闭合电路欧姆定律教案

1．知识内容：（1）掌握闭合电路欧姆定律的内容，能够应用它解决简单的实际问题；（2）掌握路端电压、输出功率、电源效率随外电阻变化的规律。 2．通过对路端电压、输出功率、电源效率随外电阻变化的规律的讨论培养学生的推理能力。 1．重点：（1）闭合电路欧姆定律的内容；（2）应用定律讨论路端电压、输出功率、电源效 率随外电阻变化的规律。 2．难点：短路、断路特征，路端电压随外电阻的变化。 一节旧的9V干电池（内阻较大）、两节新的5号干电池，小灯泡、单刀双掷开关一个，导线 若干，电路示教板一块，演示的电压一个，4节1号干电池，10Ω定值电阻一个，演示电流表（1.5A量程）一个，滑动变阻器（0～50Ω）一个。 1．引入 教师：同学们，上节课我们学习了电源的电动势的概念，知道它是表示电源特性的物理量， 电动势在数值上等于它没有接入电路时两极间的电压。一般电源的电动势和内电阻在短时间内可以 认为是定值。现在我这里有一节从遥控车里取下的电池，请一个同学说出如何测量它的电动势，并 实际测量是多少伏？ 学生：用导线把电压表并联在电池的两端，其示数就是电源的电动势。测出一节为9V。 教师：对。再看我手里拿的是两节5号干电池，把它们串联起来后，其电动势是多少伏？ 学生：3伏。 教师：出示投影的电路图，如图1所示，当把开关S拨到1时，观察小灯泡的亮度。 学生；很亮。 教师：现在，我把开关S拨到2，小灯泡和9V的电源相连，同学们想一想会出现什么现象呢？ 学生：可能把小灯泡烧坏，也可能不烧坏，但比刚才要亮得多。 教师：我们来实际做一做实验，观察小灯泡的亮度。把开关拨到2后，发现小灯泡的亮度比 刚才接3V的电源时还稍暗些。怎么解释这个实验现象呢？这就要用到我们今天学的内容——闭合 电路的欧姆定律。 板书：闭合电路的欧姆定律 教师：在如图2所示的闭合电路中（用投影仪显示图2电路），电源电动势和内、外电压之 间存在什么关系呢？ 学生：内外电压之和等于电源的电动势，E=U ＋U 外内 教师：设这个电路的电流为I，根据欧姆定律，U=IR，U=Ir，那么E=IR＋Ir，电流强度I=E外内 ／（R＋r），这就是闭合电路的欧姆定律。板书：1．闭合电路的欧姆定律的内容：闭合电路中的 电流强度和电源电动势成正比，和电路的内外电阻之和成反比。表达式为I=E／（R＋r）。同学们从这个表达式可以看出，在电源恒定时，电路中的电流强度随电路的外电阻变化而变化；当外电路 中的电阻是定值电阻时，电路中的电流强度和电源有关。 教师：同学们能否用闭合电路的欧姆定律来解释第一个实验现象呢？ 可能较小；而两节5号干电池虽然电动势是3V，如果是新1学生：9V的电池是从遥控车上拿下来的，是旧电池，它的内电阻很大，由闭合电路的欧姆定的，它的内阻就很小，所以电路中的电流I可能比I小，用这两个电源分别给相同的小灯泡供电，21律可知，用它做电源，电路中的电流I2灯泡的亮度取决于IR灯，那么就出现了刚才的实验现象了。 教师：很好。一般电源的电动势和内电阻在短时间内可以认为是不变的。那么外电阻R的变化，就会引起电路中电流的变化，继而引起路端电压U、输出功率P、电源效率η等的变化。 2．几个重要推论 （1）路端电压U随外电阻R变化的规律演示实验：如图3所示电路（投影显示电路图3），4节1号电池和1个10Ω的定值电阻串联组成电源（因为通常电源内阻很小，U的变化也很小，现象不明显）。移动滑动变阻器的滑动片，观察电流表和电压表的示数是如何随R变化？ 教师：从实验出发，随着电阻R的增大，电流I逐渐减小，路端电压U逐渐增大。大家能用 闭合电路的欧姆定律来解释这个实验现象吗？ 学生：因为R变大，闭合电路的总电阻增大，根据闭合电路的欧姆定律，I=E／（R＋r），电路中的总电流减小，又因为U=E-Ir，则路端电压增大。 教师：正确。我们得出结论，路端电压随外电阻增大而增大，随外电阻减小而减小。一般认 为电动势和内电阻在短时间内是不变的，我们认为电路两端电压是不变的，应该是有条件的， 当R?无穷大时，r／R?0，外电路可视为断路，I?0，根据U=E-Ir，则U=E，即当外电路断开时，用电压表直接测量电源两极电压，数值等于电源的电动势；当R减小为0时，电路可视为短路，I=E／r为短路电流，路端电压U=0。 板书：路端电压随外电阻增大而增大，随外电阻减小而减小。断路时，R r，r／R=0，U=E； 短路时，R=0，U=0。 （2）电源的输出功率P随外电阻R变化的规律。 教师：在纯电阻电路中，当用一个固定的电源（即E、r是定值）向变化的外电阻供电时，输 222222出的功率P=IU=IR，又因为I=E／（R＋r），所以P=[E／（R＋r）]R=ER／（R＋2Rr＋r）=ER 2222／[（R-r）＋4Rr]=E／[（R-r）／R＋4r]，当R=r时，电源有最大的输出功率PE／4r。我们可m=以画出输出功率随外电阻变化的图线，如图4所示。 板书：在纯电阻电路中，当用一个固定的电源（即E、r是定值）向变化的外电阻供电时，输 出的功率有最大值。（把上面的推导过程写在黑板上）下面我们看一道例题。 例：如图5所示电路，电源电动势为E，内电阻为r，R是定值电阻。现调节滑动变阻器的滑0 动片，（1）使定值电阻R上消耗的功率最大，则滑动变阻器的阻值R是多少？（2）使滑动变阻0 器上消耗的功率最大，则滑动变阻器的阻值R是多少？（投影） 请两位同学到黑板上来分别做这两问。（约5分钟）本题需要注意的是第（1）问中，求定值 2电阻的输出功率的最大值时，应用公式P=IR，当I最大时，P最大，根据闭合电路的欧姆定律，0 只有滑动变阻器的阻值最小时，I有最大值。即R=0时，R上消耗的功率最大。第（2）问中，可0 以把R等效为电源的内电阻，利用刚才的推论，如果R＞R+r，当R=R+r时滑动变阻器上消耗的000 功率最大；如果R＜R＋r，滑动变阻器的阻值取最大时，滑动变阻器上消耗的功率最大。 0 教师：当输出功率最大时，电源的效率是否也最大呢？ 2R，则电源的板书：（3）电源的效率η随外电阻R变化的规律 效率为η=IU／IE=U／E=R／（R＋r），当R变大，η也变大。而当R=r时，即输出功率最大时， 教师：在电路中电源的总功率为IE，输出的功率为IU，内电路损耗的功率为I电源的效率是50％。 板书：电源的效率η随外电阻R的增大而增大。 3．课堂小结 （1）在使用闭合电路的欧姆定律时，要注意它的适用条件是外电路是纯电阻电路。（2）对闭合电路中，路端电压、输出功率等随外电阻变化的规律，要学会用公式法和图线法去分析和讨论。