高中物理人教版 (2019)必修 第三册2 闭合电路的欧姆定律教案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册2 闭合电路的欧姆定律教案，共12页。教案主要包含了教学目标，核心素养，闭合电路欧姆定律及其能量分析，路端电压与负载的关系等内容，欢迎下载使用。

课题
闭合电路的欧姆定律
单元
12
学科
物理
年级
高二
教材
分析
本节课所采用的教材是人教版高中物理必修3第12章第2节的内容, 闭合电路欧姆定律在体现功能关系问题上是一个很好的素材,它能够充分体现功和能的概念在物理学中的重要性。本节首先从做功的角度认识了电动势的概念，然后再通过功能关系的分析来建立闭合电路的欧姆定律，如果学生能够娴熟地从功和能的角度分析物理过程，对于解决物理问题是很有好处的。
因此，帮助学生理解电路中的能量转化关系是基础和关键。应用闭合电路欧姆定律讨论路端电压与负载关系则是本节的难点，要注意提高学生运用闭合电路欧姆定律分析问题的能力。
教学目标与核心素养
一、教学目标
1.通过探究推导出闭合电路欧姆定律及其公式。
2.理解路端电压与负载的关系，知道这种关系的公式表达，并能用来分析有关问题。
3.掌握电源断路和短路两种特殊情况下的特点。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。
二、核心素养
物理观念：学生通过探究电子通过电源内阻和外阻消耗的能量等于电源消耗的能量,让学生具有能量的观念
科学思维：通过实验,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。
科学探究：通过利用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题，培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
科学态度与责任：通过本节课教学，加强对学生科学素质的培养，通过探究物理规律培 养学生的创新精神和实践能力。
重点
应用闭合电路欧姆定律进行相关的电路分析和计算
难点
讨论路端电压与负载关系
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
我们知道，要想电路中产生电流必须用导线将电源、用电器连成闭合电路，那么电路中的电流大小与哪些因素有关？
为什么多接几个小灯泡之后，会比之前要暗呢？
今天我们就学习这方面的知识
学生观察图片并思考为什么多接几个小灯泡之后，会比之前要暗呢？

引起学生学习的兴趣
讲授新课
一、认识闭合电路
闭合电路
1.闭合电路：由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路。
2.外电路：用电器和导线组成的电路是外电路。
3.内电路：电源内部是内电路。
二、电动势
思考：你能说出闭合电路中外电路和内电路中电流的方向吗?
在外电路中，电流方向由正极流向负极；在内电路中，电流方向为负极流向正极。
在金属导体中，能够自由移动的电荷是自由电子。但电流的方向为正电荷移动的方向，下面按正电荷的移动进行讨论。
思考与讨论1:在外电路中，正电荷由电源正极流向负极。如果电路中只存在静电力的作用，会发生什么情况？
参考答案：电源正极的正电荷与负极的负电荷很快就会中和，电路中不能维持稳定的电流。
思考与讨论2:为什么电源能让外电路中能维持稳定的电流？
这是因为电源能把负极的正电荷经过电源内部不断地搬运至正极。所以能让外电路中能维持稳定的电流。
思考与讨论3:电源的这种能力是怎么来的呢？
在电源内部，存在着由正极指向负极的电场。在这个电场中，静电力阻碍正电荷向正极移动。
因此，在电源内部要使正电荷向正极移动，就一定要有一种与静电力方向相反的力作用于电荷，我们把这种力叫作非静电力。即电源把正电荷从负极搬运到正极的过程中，非静电力做功，电荷的电势能增加。
1.从能量转化的角度看，电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。
在化学电池中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能；
在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能
思考与讨论：想一想，不同电源把其他形式的能转化为电势能的本领相同吗？
参考答案：不同电源把其他形式的能转化为电势能的本领一般不同，电动势就是反映电源把其他形式的能转化为电势能本领强弱的物理量。
2.电动势
（1）在物理学中，我们用非静电力所做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的这种特性，叫作电动势。
（2）电动势公式
E表示电动势；W是非静电力做功；q表示电荷量。
（3）电动势在数值上等于非静电力把 1 C 的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。
（4）单位：功 W 的单位是焦耳（J），电荷量 q 的单位是库仑（C），电动势 E 的单位与电势、电压的单位相同，是伏特（V）。
（5）电动势由电源中非静电力的特性决定，跟外电路无关。对于常用的干电池来说，电动势跟电池的体积无关。
三、闭合电路欧姆定律及其能量分析
1.部分电路欧姆定律
导体中的电流 I 跟导体两端的电压 U 成正比，跟导体的电阻 R 成反比。
2.闭合电路中的电势变化情况
（1）在外电路中，正电荷在静电力的作用下从电势高的位置向电势低的位置移动，在外电路中，沿电流方向电势降低。
（2）在内电路中，电源内部也存在电阻，内电路中的电阻叫内电阻，简称内阻。
电源与内阻
如图将电源看作一个没有电阻的理想
电源与电阻的串联，则内阻沿电流方向电势降低。
思考与讨论：对于闭合电路来说，内、外电路都会出现电势降低，电势能减少。那么，电流 I 跟电源的电动势 E 及内阻 r、外电路的电阻 R 之间会有怎样的关系呢？
电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程，所以可以用电流做功的多少来研究电流 I 跟电源的电动势 E 及内阻 r、外电路的电阻 R 之间的关系。
设电源电动势为E，内阻为r，外电路的用电器都是纯电阻为R，闭合电路的电流为I。
（1）电流流经电源时，在时间t内非静电力做多少功？
非静电力做功将其他形式的能转化为电能，转化的数值与非静电力做的功 W 相等。时间 t 内电源输出的电能为：W＝Eq ＝EIt
（2）在时间t内外电路中有多少电能转化为内能？
在时间 t内，外电路转化的内能为：Q外 ＝ I2Rt
（3）当电流通过内电路时，也有一部分电能转化为内能，是多少？
在时间 t 内，内电路转化的内能为：Q内＝ I2rt
根据能量守恒定律，非静电力做的功应该等于内、外电路中电能转化为其他形式能的总和，即：W＝Q外 ＋Q内
将 W、Q 外 和 Q 内 的表达式代入上述关系式有:
EIt ＝ I2Rt ＋ I2rt
E ＝ IR ＋ Ir
3.闭合电路欧姆定律
（1）闭合电路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。这个结论叫作闭合电路的欧姆定律。
（2）闭合电路的欧姆定律也可以写为：
E ＝U 外 ＋ U 内 即：电源的电动势等于内、外电路电势降落之和。
U 外 表示 IR，它是外电路总的电势降落；
用U 内 表示 Ir，它是内电路的电势降落。
四、路端电压与负载的关系
1.负载和路端电压
我们常常把外电路中的用电器叫作负载，把外电路的电势降落叫作路端电压。
2.路端电压的表达式
根据闭合电路的欧姆定律 E＝U外 ＋U 内 ，则 U外 = E- U内
U外记为路端电压 U，考虑到 U内 ＝ Ir，则：U ＝ E － Ir
（1）如图当外电阻 R 减小时，由式可知，电流 I 增大，因而内电路的电势降落 Ir 增大由；U＝E-Ir 式可知，这时路端电压 U减小
即：外电阻R减小，电流增大，路端电压减小
外电阻R增大，电流减小，路端电压增大
思考讨论1：现在你能解释节前“问题”栏目中多接几个小灯泡之后会比之前要暗的原因吗？
多并联几个小灯泡之后，外电路的电阻R减小，电流I增大，路端电压U减小，所以多接几个小灯泡之后比之前要暗。
思考与讨论2： U＝E-Ir 式表示的是 U 和 I 这两个变量之间的函数关系。把它改写为：U＝－rI＋E然后和一次函数的标准形式：y ＝ kx ＋ b对比就能知道它的 U-I 图像是一条直线。
根据 U-I 图像，当外电路断开时，路端电压是多少？
当电源两端短路时，电流会是无穷大吗？
当外电路断开时I=0，由图可知此时路端电压U=E。当电源两端短路时，电流不会无穷大，由图可知电源两端短路时U=0，此时I=I0 即为短路电流。
3.图象的物理意义
①在纵轴上的截距表示电源的电动势E。
②在横轴上的截距表示电源的短路电流。
③图象斜率的绝对值表示电源的内阻。
4.断路和电源短路
（1）当外电路断开时，电流 I 为 0，Ir 也为 0，由U＝ E－Ir式可知，U ＝ E。这就是说，断路时的路端电压等于电源的电动势。我们常根据这个道理测量电源的电动势。
（2）当电源两端短路时，外电阻 R ＝ 0。由 式可知，此时电流
电源的内阻 r 一般都很小，铅蓄电池的内阻只有0.005 〜 0.1 Ω，干电池的内阻通常也不到 1 Ω。
所以绝对不允许将电源两端用导线直接连接在一起！这样电流过大，会导致温度过高，烧坏电源，甚至引起火灾。
拓展学习 欧姆表的原理
欧姆表是在电流表的基础上改装而成的。为了使测量电阻时电流表指针能够偏转，表内应有电源。
欧姆表电路
当红、黑表笔直接接触时（相当于被测电阻为 0），电流表指针指在最大值 I g 处，由闭合电路的欧姆定律可得
若已知 E 和 Ig 的值，就可以求得 RΩ 。
当红、黑表笔之间接有待测电阻 Rx 时，电流表指针指在 Ix 处，由闭合电路的欧姆定律可得
得:
由上式可知，电阻与电流存在一一对应的关系。因此，只要将原来的电流刻度转换成对应的电阻刻度，指针就能够指示出被测电阻值，R x 与Ix 之间不是线性关系，所以刻度盘上电阻值的刻度不均匀。
课堂练习
1.在如图所示的电路中，电源的内阻r=1.0Ω，电阻R=9.0Ω，不计电流表的内阻。闭合开关S后，电流表的示数I=0.20A．电源的电动势E为（ ）
A．2.0V
B．3.0V
C．4.0V
D．5.0V
答案:A
2.关于电动势，下面的说法正确的是（ ）
A．电源的电动势等于电源没有接入电路时，两极间的电压，所以当电源接入电路时，电动势将发生改变
B．闭合电路时，并联在电源两端的电压表的示数就是电源的电动势
C．电源的电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领的大小的物理量
D．在闭合电路中，电源的输出功率随外电路电阻的增大而增大
答案: C
3.下列关于电源的说法，正确的是（ ）
A．电源向外提供的电能越多，表示电动势越大
B．电动势表示电源将任意电量正电荷从负极移送到正极时，非静电力所做的功
C．电源的电动势与外电路有关
D．在电源内从负极到正极电势升高
答案: D
4.单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周，在内外电路中释放的总能量决定于（ ）
A．通过电源的电流
B．电源的电动势
C．内外电阻之和
D．路端电压的大小
答案: B
拓展提高
1.如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图象，下列结论不正确的是（ ）
A．电源的电动势为6.0 V
B．电源的内阻为2Ω
C．电源的短路电流为0.5 A
D．当外电阻为2Ω时电源的输出功率最大
答案: C
2.一台直流电动机的电阻为R，额定电压为U，额定电流为I，当其正常工作时，下述正确的是（ ）
A．电动机所消耗的电功率I2R
B．t秒内所产生的电热为UIt
C．t秒内所产生的电热为I2Rt
D．t秒内输出的机械能为（U-IR）It
答案: CD
3. 如图所示，直线a为某电源的路端电压随干路电流的变化图线，直线b为某一电阻R两端的电压随电流的变化图线，把该电源和该电阻组成闭合电路，则电源的内功率和路端电压分别为（ ）
A．4W，2V
B．2W，1V
C．2W，2V
D．4W，3V
答案: C
观察 “闭合电路”图片，说出闭合电路、内电路和外电路
学生思考回答
学生阅读课文并回答问题
学生思考讨论
学生阅读课文并记忆
代表交流自己的问题答案，对某些部分详细讲解，并对异议部分再次讨论
总结归纳闭合电路欧姆定律并记忆
在教师的引导下推导路端电压的表达式
学生思考讨论并回答
学生思考讨论
学生阅读课文
断路和电源短路
学生阅读课文
学生练习
锻炼学生的观察能力和语言表达能力
温故而知新为下面的问题做铺垫
锻炼学生的自主学习的能力和理解问题解决问题的能力
让学生了解电动势就是反映电源把其他形式的能转化为电势能本领强弱的物理量
掌握电动势的有关知识
锻炼学生的逻辑思维能力推导出闭合电路欧姆定律
掌握闭合电路欧姆定律
锻炼学生灵活运用欧姆定律能力
与节前的问题相呼应，锻炼学生灵活运用所学知识解决实际问题的能力
理解图象的物理意义，掌握纵轴上的截距表示电源的电动势E。在横轴上的截距表示电源的短路电流。
让学生理解断路时 U ＝ E，电源短路电流
锻炼学生的自主学习能力
巩固本节知识
课堂小结
1.由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路；用电器和导线组成的电路是外电路；电源内部是内电路。
2.在外电路中，沿电流方向电势降低；内阻沿电流方向电势降低。
3.闭合电路欧姆定律 或E ＝U外 ＋U内
4. 外电阻 R 减小时，电流增大，路端电压减小；外电阻 R增大时，电流减小，路端电压增大
5. 当外电路断开时，路端电压等于电源的电动势；当电源两端短路时，。
梳理自己本节所学知识进行交流
根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书
一、认识闭合电路
由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路；用电器和导线组成的电路是外电路；电源内部是内电路。
二、电动势
在物理学中，我们用非静电力所做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的这种特性，叫作电动势。
三、闭合电路欧姆定律及其能量分析
1.在外电路中，沿电流方向电势降低；内阻沿电流方向电势降低。
3.闭合电路欧姆定律
或E ＝U外 ＋U内
四、路端电压与负载的关系
1.外电阻 R 减小时，电流增大，路端电压减小；外电阻 R增大时，电流减小，路端电压增大
2.断路和电源短路
（1）当外电路断开时，路端电压等于电源的电动势。
（2）当电源两端短路时，