人教版 (2019)必修 第三册第十二章 电能 能量守恒定律2 闭合电路的欧姆定律教学设计

闭合电路的欧姆定律

【教学目标】

一、知识与技能

1．借助实验，知道闭合电路欧姆定律。

2．能利用实验结果对实际问题进行简单分析。

3．知道闭合电路中各点的电势高低，加深对于电动势及回路中能量转化的理解。

二、过程与方法

1．懂得使用电压传感器，学会测量电源电动势的一种方法。

2．通过实验，学会处理实验数据，归纳、总结的科学研究方法。

三、情感、态度与价值观

1．了解电池的结构，感悟物理贴近生活、联系实际。

2．结合实验和探索过程，学会观察、勤于思考，体会科学研究方法，提高科学素养。

【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。

【教学过程】

一、复习提问、新课导入

1.教师：（演示实验）为什么多接几个小灯泡之后，会比之前要暗？

2.介绍闭合电路的组成和内电压、外电压的含义。

由导线、电源、用电器连成的电路叫做闭合电路。用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路。

2.提出问题：E、U、U’、R、r和I这些物理量之间的内在联系是怎样的？

二、新课教学

（一）电动势

1.电源：

（1）保持两极间有电压。

（2）通过非静电力做功把其它形式的能转化为电能的装置。

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。

（1）非静电力做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的这种特性，叫做电动势。用字母表示。

（2）单位：V

（3）电动势与外电路无关，由电源本身特性决定的。

（4）电动势的实质：表征电源把其它形式的能转化为电能的本领。

（二）闭合电路欧姆定律及其能量分析

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

【实验探究】

【理论分析】

设电源电动势为，内阻为，与一个负载连成闭合电路，负载两端电压为，电路中电流为，通电时间为：

根据能量守恒定律，有

+    

即：

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＝

（3）适用条件：外电路是纯电阻的电路。

（三）路端电路与负载的关系

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。

1.路端电路与电压的关系

【实验探究】

对某一给定的闭合电路来说，电流、路端电压、内电压随外电阻的改变而改变，变化情况如下：

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(＝)↓→Ir↓→U(＝E－Ir)↑

R↓→I(＝)↑→Ir↑→U(＝E－Ir)↓

①当外电路断开时，

，

此为直接测量电源电动势的依据。

②当电源两端短路时，

。

由于r 很小，电路中电流很大，容易烧坏电源。

（绝对不允许将电源两端用导线直接连接在一起。）

2.路端电路与电流的关系

路端电压U与电流I的关系图像是一条向下倾斜的直线。U—I图像如图所示。

①在纵轴上的截距表示电源电动势??

②在横轴上的截距表示电源短路电流

③图象斜率的绝对值表示电源的内阻

（内阻越大，图线倾斜得越厉害）

3.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＝I2R＋I2r

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。

R↑→P↓，R→∞时，P＝0

R↓→P↑，R→0时，

（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＝

U外＝E－Ir＝

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

所以，当R＝r时，电源的输出功率为最大，。

图像表述：

从P－R图像中可知，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R1．R2时电源的输出功率相等。可以证明，R1．R2和r必须满足：。

（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＝

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＝＝

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%。

三、当堂检测

【题1】关于电动势下列说法中正确的是（    ）

A.在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加

B.对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大

C.电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移动，单位电荷量做功越多

D.电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移到正极，移送电荷量越多

【题2】如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表（均为理想电表）的示数各为1.6V和0.4A。当S断开时，它们的示数各改变0.1V和0.1A，求电源的电动势。

【题3】如图所示的电路中，电源的电动势和内阻分别为E和r，当闭合开关S，向左移动滑动变阻器的滑片时，下列说法正确的是（    ）

A.电流表的示数变大，电压表的示数变大

B.电流表的示数变大，电压表的示数变小

C.电流表的示数变小，电压表的示数变小

D.电流表的示数变小，电压表的示数变大

【题4】如图所示电路中，电源电动势E=10V，内电阻r=0.5Ω，电动机的电阻R0=1.0Ω，电阻R1=1.5Ω，电动机正常工作时，电压表的示数U1=3.0V，求：

（1）电源释放的电功率。

（2）电动机消耗的电功率，将电能转化为机械能的功率。

（3）电源的输出功率。