《闭合电路的欧姆定律》教学设计（高二上学期物理）

《闭合电路的欧姆定律》教学设计（高二上学期物理）一、预习目标理解电源电动势、内阻的基本概念，明确电源的能量转化本质。掌握闭合电路欧姆定律的核心内容、物理意义及表达式。初步认识路端电压与电路电流的定量关系。二、预习内容电源：通过非静电力做功，将其他形式的能转化为电能的装置，其核心特性由电动势和内阻共同表征。闭合电路欧姆定律（1）内容：闭合电路中的电流大小与电源的电动势成正比，与内电路电阻和外电路电阻的总和成反比，这一规律称为闭合电路的欧姆定律。（2）公式：通用表达式E=U_{\text{外}}+U_{\text{内}}；纯电阻电路表达式I=ER+r（其中E为电动势，R为外电路总电阻，r为电源内阻，I为电路总电流路端电压与电流的表达式：U=E−Ir（U为路端电压，即外电路两端的电压）。三、学习目标深度理解电源电动势的物理意义（表征电源把其他形式的能转化为电能的本领）及内阻的本质（电源内部导体的电阻），明确电动势与路端电压的区别与联系。掌握闭合电路欧姆定律的推导逻辑，能运用该定律对简单实际电路进行定量计算与定性分析。了解闭合电路中各点电势的分布规律，能从能量守恒角度解释电路中的能量转化过程。通过实验探究路端电压与电流的关系，提升实验操作、数据处理及归纳总结的能力。四、学习过程导学一：实验现象观察与分析实验装置电源（标注电动势E、内阻r）、滑动变阻器R、小灯泡、电流表（串联）、电压表（并联在小灯泡两端）、开关及导线若干，按甲、乙两种电路配置：甲图：滑动变阻器接入电路的电阻值较小；乙图：滑动变阻器接入电路的电阻值较大。实验现象闭合开关后，甲图中小灯泡的亮度明显高于乙图中小灯泡的亮度；同时观察到甲图中电流表的示数大于乙图中电流表的示数，甲图中电压表的示数略大于乙图中电压表的示数。导学二：理论探究——闭合电路欧姆定律的推导已知：电源电动势为E，内阻为r，外电路负载电阻为R，电路中移送的电荷量为q，外电路两端电压为U_{\text{外}}，内电路两端电压为U_{\text{内}}。①内外电压与电动势的关系推导非静电力做功：电源内部非静电力移动电荷q所做的功W_{\text{非}}=Eq，该过程将其他形式的能转化为电能；静电力做功：电荷在电路中移动时，静电力在外电路做功W_{\text{外}}=qU_{\text{外}}，在内电路做功W_{\text{内}}=qU_{\text{内}}，该过程将电能转化为其他形式的能；能量守恒：根据能量转化与守恒定律，非静电力做的总功等于静电力在整个电路中做的功，即Eq=qU_{\text{外}}+qU_{\text{内}}；化简可得：E=U_{\text{外}}+U_{\text{内}}（闭合电路欧姆定律的能量本质表达式）。②纯电阻电路中闭合电路欧姆定律的推导由部分电路欧姆定律：外电路为纯电阻时，U_{\text{外}}=IR；内电路电阻为r，对应的内电压U_{\text{内}}=Ir；将U_{\text{外}}和U_{\text{内}}代入E=U_{\text{外}}+U_{\text{内}}，可得E=IR+Ir；整理后得到：I=ER+r（纯电阻电路的闭合电路欧姆定律定量表达式导学三：实验现象解释——小灯泡亮暗差异的本质小灯泡的亮暗由其实际功率P_{\text{实}}决定，而P_{\text{实}}=I^2R_{\text{灯}}（忽略温度对小灯泡电阻的影响，R_{\text{灯}}视为定值）。结合闭合电路欧姆定律I=ER+r分甲图中滑动变阻器接入电阻R较小，电路总电阻R_{\text{总}}=R+r较小，电路总电流I较大，因此小灯泡的实际功率P_{\text{实}}较大，亮度较亮；乙图中滑动变阻器接入电阻R较大，电路总电阻R_{\text{总}}=R+r较大，电路总电流I较小，因此小灯泡的实际功率P_{\text{实}}较小，亮度较暗。这一现象直观验证了外电路电阻对总电流的影响，与闭合电路欧姆定律的推导结论一致。导学四：实验探究——路端电压与电流的关系实验目的探究闭合电路中路端电压U与电路电流I的定量关系，验证U=E−Ir的合理性。实验器材电源、滑动变阻器、电流表、电压表、开关、导线若干。实验步骤按电路图连接电路，确保电流表串联在电路中、电压表并联在外电路两端，注意正负接线柱的正确连接；闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，改变接入电路的电阻值，记录3组不同状态下的电压值（单位：V）和电流值（单位：mA）；断开开关，整理实验器材，处理实验数据。数据记录表格实验序号电压（V）电流（mA）第1组第2组第3组实验结论路端电压U与电路电流I满足线性函数关系U=E−Ir：其图像为一条倾斜向下的直线，纵轴截距等于电源的电动势E，横轴截距等于电源的短路电流I_{\text{短}}=\frac{E}{r}；直线斜率的绝对值等于电源的内阻r，即r=ΔU当电路电流I增大时，路端电压U减小，本质是内电压U_{\text{内}}=Ir增大，导致外电路分得的电压减少。五、课堂达标关于电源的电动势，下列说法正确的是（）A.电源的电动势等于接在电源两极间的电压表测得的电压B.同一电源接入不同电路，其电动势会随外电路电阻的变化而变化C.电源的电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量D.在闭合电路中，当外电阻变大时，路端电压变大，电源的电动势也随之变大一个电源接入8Ω的电阻时，通过电源的电流为0.15A；接入13Ω的电阻时，通过电源的电流为0.10A。求该电源的电动势