闭合电路欧姆定律的挑战点.doc

闭合电路欧姆定律的挑战点、突破点、提升点一、学习目标的分析课程标准提出：（1）知道电源的电动势和内阻，理解闭合电路的欧姆定律。（2）测量电源的电动势和内阻。对于这部分内容的教学，我们不仅应研究课标、各版本教材、高考说明，还应该注意初、高中的衔接问题。初中学生已有的电学基础知识：1会读、会画简单的电路图。能连接简单的串联电路和并联电路。能说出生活、生产中采用简单串联或并联电路的实例。2知道电压、电流、电阻。会使用电压表、电流表。3了解串、并联电路特点。4理解欧姆定律，并能进行简单计算。5理解电功、电功率，能区分额定功率和实际功率。6了解电流热效应与电阻的关系。这里的一些知识学生虽然在初中都初步学过，可是时隔一年多，学生是否还记得，或还记得多少，教师应当根据自己学生的实际情况，在教学中适当、适时的作些铺垫，让学生能够顺利地进入新内容的学习。这是本节课的起点。从这些要求来看，初中所学的知识也涵盖了电路的方方面面，但是都属于较低层次的要求。要注重在学生已有的欧姆定律知识基础上，引导学生理解I、U、R三者的因果关系，从根本上掌握好部分电路欧姆定律。使学生明白，电压是外因，电阻是内因，是电流强度的决定式，是电流强度的定义式。只是电阻的定义式，电阻的决定式是。而即不是电压的定义式，也不是电压的决定式，只能算是一种计算式或测量式。电压的定义式是，电压的大小则应由电源和电路分压关系来决定。只有这样，学生才能深刻理解这些电学量的物理意义。由于这部分的知识，学生在初中物理的学习中大多都接触过，有一定的基础，容易使部分学生放松对电路理论的学习。因此，教学中应努力激发学生学习的兴趣，特别是要重视那些在初中原有基础上加深的教学内容。这是本节课的提升点。通过对教材文本（课标、各版本教材、高考说明、初中教材）和学生的分析，确定教学的起点、出发点、挑战点、突破点、提升点。本节课的重点（挑战点）是电动势的概念的理解和闭合电路欧姆定律的建立过程，由于电动势和闭合电路欧姆定律涉及电源内部能量的转化，非常抽象，因此它们又都是教学的难点（突破点）。二、教学难点的突破1、电动势概念建立应做好对比分析教学中，可先让学生感受生活中的一些电源，初步明确电源是将其他形式的能转化成电能的装置，让学生自己用电压表测量不同类型的电源两极间的电压，为引入电动势的概念作铺垫。高中教学为了降低教学的难度，一般不给电动势下定义，只是提出电动势的两个重要特征： （1）是内在的特征，即电动势是由电源本身的性质所决定的，它表征了电源将其它形式的能转化为电能的本领。（2）是外显的特征，即电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压，其值可用电压表粗略测量；在电源接入电路后，电动势等于内、外电压之和。学生只要记住了电动势的这两个特征，也就达到了课程标准中“知道电源的电动势” 的要求。为了帮助学生理解电动势的概念，可以考虑做好两项对比：（1）、将电路中的电荷循环与水循环对比 水是由于上、下游的水位差而形成水流的，抽水机的作用是维持上、下游的水位差；电荷则是由于导体两端的电势差而形成电流的，电源的作用就是维持导体两端的电势差。这里，抽水机对水做功，把水从低处抽到高处，以维持水压；电源则是对电荷做功，把正电荷从负极搬到正极（或把负电荷从正极搬到负极），以维持电压。片段一：持续供电的装置（4分43秒）沈老师手摇感应起电机学生观察到火花放电，引导学生若持续放电怎么办？能量是如何转化的？不断地摇才能 持续放电，由机械能转化为电能。 片段二：原电池及其工作原理（10分23秒）沈老师运用实际的器材现场演示，突出：电子从负极出发经外电路后到达正极，在电池内部，由于化学反应提供的非静电力，把电子重新由正极移到负极。体现是由于非静电力做功，实现化学能转化为电能。片段三：用DIS设备测量水果电池的电动势。（3分54秒）发现苹果电池、梨电池电极两端都有示数。再次体现了由于非静电力做功，实现化学能转化为电能。新课程的教学，特别倡导学生积极参与教学过程，通过亲身的体验和感受来进行学习。当然，参与的方式可以多种多样，例如亲眼观看、亲手操作、积极思考等都可以有效地帮助学生体验和感受学习的内容。水果大家都熟悉，但水果还能当电池虽然有的学生可能听说过，相信大多数学生都没有亲眼见过。如果教师只是口头上说说，没有进行实际测量，学生也就不会有更多的感受。这个实验可以生动地表明水果的确有将其他形式的能转化为电能的本领，既增加了课堂的趣味性，又深化了学生对电源电动势的认识。因此，教学中应当尽可能多进行现场操作，尽可能多的引导学生动手动脑主动学习。（2）、将电动势与电压进行对比 如果学生的基础较好、能力较强，可以安排这项的对比讨论：一节干电池的电动势E1.5V是什么意思？跟U1.5V有什么区别？可以引导学生运用W=qU从能量转化角度展开讨论。通过讨论明白：1.5V的电压表明通过1C的电量时，有1.5J的电能转化为其它形式的能；而1.5V的电动势表明通过1C的电量时，有1.5J其它形式的能转化为电能。由此得出，电压是反映电能转化为其它形式的能的本领；电动势是反映其它形式的能转化为电能的本领。通过这部分内容的教学，要让学生明白，不同材料制成的电池，其电动势不同。而同种材料制成的电池，尽管型号不同，但电动势却相同。比如：一节1号7号干电池，其电动势都是1.5V，只是1号电池储电容量大，而7号电池储电容量小。用DIS设备测量水果电池的电动势。（1分52秒）发现苹果电池、梨电池电极两端的示数不同，同一水果电池的电动势相同。虽然实验存在误差，但通过该实验，学生对“同一水果电池的电动势相同，不同水果电池的电动势不同”的认识更加到位。在课程标准中，闭合电路的欧姆定律是电路部分唯一的一条在“理解”层次上的要求。下面谈谈如何实现“理解”层次的课标要求。2、闭合电路欧姆定律应突出建立过程闭合电路欧姆定律是反映电路基本概念之间关系最基本的定律，是核心知识，是分析直流电路的依据。为让学生深刻理解闭合电路欧姆定律，教学中应在定律的建立过程花足够的时间。常见的教学设计有：（1）、分析实验数据得出闭合电路欧姆定律 （沪科版教材）要做好闭合电路欧姆定律的探究实验，关键是选用内阻较大的电池，并且应能够测量内电压。一般是实验实验室配备的“可调内阻的铅酸蓄电池”。通过多次的测量，并对数据进行分析，得出U外U内常数，且该常数等于电池未接入电路时电压表所测得两极间电压，即EU外U内。再由部分电路欧姆定律有 U外IR和U内Ir。因此推导得到 EIRIr 或 这种教学法的优点是：增强了学生的实践意识，有助于提高学生的实验探究能力。但其缺点是：仅仅从实验得到“内、外电压之和等于一个常数”的结论，还不能让学生真正了解电动势的本质，也只是数值上恰好相等而已。教师不能以为学生只要从实验中得出“内、外电压之和等于一个常数”就大功告成了，这个常数提供了一个重要的线索，引发我们去思考这个常数仅仅是数值上恰好相等呢，还是隐含着一个更本质的规律呢？所以作为教师，还要注意引导学生从多角度对电动势的本质进行思考和探讨。（2）、从能量守恒观点推导闭合电路欧姆定律（沪科版教材、人教版、）以干电池对纯电阻供电为例，推导的核心过程是分析闭合电路中三处的能量转化：（1）电池内：化学反应提供非静电力做功W EqE I t （2）外电路：电流通过外电阻发热E外I2R t （3）内电路：电流通过内电阻发热 E内I2 r t 根据能量守恒有：W E外+ E内 即 E I tI2R t + I2 r t结果得出 EI（R + r）这种教学法的优点是：推理过程环环相扣、线索清晰，有助于学生从本质上认识电动势的物理意义和闭合电路欧姆定律。其缺点是：抽象而不够直观，而且推证仅以纯电阻电路为特例，导出一般结论也有欠严谨。所以在采用这种教法的时候，教师既要注重引导学生从功和能的关系上来认识电动势的本质以及闭合电路欧姆定律所揭示的规律，同时也应当指出这样的推证虽有其局限性，但经过许多物理学家的大量研究，已经证实了定律本身的可靠性。（3）在教学中，要通过作图分析让学生分清哪是内电路、哪是外电路。可以画出如下图所示的等效内、外电路图，以及内、外电路的电势升、降示意图。 （山科版） 实际上，电池负极板与液体之间有一个电势差，液体与正极板之间也有一个电势差，内电阻就是电池的液体的电阻。如果把电池内部细分研究，电池的内电阻应该是处在正、负极板之间，画出的电势变化示意图，应是如图所示。在得出闭合电路欧姆定律之后，建议引导学生讨论一下电源的路端电压U跟负载电阻R的关系，并突出短路、断路和R=r三种极端的情况，定性画出UR关系图象，以深化对定律的理解。在闭合电路欧姆定律的教学之后，可以安排一个测量电动势和内电阻的学生实验。这个实验的电路连接一般不会成为难点，如果选用较旧的干电池进行实验，是比较容易成功的。当然，在确认了定律之后再做实验，其意义和作用与之前的探究性实验是很不相同的。之前的探究性实验重点在规律的探索和发现，之后的验证性实验重点在规律的证实和确认。但是不论探究实验还是验证实验，要得到规律都离不开实验数据的分析和处理，除了运用代数法外，还要求学生学会采用图象法。这些也都是实验中要求学生要认真掌握好的重要内容。附教学案案例（沪科版）第4章 探究闭合电路欧姆定律4.1探究闭合电路欧姆定律课标要求1、理解电动势的定义，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。知道电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和。2、通过路端电压与外电阻的关系分组随堂实验，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。3、通过外电阻改变引起电流、电压的变化，通过对闭合电路的分析计算，培养学生能量守恒思想，知道用能量的观点说明电动势的意义。课前复习几组概念：闭合电路：只有用导线将电源、用电器连成一个闭合电路外电路：电路、导线组成外电路内电路：电源内部是内电路在外电路中，正电荷在恒定电场的作用下由正极移向负极，（高电势指向低电势）内电路中：非静电力把正电荷由负极移到正极（低电势指向高电势）自主探究一、测量闭合电路的路端电压和内电压探究实验1：测量闭合电路的路端电压的实验步骤怎样操作？提示：1、闭合S，断开S1，用多用电表测量b、c两端的电压U12、闭合S、S1,用多用电表测量b、c两端的电压U23、断开S、S1用多用电表测量a、c两端的电压U3思考与讨论：为什么b、c两端的电压比a、c两端的电压小呢？U1大于U2? 提示：测量b、c两端的电压是路端电压，而a、c两端的电压为电源的电动势。电阻并联越多，电阻越小，电压越小探究实验2：测量电源内部电压思考与讨论：通过测量可调内阻的化学电池，并记录数据，能得出什么结论？提示：实验表明，电源内部确实有电势降落。根据实验数据可以得出：电源电动势大小等于路端电压和内电压之和。二、电源的作用电动势类比玩具中电路中对象小球对象正电荷轨道在重力的作用下导线在电场力的作用下从高处到达低处从_高_电势处到达低电势处重力势能转化为其他形式的能_电能转化为其他形式的能传动装置提供一个力作用于小球电源提供一个非静电力作用于正电荷从低处到达高处从低电势处到达高电势处其他形式的能转化为重力势能其他形式的能转化为电能1、电源（1）作用：通过非静电力将其他形式的能转化为电势能。(2)正负极：正极电势高于负极电势，两极间存在电压，不同电源电压不同。2、电动势：（1）定义：数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所作的功。（ 2）电动势的定义式为：E，电动势的单位为：伏特。（3）电动势是标量，但有正负之分，规定电动势方向为电源内部电流的方向，是人为规定的。（4）内电阻：电源内部也是由导体构成，所以有电阻，叫电源的内阻。符号：r（5）物理意义：描述电源将其他形式的能转化为电能的本领,与外电路、电源的体积无关。思考与讨论：电动势和电压的区别和联系？提示：区别：描述电源将其他形式的能转化为电能的本领，而电压时电场中的两点间的电势差。联系：当电源断路时，两极间电压在数值上等于电源电动势，但在闭合电路中，电源两极间电压随外路电阻的增大而增大，随外电路电阻的减小而减小，当电源短路时，外路电阻为零，此时路端电压为零。三、闭合电路欧姆定律思考与讨论1：怎样得出闭合电路欧姆定律的结论？与课本推导结论一样吗？提示：设电源的电动势为E，外电路电阻为R，内电路电阻为r，闭合电路电流为I，在时间t内，1）外电路中电能转化成的内能为E外=I2Rt2）内电路中电能转化成的内能为E内=I2rt3)非静电力做功： W=Eq=EIt由能量守恒定律可知：W=E外+E内即 EIt=IRt+Irt所以有E=IR+Ir变形得I=E/（R+r）或者U=E-Ir一样1、（1）闭合电路欧姆定律内容：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，（2）IR=U外是外电路上总的电势降落，习惯叫做路端电压（3）Ir=U内则是内电路的电势降落 即E=U外+U内则电动势等于内外电路电势降落之和2、路端电路与负载的关系（1）当外电阻增大时，根据I=E/（R+r）可知，电流I减小 ，内电压Ir减小，根据U=EIr可知路端电压U增大（2）当外电阻减小时，根据I=E/（R+r）可知，电流I增大 ，内电压Ir增大，根据U=EIr可知路端电压U减小（3）电路的二种特殊情况1）当外电路断开时，I变为零，Ir也变为零，则U=E，即断路时的路端电压等于电源电动势2）当电源两端短路时，外电阻R=0，则I=E/r 短路电流很大，绝对不允许将电源两端用导线直接连接在一起思考与讨论2：I=E/（R+r）的适用范围及U=E-Ir的适用范围？提示：I=E/（R+r）只适用于外电路为纯电阻的闭合电路，U=E-Ir既适用于外电路为纯电阻的闭合电路，也适用于外电路为非纯电阻的闭合电路。典型例题知识点1：动态电路分析：例1如图2所示，当滑动变阻器R3的滑片C向B方向移动时，电路中各电表示数如何变化？（电表内阻对电路的影响不计）A1A2A3V2VABV1R1R2R3C解：滑动变阻器R3的滑片C向B方向移动时，外电路电阻增大，由得总电流（I1）减小，电源内部降压减小，由U=E-得路端电压U4增加，由U1=I R1得电阻R1电压U1减小，由U2=U4-U1得AB间电压U2增加，再由得R2支路电流I2增加，最后由I3=I1-I2得滑动变阻器中电流I3减小。点拨提升：运用闭合电路欧姆定律分析电路动态问题十分方便，前提要紧扣要点，明确电压、电流、电阻的变化情况，得出正确结论。由局部到整体再到局部。知识点2： 闭合电路欧姆定律在计算题中的应用例2在图示的电路中，若R1=4，R3=6，电池内阻r=0.6，则电源总功率为40W，输出功率为37.6W，求电源电动势和电阻R2解：根据题目给出条件可知：电源内电路发热功率I2r=4037.6=2.4W 电路电流强度I=2A 同电源总功率：I=40， 得 =20V 即外电路总电阻： R= 根据闭合电路欧姆定律=IR+Ir即： 20=2（2.4+R2）+20.6，解得R2=7点拨提升：闭合电路中欧姆定律的应用，注意电源的内阻是否忽略，别漏电阻，正确判断出电路的串并联，根据公式，得出结果。检测归纳（建议用时10分钟）1如图为两个不同闭合电路中两个不同电源的IU图象，则下述说法正确的是（ACD ）A电动势E1=E2，发生短路时的电流强度I1I2 B电动势E1=E2，内阻r1r2 C电动势E1=E2，内阻r1r2 D当两个电源工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化较大解析：纵轴交与一点，说明二者电动势相同，内阻的大小看直线的倾斜程度即斜率的大小，根据闭合电路欧姆定律U=E-Ir可知,ACD正确2关于电源和直流电路的性质，下列说法正确的是（ D ） A电流总是由高电势流向低电势 B电源短路时，电路电流为无穷大，路端电压为零 C外电路断路时，路端电压为最大，外电阻为零 D外电路总电阻值增大时，路端电压也增大解析：根据闭合电路欧姆定律U=E-Ir判断即可。3如图，A、B两灯电阻相同，当滑动变阻器的滑动端P向下滑动时（ CD ）PBRAA、通过电源的电流减小B、电阻R中的电流减小C、电灯A将变暗一些D、电灯B将变暗一些解析：当滑片P向下滑动时，整个回路电阻减小，路端电压减小，所以A灯变暗，总电流增大，流经B 的电流减小，所以B灯变暗，流经R的电流增大，通过电源的电流也增大。AB04、如图所示，直线A和B分别为电源a、b的路端电压和电流的关系图像，设两个电源的内阻分别为ra和rb，若将一定值电阻R0分别接到a、b两电源上，通过R0的电流分别为Ia、Ib，则（ B ）A、ra=rb, Ia=Ib B、rarb, IaIbC、rarb, Ia=Ib D、rarb, IaIb解析：通过图像得出，A 的电动势大于B 的，内阻也是A 的大，接同样的电阻，则IaIb。5、.如图所示，电池组的电动势为，内电阻为r，R0为定值电阻，R为变阻器，已知R0r.为使R0上消耗的电功率最大，应将变阻器阻值调整到( D ).(A)R0(B)R0r(C)R0r(D)0解析：只有当外路电阻等于内电阻时，电源的输出功率才最大，现在R0r.，只有外电阻越小，回路电流就越而大，所以滑动变阻器调为0。学生自我总结： 。巩固反馈1关于电动势下列说法正确的是 （BD ）A电源电动势等于电源正负极之间的电势差B用电压表直接测量电源两极得到的电压数值，实际上总略小于电源电动势的准确值C电源电动势总等于内、外电路上的电压之和，所以它的数值与外电路的组成有关D电源电动势总等于电路中通过1C的正电荷时，电源提供的能量解析：由于电表不是理想电表，所以测量时，测量值总小于真实值，电源电动势总等于电路中通过1C的正电荷时，电源提供的能量。2在已接电源的闭合电路里，关于电源的电动势、内电压、外电压的关系应是 （D ）A如外电压增大，则内电压增大，电源电动势也会随之增大B如外电压减小，内电阻不变，内电压也就不变，电源电动势必然减小C如外电压不变，则内电压减小时，电源电动势也随内电压减小D如外电压增大，则内电压减小，电源的电动势始终为二者之和，保持恒量解析：根据闭合电路欧姆定律U=E-Ir，如外电压增大，则内电压减小，电源的电动势始终为二者之和，保持恒量。3一节干电池的电动势为1.5V，其物理意义可以表述为（ B ）A外电路断开时，路端电压是 15VB外电路闭合时，1s内它能向整个电路提供15J的化学能C外电路闭合时，1s内它能使15C的电量通过导线的某一截面D外电路闭合时，导线某一截面每通过1C的电量，整个电路就获得15J