《闭合电路的欧姆定律（2）》教学设计

《高中物理情境-探究-应用教学模式实践研究》教学设计-5-《闭合电路的欧姆定律（2）》教学设计章节粤教版—物理—必修三第四章第二节课题闭合电路的欧姆定律（2）课时1授课人内容分析本节教学内容主要有两个方面，一是路端电压与负载的关系，二是是闭合电路欧姆定律解决实际问题，是闭合电路欧姆定律的应用课。路端电压与负载的关系除了用公式法描述物理量变化外，还可以引入U-I图像描述闭合电路各物理量变化，是典型的实际情境、公式表述与图像表述的综合运用，对培养学生模型建构能力和科学推理能力重要教学素材。闭合电路欧姆定律解决生活生产实践问题，重在培养学生建构物理模型培养运用物理知识解决实际问题的能力。学情分析学生已经理解电源电动势和内电阻的概念，通过实验探究得到电动势等于闭合电路内外电压之和关系，物理知识已经准备充分。运用物理知识解决实际问题，关键在于构建恰当的物理模型，通过课堂教学引导学生提取有效信息，将实际问题转化为物理问题。图像描述闭合电路各物理量较为抽象，对学生理解能力要求较高，将实际电路与图像对应起来，便于学生理解。教学目标（1）通过实际应用，加深对闭合电路欧姆定律的理解，培养模型建构能力和科学推理能力；（2）理解路端电压与负载关系，培养科学思维、科学探究能力，形成物理观念；（3）能解释和计算有关闭合电路的问题，提高科学思维能力，养成科学态度。教学重点（1）闭合电路的U-I图像；（2）闭合电路欧姆定律解决实际问题。教学模式策略方法情境-探究-应用教学法教学资源实验电路、实验视频资源教学环节教师活动学生活动核心素养关键能力一、情境与问题情境情境:逐渐闭合开关增加负载，发现灯泡亮度逐渐变暗。回顾闭合电路欧姆定律的内容，拆箱路端电压与负载的关系。科学探究分析能力、实验探究能力理解能力、建模能力、分析综合能力、实验探究能力、创新能力问题问题：由于内电阻分得一定内电压，负载上电压不等于电动势，路端电压才是用电器实际工作的电压，路端电压与接入电路负载之间存在怎样的关系？思考科学思维、科学探究提出问题能力二、引导与探究路端电压与电动势关系模型建构：生活中用电器之间是串联还是并联在电源上的呢？问题：如何探究路端电压与负载（用电器数量）的关系？现象：接入电路的灯泡越多，灯泡逐渐变暗。I=——EI=——ER+r根据：闭合电路欧姆定律电路电流增大，U内=Ir增大所以，U外=E-Ir减少，灯泡变暗小结：探究路端电压与负载关系的思路：外电阻变化干路电流变化内电压变化路端电压变化。科学推理：为了每个用电器能独立使用不受其他用电器影响，一般情况，每个用电器并联连接在电源上。证据意识：逐渐不合开关，增加接入电路的用电器，观察灯泡亮暗变化情况。交流讨论、分析现象，作出解释。科学思维模型建构、科学推理科学探究问题意识、证据意识、解释交流。理解能力、建构模型能力分析综合能力、实验探究能力二、引导与探究电源的U-I图像用图像表示路端电压与电流关系根据E=U+Ir,参照数学一次函数，可变形得：U=-rI+E,对于一个电源来说E和r是确定的，路端电压与电流成一次减函数的关系。建立横轴表示电流I，纵轴表示路端电压U，图像是一条向下倾斜的直线。探究1：图像与纵轴的截距表示什么？分析：图像与纵轴有截距，说明横轴电流I为零，此时外电路断开，外电压等于电源电动势U=E。探究2：图像与横轴的截距表示什么？分析：图像与横轴有截距，说明纵轴电压U为零，此时外电路短路，横轴截距为短路电流I=I短。注意：一般电源内阻较少，短路电流很大，损坏电源、容易引发火灾，非常危险！探究：图像斜率表示什么？k=—=-rEk=—=-rEI短探究：图像怎样表示内、外电压？分析：图像中坐标表示外电压，可以直接读取纵坐标得到外电压U过E作平行于横轴图像，E=U+U内U内是两图线之间纵轴距离。回忆一次函数的表达式和图像，迁移应用。根据闭合电路欧姆定律，结合实际电路进行分析思考，回答问题。回答1：表示电源电动势E。回答2：表示短路电流I短。回答3：表示电源内阻r。回答4：外电压有图像纵坐标U读出。内电压，U内=E-U。科学思维建构模型、科学推理、科学论证建模能力、理解能力、分析综合能力二、引导与探究闭合电路欧姆定律的应用典例3：人造地球卫星大多用太阳能电池供电。太阳能电池是由许多片太阳能电池板组成的。现把太阳能电池置于如图所示的电路中，当断开开关时，电压表的示数U1=800mV。已知电阻的阻值为20Ω，当闭合开关时，电压表的示数为U2=400mV。求该太阳能电池的内阻r。分析：太阳能电池接入和没有接入外电阻路端电压不同，说明电源有内阻r。该电阻可以看作与外电阻串联的电阻器。VRSVRSErI=——=——mA=20mAU2R40020解：I=——=——mA=20mAU2R40020I=——EI=——ER+r根据闭合电路欧姆定律：可得r=20Ω。太阳能电池组的内阻为r=20Ω。尝试分析情境，建构模型，运用闭合电路欧姆定律解决问题。科学思维建构模型、科学推理理解能力、建构模型能力、分析综合能力三、应用与拓展应用1典例1：在农村，用电高峰时灯光发暗，而到了深夜时，灯光特别明亮，试解释其中原因。分析：用电高峰时→用户增多→外电路并联总电阻减少生活用电电源与用电器之间距离较远，导线电阻不可忽略构建模型：I=————ER并I=————ER并+R+r根据闭合电路欧姆定律：增大电源内阻和干路电阻R上分得电压Ur=Ir、UR=IR增加U并=E-Ur-UR较少，灯泡变暗尝试分析，尝试构建物理模型、尝试解释现象。科学思维模型构建科学推理，科学探究证据意识、交流讨论建模能力、分析综合能力、实验探究能力、表达能力应用2U/VI/A260.80例U/VI/A260.80A.电源电动势为2VB.电源内阻为1/3ΩC.电源短路时电流为6AD.电路路端电压为1V时，电路中电流为5A分析：当电流为零时，外电路断开，路端电压等于电动势，即图像与纵轴截距为电动势，E=2V，A选项正确。I短=—=10AErI短=—=10AEr电源短路时R=0，电流，故C选项错误。当路端电压U=1V时，由E=U+Ir可得，，故D选项正确。尝试分析，解答。学生间讨论交流科学思维科学推理、科学论证，科学探究证据意识、交流讨论理解能力、分析综合能力应用3例4：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，求电源的电动势和内电阻。分析：（1）认识电路结构：电流表测干路电流，电压表测路端电压，当开关闭合时R1与R2并联充当外电阻，当开关断开时R1充当外电阻。I=———ER外+r（2）判断电表示数如何变化：开关闭合时R1与RI=———ER外+r，干路电流变小，路端电压变大，即电压表从U1=1.6V增加至U2=1.7V，电流表从I1=0.4A减少至I2=0.3A。尝试分析，解答。学生间讨论交流。解：当S闭合时，U1=1.6V、I1=0.4A根据闭合电路欧姆定律：E=U1+I1r①当S断开时，U1=1.7V、I1=0.3A根据闭合电路欧姆定律：E=U2+I2r②解①②式得：E=2Vr=1Ω科学思维科学推理、科学论证，科学探究证据意识、交流讨论理解能力、分析综合能力课堂小结I=——ER+r灵活运用闭合电路欧姆定律三个表达式解决问题，E=U外+U内，E=IR+Ir,。学习从局部到整体到局部的解决路端电压与负载关系的问题：外电阻变化干路电流变化内电压变化端电压变化。学习了U-I图像，纵轴截距表示电动势E、横轴截距表示短路电流I短、斜率绝对值表示电源内阻r。运用闭合电路欧姆定律解决问题，关键提取有效信息建构合理的物理模型。I=——ER+r设计说明1.基于课标设计教学：《普通高中物理课程标准（2020年版）》关于闭合电路的要求是“理解闭合电路欧姆定律”。本节教学内容是闭合电路欧姆定律的第二课时，是闭合电路欧姆定律的应用课，通过运用闭合电路欧姆定律解决实际问题加深对欧姆定律三个表达式的理解。应用U-I图像从不同的角度描述电源各物理量变化关系，落实课标“体会图像法在研究物理问题中的作用”要求。精选典型例题，通过建构模型、分析推理、科学论证等环节培养科学思维、科学探究素养。2.基于《中国高考评价体系》设计教学。本节教学内容选材贴近生活、贴近生产应用的典型情境，通过运用闭合电路欧姆定律解决问题，体会物理知识在生产实践中的应用，彰显学科价值。解决问题过程中重视构建模型、科学推理、科学论证、科学探究等素养的培育。重视发展理解能力、分析综合能力、实验探究能力等关键能力，通过应用落实闭合电路欧姆定律和路端电压与负载关系等必备知识。典型情境注重落实四翼考查要求：基础性、综合性、应用性和创新性。闭合电路欧姆定律在生产生活时间中的应用表现尤为突出。3.《多用电表的原理及使用》教学内容使用情境探究应用教学法，能有效培养学生物理学科核心素养。通过实验探究培养科学思维和科学探究能力，尤其是模型建构能力、科学推理能力和实验探究能力；引导学生探究路端电压与负载关系，通