2022-2023學年人教版必修第三冊 12.2 閉合電路的歐姆定律 教案

第12章電能能量守恒定律 第2節(jié)閉合電路的歐姆定律教學內(nèi)容分析《閉合電路的歐姆定律》是《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》必修課程必修3模塊中“電路及其應用”主題下的內(nèi)容。課程標準要求為：理解閉合電路歐姆定律。通過探究電源兩端電壓與電流的關系，體會圖像法在研究物理問題中的作用?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標準(2017年版)解讀》對課程標準的解讀為：本條目要求通過探究實驗理解閉合電路歐姆定律，掌握電源電動勢與路端電壓和內(nèi)電壓的關系，并能用能量觀點解釋。通過實驗現(xiàn)象的觀察和對實驗現(xiàn)象的解釋，理解電動勢的概念和物理含義，知道電動勢和內(nèi)阻是標志電源性能的重要參數(shù)。能用閉合電路歐姆定律解釋負載對路端電壓和電源輸出功率的影響等實際問題。教材首先分析內(nèi)電路中正電荷從負極到正極必存在非靜電力，引入電源電動勢概念。通過電動勢概念的建立和推導閉合電路歐姆定律，為學生深入理解能量守恒定律提供物理事實，在電場和電路情境下培養(yǎng)學生的能量觀念。通過應用閉合電路歐姆定律分析路端電壓與負載的關系和歐姆表測量電阻原理的拓展學習，學生應用物理規(guī)律進行推理，解決實際問題，促進科學思維的發(fā)展。學情分析在第11章第1節(jié)學生學習電源的作用是將電子從電源正極搬運到負極，維持電路兩端的電壓，初步了解電源的作用。學生學習了靜電場知識，理解電荷在電場中受到的靜電力，學生分析電源內(nèi)部電荷受到的靜電力阻礙電荷運動，引出電源內(nèi)部存在非靜電力，進而建立電動勢概念。學生學習了各種能量，并且知道這些能量間相互轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過程中遵循能量守恒定律。學生的數(shù)學推理能力相對于高一有了較大提升，根據(jù)能量守恒定律推導閉合電路歐姆定律。教學目標1.學生知道電源是通過非靜電力做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，知道電動勢的定義式。2.學生經(jīng)歷閉合電路歐姆定律的理論推導過程，理解內(nèi)外電路的能量轉(zhuǎn)化，體驗能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在電路中的具體應用。3.學生理解閉合電路歐姆定律，通過探究電源兩端電壓與電流的關系，體會圖像法在研究物理問題中的作用。4.學生能根據(jù)閉合電路歐姆定律解釋路端電壓與負載的關系。5.學生知道歐姆表測量電阻的原理。6.學生了解電源短路可能會帶來的危害，加強安全用電意識。教學重難點教學重點：閉合電路歐姆定律教學難點：電動勢概念、應用閉合電路歐姆定律分析路端電壓與負載的關系教學方法：講授法、實驗探究法、啟發(fā)式教學教學過程新課引入投影電路圖，提出問題。演示實驗1：問題：如圖所示電路，將單刀雙擲開關分別置于位置1和位置2，置于哪個位置時，電流表示數(shù)較大？如何計算電路中的電流大??？教師活動：用仿真物理實驗室軟件進行模擬實驗，和學生預測的結果進行對比。設計意圖：4.5V電源內(nèi)阻較大，電流較小。和學生預測的結果相反，讓學生產(chǎn)生認知矛盾，激發(fā)學生學習本節(jié)內(nèi)容的好奇心和求知的欲望。新課教學1電動勢投影閉合電路，介紹閉合電路構成。師：閉合電路由電源、開關、導線、負載等元件組成，分為內(nèi)電路和外電路兩部分。請同學們回顧前面所學內(nèi)容。開關閉合后，導體中是否有電場？該電場有何特點？生：導體中建立恒定電場，各位置電場大小方向不變。師：請同學們畫出外電路中恒定電場形狀，電流方向規(guī)定為正電荷定向移動方向。若電路中運動的是正電荷，畫出電荷在電場中受力示意圖。學生活動：恒定電場形狀與閉合回路形狀相同，描繪電場線，根據(jù)正電荷受力與電場方向相同，畫出電荷受力示意圖。師：正電荷在外電路中是如何發(fā)生定向移動形成電流的？生：正電荷受電場力發(fā)生定向移動，形成電流。師：在電源內(nèi)部，電場方向指向哪里？正電荷受力指向哪里？生：正電荷發(fā)出電場線，電場從電源正極指向負極。電場力指向電源負極。師：正電荷從電源負極到正極，電場力對電荷是動力還是阻力？生：電場力與電荷運動方向相反，電場力阻礙電荷從負極到正極。師：在電源內(nèi)部，電場力阻礙電荷運動，電荷從負極到正極，必定還受到其他作用力，這個作用力是電源給予的，稱為非靜電力。師：電荷從負極到正極，電勢能如何變化？增加的電勢能來源于哪里？生：非靜電力對電荷做正功，將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電勢能。歸納總結：在電源內(nèi)部，電場力阻礙電荷從負極到正極。在電源內(nèi)部，存在非靜電力將正電荷從負極搬運到正極。電源通過非靜電力將正電荷從負極搬運到正極，非靜電力做功將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電勢能。思考與討論：不同電源非靜電力本質(zhì)不同，可能是化學作用（化學電源），也可能是電磁作用（發(fā)電機）。但非靜電力均對電荷做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能。不同電源將電荷q從負極搬運到正極做功不同，電源做功本領不同。如何比較電源非靜電力做功本領高低？生1：非靜電力對電荷做正功，做功W越多，能將更多的其他能量轉(zhuǎn)化為電勢能。可以用做的功表征電源能力高低。師：其他同學的意見呢？生2：非靜電力做功W和移動的電荷量也有關。做功多，不一定說明非靜電力做功能力強。師：非靜電力做功和移動的電荷量有關。為了比較不同電源做功本領高低，可以讓電源搬運的電荷量q相同，比較做功多少。移動電荷量相同，非靜電力對電荷做正功越多，說明電源能力越強大。歸納總結：電動勢：非靜電力做功W與所移動的電荷量的比值。表達式：E=eq\f(W,q)單位：伏V物理意義：表征電源非靜電力做功本領大小。在數(shù)值上等于將單位正電荷從電源負極移動到電源正極非靜電力做的功。特點：只由非靜電力的特性決定，和電路無關。2.閉合電路歐姆定律及其能量分析電源不僅有電動勢，電荷在電源內(nèi)部運動，受到阻礙作用，電源的電阻稱為電源的內(nèi)阻，用符號r表示。電動勢E和內(nèi)阻r是表征電源性能的兩個重要參數(shù)。師：在電源內(nèi)部，非靜電力做功將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電勢能，而在外電路和內(nèi)電路，負載和電源內(nèi)阻消耗電能。電源提供的能量被外電路負載和內(nèi)電路消耗。請同學們根據(jù)這幾個問題自主推導閉合電路中的電流。問題1：外電路在時間t內(nèi)消耗多少電能？問題2：內(nèi)阻r產(chǎn)生多少焦耳熱？問題3：電源通過非靜電力做功提供多少能量？問題4：根據(jù)能量守恒定律，這些能量滿足什么關系？試推導閉合電路中的電流I表達式。歸納總結：E=U+Ir對于純電阻，U=IR，有I=EQ\F(E,R+r)從電勢角度理解閉合電路歐姆定律：導線無電阻，導線上各點電勢相等.在外電路，沿電流方向電勢降低.在內(nèi)電路，沿電流方向電勢升高.經(jīng)過R，電勢降落U=IR。在電源內(nèi)阻r，電勢減少了U內(nèi)=Ir。從負極到正極，電勢升高E.對于閉合回路，電勢降低量和電勢升高量相等，有E=IR+Ir，或者I=EQ\F(E,R+r)。思考與討論：根據(jù)閉合電路歐姆定律，你能解釋為什么開關接2時電流較小嗎？應滿足什么條件？例題1電路圖分析：當4.5V電源內(nèi)阻較大時，電路中的電流較小。教師活動：用仿真物理軟件顯示電源內(nèi)阻和R電阻，根據(jù)閉合電路歐姆定律計算開關接1和2時電路中電流，解釋本節(jié)課前演示實驗現(xiàn)象。例題1圖示電路，R1=14Ω，R2=9Ω。開關S接1時，電流表示數(shù)I1=0.2A。開關S接位置2，電流表示數(shù)I2=0.3A。求電源電動勢和內(nèi)阻.3.路端電壓與負載的關系問題1：閉合開關S,滑動觸頭向左滑動，電流表、電壓表(均為理想電表)示數(shù)分別如何變化？演示實驗2分析思路：1.滑動片左移，負載電阻如何變化？2.根據(jù)閉合電路歐姆定律，干路電流如何變化？3.如何計算內(nèi)電壓？內(nèi)電壓如何變化？4.路端電壓U與內(nèi)電壓有何關系？路端電壓U如何變化？歸納總結：問題2：電路如圖，小燈泡規(guī)格相同，電池相同.哪個圖中的燈泡更亮？你是如何分析的？學生活動：燈泡亮度取決于燈泡的電功率。四個燈泡并聯(lián)后的阻值較小，路端電壓較小，燈泡消耗的功率小，燈泡較暗。教師活動：利用仿真物理實驗室軟件對電路進行模擬，顯示模擬結果，和學生的分析結果對比。斷路：外電路斷開，I=0，路端電壓U=E，可用于測量電動勢。短路：負載R=0，用導線直接連接電源兩端，I=EQ\F(E,r).問題3：如圖所示電路，將滑動變阻器滑片從向左向右逐漸移動，記錄下電壓表和電流表的讀數(shù)，獲取多組(U,I)。將各組數(shù)據(jù)描繪在直角坐標系中，以電流為橫軸，電壓為縱軸。圖像是什么形狀？你打算如何解決這個問題？和同學交流你的想法。電路圖模擬實驗表模擬實驗數(shù)據(jù)U/V2.4952.3412.11.5790.3I/A0.090.1220.16670.26320.5師：觀察U-I圖像，路端電壓與通過電源的電流，二者的變化有何關系？生：電路中的電流越大，路端電壓越小。圖像是一條傾斜直線。師：請同學們寫出路端電壓的數(shù)學表達式，解釋圖像為何是一條直線？圖像的斜率截距分別代表什么？歸納總結：斜率表示電源內(nèi)阻r；縱截距表示電動勢E；橫截距表示短路電流eq\f(E,r).例題2（見PPT）課堂練習1（見PPT）課堂小結作業(yè)：“練習與應用”第2題、第4題、“復習與提高”A組第5題（教材第100頁）板書設計§12.2閉合電路的歐姆定律電動勢電源內(nèi)部電場力阻礙電荷運動。電源內(nèi)部非靜電力將正電荷從負極移動到正極，將其他形式能轉(zhuǎn)化為電勢能。電動勢E=eq\f(W,q)由非靜電力特性決定閉合電路歐姆定律及其能量分析E=U+IrI=EQ\F(E,R+r)純電阻三、路端電壓與負載的關系U=E-Ir斷路：U=E短路：I=E/r教