同學(xué)說(shuō)出如何測(cè)量它的電動(dòng)勢(shì)，并實(shí)際測(cè)量是多少伏？ 學(xué)生：用導(dǎo)線把電壓表并聯(lián)在電池的兩端，其示數(shù)就是電源的電動(dòng)勢(shì)。測(cè)出一節(jié)為9V。 教師：對(duì)。再看我手里拿的是兩節(jié)5號(hào)干電池，把它們串聯(lián)起來(lái)后，其電動(dòng)勢(shì)是多少伏？ 學(xué)生：3V。 教師：出示投影的電路圖，如圖1所示，當(dāng)把開(kāi)關(guān)S撥到1時(shí)，觀察小燈泡的亮度。 學(xué)生：很亮。 教師：現(xiàn)在，我把開(kāi)關(guān)S撥到2，小燈泡和9V的電源相連，同學(xué)們想一想會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？ 學(xué)生：可能把小燈泡燒壞，也可能不燒壞，但比剛才要亮得多。 教師：我們來(lái)實(shí)際做一做實(shí)驗(yàn)，觀察小燈泡的亮度。把開(kāi)關(guān)撥到2后，發(fā)現(xiàn)小燈泡的亮度比剛才接3V的電源時(shí)還稍暗些。怎么解釋這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？這就要用到我們今天學(xué)的內(nèi)容——閉合電路的歐姆定律。 板書(shū)：閉合電路的歐姆定律 教師：在如圖2所示的閉合電路中（用投影儀顯示圖2電路），電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)、外電壓之間存在什么關(guān)系呢？ 學(xué)生：內(nèi)外電壓之和等于電源的電動(dòng)勢(shì)，E=U外＋U內(nèi) 教師：設(shè)這個(gè)電路的電流為I，根據(jù)歐姆定律，U外=IR，U內(nèi)=Ir，那么 E=IR＋I(xiàn)r，電流I=E/（R＋r），這就是閉合電路的歐姆定律。板書(shū)：1.閉合電路的歐姆定律的內(nèi)容：閉合電路中的電流和電源電動(dòng)勢(shì)成正比，和電路的內(nèi)外電阻之和成反比。表達(dá)式為 I=E/（R＋r）。同學(xué)們從這個(gè)表達(dá)式可以看出，在電源恒定時(shí)，電路中的電流隨電路的外電阻變化而變化；當(dāng)外電路中的電阻是定值電阻時(shí)，電路中的電流和電源有關(guān)。 教師：同學(xué)們能否用閉合電路的歐姆定律來(lái)解釋第一個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？ 學(xué)生：9V的電池是從遙控車(chē)上拿下來(lái)的，是舊電池，它的內(nèi)電阻很大，由閉合電路的歐姆定律可知，用它做電源，電路中的電流I1可能較小；而兩節(jié)5號(hào)干電池雖然電動(dòng)勢(shì)是3V，如果是新的，它的內(nèi)阻就很小，所以電路中的電流I2可能比I1小，用這兩個(gè)電源分別給相同的小燈泡供電，燈泡的亮度取決于I2R燈，那么就出現(xiàn)了剛才的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象了。 教師：很好。一般電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻在短時(shí)間內(nèi)可以認(rèn)為是不變的。那么外電阻R的變化，就會(huì)引起電路中電流的變化，繼而引起路端電壓U、輸出功率P、電源效率η等的變化。 2.幾個(gè)重要推論 （1）路端電壓U隨外電阻R變化的規(guī)律 板書(shū)：2.幾個(gè)重要推論 （1）路端電壓U隨外電阻R變化的規(guī)律演示實(shí)驗(yàn)：如圖3所示電路（投影顯示電路圖3），4節(jié)1號(hào)電池和1個(gè)10Ω的定值電阻串聯(lián)組成電源（因?yàn)橥ǔｋ娫磧?nèi)阻很小，U的變化也很小，現(xiàn)象不明顯）。移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片，觀察電流表和電壓表的示數(shù)是如何隨R變化？ 教師：從實(shí)驗(yàn)出發(fā)，隨著電阻R的增大，電流I逐漸減小，路端電壓U逐漸增大。大家能用閉合電路的歐姆定律來(lái)解釋這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象嗎？ 學(xué)生：因?yàn)镽變大，閉合電路的總電阻增大，根據(jù)閉合電路的歐姆定律，I=E/（R＋r），電路中的總電流減小，又因?yàn)閁=E—Ir，則路端電壓增大。 教師：正確。我們得出結(jié)論，路端電壓隨外電阻增大而增大，隨外電阻減小而減小。一般認(rèn)為電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻在短時(shí)間內(nèi)是不變的，初中我們認(rèn)為電路兩端電壓是不變的，應(yīng)該是有條件的，當(dāng) R→無(wú)窮大時(shí)， r/R→0，外電路可視為開(kāi)路， I→0，根據(jù) U=E—Ir，則 U=E，即當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí)，用電壓表直接測(cè)量電源兩極電壓，數(shù)值等于電源的電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)R減小為0時(shí)，電路可視為短路，I=E/r為短路電流，路端電壓U=0。 板書(shū)：路端電壓隨外電阻增大而增大，隨外電阻減小而減小。開(kāi)路時(shí)，R＞＞r，r/R=0，U=E；短路時(shí)，R=0，U=0。 （2）電源的輸出功率P隨外電阻R變化的規(guī)律。 教師：在純電阻電路中，當(dāng)用一個(gè)固定的電源（即E、r是定值）向變化的外電阻供電時(shí)，輸出的功率P=IU=I2R，又因?yàn)镮=E/（R＋r），所以P=[E/（R＋r）]2R=E2R/（R2+2Rr+r2）=E2R/[（R—r）2＋4Rr]=E2/[（R—r）2/R＋4r]，當(dāng)R=r時(shí)，電源有最大的輸出功率Pm=E2/4r。我們可以畫(huà)出輸出功率隨外電阻變化的圖線，如圖4所示。 板書(shū)：在純電阻電路中，當(dāng)用一個(gè)固定的電源（即E、r是定值）向變化的外電阻供電時(shí)，輸出的功率有最大值。（把上面的推導(dǎo)過(guò)程寫(xiě)在黑板上）下面我們看一道例題。 例：如圖5所示電路，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)電阻為r，R0是定值電阻?，F(xiàn)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片，（1）使定值電阻R0上消耗的功率最大，則滑動(dòng)變阻器的阻值R是多少？（2）使滑動(dòng)變阻器上消耗的功率最大，則滑動(dòng)變阻器的阻值R是多少？（投影） 請(qǐng)兩位同學(xué)到黑板上來(lái)分別做這兩問(wèn)。（約5分鐘）本題需要注意的是第（1）問(wèn)中，求定值電阻的輸出功率的最大值時(shí)，應(yīng)用公式P=I2R0，當(dāng)I最大時(shí)，P最大，根據(jù)閉合電路的歐姆定律，只有滑動(dòng)變阻器的阻值最小時(shí)，I有最大值。即R=0時(shí)，R0上消耗的功率最大。第（2）問(wèn)中，可以把R0等效為電源的內(nèi)電阻，利用剛才的推論，如果R＞R0+r，當(dāng)R=R0+r時(shí)滑動(dòng)變阻器上消耗的功率最大；如果R＜R0+r，滑動(dòng)變阻器的阻值取最大時(shí)，滑動(dòng)變阻器上消耗的功率最大。 教師：當(dāng)輸出功率最大時(shí)，電源的效率是否也最大呢？ 板書(shū)：（3）電源的效率η隨外電阻R變化的規(guī)律 教師：有電路中電源的總功率為IE，輸出的功率為IU，內(nèi)電路損耗的功率為I2R，則電源的效率為η=IU/IE=U/E=R/（R＋r），當(dāng) R變大， η也變大。而當(dāng) R=r時(shí)，即輸出功率最大時(shí)，電源的效率是50%。 板書(shū)：電源的效率η隨外電阻R的增大而增大。 3.課堂小結(jié) （1）在使用閉合電路的歐姆定律時(shí)，要注意它的適用條件是外電路是純電阻電路。（2）對(duì)閉合電路中，路端電壓、輸出功率等隨外電阻變化的規(guī)律，要學(xué)會(huì)用公式法和圖線法去分析和討論。 4.思考題 如圖6所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r恒定，當(dāng)負(fù)載R變化時(shí)，電路中的電流發(fā)生變化，于是電路中的三個(gè)功率：電源的總功率P總、電源內(nèi)部消耗功率P內(nèi)和電源的輸出功率P外隨電流變化的圖線可分別用圖乙中三條圖線表示，其中圖線Ⅰ的函數(shù)表達(dá)式是______；圖線Ⅱ的函數(shù)表達(dá)式是______；圖線Ⅲ的函數(shù)表達(dá)式是______。