第七节闭合电路的欧姆定律公开课教案

第七节闭合电路的欧姆定律一、教学目标知识与技能：（1）知道电动势的概念，知道电源的电动势等于外电压和内电压之和（2）理解闭合电路欧姆定律及其公式，并能熟练地解决有关的电路问题过程与方法：（1）通过具体实验，感悟探究物理规律的科学思路和方法（2）通过电路问题的分析，感悟逻辑推理的方法情感、态度、价值观：通过教学示范作用，培养学生实验探索和科学推理的物理思维品质，由此进一步认识物理思维方法；通过能力训练，培养学生创造性学习的思维品质，能够变换、创设问题，从中理性地体会物理思维方法。二、教学重难点教学重点：（1）闭合电路的欧姆定律（2）路端电压与电流（外电阻）关系的公式表示及图线表示教学难点：路端电压与电流（或外电阻）的关系三、课时安排：两个课时四、教学方法演示实验法、启发式法、讲练结合式五、教学过程实验导入：前面我们已经学习了恒定电流的相关知识，知道要形成稳定的电流导体两端必须要有稳定的电压。那么这里是谁在提供稳定的电压。生：电源。师：很好，是电源给电路提供稳定的电压，我们一直认为电源两端的电压是不变的，我们来看这样一个电路，刚开始开关没闭合，将电压表直接接在电源两端，观察电压表上的示数，然后闭合开关，小灯泡发光，再观察电压表上的示数，我们发现两次结果不一样，第二次电压变小了，这跟我们初中的认识不一致，为什么会出现这样的结果呢？那么还有一部分电压跑到哪里去了呢？这就是我们今天要学习的内容，闭合电路的欧姆定律。新课教学：我们说，要研究这个问题，我们就需要了解电路的结构。我们把由用电器，导线，电源，开关构成的电路叫做闭合电路，也叫全电路，把用电器，导线，开关叫做闭合电路的外电路，把电源的内部叫做闭合电路的内电路。当我们连接好电路以后，闭合开关，电路中就将形成电流，用电器开始工作，那么这个时候电路中电流的方向是什么样的？生：在外电路中从正极流向负极，在内电路中，从负极流向正极。师：很好，那沿着电流方向，电势又是如何变化的呢？学生可能会这样回答：在外电路中静电力将正电荷从正极移向负极，所以沿着电流方向电势在降低，在内电路中非静电力将正电荷从负极移向正极，沿着电流方向电势在升高。这时教师适当提示：在外电路中是这样的，那在内电路中，电势一直在升高吗？除了非静电力还有什么？我们说对于电池来讲，由于只在它的两端存在化学反应层，有非静电力，在电池内部还有静电力，所以电池的内部电势除了升高，也有一部分的降低。我们知道，在电势降低和升高的过程中实际上伴随着能量的转化，接下来，让我们从能量的角度来分析一下这个过程中的能量是怎么转化的。在外电路中，静电力做功，将电能转化为其他形式的能，在内电路中非静电力做功，将化学能转化为电能，，但是由于静电力的存在，还是有一部分的电能转化为其他形式的能。那么这些能量之间具体是怎么转化的呢？首先，在外电路中，静电力做功将电能转化为其他形式的能，W=UIt在内电路中，非静电力做功将化学能转化为电能，非静电力做功是，W非=EIt那么在电池内部静电力做功将电能转化为其他形式的能，主要是什么能？学生思考：主要是电池上的发热，所以是内能。师：很好，那产生的内能是多少，怎么表示？生：根据焦耳定律，内能的表达式Q=I2rt既然我们已经知道了能量的具体数值，那么各部分能量之间是什么样的关系？根据能量守恒定律，非静电力做功应该等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和。所以W非=W+Q即：EIt=UIt+I2rt化简后的：E=U+IrU表示外电压，用U外表示Ir实际上是电池内部分得的内电压，用U内表示，所以内电路外电路ErSRABI闭合电路RErSIE=U外+U内从这个式子上我们可以得出，电源的电动势应该等于内外电路电势降落之和为了让大家更容易理解，我们特意把整个闭合电路简化成这样一个模型，AB代表外电路，BCDA代表内电路，在外电路电势降低，在内电路中，在电池的两端电势升高，在中间电势还有一部分降低。但整个过程，升高的等于降低的。刚刚我们讲的是一个一般电路，大家想，如果这是一个纯电阻电路的话，各部分能量又该怎么表示？比如以这样一个电路来讲，在外电路中，电源的电能全部转化为内能，经过一段时间t，电阻R会发热，产生内能，产生的内能为：Q外=I2Rt同样，内电路中也产生了一部分内能，产生的内能为：Q内=I2rt而在电源内部，非静电力做功，将其他形式的能转化为电能，非静电力做功为：W=Eq=EIt根据能量守恒定律，非静电力做的功数值上等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和。即：W=Q外+Q内EIt=I2Rt+I2rt整理后得到：E=IR+Ir将它变形一下就得到了闭合电路中电流的表达式：I=E/（R+r）可见，闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内外电路的电阻之和成反比.这个表达式跟我们前面讲到的欧姆定律的表达式很相似,通过导体的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。I=U/R，它分析的是导体两端，只是闭合电路中的一部分，我们也把它叫做部分电路的欧姆定律，所以对于闭合电路中的电流与电动势以及内外电路中电阻的这个关系，我们就把它叫做闭合电路的欧姆定律。学到这里，大家能不能解释一下，我们刚刚做的实验中为什么电压表的示数会变小？（因为当电路断开时，直接接电压表，测得是电源的电动势，当接通电路以后电路中形成电流，电压表测得就是外电压了，我们也把它叫做路端电压，这时，由于电源上的内阻要分得一部分电压，所以路端电压会变小。）接下来我们做道例题来巩固一下：练习1、如图所示电路，电源电动势为1.5V，内阻为0.1Ω，外电路的电阻为1.4Ω，求电路中的电流和路端电压。解：由闭合电路欧姆定律得：I=E/（R+r）=1.5/(1.4+0.1)=1A路端电压为：U=IR=1.4V接下来，大家再来看这样一个实验，当我滑动滑动变阻器时，改变了电路中的电阻，路端电压是怎么变的？通过观察，请学生回答：电阻变大，路端电压变大，电阻变小，路端电压变小。那么路端电压与外电路中的负载之间到底是什么样的具体关系呢？根据前面的学习，U=E－Ir而I=E/（R+r）所以当R增大时，I减小，根据U=E－Ir路端电压增大，当R=∞，I=0，路端电压U=E当R减小时，I增大，根据U=E－Ir路端电压减小。当R=0，I=E/r，路端电压U=0但是我们说呀，利用电压表直接测电源电动势，这个始终是一个大概的测量，大家思考这样一个问题，如果一节电池用久了以后，电动势和内阻都会发生变化，那么利用什么方法可以比较准确的测量出电源的电动势和内阻呢？学生思考，教师辅导并展示学生的各种方法。最后总结出利用实验，描点画图，根据U=E－Ir得出电动势和内阻。最后大家帮我写出路端电压与电流的关系式，并画出U-I图像，看一看，通过这个图像中，你能获到哪些信息？是一条倾斜的直线ErRSrSEARVU/VEU=E-Ir通过图像我们可以得到：①纵坐标截距表示电路断路时的路端电压U=E利用这种方法来测量电源的电动势。②横坐标截距表示电路短路时的电流Io＝E/r由于这种情况下，电源的内阻比较小，所以电路中的电流非常大，很容易把电源烧坏，引起火灾，所以绝不允许将电源两端用导线直接连起来。③该直线斜率的绝对值等于电源的内阻r=△U/△I电源内阻越大，图线倾斜得越厉害。接下来我们来看一道例题例题：如图所示，R1=14Ω，R2=9Ω。当开关处于位置1时，电流表读数I1=0.2A，当开关处于位置2时，电流表读数I2=0.3A。求电源的电动势E和内电阻r。解：根据闭合电路的欧姆定律，题述的两种情况可列以下两个方程E=I1R1+I1rE=I2R2+I2r消去E，解出r，得r=1Ω再代入E=I1R1+I1r中，得E=3V今天的课就上到这里，下课。六：小结一下七：布置作业RAR2Er