【精品】高中物理(人教版)选修3-1 优秀教案--2.7《闭合电路的欧姆定律》

选修3-1

第二章

2.7闭合电路的欧姆定律

一、教材分析

本节首先介绍了电动势的概念，再引入外电路、内电路以及各自的电阻等基本概念，从而得出了闭合电路的欧姆定律，根据闭合电路的欧姆定律得到了路端电压与负载之间的关系，最后又从能量的角度分析了闭合电路的功率。教学的重点应该在闭合电路的欧姆定律；路端电压与负载的关系以及闭合电路中的功率的计算，特别是闭合电路只能适用于纯电阻电路，对有电动机等存在的非纯电阻电路的处理问题要详细介绍。

二、教学目标

（一）知识与技能

1、能够推导出闭合电路欧姆定律及其公式，知道电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和。

2、理解路端电压与负载的关系，知道这种关系的公式表达和图线表达，并能用来分析、计算有关问题。

3、掌握电源断路和短路两种特殊情况下的特点。知道电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压，熟练应用闭合电路欧姆定律解决有关的电路问题。

4、理解闭合电路的功率表达式，知道闭合电路中能量的转化。

（二）过程与方法

1、通过演示路端电压与负载的关系实验，培养学生利用“实验研究，得出结论”的探究物理规律的科学思路和方法。

2、通过利用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题，培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。

（三）情感、态度与价值观

通过本节课教学，加强对学生科学素质的培养，通过探究物理规律培养学生的创新精神

和实践能力。

三、教学重点难点

教学重点

1、推导闭合电路欧姆定律，应用定律进行有关讨论。

2、路端电压与负载的关系

教学难点

路端电压与负载的关系

四、学情分析

1．知识基础分析：

①初中掌握了欧姆定律，会利用该定律列式求解相关问题。

②掌握了电场力做功的计算方法。

2．学习能力分析：

①学生的观察、分析能力不断提高，能够初步地、独立发现事物内在联系和一般规律的能力。

②具有初步的概括归纳总结能力、逻辑推力能力、综合分析能力。

五、教学方法

实验演示，讨论，举例

六、课前准备

1．学生的学习准备：预习学案。

2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。

七、课时安排：1课时

八、教学过程

（一）预习检查、总结疑惑

（二）情景引入、展示目标

实验演示

（三）合作探究、精讲点播

1、电动势

(1)电源：电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置。

(2)电动势：电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。

2、闭合电路欧姆定律

(1)内电路和外电路

①内电路：电源内部的电路，叫内电路。如发电机的线圈、电池内的溶液等。

②外电路：电源外部的电路，叫外电路。包括用电器、导线等。

(2)内电阻和外电阻

①内电阻：内电路的电阻，通常称为电源的内阻。

②外电阻：外电路的总电阻。

(3)电源的电动势与内、外电路中的电势降落关系

①外电路的电势降落与内电路的电势降落

a．外电路的电势降落U外

在外电路中，电流由电势高的一端流向电势低的一端，在外电阻上沿电流方向有电势降落，用U外表示。

b．内电路的电势降落U内

在电源的内电阻上也胡电势降落，用U内表示。

②电源的电动势与内、外电路中的电势降落关系

在闭合电路中，电源的电动势E等于内外电路上的电势降落U内、

U外之和。

E＝U外＋U内

(4)闭合电路欧姆定律

①内容：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，这个结论叫做闭合电路的欧姆定律。

②公式：I＝E

R＋r

③适用条件：外电路是纯电阻的电路。

3、路端电压跟负载的关系

(1)路端电压：外电路的电势降落，也就是外电路两端的电压，通常叫做路端电压。

(2)路端电压跟负载的关系

当外电阻增大时，电流减小，路端电压增大；当外电阻减小时，电流增大，路端电压减小。

定性分析

R ↑→I(＝E R ＋r

)↓→Ir ↓→U(＝E －Ir)↑ R ↓→I(＝E R ＋r

)↑→Ir ↑→U(＝E －Ir)↓ 特例： 外电路断路：R ↑→I ↓→Ir ↓→U ＝E 。

外电路短路：R ↓→I(＝E r )↑→Ir (＝E)↑→U ＝0。 图象描述 路端电压U 与电流I 的关系图象是一条向下倾斜的直线。U —I 图象如图所示。

直线与纵轴的交点表示电源的电动势E ，直线的斜率的绝对值表示电源的内阻。 4、闭合电路中的功率

(1)闭合电路中的能量转化

qE ＝qU 外＋qU 内

在某段时间内，电能提供的电能等于内、外电路消耗的电能的总和。

电源的电动势又可理解为在电源内部移送1C 电量时，电源提供的电能。

(2)闭合电路中的功率

EI ＝U 外I ＋U 内I

EI ＝I 2R ＋I 2r

说明了电源提供的电能只有一部分消耗在外电路上，转化为其他形式的能，另一部分消耗在内阻上，转化为内能。

(3)电源提供的电功率

电源提供的电功率，又称之为电源的总功率。

P ＝EI ＝E 2

R ＋r

R ↑→P ↓，R →∞时，P ＝0。

R ↓→P ↑，R →0时，P m ＝E 2r

。 (4)外电路消耗的电功率

外电路上消耗的电功率，又称之为电源的输出功率。

P ＝U 外I

定性分析

I ＝E R ＋r ∞ 0 0 0

U 外＝E －Ir ＝RE R ＋r

从这两个式子可知，R 很大或R 很小时，电源的输出功率均不是最大。

定量分析

P 外＝U 外I ＝RE 2(R ＋r)2＝E 2

(R －r)2R

＋4r 所以，当R ＝r 时，电源的输出功率为最大，P 外max ＝E 24r

。 图象表述：

从P －R 图象中可知，当电源的输出功率小于最大输出功率时，对应有两个外电阻R 1、R 2时电源的输出功率相等。可以证明，R 1、R 2和r 必须满足：r ＝R 1R 2。

(5)内电路消耗的电功率

内电路消耗的电功率是指电源内电阻发热的功率。

P 内＝U 内I ＝rE 2(R ＋r)2 R ↑→P 内↓，R ↓→P 内↑。

(6)电源的效率

电源的输出功率与总功率的比值。

η＝P 外P ＝R R ＋r

当外电阻R 越大时，电源的效率越高。当电源的输出功率最大时，η＝50%。

（四）反思总结、当堂检测

本节课主要是介绍了电动势，闭合电路的欧姆定律，路端电压与电流（外电阻）关系以及闭合电路的功率四个主要部分。

电动势：电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压；

闭合电路欧姆定律公式；闭合电路中的功率的计算公式要熟练掌握。

（五）发导学案、布置作业

九、板书设计

1、电动势

2、闭合电路欧姆定律

3、路端电压跟负载的关系

4、闭合电路中的功率

十、教学反思：

本节课重在内外电阻、电压分析，功率、效率计算。