高中物理《电动势 闭合回路的欧姆定律》教学设计

1高中物理《电动势闭合回路的欧姆定律》教学设计教学目的：一，帮助学生掌握电动势这一比较抽象的物理概念；1，通过实例类比使学生了解电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量；2，通过演示实验使学生理解电动势在数值上等于闭合回路中内、外电压之和；3，通过实例分析使学生理解电动势的定义式ε=qw非中的w非是指非静电力移送电荷所做的功。二，应用能量守恒定律和焦耳定律推导出闭合电路的欧姆定律；三，通过实验现象的分析，掌握新概念，培养学生观察、思考、归纳的逻辑思维能力；四，使学生学会类比法、用比值法定义物理量等常见的物理方法。教学重点：电动势的概念和闭合回路的欧姆定律。教学难点：理解电动势表征的物理意义、电动势的定义式。教具：干电池、伏打电池、铅蓄电池、叠层电池、小灯泡、手摇发电机、电容器、可调式高内阻电源、电压表（2只）、变阻箱、单刀开关（2个）、导线若干条、干电池供电的投影片、闭合电路电势变化情况图投影片、有关内外电压及总电压的数据记录表投影片、可调式高内阻电源内部结构和接线图投影片。教学过程：一，实例类比，新课引入同学们，我们来观察几个常见的现象。1，演示实验一：一个由小灯泡、开关、导线组成的简单电路。操作（1）：闭合开关，灯亮吗？（不亮，因为没有接上电源）；操作（2）：断开开关，接上干电池，再闭合开关，灯亮了。设问：电路接通灯亮了，在这个过程中有没有能量的转化？（有）转化了什么形式的能量？（电能转化成光能）。电能又是从那里来的？（是干电池把化学能转化为电能）2，演示实验二：用一台手摇发电机代替干电池。接通电路，灯亮吗？（不亮）；操作1：转动发电机手柄使发电机转动起来（灯亮了），使发动机转的更快（灯更亮了）设问：灯亮了，光能是由电能转化来的，那么电能是从哪儿来的？用力转动手柄，消耗了什么能？（机械能）不论是发电机还是电池，都可以把其他形式的能量转化成电能。从能量转化的角度来看，电源就是把其他形式的能转化为电能的一种装置。在初中，我们学过电源的作用是可2以在电路两端维持一定的电压，而从能转化的角度来看，电源是把其他形式的能转化为电能的装置。刚才看到发电机转得慢些和快些，灯的亮度是不同的。也就是说单位时间内电能转化成光能的多少是不同的，转的快，消耗的机械能功率大，单位时间里转化的电能、转化的光能就多。3，演示实验三：把手摇发电机换成蓄电池和干电池分别供电，比较灯泡的亮度。（蓄电池供电时，灯更亮些）设问：蓄电池和干电池都是把化学能转化为电能的电源，它们转化电能的本领一样吗？（不一样）那一个转化电能的本领更大些？（蓄电池）过渡：凡是电源都具有把其他形式的能转化为电能的本领，但不同的电源转化电能的本领并不都是一样的。那么怎样来描述电源转化电能的本领的大小呢？二，新课教学1，为了表征电源转化电能的本领大小的特征，物理学中引入了电动势这个物理量，来描述电源将其他形式的能转化为电能的本领。板书：（一），电动势：1，电动势反映电源将其他形式的能量转化为电能本领的物理量。2，展示实物：伏打电池（1.1V）、干电池（1.5V）、铅蓄电池每节是（2V）、叠层电池（9V）。不同种类的电源，一般来说两极间的电压不相同，电源的电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。板书：2，电源的电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极的电压；电动势的单位为伏特。3，演示实验四：用两根导线把一个充满电的电容器和一个小灯泡串联在一起。提问：（1），看到什么？（用导线连接后，灯亮了，但灯又慢慢的暗下来，最后灯不亮了）（2），为什么？（因为电容器的两个极板带有等量异种的电荷，两极板间有一定的电势差，用导线把电容器两极板相连，导线中带负电的自由电子在电场力的作用下做定向移动形成电流，所以灯亮了；但随着带负电的电子的移动，两极板上的电荷越来越少，两极板的电势差也越来越小，电场力随之变小，导线中的电子移动的数目也变小，电流就越来越小最后等于零，所以灯就越来越暗，最后灯不亮了。）过渡：要想得到稳定的电流，就必须设法使流到正极板的负电荷重新回到负极板上去，这就需要有其他非静电力的作用，电源就是提供非静电力的装置。4，以一节干电池为例分析电源的供电过程。（用投影器把图一投影出来）正电荷聚集在电源的正极（干电池的碳棒），负电荷聚集在电源的负极（干电池的锌片外壳）。由电场知识可知：导线内的自由电子在电场力的作用下由电势低的负极向电势高的正极做定向移动，在负极、开关、电灯到正极组成的外电路中形成电流，使灯亮了。在这个外电路中是静电场力对自由电子做功，使电子能不断的从负极向正极移动。在电源内部的电路中，非静电力做功，推动自由电子逆着电场力运动，从而由正极返回负极，以维持电源两端稳恒的电荷分布以及稳恒的3电势差，非静电力做功使其他形式的能转化为电能。板书：3，在电源内部，非静电力移送单位电量的正电荷所做的功叫做电源的电动势。以ε表示，即ε=qw非。5，在外电路中，由于静电场力的作用，电流的方向是由电源的正极流向负极。在内电路中，由于非静电力的作用，电流的方向是由负极流向正极。为了方便，规定电源的电动势的方向与电源内部电流的方向相同，电动势的方向实际上是表示电势升高的方向。板书：4，把电源内部从负极到正极的方向叫做电动势的方向。6，通过演示实验五提出问题：用电压表直接接在电源的两极测出电源两极的电压（测得的数值等于电源的电动势）；把电源跟外电路接通后，再用电压表测量电源两极的电压。比较前后两次的测量结果可知；电源接入外电路后，电源两极间的电压变小了。原来在电源跟外电路接通后，内外电路都由电流通过，内电路有电阻，所以电流通过内电路时产生了电势降落，在内电阻两端出现一个压降。过渡：下面我们通过实验来研究在闭合回路中，内、外电路两端的电压与电源电动势之间存在什么样的关系。7，演示实验六：研究内外电压与电源电动势的关系。（1）利用图二结合实物，介绍可变内阻电源的实验装置和原理；（2）用电压表测量电源的电动势（ε=2.02V）；（3）将电源接上外电路，，电源内阻r不变，闭合开关S1、S2，逐渐减少外电路电阻R的阻值，测出内电压内U、外电压外U等各项数据，并填入表格中。（用投影片把表格投影出来）外电阻R（）17090563827外电压外U（V）1.921.801.721.591.49内电压内U（V）0.120.220.320.420.51内外UU（V）2.042.022.042.012.00（4）将电源接上外电路，外电路电阻R的阻值固定，闭合开关S1、S2，调整电源的内阻r由小到大，测出内电压内U、外电压外U等各项数据，并填入表格中。（用投影片把表格投影出来）外电阻R=90、电源内阻r由小变大：外电压外U（V）1.801.621.501.381.254内电压内U（V）0.220.390.520.660.78内外UU（V）2.022.012.022.042.03（5）分析实验数据得出结论：在负载R逐渐减小时，外电压外U增大、内电压内U减小；在误差允许范围内，总有ε=内外UU。板书：5，闭合回路中，内、外电阻改变都会引起内、外电压发生相应的变化。6，内、外电压之和是一个恒量，等于电源电动势，ε=内外UU。在电源内部，非静电力只是在接近两极的很小范围内起作用，通过非静电力做功，推动电荷逆着电场力运动，从而使电势跃升。通过图三和图四，举例说明电源内部电势降落的情况。把不同的金属铜板和锌板分别插入稀硫酸溶液中，导体与溶液相接的地方发生电势跃升，在两板之间就会出现电势差。BA段和CD段分别代表极板附近的两次电势跃升，B与C之间的电势差代表内电势降落（内电压），D和A之间的电势差代表外电路电势降落（外电压），电动势就等于两次电势跃升之和。8，提出问题：怎样根据焦耳定律和能量守恒定律推导出内外电压与电动势的关系？（给3分钟时间给学生进行推导）（推导过程：内电路的非静电力移送电荷的做功过程，除了要反抗电场力做功使一部分能量转化为电势能供外电路使用外，同时还有一部分能量直接消耗在克服内电阻做功使内电路发热。设通过内外电路的电流强度为I，外电阻为R，内电阻为r。根据焦耳定律：在时间t内，内外电路所消耗的总电能：rtIRtIQ22=qIrqIR=内外qUqU。根据能量守恒定律：所消耗的能量应等于相同时间内所产生的电能，即等于相同时间内非静电力移送同样电量所做的功：非w=Q。所以有qε=内外qUqU。由此也可以得到内外电压与电动势的关系式ε=内外UU。）9，根据欧姆定律可以写出：IRU外、IrU内，代入ε=内外UU可得ε5=IrIR，由此可得rRI，这就是闭合电路的欧姆定律。板书：二，闭合电路的欧姆定律：1，内容：闭合电路中的电流强度跟电源的电动势成正比，跟内、外电路中的电阻之和成反比。2，定义式：rRI10，学生阅读课本例题，教师巡回解疑。三，巩固练习1，一节蓄电池电动势为2伏，含义是什么？一节干电池电动势为1.5伏，含义又是什么？2，根据变形公式IrUU内外解释为什么接入用电器越多，电源两端电压越低？3，电源的电动势为3伏，内阻为0.2欧姆，外电路的电阻为1.8欧姆，求：（1）电路中的电流强度是多少？（2）10秒钟内电源内部的非静电力移送多少库仑的电荷？四，布置作业物理课本第210页，练习八（2）、（3）、（4）题。