物理人教版 (2019)2 闭合电路的欧姆定律公开课教案

这是一份物理人教版 (2019)2 闭合电路的欧姆定律公开课教案，共9页。教案主要包含了新课引入，新课教学等内容，欢迎下载使用。

〖教材分析〗
本节内容从功能关系认识了电动势的概念，这仅是在内电路中。然后把它推广到整个电路进而得到闭合电路欧姆定律。本节内容是整个电路知识的核心，具有承上启下的作用。通过本课的学习更加强化了能量守恒的普遍性，强化学生能量观念，能用能的转化和守恒的观点分析解决电路问题，充分体会功能关系在物理学中的重要地位。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：树立电路能量观念，能够根据能量守恒定律推导出闭合电路的欧姆定律。
科学思维：理解闭合电路的欧姆定律的推导过程，体会它在内外电路的电势降落上的一致性。
科学探究：通过对生活中闭合电路的欧姆定律的应用的分析，增加学生对物理知识喜爱。领会运用闭合电路的欧姆定律解决问题的优越性。
科学态度与责任：通过电路能量守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运用自然规律，并用来解决实际问题。
〖教学重点与难点〗
重点：1.理解闭合电路的欧姆定律的内容，应用定律进行有关讨论。
2.路端电压与负载的关系。
难点：路端电压与负载的关系。
〖教学准备〗
多媒体课件
〖教学过程〗
一、新课引入
图中小灯泡的规格都相同，两个电路中的电池也相同。多个并联的小灯泡的亮度明显比单独一个小灯泡暗。如何解释这一现象呢?
(播放动图，我们把小灯泡一个一个的接入电路，然后在一个一个的断开）根据我们前面学习的知识，并联电路，加在灯泡两端的电压较之前相比应该是都一样的，灯泡发光较之前也应该是一样的。
因为电源有内阻，我们学习完这节课就知道了。
二、新课教学
（一）电动势
1.认识电路
①闭合电路：由导线、电源、用电器连成的电路。
②外电路:在电源外部的用电器和导线构成外电路。
③内电路:电源内部是内电路。所以这个内外电路是相对电源来说的，外电路有电阻导线，内电路是有电阻的，简称内阻。这是高中和初中认识电源的一个很大的区别。
2.电路中电流的方向
在金属导体中，能够自由移动的电荷是自由电子，其他导体中正电荷也是可以移动的，其实正负电荷移动的效果是一样的，为了描述方便我
规定电流的方向为正电荷移动的方向。
下面按正电荷的移动进行讨论。
思考与讨论
在外电路中，正电荷由电源正极流向负极。如果电路中只存在静电力的作用，电源正极的正电荷与负极的负电荷很快就会中和，电路中不能维持稳定的电流。电源之所以能维持外电路中稳定的电流，是因为它有能力把负极的正电荷经过电源内部不断地撒运至正极。
那么，电源的这种能力是怎么来的呢?
（播放动图：全电路电荷移动）
在电源内部，存在着由正极指向负极的电场。在这个电场中，静电力阻碍正电荷向正极移动。因此，在电源内部要使正电荷向正极移动，就一定要有一种与静电力方向相反的力作用于电荷才行。我们把这种力叫作非静电力。
什么是非静电力呢？
用重力来类比，小球受到重力的作用，要把它抬高，必须有向上的力把小球拉起来，这个拉起来的力就是非重力，它可以是拉力，支持力等。所以非静电力只要不是静电力就可以了，它可以是化学作用或者电磁作用。非重力把物体从位置低的地方拉到了位置比较高的地方重力势能增加。
根据前面学习的知识，同样的非静电力把正电荷，从低电势拉到了高电势的地方，电势能也增加了，消耗了其它的能量。也就是说，电源把正电荷从负极搬运到正极的过程中，这种非静电力在做功，使电荷的电势能增加。
所以从能量转化的角度看：
电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。
思考讨论
在化学电池中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能;在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能…
想一想，不同电源把其他形式的能转化为电势能的本领相同吗?
跟水类比分析，不同的抽水机工作时，水能够被举起的高度不同。也就是说单位质量的水所增加的重力势能是不同的。
于此类似在不同的电源中，非静电力把1C的正电荷，从电源的负极搬运到电源正极。这些正电荷增加的电势能也会有所不同。也就是说，为了将电源内单位正电荷从电源负极移到电源正极。非静电力所做的功是不同的。
电动势用来描述了电源内，非静电力做功本领的差异。
①概念：描述电源非静电力做功能力。
②大小：非静电力把1C正电荷从电源负极移动到正极所做的功。
③公式：
④单位V，和电势差的单位相同。
⑤电动势由非静电力的特性决定，跟电源体积无关，也跟外电路无关。所以它是一个定义式，不成比例关系。
思考：电动势的定义式是，单位是V；而以前我们学过电势差的定义式，单位也是V，它们看起来很像，但有什么区别呢？
原来这两个定义式中W的物理意义是不同的。首先电动势定义中的W，指的是非静电力做功，而电势差定义式中的W，表示的是静电力做功。
在电路中，非静电力出现在电源内部，正电荷由电源的负极搬运到正极。正电荷的电势能增加。也就是说，在非静电力作用下其他形式的能转化成了电能。
而另一方面在电源的外部，主要是静电力起作用。正电荷由电源的正极搬运到负极。正电荷的电势能减少，也就是说，在静电力的作用下。电势能转化成了其他形式的能。
（二）闭合电路欧姆定律及其能量分析
1.部分电路的欧姆定律
导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。这是我们在初中学过的部分电路欧姆定律，即
但是电路不单只有用电器，还有电源，电源还有内阻。所以初中学习的这个是部分电路的欧姆定律。
2.电势变化
对于闭合电路而言，在外电路中，正电荷在恒定电场的作用下由正极移到负极;在电源内部，非静电力把正电荷由负极移到正极。
正电荷在静电力的作用下从电势高的位置向电势低的位置移动，电路中正电荷的定向移动方向就是电流的方向，所以
在外电路中，沿电流方向电势降低。
通常在电源内部也存在电阻，内电路中的电阻叫内电阻，简称内阻。我们可以将电源看作一个没有电阻的理想电源与电阻的串联，这个电阻的电势也会沿电流方向降低。另一方面，电源的作用使得电势升高。根据能量守恒，电势的升降是相等的。所以
内电路：一方面，存在内阻沿电流方向电势也降低；另一方面，电源的作用使得电势升高。
3.能量的转化
我们知道，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。用电流做功的多少可以量度电能转化为其他形式能的多少。有了电动势的概念，我们就能更加方便地分析闭合电路中能量的转化情况。
设电源电动势为E，电源内阻为r，外电路电阻为R，闭合电路的电流为I。对于电源来说，因非静电力做功将其他形式的能转化为电能，转化的数值与非静电力做的功评相等。即
W=qE
根据前面的学习 q=It
联立得 W = EIt
电流通过电阻R时，电流做功，电能转化为内能。在时间t内，外电路转化的内能是多少？纯电阻电路，直接用焦耳定律。
Q外=I 2Rt
同理，电流通过内阻r时，电流做功，电能转化为内能。在时间t内，内电路转化的内能为
Q内=I 2 rt
根据能量守恒定律，非静电力做的功应该等于内、外电路中电能转化为其他形式能的总和，即
W= Q外+Q内
将W、Q外和Q内的表达式代入上述关系式有
EIt=I 2Rt+I 2 rt
消去t ： E=IR＋Ir
移项得：
4.闭合电路欧姆定律
E为电动势 , r为内阻，R为外电路的电阻。
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。
利用部分电路的欧姆定律U=IR，在外电路则有U外=IR，它是外电路总的电势降落；在内电路则有U内=Ir，它是内电路总的电势降落。根据内外电势的升降相等，有
E=U外+U内
例如，如图所示的电路，电源电动势E=6V，内阻r=1Ω，外电路电阻R=11Ω，电路中的总电流是多少呢？
你要是直接利用，那就是错误的。
要记得把电源内阻加进去才行。。
如果在R两端连个电压表，它的示数是多大呢？
它测的是外电阻的电压：U外=IR=0.5×11V=5.5V，它也可以看成测量电源两端的电压：路端电压U=5.5V，可以看到路端电压和电源电动势并不相等，这是怎么回事呢？
（三）路端电压与负载的关系
路端电压，它是指电路中电源两端的电压，也就是电路负载两端的电压，有时候也叫做外电路的电势降落。所谓负载就是电路中各种用电元件，高中阶段，通常只研究电阻型的负载。容易知道此时路端电压就等于U外=IR，负载变化时电路中的电流也要发生变化，路端电压也随之变化。
根据闭合电路的欧姆定E=U外+U内，若将U外记为路端电压U，考虑到有U内=Ir，，则
U=E-Ir
对于确定的电源来说，电动势E和内阻r是一定的。当外电阻R减小时，由式可知，电流I增大，因而内电路的电势降落即加在内电阻上的电压Ir增大。由U=E-Ir式可知，这时路端电压U减小。
这可以解释了节前"问题"栏目中的实验现象。为什么多个并联的小灯泡的亮度明显比单独一个小灯泡暗？
电路中电源，电动势E和内阻r是一定的。根据“越并越小”，路端总电阻减少。由式可知，电流I增大。由U=E-Ir式可知，这时路端电压U减小，所以变暗。
为什么路端电压，不通过U=IR，来判断呢？
一般判断灯泡的亮暗，是通过判断它的电流或者电压来判断的。这里电流增加，总电阻减少，那你说电压时增大还是减少？这是无法判断的，只能通过闭合电路的欧姆定律，也就是和U=E-Ir这两个式子来判断。
我们还可以通过图像来描述这个问题。
思考讨论
U=E-Ir式表示的是U和I这两个变量之间的函数关系。把它改写为U=-Ir+E
然后和一次函数的标准形式
y = kx＋b
对比就能知道它的U-I图像是一条直线。根据U-I图像，当外电路断开时，路端电压是多少?当电源两端短路时，电流会是无穷大吗?
当外电路断开时，相当于外电阻R→∞，电流I为0，Ir也为0，由U=E-Ir式可知，U=E。这就是说，断路时的路端电压等于电源的电动势。
当电源两端短路时，外电阻R=0。由式可知，此时电流
在U-I图像上表示出来如图所示。图线与U轴的交点是断路电流I为0，U=E。图线与I轴的交点是短路U=0，电流。
拓展学习
欧姆表是在电流表的基础上改装而成的。为了使测量电阻时电流表指针能够偏转，表内应有电源。图是一个简单的欧姆表电路。
调零方程：
测量方程：
课堂练习
例1：如图所示是某电源的伏安特性曲线，则下列结论正确的是 （ ）
A、电源的电动势为6.0 V
B、电源的内阻为12Ω
C、电流为0.2A时，外电阻是100Ω
D、电源的短路电流为0.5A
解题提示：图线与U轴的交点是断路，U=E。图线与I轴的交点短路，电流。前提是坐标是从原点出发。
〖板书设计〗
12.2闭合电路的欧姆定律
一、电动势
1.电源是通过非静电力做功把其它形式的能转化为电能的装置。
2.描述非静电力做功的本领
内电路←发电←（定义式）→非静电力做功
外电路←用电←（定义式）→静电力做功
闭合电路欧姆定律
1.电流，R是外电路总电阻，r是电源内阻。
2.路端电压U=E-Ir
3.特例：断路时U外=E，短路时。
〖教学反思〗
路端电压与电流(或外电阻)的关系，是一个难点。在教学中做好演示实验，使学生有明确的感性认识，然后用公式加以解释。路端电压与电流的关系图线，可以直观地表示出路端电压与电流的关系。