《直流电路》教材分析.ppt

北京十中周戟 直流电路 教材分析 一 本章的作用和地位 本章是在初中的基础上加以充实和提高 是第一章静电场的知识延伸和应用 本章的电动势就是来源于在上一章电势差的概念 电路中常说的电能 其本质是上一章学习的电势能等 也是今后学习磁场的磁感应强度定义式的建立 是电磁感应中感应电流 感应电动势 交变电流的电流瞬时值和峰值概念建立的基础 本章所学习的电流 电动势等物理概念以及欧姆定律 焦耳定律等物理规律贯穿在整个电学各章之中 二 本章教学目标要求 1 观察并尝试识别常见的电路元器件 初步了解它们在电路中的作用2 初步了解多用表的原理 通过实际操作学会使用多用表3 通过实验 探究决定导线电阻的因素 知道电阻定律4 知道电源的电动势和内阻 理解闭合电路的欧姆定律5 测量电源电动势和内阻6 知道焦耳定律 了解焦耳定律在生活 生产中的应用7 通过实验 观察门电路的基本作用 初步了解逻辑电路的基本原理以及在自动控制中的应用8 初步了解集成电路的作用 关注我国集成电路以及原器件研究的发展情况 三 本章高考要求 本章高考实验说明 新 第二章直流电路1欧姆定律2电阻定律3电阻的串联 并联及其应用4电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律5学生实验 测量电源的电动势和内阻6焦耳定律7学生实验 练习使用多用电表8逻辑电路和控制电路 原 第十四章恒定电流一 欧姆定律二 电阻定律电阻率三 半导体及其应用四 超导及其应用五 电功和电功率六 闭合电路欧姆定律七 电压表和电流表伏安法测量电阻 四 本章的重点和难点 本章的核心内容是欧姆定律 重点是部分电路的基本规律 电阻定律 电动势 内阻 闭合电路欧姆定律 焦耳定律 难点是伏安特性曲线 电路的分析 电路的连接和实际操作电路 电路中的能量转化以及实用的多用表 高考的热点是电路的动态分析 电路故障分析及电学实验 知识网络 欧姆定律 串联 并联的规律 串联 并联及应用 电流表和电压表的改装 限流电路和分压电路 应用 电源电动势和内阻 电路直流 闭合电路的欧姆定律 焦耳定律 电功 电功率 电路中的能量转化 实验 电流 电压 电阻 电阻定律 伏安法测电阻 闭合电路欧姆定律 使用多用表 逻辑电路和控制电路 五 本章课时建议 本章分为三部分 第一部分 第1 3节 每节各2课时 共6课时 主要介绍部分电路的基本规律 第二部分 第4 7节 第4节2课时 其他各1课时 共5课时 主要介绍闭合电路的相关知识 电动势 内阻 电路中能量的变化 多用表的使用 第三部分 第8节 1课时 体会逻辑电路在生活中的意义 章节复习1课时习题课2课时总共15课时 第一节欧姆定律 1 形成电流的条件 自由移动的电荷和电压 知识解析 2 电流强度 定义 通过导体横截面的电量q跟通过这些电量所用的时间t的比值叫电流强度 3 电流强度的微观表达式 I nqvs AB之间圆柱体内自由电荷单位时间内都通过截面B 在这个圆柱体内的自由电荷数为nvs 这些自由电荷的总电量是nvsq 自由电荷在单位时间通过的截面B的电流I nvsq 例题 如果电解电池在1秒钟内共有5 1018个二价正离子和1 1019个一价负离子穿过某截面 那么其电流强度是 A 3 2AB 1 6AC 0 8AD 0点拨 部分电路欧姆定律伏安特性曲线 教学建议 1 比值法定义物理量2 通过实验探究 用图像的方法 来理解电阻的定义 图像能形象地表达物理规律 能直观地描述物理过程 能鲜明地表示物理量之间的关系及变化趋势 3 通过学生 研究性实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线采用方法 问题的提出 实验设计 实验操作 读取数据 数据处理 分析论证 让学生讨论 1 对实验结果进行分析 从图中能得到哪些物理量 斜率表示什么 2 用比值定义物理量的方法已遇多次 有哪些 例 电场强度 电势差 电容 电流强度等3 欧姆定律的因果关系 适用条件如 同一电阻 电流I的大小与什么有关 同一电压U 电流I的大小与什么有关 4 适用的条件 金属导体和电解液 拓展 二极管的伏安特性曲线认识 第二节电阻定律 教学要求 深化对电阻的认识 理解电阻定律及电阻率的物理意义了解导体的电阻率与温度有关经历决定导体电阻因素的探究过程 体验用控制变量研究物理问题的思维方法通过学生发现问题 提出问题 方法研究 实验操作等探究过程 使学生掌握获取知识的方法通过对不同材料电阻率的介绍 加强学生理论联系实际的的意识和安全用电的意识 教学过程和建议 把理论探讨和实验探究结合起来 探究方案一1 根据上节内容提出问题 导体电阻是导体本身的一种性质 它的大小取决于哪些因素呢 2 猜想3 讨论实验方案 控制变量法4 设计实验5 分组实验6 对实验结果进行讨论交流 a和b 长度不同a和c 横截面积不同a和d 材料不同 探究方案二1 理论分析导体电阻跟长度的关系一个导体 可以把它看成是由n段相同长度 横截面积的同样导体串联而成的 2 理论分析导体电阻跟横截面积的关系 一个导体 可以把它看成是由n股相同长度 横截面积相同的导体并联而成的 3 实验探究导体电阻跟材料的关系 可以取不同长度 横截面积 不同材料的导体进行实验 探究不同材料比例常数 根据探究实验结果得出 电阻定律 定义 电阻R与它的长度L成正比 与它的横截面积S成反比 导体电阻与构成它的材料有关R L S 为材料的电阻率 由导体的导电性决定 电阻率与温度有关 纯金属的电阻率随温度的升高而增大 教学建议 通过演示实验认识 金属导体的电阻率随温度升高而增大 第三节电阻的串联 并联及其应用 1 掌握串 并联电路的基本特点 等效电阻 电流或电压分配 功率分配 并能熟练地用它来解决有关的电路问题 2 理解电流表改装的原理 知道电表内阻对测量的影响 3 理解滑动变阻器限流和分压的原理 本节采用等效的思想 对电路进行分析 引入了分压电阻和分流电阻的概念 了解电路中各点电势的升降 对解决电路问题画等效电路图很有帮助 教学要求 电表的改装 让学生把电流表 电压表看作可读数的电阻让学生了解表头表头的内阻Rg表头的满偏电流Ig满偏电压Ug的含义 限流和分压电路 难点 伏安法测电阻 判定待测电阻的大小方法 测大用内 测小用外R RAR为大电阻 第四节电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律 教学要求 1 知道电动势和内阻是表征电源特性的物理量 电动势表征了电源其它形式的能转化为电势能的特性 是一个确定的量 2 创设环境使学生从差异中发现问题和矛盾 从实验探究中领悟物理概念的提出 理解电源的路端电压与电动势的关系U E Ir 会解释测得的电源路端电压区别于电源电动势的原因3 理解闭合电路欧姆定律 并会用它来计算电路问题 闭合电路的欧姆定律 在含电源在内的全电路中电流I 或E IR外 Ir内 U外 U内 第六节闭合电路欧姆定律2课时 知识点解析 路端电压与负载的关系 1 路端电压 外电路两端的电压 2 电源的电动势和内电阻是由电源本身决定的 不随外电阻的变化而变化 而电流 路端电压是随着外电路电阻的变化而变化的 R外 I总 得I总 U路 E Ir内得U路 外电路断路时 R外 I总 0U路 E 外电路短路时 R外 0I总 U路 0 第六节闭合电路欧姆定律2课时 知识点解析 教学建议 第六节闭合电路欧姆定律2课时 电动势的概念在高中是个难点 用非静电力做功的办法去讲 由于学生对什么是非静电力并不清楚 本书为降低难度 回避了这种讲法 而是通过现实生活中的现象 创设情景 引发学生探究的兴趣 通过学生实际操作 对比分析 充分讨论 对电源是将其他形式的能转化为电势能的装置 并进一步认识电动势的概念 通过探究小灯泡变暗的原因 提出电源内阻的概念 教学建议 为了得出闭合电路欧姆定律 要得出电动势与内外电路上电势降的关系 E 课本是通过讨论交流 论证推导 理论探究例题分析 最后回归到开始引入的问题 并分析解决 本节由部分电路欧姆定律和等效电源的思想 把实际电源等效为理想电压源与内阻串联 由闭合电路中电势升降的办法 推理得出 E r 采取这种讲法容易讲清道理 第五节学生实验 测量电源的电动势和内阻 教学要求1 掌握测量电源电动势与电源内阻的原理和方法2 学会根据物理规律设计物理实验3 掌握实验操作的基本方法4 会用公式法和图像法处理实验数据5 了解误差的产生 实验电路图 实验原理 E U Ir E r一定 求出 E r 原理简单 但偶然误差很大 真实值 测量值 误差分析 E测 E真r测 r真适用于RV r 甲图 误差分析 真实值 测量值 乙图 E测 E真r测 r真适用于RA r 实验方法 由于中学器材易满足RV远大于r 故学生实验采用甲图 用公式的方法算平均值和图像的方法处理数据电源要选取内阻较大的电池 从而使得路端电压变化较为明显 可以用较为旧的电池 甲图 实验电路及其实物连线图 甲图 注意 电压表应连在电源和电键的两侧 电压表 电流表的量程 及电阻触头的位置 实验数据处理 把所测量的数据代入U E Ir 计算出 同理 把其它几组r2 r3 E2 E3算出来 用公式 即为所测电源的电动势和内阻 平均值法 图象法 甲 注意 在画U I图像时 要使较为多的点落在这条直线上或均匀分布在直线的两侧 个别点偏离直线太远可舍去不予考虑 这样做可使误差减小 纵轴交点 E 电源电动势 横轴交点 m 短路电流 斜率 r 电源内阻 其他方法一 电阻箱和电流表测定法 A R1 R2 V R2 V R1 其他方法二 电阻箱和电压表测定法 其他方法三 用一只电压表粗测电动势 直接将电压表接电源两端 所测量值近似认为是电源的电动势E 需满足RV r 例1 一位同学记录的6组数据见表 试根据这些数据在下图中画出U I图线 并根据图线读出电池的电动势E 电池的内阻r 1 48 0 75 2010朝阳一模 2 某同学采用如图甲所示的电路测定电源的电动势和内电阻 已知干电池的电动势约为1 5V 内阻约为1 电压表 量程03V 内阻3K 电流表 量程00 6A 内阻1 0 滑动变阻器有R1 最大阻值10 额定电流2A 和R2 最大阻值100 额定电流0 1A 各一只 实验中滑动变阻器应选用 R1 选填 R1 或 R2 根据图甲在实物图乙中连线使之为实验电路 在实验中测得多组电压和电流值 得到如图丙所示的电压与电流关系图线 根据图线求出的电源电动势E 1 47 V 内阻r 0 93 第六节焦耳定律电路中的能量变化 教学说明 1 本节从电功率 热功率和焦耳定律出发 从电场力做功和能量转化的角度来研究电路2 可用类比的方法向学生说明 电势能与动能的转化3 从能量转化和守恒的角度来理解闭合电路欧姆定律4 突出焦耳定律在实际生活生产的应用 实际教学应多与家庭中常见的电热器结合 电功 电功率 电热 热功率 电功 电热 电功与电热的关系 电功率 电流做的总功或输送的总电能W qU UIt 1 纯电阻电路电功等于电热 W Q UIt I2Rt U2t RP电 P热 UI I2R U2 R 2 非纯电阻电路 电功大于电热W Q E其它能P电 P热 P其它 P W t UI Q I2Rt 电功率与热功率的关系 闭合电路中的能量分配闭合电路的欧姆定律就是能的转化和守恒在闭合电路中的反映 因IE IU外 IU内 式中IE表示电源提供的总功率 IEt是电源提供的电能 IU外是电源输出功率或是外电路消耗的功率 IU外t是电源输出能量 IU内是消耗于内阻上的热功率 IU内t是内阻上产生的内能 知识点解析 第六节闭合电路欧姆定律2课时 第五节电功和电功率1课时 教学建议 1 在推导电功的公式时 应该注意讲清楚 在时间t内 只是相当于把电荷q由电路的一端移至另一端 两端的电压为U 这与在真空中把某一电荷q由某处移至另一处有区别 但效果是一样的 即所做的功相同 2 可用类比的方法向学生说明 电场力对电荷做功时 在真空中电势能转化为动能 这相当于自由落体中重力势能转化为动能 在导体中电势能转化为内能 这相当于物体在液体中匀速下落时重力势能转化为内能 第五节电功和电功率1课时 教学建议 3 电功 利用公式 q 推导出电流做功的公式 t 说明电场力做功时 电势能的转化 I U不随时间变化 该式适用于恒定电流4 用比值的方法定义电功率 该式可由学生自己推导5 从微观的角度去理解产生焦耳热的原因 从而给出纯电阻的概念6 联系实际 对不同电路的能量转化进行研究 从能量转化和守恒来理解闭合电路欧姆定律 第七节学生实验 练习使用多用表 教学要求1 理解欧姆表的工作原理2 知道多用表的结构3 练习使用多用表 在操作中掌握多用表的使用技能 多用电表的构造和原理 原理 闭合电路欧姆定律 1 刻度 短接 调节调零电阻R使电流表G的指针满偏 即有 0 多用电表是电流表 电压表和欧姆表的组合 它测电流和电压的原理与电流表和电压表相同 测电阻的原理如图示 RX 电阻的测量 2 欧姆表 原理 闭合电路欧姆定律 2 中值电阻 注意 1 欧姆表的刻度与其他表刻度相反且刻度不均匀 2 欧姆表每次测电阻前需调零 不能带电测量 3 欧姆表中电池用久了 电动势和内阻要改变 测出的电阻值有较大的误差 所以欧姆表常用来粗测电阻 RX 上图中 甲 乙 丙分别是电流表 欧姆表和电压表的示意图 下图是一个单刀多掷开关 通过操作开关 接线柱B可以接通1 也可以接通2或3 现在要使B接通1时 能像图甲那样成为电流表 接通2时像乙那样成为电阻表 接通3时像丙那样成为电压表 这就成了一个简单的多用电表 讨论一下 这个多用电表的电路图是怎样的 请对照两个图 把它在下图基础上画出来 思考与讨论 A 甲 乙 丙 R1 R2 A A A A 1 2 3 1 2 3 A A 甲 乙 丙 R1 R2 A A 欧姆表测电流 电压 1 将功能选择开关旋转到直流电流档或直流电压档2 估测电流 电压值的大小 选择量程 如难以估测 应由大到小的顺序进行试测 再重新确定适当的量程3 测电流时 应跟待测电路串联 使电流从 插孔红表笔流入 插孔黑表笔流出4 测电压时 应跟待测电路并联 使电流从 插孔红表笔流入 插孔黑表笔流出5 根据量程以及指针指的刻度值读数 使用步骤 欧姆表测电阻 使用步骤 1 机械调零 旋钮在表盘中央 2 估测R的大小 选量程 再短接调零 旋钮在下右上角 3 测量读数 4 最后应拔出两表笔 将选择旋钮旋置 0FF 处或交流电压的最高档 使用欧姆表应注意 1 测电阻时 电阻应与电路断开 且两手不能同时与两表笔及待测电阻接触 2 重新换档 一定要重新短接调零 3 测电阻时 指针一定要在表中央附近 偏角过大或过小 都要重新换档 用多用表判断二极管的正负极 首先弄清两个问题 二极管的单向导电性 如图电流从正极流入电阻较小 从正极流出时电阻较大 欧姆表中电流的方向 从黑表笔