高一物理教案：《閉合電路歐姆定律》教學(xué)設(shè)計(2)

　　四、教學(xué)過程設(shè)計

　　引導(dǎo)：同學(xué)們都知道，電荷的定向移動形成電流.那么，導(dǎo)體中形成電流的條件是什么呢?(學(xué)生答：導(dǎo)體兩端有電勢差.)

　　教師引導(dǎo)：如何實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體兩端有電勢差?

　　板書：1、電源：電源是一種能夠不斷地把其他形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置.它并不創(chuàng)造能量，也不創(chuàng)造電荷.例如：干電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能、核能等轉(zhuǎn)化為電能的裝置.

　　(1)電源能夠不斷地把其他形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�，并且能夠提供恒定的電壓，那么不同的電源，兩極間的電壓相同嗎?展示各種干電池(1號、2號、5號、7號)，請幾個同學(xué)觀察電池上面寫的規(guī)格。并用電壓表驗(yàn)證。

　　(2)展示蓄電池、紐扣電池，它們兩端的電壓是否也是1.5V呢?那么如何知道它們兩端的電壓呢?

　　結(jié)論：電源兩極間的電壓完全由電源本身的性質(zhì)(如材料、工作方式等)決定。

　　同種電池用電壓表測量其兩極間的電壓是相同的，不同種類的電池用電壓表測量其兩極間的電壓是不同的.為了表示電源本身的這種特性，物理學(xué)中引入了電動勢的概念.

　　板書：2、電源電動勢：電源的電動勢在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時其兩極間的電壓.

　　問題：各種型號的干電池的電動勢都是1.5V.那么把一節(jié)1號電池接入電路中，它兩極間的電壓是否還是1.5V呢?用示教板演示，電路如圖所示，結(jié)論：開關(guān)閉合前，電壓表示數(shù)是1.5V，開關(guān)閉合后，電壓表示數(shù)變?yōu)?.4V.實(shí)驗(yàn)表明，電路中有了電流后，電源兩極間的電壓減少了.

　　設(shè)問：上面的實(shí)驗(yàn)中，開關(guān)閉合后，電源兩極間的電壓降為1.4V，那么減少的電壓哪去了呢?

　　介紹：閉合電路可分為內(nèi)、外電路兩部分，電源內(nèi)部的叫內(nèi)電路，電源外部的叫外電路.接在電源外電路兩端的電壓表測得的電壓叫外電壓.在電源內(nèi)部電極附近的探針A、B上連接的電壓表測得的電壓叫內(nèi)電壓.我們現(xiàn)在就通過實(shí)驗(yàn)來研究閉合電路中電動勢和內(nèi)、外電壓之間的關(guān)系.

　　板書：3、幾個概念(內(nèi)電路、外電路、內(nèi)電阻、外電阻、內(nèi)電壓、外電壓)

　　教師：向?qū)W生介紹實(shí)驗(yàn)裝置及電路連接方法，重點(diǎn)說明內(nèi)電壓的測量.實(shí)驗(yàn)中接通電鍵，移動滑動變阻器的滑動頭使其阻值減小，由兩個電壓表讀出若干組內(nèi)、外電壓 和 的值.再斷開電鍵，由電壓表測出電動勢 .分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律呢?

　　學(xué)生：在誤差許可的范圍內(nèi)，內(nèi)、外電壓之和等于電源電動勢.

　　板書：在閉合電路中，電源的電動勢等于內(nèi)、外電壓之和，即 .

　　下面我們來分析在整個電路中電壓、電流、電阻之間的關(guān)系.

　　教師：在圖1所示電路圖中，設(shè)電流為 ，根據(jù)歐姆定律， ， ，那么 ，電流強(qiáng)度 ，這就是閉合電路的歐姆定律.

　　板書：4、閉合電路的歐姆定律的內(nèi)容：閉合電路中的電流強(qiáng)度和電源電動勢成正比，和電路的內(nèi)外電阻之和成反比.表達(dá)式為 .

　　一般電源的電動勢和內(nèi)電阻在短時間內(nèi)可以認(rèn)為是不變的.那么外電阻 的變化，就會引起電路中電流的變化，繼而引起路端電壓 、輸出功率 、電源效率 等的變化.

　　板書：5、幾個重要推論

　　(l)路端電壓 隨外電阻 變化的規(guī)律

　　演示實(shí)驗(yàn),圖2所示電路，4節(jié)1號電池和1個10Ω的定值電阻串聯(lián)組成電源(因?yàn)橥ǔｋ娫磧?nèi)阻很小， 的變化也很小，現(xiàn)象不明顯)移動滑動變阻器的滑動片，觀察電流表和電壓表的示數(shù)是如何隨 變化?

　　現(xiàn)象：從實(shí)驗(yàn)出發(fā)，隨著電阻 的增大，電流 逐漸減小，路端電壓 逐漸增大.大家能用閉合電路的歐姆定律來解釋這個實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象嗎?

　　學(xué)生分析：因?yàn)?變大，閉合電路的總電阻增大，根據(jù)閉合電路的歐姆定律， ，電路中的總電流減小，又因?yàn)?，則路端電壓增大.

　　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.當(dāng) →無窮大時，外電路可視為斷路， →0，根據(jù) ，則 ，即當(dāng)外電路斷開時，用電壓表直接測量電源兩極電壓，數(shù)值等于電源的電動勢;當(dāng) 減小為0時，電路可視為短路， 為短路電流，路端電壓 .

　　板書(1)：路端電壓隨外電阻增大而增大，隨外電阻減小而減小.

　　斷路時， →∞， ;短路時， ， .

　　電路的路端電壓與電流的關(guān)系可以用圖像表示如下

　　(2)電源的輸出功率 隨外電阻 變化的規(guī)律.

　　教師：在純電阻電路中，當(dāng)用一個固定的電源(設(shè) 、r是定值)向變化的外電阻供電時，輸出的功率 ，

　　又因?yàn)?，

　　所以 ，

　　當(dāng) 時，電源有最大的輸出功率 .我們可以畫出輸出功率隨外電阻變化的圖線，如圖所示.

　　板書(2)：在純電阻電路中，當(dāng)用一個固定的電源(即 、 是定值)向變化的外電阻供電時，當(dāng) 時，輸出的功率有最大值.

　　教師：當(dāng)輸出功率最大時，電源的效率是否也最大呢?

　　(3)：電源的效率 隨外電阻 變化的規(guī)律

　　教師：在電路中電源的總功率為 ，輸出的功率為 ，內(nèi)電路損耗的功率為 ，則電源的效率為 ，當(dāng) 變大， 也變大.而當(dāng) 時，即輸出功率最大時，電源的效率 =50%.

　　板書(3)：電源的效率 隨外電阻 的增大而增大.

　　四、講解例題

　　五、總結(jié)