2019-2020年高中物理《閉合電路歐姆定律》教案8 新人教版選修3-1.doc
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2019-2020年高中物理《閉合電路歐姆定律》教案8 新人教版選修3-1 教學(xué)目的: 1、了解電動(dòng)勢(shì)的概念、物理意義和測(cè)量方法 2、能區(qū)分內(nèi)電路、外電路和全電路,理解內(nèi)電阻、外電阻,知道內(nèi)電壓、外電壓和電動(dòng)勢(shì)三者的關(guān)系 3、理解閉合電路歐姆定律及其公式 4、能用閉合電路歐姆定律解決相關(guān)物理問(wèn)題 教學(xué)重點(diǎn):內(nèi)電路、外電路和全電路概念;閉合電路歐姆定律及其公式 教學(xué)難點(diǎn):電動(dòng)勢(shì)的概念、內(nèi)電壓與路端電壓的意義 教具:干電池(1號(hào)、2號(hào)和5號(hào))、鉛蓄電池、滑動(dòng)變阻器、小燈泡、電壓表和電流表、導(dǎo)線和開(kāi)關(guān) 教學(xué)過(guò)程: 在初中物理中我們就已經(jīng)了解到,只有當(dāng)電源、用電器和導(dǎo)線組成閉合電路(圖13-5)時(shí),才能形成電流.這一節(jié)就要把閉合電路作為整體來(lái)研究.下面我們就從電源開(kāi)始研究。 一、電源: ⒈定義:能夠持續(xù)地把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 注意:電源并不創(chuàng)造能量,也不創(chuàng)造電荷。 ⒉電源的作用:電源能在導(dǎo)體(或電路)兩端保持一定的電壓。 電源有保持兩極間有一定電壓的作用,且不同種類的電源,保持兩極間有一定電壓的本領(lǐng)不同.例如:干電池可保持正、負(fù)極之間有1.5V的電壓;常用的蓄電池可保持兩極間有2.0V的電壓.電源兩極間的電壓大小是由電源本身的性質(zhì)決定的,為了表征電源這種特性,物理學(xué)中引入了電動(dòng)勢(shì)的概念。 ⒊電動(dòng)勢(shì)(E) ⑴電動(dòng)勢(shì):理論證明,電源電動(dòng)勢(shì)數(shù)值上等于沒(méi)有接入外電路時(shí)兩極間的電壓。 ⑵單位:伏特(V)。 電動(dòng)勢(shì)是電源的一個(gè)重要參數(shù)。電源上都要標(biāo)示電源的電動(dòng)勢(shì)。 例:一節(jié)蓄電池(氧化鋁、鉛版、稀硫酸等構(gòu)成):2V; 一節(jié)干電池(l號(hào)、5號(hào)、7號(hào))(鋅、碳棒、氯化銨、二氧化錳等構(gòu)成):1.5V。 ⑶電動(dòng)勢(shì)的物理意義:是描述電源能把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)。電動(dòng)勢(shì)的大小完全由電源自身因素決定,與電路無(wú)關(guān)。 ⑷電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量:可以直接用伏特表去測(cè)量。 但是:a、顯然是不準(zhǔn)確的;b、但可以作為一個(gè)粗略的測(cè)量手段;c、為了準(zhǔn)確測(cè)量,我們還要另想辦法衡量電源的參量除了電動(dòng)勢(shì)之外,還有一個(gè)—— ⒋內(nèi)電阻: 當(dāng)電流流過(guò)用電器,根據(jù)電荷守恒,它也要流過(guò)電源內(nèi)部,而電源的內(nèi)部也會(huì)受到一定的阻礙作用,這種阻礙稱之為內(nèi)電阻,或內(nèi)阻,用r表示。 小結(jié):電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻是衡量電源性能的兩個(gè)基本參量,它們是基本不變的。如果供電時(shí)間過(guò)長(zhǎng),或電源閑置過(guò)久,它們也會(huì)發(fā)生改變:E會(huì)變小,r會(huì)變大。 由于內(nèi)部也要阻礙電流,也就要消耗電能,所以,我們也把電源內(nèi)部的這種運(yùn)行叫做內(nèi)電路,相對(duì)的,我們?cè)瓉?lái)接觸的只有用電器的電路就是外電路。如果把內(nèi)電路和外電路合起來(lái),就叫全電路或閉合電路。 二、閉合電路 閉合電路由兩部分組成: ⒈閉合電路: ⑴內(nèi)電路:電源內(nèi)部的電路。內(nèi)電路有內(nèi)電阻,內(nèi)電阻上有內(nèi)電壓。 ⑵外電路:電源外部的電路。電源外部的總電阻即為外電阻,其兩端電壓叫外電壓,通常叫路端電壓。 ⒉內(nèi)、外電路的關(guān)系:內(nèi)電路和外電路的關(guān)系是串聯(lián)關(guān)系。 因此,我們可以把電源看作是一個(gè)理想電源(不考慮內(nèi)電阻)和一個(gè)阻值為電源內(nèi)阻的電阻串聯(lián)。 在閉合電路中,電流流過(guò)電阻時(shí)電勢(shì)要降落,在電阻兩端出現(xiàn)電壓。電勢(shì)在內(nèi)、外電阻上都有降落。所以在內(nèi)、外電阻上都會(huì)產(chǎn)生電壓。設(shè)在內(nèi)電阻上產(chǎn)生的電壓為U 內(nèi) ,在外電阻上產(chǎn)生的電壓為U 外 。則在整個(gè)閉合電路上電勢(shì)降落的值為U 外 十U 內(nèi) 。而電源的作用就是將降落的電勢(shì)再升高到原有狀態(tài),在電源內(nèi)部,由負(fù)極到正極,電勢(shì)升高的數(shù)值即為電源的電動(dòng)勢(shì)E。 類比:電源和滑梯。 通過(guò)以上分析可以得出—— ⒊電動(dòng)勢(shì)和外電壓、內(nèi)電壓的關(guān)系:E = U 外 十U 內(nèi)。 為了方便起見(jiàn),我們將電源做一個(gè)處理,將它看成一個(gè)理想電源(沒(méi)有內(nèi)需或內(nèi)耗的工廠)和一個(gè)內(nèi)阻的串聯(lián),電路就成為圖3所示的情形—— 設(shè)電路中的總電流為I ,則U內(nèi) = Ir ,Uw外 = IR,因?yàn)椋篍 = U外十U內(nèi),所以,E = IR + Ir ,此式表示,閉合電路中的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比,這個(gè)結(jié)論叫做閉合電路歐姆定律。 三、閉合電路歐姆定律 ⒈內(nèi)容:閉合電路中的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比,跟內(nèi)、外電路中的電阻之和成反比。 ⒉表達(dá)式:I = 。常用變形式 U外=E -Ir 。 注意: ①公式中各個(gè)字母的含義。 ②公式I =只適用于外電路為純電阻的閉合電路;公式U外=E-Ir 除適用于外電路為純電阻的 閉合電路外,也適用于外電路為非純電阻的閉合電路。 ③注意:公式I=的研究對(duì)象是包含線性元件、電源在內(nèi)的閉合電路,而公式I=的研究對(duì)象是線性元件和不包含電動(dòng)勢(shì)的部分電路。使用時(shí)要注意分清。 例1:電源的電動(dòng)勢(shì)為2.0V,外電路的電阻為9.0Ω,測(cè)得電源兩極間的電壓為1.8V.求電源的內(nèi)阻. 分析:電源兩極間的電勢(shì)差就是外電阻上的電勢(shì)差U外,本題中可以簡(jiǎn)單地用U表示.已知U和外電阻R,由部分電路歐姆定律可以求出電路中的電流.已知電源的電動(dòng)勢(shì)E,再應(yīng)用閉合電路的歐姆定律就可以得到電源的內(nèi)阻了. 解:對(duì)于外電路,應(yīng)用部分電路的歐姆定律,可以求出電路中的電流 由I =解出r并代入數(shù)值,得 電源的內(nèi)阻是1Ω. 例題2:如圖所示,R1=14.0Ω, R2 =9.0Ω,當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān) S 扳到位置1時(shí),測(cè)得電流強(qiáng)度I 1 =0.20A;當(dāng)S板到位置2時(shí),測(cè)得電強(qiáng)度I2 =0.30A ,求電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。 分析:根據(jù)閉合電路歐姆定律,可列出方程組: E= I1 R+I(xiàn)1 r E= I2 R+I(xiàn)2 r 解得: E=3V、r=lΩ。 在討論電路問(wèn)題時(shí)要注意和初中把電源當(dāng)成理想電源時(shí)的區(qū)別。電源為理想電源時(shí),外電阻變化時(shí),路端電壓不變,干路電流不變;但考慮內(nèi)電阻時(shí),外電阻變化會(huì)引起路端電壓和干路電流都變化。 思考與討論:例題2告訴我們一種測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法.想想看,需要哪些實(shí)驗(yàn)器材?需要測(cè)量哪些物理量?試著寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟. 三、路端電壓和短路電流 ⒈路端電壓跟負(fù)載的關(guān)系 ⑴路端電壓:外電路兩端的電壓常常叫做路端電壓.用電壓表在電源兩端測(cè)量的電壓就是路端電壓. 實(shí)驗(yàn)表明,外電阻發(fā)生變化時(shí),路端電壓也發(fā)生變化.現(xiàn)在利用閉合電路的歐姆定律討論它們之間的關(guān)系. ⑵路端電壓隨外電阻的變化情況 根據(jù)公式U外 =E -Ir 和 I= 可得:U外 =E 。 可以判斷:當(dāng)外電阻增大時(shí),路端電壓增大。當(dāng)外電路斷路時(shí):R=∞—→U 端 =E 。這就是用電壓表直接測(cè)量開(kāi)路時(shí)兩端電壓即為電動(dòng)勢(shì)值的原因。 當(dāng)外電阻減小時(shí),路端電壓減小。當(dāng)外電路短路時(shí):R=0—→U端 = 0 。 可見(jiàn),外電阻的變化會(huì)引起路端電壓和干路電流都發(fā)生一定的變化,而這種變化是因?yàn)槭裁匆鸬哪兀? 在初中,不考慮電源內(nèi)阻時(shí),路端電壓不會(huì)隨外電阻的變化而變化。顯然,是因?yàn)殡娫磧?nèi)電阻的存在,使外電阻的變化引起路端電壓變化。r 越小,路端電壓隨外電阻的變化越不明顯。內(nèi)電阻 r = 0 的電源叫做理想電源。 ⒉干路電流跟負(fù)載的關(guān)系 在初中,干路電流跟負(fù)載的關(guān)系是 I =,干路電流與負(fù)載R 成反比(U一定)。而在包含電源的閉合電路中,干路電流跟負(fù)載的關(guān)系是 I =。 可以判斷:當(dāng)外電阻增大時(shí),電流減小。當(dāng)外電路斷路時(shí):R=∞—→I=0 。 當(dāng)外電阻減小時(shí),電流增大。當(dāng)外電路短路時(shí):R=0—→I 短 = 。 由于短路電流很大,電源易燒壞,還可能引起火災(zāi),因此要千萬(wàn)避免短路。 ⒊路端電壓跟干路電流的關(guān)系 ⑴根據(jù)公式:U 外 =E - I r 可得路端電壓跟干路電流的關(guān)系。 路端電壓U與電流I的關(guān)系可以用圖象直觀地表示.從圖中可以看出,路端電壓U隨著電流I的增大而減?。? ⑵路端電壓隨電流變化關(guān)系圖像 分析: ⑴ U 斷 =E =I r ,即縱坐標(biāo)軸上的截距即為 E ⑵橫坐標(biāo)軸上的截距為 I短 = ⑶斜率 k = tanα= r 。 四、閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化 從能量的角度看,電源的作用是把其他形式的能量轉(zhuǎn)化成電能.電動(dòng)勢(shì)越大,電源把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)越大. 電源提供的電能只有一部分消耗在外電路上,轉(zhuǎn)化為其他形式的能量.由于任何電源都存在著內(nèi)阻,所以電源不能把轉(zhuǎn)化來(lái)的全部電能供給外電路,一部分要消耗在內(nèi)電路上,轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. 作業(yè)布置:閱讀教材;必修教材P61練習(xí)二上作業(yè)本;- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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