教学设计 完整版：探究闭合电路欧姆定律

探究闭合电路欧姆定律教学设计【学习目标定位】1.掌握电动势的概念及表达式．了解电源内部能量的转化过程和生活中的电池.2.理解闭合电路欧姆定律的内容，掌握其表达式.3.会用闭合电路欧姆定律进行简单的计算．【知识储备】一、闭合电路的路端电压和内电压1．部分电路和闭合电路：通常，把不涉及电源的电路叫做部分电路，把含有电源的电路叫做闭合电路，也叫做全电路.2．外电路和内电路：用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路.3．路端电压和内电压：外电路两端(即电源两极间)的电压称为路端电压，电源内部的电压称为内电压.二、电源的作用——电动势1．在外电路中，正电荷在电场力的作用下，由电源的正极向电源的负极做定向移动，从而形成了电流．要使电路中有持续恒定的电流，就必须保持电源的正、负极间有持续电压．电源的作用就是保持电源两极之间的电压.2．电源是把其他形式的能转化为电能的装置．化学电池把化学能转化成电能，发电机把机械能转化为电能.3．电动势E就是电源内部非静电力移送单位电荷所做的功．表达式：E＝eq\f(W非,q)，在国际单位制中，E的单位是伏[特]．电动势由电源自身特性决定，跟电源的体积和外电路无关.三、闭合电路欧姆定律1．公式：I＝eq\f(E,R＋r).2．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.【学习探究】一、闭合电路的路端电压和内电压实验探究1用多用电表测量路端电压按如图1所示的电路选择器材，连接电路．图1按课本要求测量电压Ubc、Ubc′、Uac.分析测得的数据，比较三个电压测量值之间的关系为________．答案Ubc′＜Ubc＜Uac图2实验探究2测电源内部的电压按如图2所示电路连接线路，分别测量电源的内电压和外电压，多次测量，把测量结果记录在事先准备好的表格中，分析内、外电压的大小，说明它们满足怎样的规律？答案在误差允许的范围内，内、外电压之和为一定值.[要点提炼]1．在外电路中，电流方向由电源正极流向负极；在内电路中电流方向由负极流向正极.2．在闭合电路中，内电压与外电压之和保持不变.二、路端电压与负载的关系[问题设计]图31．在如图3所示的电路中，电源的电动势E＝10V，内电阻r＝1Ω，试求当外电阻分别是3Ω、4Ω、7Ω时所对应的路端电压．通过数据计算，你发现了怎样的规律？答案外电压分别为V、8V、V．随着外电阻的增大，路端电压逐渐增大．2.如图4所示，以电路中的电流为横轴，路端电压为纵轴，建立路端电压U与电流I的U－I图像，请思考，图线与纵轴的交点表示的物理意义是什么？纵坐标从零开始时，图线与横轴的交点表示的物理意义是什么？直线的斜率的绝对值表示的物理意义又是什么？图4答案图线与纵轴的交点表示电源的电动势；图线与横轴的交点表示短路电流；图线斜率的绝对值表示电源的内阻，即r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|.[要点提炼]1．路端电压随着外电阻的增大而增大，随着外电阻的减小而减小，但不呈线性变化.外电路断开时，路端电压等于电源电动势；外电路短路时，电路中的电流I＝eq\f(E,r)(表达式).2.路端电压与电流的关系式为U＝E－Ir，其图像如图5所示.图5(1)在图像中U轴截距表示电源电动势，I轴截距等于短路电流.(2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻，即内阻r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|.【典型例题】一、对电动势的理解例1关于电动势E的说法中正确的是()A．电动势E的大小，与非静电力所做的功W的大小成正比，与移送电荷量q的大小成反比B．电动势E是由电源本身决定的，跟电源的体积和外电路均无关C．电动势E是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量D．电动势E的单位与电势差的单位相同，故两者在本质上相同解析本题考查了电动势的基本概念，关键要正确地理解电动势．电动势是一个用比值定义的物理量，这个物理量是与这两个相比的项没有关系，它是由电源本身决定的，是表征其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量．电动势和电压尽管单位相同，但本质上是不相同的，故选B、C.答案BC二、闭合电路欧姆定律的应用例2如图6所示，电源电动势为6V，内阻为1Ω，R1＝5Ω，R2＝10Ω，滑动变阻器R3阻值变化范围为0～10Ω，求电路中总电流的变化范围．图6解析当R3阻值为零时，R2被短路，外电阻最小，电路中的电流最大．R外＝R1＝5Ω，I＝eq\f(E,R外＋r)＝eq\f(6,5＋1)A＝1A.当R3阻值为10Ω时，外电阻最大，电路中的电流最小．R并＝eq\f(R3R2,R3＋R2)＝5Ω，R外′＝R1＋R并＝10Ω，I′＝eq\f(E,R外′＋r)＝eq\f(6,10＋1)A≈0.55A.答案0.55A～1A三、闭合电路的动态分析例3如图7所示，R4是半导体材料制成的热敏电阻，电阻率随温度的升高而减小，这就是一个火警报警器的电路，电流表是安放在值班室的显示器，电源两极之间接一个报警器，当R4所在处出现火情时，显示器的电流I和报警器两端的电压U的变化情况是()图7A．I变大，U变小B．I变大，U变大C．I变小，U变大D．I变小，U变小答案A【课堂小结】【自我检测】1．(对电动势概念的理解)关于电压和电动势，下列说法正确的是()A．电动势就是电源两极间的电压B．电压和电动势单位都是伏特，所以电压和电动势是同一物理量的不同叫法C．电压U＝W/q和电动势E＝W/q中的W是一样的，都是静电力所做的功D．电压和电动势有本质的区别，反映的能量转化方向不同答案D解析电动势只是在数值上等于电源两极间的电压，但是不能说电动势是电压，A错；尽管电压和电动势单位都是伏特，但它们不是同一物理量，有本质的区别，电压反映静电力做功，电能转化为其他形式的能，而电动势反映非静电力做功，其他形式的能转化为电能，故B、C错，D对．2．(闭合电路欧姆定律的理解)若E表示电动势，U表示外电压，U′表示内电压，R表示外电路的总电阻，r表示内电阻，I表示电流，则下列各式中正确的是()A．U′＝IRB．U′＝E－UC．U＝E＋IrD．U＝eq\f(R,R＋r)E答案BD3．(闭合电路欧姆定律的应用)电动势为3V的电池，在电路中输出3A的电流，由此可知()A．内、外电阻相差1ΩB．内、外电阻之和为1ΩC．外电阻为1ΩD．内电阻为1Ω答案B解析由闭合电路欧姆定律I＝eq\f(E,