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2019-2020年高中物理 《閉合電路歐姆定律》教案2 魯科版選修3-1 【教學(xué)目的】 1、知道電源的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻。明確電動(dòng)勢的物理意義，知道電動(dòng)勢和電壓的區(qū)別 2、知道電源內(nèi)阻的意義，知道電動(dòng)勢和內(nèi)阻是標(biāo)志電源性能的兩個(gè)重要參數(shù)。 3、知道內(nèi)電路和外電路的概念。 4、理解閉合電路歐姆定律的內(nèi)容和表達(dá)式，并能進(jìn)行有關(guān)閉合電路的簡單計(jì)算。 5、能夠區(qū)分路端電壓和內(nèi)電壓，結(jié)合實(shí)際問題理解路端電壓和外電路電阻的關(guān)系。 【教學(xué)重點(diǎn)】 掌握閉合電路歐姆定律及用定律討論外電壓隨外電阻變化的規(guī)律及原因 【教學(xué)難點(diǎn)】 電動(dòng)勢的概念比較抽象。而應(yīng)用閉合電路歐姆定律討論電路中的路端電壓、電流隨外電阻變化的關(guān)系也是比較難以掌握的 【教學(xué)媒體】 演示實(shí)驗(yàn)——干電池（1號(hào)、5號(hào)、7號(hào)若干個(gè)），一節(jié)舊的9V電池（內(nèi)阻較大）小燈泡、導(dǎo)線若干，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)。 【教學(xué)安排】 【新課導(dǎo)入】 復(fù)習(xí)回顧：為了使電路中有持續(xù)的電流，要具備什么條件？（要使電路兩端有持續(xù)的電壓，可以將電路接到電池兩端來得到） 板書： 1、電源：保持兩極間有一定電壓，把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 教師展示各種電池：這些各種各樣的電源兩極間的電壓都一樣嗎？電源有什么特性？我們該用什么物理量來描述電源的特性？ 【新課內(nèi)容】 1. 電動(dòng)勢： 我們用內(nèi)阻很大的電壓表來測量電源兩極的電壓?？梢园l(fā)現(xiàn)盡管干電池的型號(hào)不同，但兩極電壓都是1.5V，而蓄電池的電壓則是2V。說明，這種情況下得到的電源兩端電壓是電源本身的性質(zhì)決定的。我們引入一個(gè)新的物理量來表征這種電源的特性——稱為電動(dòng)勢。為什么不把它叫電壓而另叫一個(gè)名字呢？這是因?yàn)殡妱?dòng)勢與電壓表示的意義不同。在電路中，電壓U=W/q。w表示正電荷在電場力作用下從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)所消耗的電能，電壓表示移動(dòng)單位正電荷消耗的電能。反映把電能轉(zhuǎn)化為其它形式能的本領(lǐng)。而電源則是用來將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能的。因此我們用的電動(dòng)勢：ε=W//q。w/表示正電荷從負(fù)極移到正極所消耗的化學(xué)能（或其它形式能），ε表示轉(zhuǎn)移單位正電荷所消耗化學(xué)能（或其它形式能，反映電源把其它形式能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)）。 板書： 2、電動(dòng)勢： （1）電源的屬性，描述電源把其它形式能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量。電動(dòng)勢由電源自身決定 （2）不同類型的電源電動(dòng)勢不同，同種類型不同型號(hào)電源電動(dòng)勢相同。 （3）定義為轉(zhuǎn)移單位電荷所產(chǎn)生的電能。 （4）用符號(hào)ε表示。 （5）ε=W//q單位：伏特，ν。 （6）標(biāo)量。 （7）在數(shù)值上就等于電源沒有接入外電路時(shí)兩極間電壓。 那么對同一種類不同型號(hào)的電池來說，究竟是什么不同呢？這不同在于它們的儲(chǔ)能量，有很多充電電池上都標(biāo)有1200mAh（或800mAh）。這表示它只能在1.5V的電動(dòng)勢上轉(zhuǎn)移1200mAh的電量，即釋放出1200mAh1.5V=6480J=0.0018度。同種電池越大的型號(hào)，里面存儲(chǔ)的化學(xué)能就越多。可以在相同條件下工作更長的時(shí)間。 2. 路端電壓與電動(dòng)勢： 提問——那么電池兩端的電壓就一定等于電源的電動(dòng)勢嗎？ 下面我們來看這一節(jié)干電池，我們將它接成一個(gè)串聯(lián)電路，如右圖所示。 用伏特表來測量它電源兩端的電壓，看還是剛才的示數(shù)嗎？ 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明電源兩端的電壓是會(huì)隨著外電阻的改變而改變的。而且外電阻越大，這電壓也越大。所以這個(gè)電壓并不等于電源的電動(dòng)勢，而是略小于電動(dòng)勢。我們把這個(gè)電壓叫做外電壓，又叫做路端電壓。再摸摸電池，有什么發(fā)現(xiàn)？ 電池在發(fā)熱！電流經(jīng)過電阻時(shí)會(huì)發(fā)熱。這是電流的熱效應(yīng)。大家對此又做何解釋呢？ （討論）這體現(xiàn)了電源內(nèi)部還有電阻，我們稱為內(nèi)電阻，內(nèi)電阻和外電阻都會(huì)消耗電路中的電能。所以電源產(chǎn)生的電能分配到了電源內(nèi)部電阻發(fā)熱和外部用電器工作上。即內(nèi)電阻上也要有電壓，稱為內(nèi)電壓。電流在內(nèi)電路的消耗功率為IU內(nèi)；在外電路的消耗稱為IU外；他們都來自于電源將其他能轉(zhuǎn)化成的電能IE。；所以有。也就是電動(dòng)勢被內(nèi)外電路所瓜分了，因此我們用電壓表測得的外電壓比電動(dòng)勢要小一些。 那為什么一上課時(shí)我們用伏特表直接測的電壓可以認(rèn)為就是電源的電動(dòng)勢呢？ V （版畫電路如右圖） 這是因?yàn)楦呻姵氐膬?nèi)阻通常不是很大，尤其是新電池，其內(nèi)阻只有零點(diǎn)幾歐姆，在電源直接接大電阻的伏特表時(shí)，通過電源內(nèi)部的電流極小，所以內(nèi)電壓接近于零，外電壓就約等于電動(dòng)勢了?？梢姡瑢?nèi)電阻是可以使用歐姆定律的，它與外電阻也在分壓。 但用舊了的干電池電動(dòng)勢雖然不會(huì)改變，內(nèi)電阻卻會(huì)越來越大。同樣的連接下，內(nèi)電壓越大，外電壓就相應(yīng)減小了。因此我們經(jīng)?？梢允褂秒妷罕頊y外電壓的方法來檢測電池的新舊程度。如果一節(jié)干電池的接伏特表時(shí)顯示1.0V的電壓，就說明它已經(jīng)舊的不能用了。 不過在一般電路的使用中，可以認(rèn)為電路中的電源有固定的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻。 3. 閉合電路歐姆定律： 在前面我們已經(jīng)看到電源的電動(dòng)勢總是等于內(nèi)外電壓之和：E=U外＋U內(nèi)。如果外電路也是純電阻電路。也符合歐姆定律。設(shè)這個(gè)電路的電流為I，我們就可以推出： 由于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：3、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）。（閉合電路歐姆定律只適用于外電路也是純電阻的情況。） 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：一般電源的電動(dòng)勢和內(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。我們就可以通過對這些變化量比如路端電壓U、干路電流I的測量來測量出恒定不變的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻。 例題：書P71/例 鞏固練習(xí)手冊P76/1、2，書P72/2 4. 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：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)：如圖所示電路中，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→無窮大時(shí)， r/R→0，外電路可視為開路， I→0，根據(jù) U=E—Ir，則 U=E，即當(dāng)外電路斷開時(shí)，用電壓表直接測量電源兩極電壓，數(shù)值等于電源的電動(dòng)勢；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：4、路端電壓隨外電阻增大而增大，隨外電阻減小而減小。開路時(shí)，R＞＞r，r/R=0，U=E；短路時(shí)，R=0，U=0。 例：手冊P74/例1 （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。我們可以畫出輸出功率隨外電阻變化的圖線，如圖4所示。 板書：5、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。 下面我們看一道例題。 例：如圖5所示電路，電源電動(dòng)勢為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？ 本題需要注意的是第（1）問中，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？ 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：6、電源的效率η隨外電阻R的增大而增大。 5. 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。 6. 鞏固提高： 如圖6所示的電路中，電源的電動(dòng)勢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______。 【課后作業(yè)】 第一課時(shí)：教材全練P47-48 第一課時(shí)：教材全練P49-50 【課后反思】