最新人教版高中物理选修31第二章《闭合电路的欧姆定律》教学设计.docx
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最新人教版高中物理选修31第二章《闭合电路的欧姆定律》教学设计
教学设计
7 闭合电路的欧姆定律
本节分析
闭合电路欧姆定律是本章的核心内容,具有承前启后的作用,既是本章知识的高度总结,又是本章知识拓展的重要基础.通过学习,既能使学生从部分电路的认知上升到全电路规律的掌握,又能从静态电路的计算提高到对含电源电路的动态分析及推演.同时,闭合电路的欧姆定律能够充分体现功和能的概念在物理学中的重要性,是加深对功能关系理解的好素材.
学情分析
学生通过前面的学习,对静电力做功的特点、静电力做功与电能的转化以及如何从非静电力做功的角度描述电动势有了比较深入的理解.借助于部分电路的欧姆定律的相关知识,已经具备了可以通过功能关系分析建立闭合电路欧姆定律的可能.
教学目标
知识与技能
(1)经历闭合电路欧姆定律的理论推导过程.体验能量转化和守恒定律在电路中的具体应用,理解内、外电路的能量转化.
(2)理解内、外电路的电势降落,理解闭合电路的欧姆定律.
(3)会用闭合电路的欧姆定律分析路端电压与负载、电流的关系.
过程与方法
(1)学会用已知的电学知识和规律,推导得到新的知识和规律.
(2)学会用实验方法,验证并理解新的知识和规律.
(3)学会利用数学方法来理解和解决相关物理问题.
情感、态度与价值观
(1)倡导师生协作,鼓励学生通过讨论、交流营造探究合作的学习氛围,培养团队合作能力.
(2)加强对学生科学素质、创新精神和实践能力的培养.
教学重难点
1.闭合电路的欧姆定律的推导及理解.
2.路端电压与负载、电流的关系,能进行相关的电路分析和计算.
教学方法
教师启发引导教学与学生小组合作探究法相结合.
教学准备
多媒体教学课件、演示实验电路板、电源、数字电压表、数字电流表等.
教学设计
(一)(设计者:
周静忠,徐会强改编)
教学过程设计
主要教学过程
教学设计
教师活动
学生活动
一、引入新课
【演示实验一】
当开关S1闭合,灯泡L1发光.当开关S2闭合,请观察灯泡L1亮度的变化.
(设计意图:
通过实验激发学生学习的兴趣,为新课的教学以及后面的照应做好伏笔.)
观察实验现象,带着问题走进新知识的探究活动中.
二、新课教学
(一)认识闭合电路
1.闭合电路:
当开关S闭合,电源、导线、用电器组成闭合电路.
2.外电路:
由用电器、导线和开关组成外电路.
3.内电路:
电源内部是内电路.
(1)电源起什么作用?
提供电能.
(2)电源怎么提供电能?
通过非静电力做功,把其他形式的能转化为电能.
(3)如何描述电源把其他形式的能转化为电能的本领?
定义:
E=
.
(4)如何定量描述非静电力做的功?
W=Eq=EIt.
(5)电源提供的电能消耗到了哪里?
外电路:
Q外=I2Rt
内电路:
Q内=I2rt
(设计意图:
借助对闭合电路及其能量的分析,为理论推导闭合电路的欧姆定律做好铺垫.)
学生在教师的引导下积极追忆,温故知新、构建知识结构.
积极思考,用能量观点分析总结闭合电路中的能量转化和守恒,在理论层面推导闭合电路的欧姆定律.
(二)理论推导闭合电路的欧姆定律
由能量的转化和守恒定律得:
W=Q外+Q内
EIt=I2Rt+I2rt
E=IR+Ir
I=
闭合电路的欧姆定律:
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.
(设计意图:
进一步加深学生对闭合电路中能量转化及其守恒定律的理解.)
【例题】如图所示,R1=14Ω,R2=9Ω.当开关处于位置1时,电流表读数I1=0.2A;当开关处于位置2时,电流表读数I2=0.3A.求电源的电动势E和内阻r.
解:
根据闭合电路的欧姆定律和题述的两种情况,可以列出下面两个方程:
E=I1R1+I1r
E=I2R2+I2r
消去E,解出r,得:
r=
代入数值,得:
r=1Ω
将r、I1、R1的值代入E=I1R1+I1r中,得:
E=3V.
(设计意图:
结合具体问题情景,培养学生使用闭合电路的欧姆定律解决实际问题的能力.)
结合问题情景进行讨论交流,初步掌握使用闭合电路的欧姆定律求解问题的基本思路和方法,进一步加深对闭合电路的欧姆定律的理解.
(三)讨论及应用
1.路端电压、内电压和电动势的关系
U路=IR,U内=Ir
E=U路+U内
(1)实验验证:
U路+U内是一个定值.
【演示实验二】
解决几个问题:
①用V1测路端电压.
②用V2来理解内阻r上沿电流方向有电势降落,并可测内电压.
如图实验装置,改变滑动变阻器接入电路的阻值,记录外电路电压和内电路电压的数据.
(2)从教材“图2.7-2 闭合电路的电势”分析得出:
内、外电路电势降落之和U外+U内,等于电源升高的电势E.
即E=U外+U内.
(设计意图:
从多角度证明闭合电路的欧姆定律,增强学生的探究体验.)
2.路端电压与电流的关系
(1)U路=E-Ir,当电流增大时,路端电压减小.
应用:
演示实验一中,当开关S2闭合时,灯泡L1变暗,请同学们解释实验现象.
当开关S2闭合时,外电阻R减小,由I=
可知,电流I增大,由U路=E-Ir可知,路端电压U路减小,灯泡L1两端电压减小,所以变暗.
问题:
当开关S3闭合时,灯泡L1、L2的亮度会有什么变化?
请同学们分析得出结论.
(设计意图:
理论联系实际,与引入新课时的演示实验做好呼应.)
(2)讨论U路-I的关系图线的物理意义.
①图线与纵坐标交点的物理意义:
I=0,外电路断路,此时U路=E
应用:
演示实验二用电压表粗测一节干电池的电动势.
②图线与横坐标交点的物理意义:
U路=0,外电路短路,此时Im=
应用:
绝对不允许将电源两端用导线直接连接在一起!
③直线斜率的物理意义
k=
=-r,
=r
(设计意图:
进一步加深对闭合电路的欧姆定律的理解,为用图象法处理《实验:
测定电池的电动势和内阻》的数据做好准备.)
在教师的引导下,从理论层面分析论证电动势与路端电压以及内电压的关系,进一步加深对闭合电路的欧姆定律的理解.
在教师的介绍下,熟悉测量路端电压以及内电压的实验装置,为实验验证做好准备.
学生思考、讨论、展示、交流,用所学的知识,分析解决实际问题.
学生在教师的引导下,分析讨论U路-I图象截距的物理意义,掌握利用图象求解电源电动势和内阻的方法.
三、课堂小结
引导学生从三维目标出发,对本节进行总结.
对本节进行总结.
四、课后作业
完成学案.
独立完成练习,巩固知识.
板书设计
7 闭合电路的欧姆定律
一、认识闭合电路
闭合电路:
开关S闭合,电源、导线、用电器组成闭合电路
外电路:
由用电器和导线组成外电路
内电路:
电源内部是内电路
二、闭合电路的欧姆定律
闭合电路的欧姆定律:
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,这个结论叫做闭合电路的欧姆定律
I=
E=U外+U内
三、讨论及应用
1.路端电压、内电压和电动势的关系
2.路端电压U与电流I的关系
(1)U路=E-Ir
(2)U路I的关系图线的物理意义
①与U路轴的截距的物理意义:
断路状态,断路时的路端电压等于电源电动势
②与I轴的截距的物理意义:
短路状态,短路电流很大,不允许出现短路
③图线斜率的物理意义:
图线倾斜程度跟内阻r有关,图线斜率绝对值越大,内阻越大
教学反思
本节的教学活动,基于学生基础、动手能力、思维方式等特点,如何引导学生共同完成探究活动,要注意以下几点:
1.明确教学目的,掌握物理思维特点,培养学生思维能力.本节重点即定律的内容不是老师强加到学生脑中,而是通过学生自主的探究,在一定思考和推理情况下学到的,因此教师设计教学一定要符合高中学生的思维能力,通过“猜想—实验—验证”严密的科学探究方法,培养学生的能力.
(1)采用实验引入,实验现象和学生初中的学习认知产生冲突,由此激发学生的学习兴趣与学习热情,这个效果很好,学生的积极性完全调动起来.
(2)对电路的认识,由于之前已有铺垫,所以不需要过多阐述,而应该通过学生的课前预习,让学生自主完成,由本节效果来看,学生的预习成果显著.
(3)在探究路端电压与负载关系实验时,测量自制电源的路端电压和内电压,并将结果用数字电压表显示出来,学生记录实验数据,然后分析处理实验数据,找到路端电压与内电压的和不变的关系.
(4)基于学生数学基础的特点,在研究路端电压与电流关系时,让学生从图象出发研究,从教学效果看,学生很容易理解和掌握.
2.本节教学能充分联系生活实际,培养了学生的知识综合应用能力.如电源的短路问题;与生活紧密联系,在学生学习基础知识的同时,对于生活中的相关现象有了更深层次的理解.
3.本节教学能让学生参与进来,主动探讨电路动态分析的问题.学生还可以按自己的水平层次将课堂内未完成的内容拓展到课外,做到课题学习和课外思考的互通.
教学设计
(二)(设计者:
陈国文,徐会强改编)
教学过程设计
主要教学过程
教学设计
教师活动
学生活动
一、引入新课
演示一:
四盏小灯泡并联,由四个开关控制,外电路如图所示,用四节干电池串联作为电源,接入A、B两端,逐一闭合开关,观察小灯泡的亮度变化情况;再逐一断开开关,观察小灯泡的亮度变化情况.
演示二:
换一个电源,用学生电源的直流6V挡供电,逐一闭合开关,观察小灯泡的亮度变化情况;再逐一断开开关,观察小灯泡的亮度变化情况.
演示三:
在图示电路的干路上加一个约为1Ω的电阻,再接学生电源的直流6V挡,逐一闭合开关,观察小灯泡的亮度变化情况;再逐一断开开关,观察小灯泡的亮度变化情况.
(设计意图:
目的是克服初中所学的认为电源两端电压不变的思维定式,实验现象和学生现有认知相冲突激发学生的求知欲,使学生很快进入新课学习的状态.并通过三个实验的对比让学生认识到电池可以看成由恒定的电动势和定值内阻构成.)
学生描述观察实验现象.
学生谈自己的体验,尝试解释实验现象:
演示一:
灯泡变暗,说明灯泡两端的电压变小.(学生疑惑:
谁分走了那一部分电压?
)
演示二:
学生电源提供的是稳定的电压,所以亮度不变化,可以说明演示一中电压的减小不是由于导线分走的电压所至.
演示三:
现象与演示一类似,学生猜想,是否可以认为干电池可以看成由恒定的电动势和定值内阻构成.
二、新课教学
(一)电路的结构
上述实验有不同的电源供电,外电路也比较复杂,要弄清楚整个电路所支配的规律,有必要研究闭合电路的欧姆定律.
那么闭合电路由哪些部分构成?
(设计意图:
加强概念教学,使学生形成清晰正确的电路结构.)
闭合电路由外电路和内电路组成,如图所示用电器、导线组成外电路,电源内部是内电路.
定性介绍内、外电路的电势升、降情况.
(设计意图:
对闭合电路有整体定性的了解.)
学生定性了解内外电路的电势降落情况.在外电路中,正电荷在恒定电场的作用下由正极移向负极;在电源中,非静电力把正电荷由负极移到正极.
(二)闭合电路的欧姆定律
探究一:
电源没有接入外电路时,电源电动势与极板电势提升的关系.
测出各接线柱间的电势差.
实验结果:
UAB=UAD+UCB,UCD=0
数据分析:
电源的电动势为电极附近由于非静电力做功,两次电势提升之和.
提问:
UCD=0的原因是什么?
探究二:
电源有接入外电路的情况,电源电动势与内外电路电势降落的关系.
改变外电阻,测出几组内、外电压.
学生按下表记录数据,并进行分析.
U外/V
U内/V
(U外+U内)/V
实验结果:
U外+U内=定值
(设计意图:
通过实验,让学生比较直观地了解到电动势与内、外电路的电势升、降关系.)
提问:
谈谈对教材中图2.7-2的理解
根据能量守恒定律推导闭合电路的欧姆定律
(1)写出在t时间内,外电路中消耗的电能E外的表达式;
(2)写出在t时间内,内电路中消耗的电能E内的表达式;
(3)写出在t时间内,电源中非静电力做的功W非的表达式.
从能量守恒的角度推导闭合电路的欧姆定律.
根据能量守恒定律,W=E外+E内
即EIt=I2Rt+I2rt
整理得:
E=IR+Ir
或者I=
,这就是闭合电路的欧姆定律.
闭合电路的欧姆定律:
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,这个结论叫做闭合电路的欧姆定律.
(设计意图:
培养学生的分析归纳能力,并介绍闭合电路的欧姆定律研究的科学史,正确完整构建物理知识体系.)
学生:
UCD=0的原因是内电路没有电流,内电阻上没有电势的降落.
在闭合电路中,电源内部电势升高的数值等于内、外电路中电势降落的数值,即E=U外+U内.
(1)E外=I2Rt
(2)E内=I2rt
(3)W非=Eq=EIt
(三)路端电压与负载的关系
由于电源内阻的存在,当外电阻发生变化时,干路电流也就会变化,路端电压也随之发生变化.
下面我们利用实验探究路端电压与负载(或干路电流)的变化关系.
学生分组实验
教师引导:
1.观察实验中调节滑动变阻器时电压表和电流表的变化规律;
2.讨论分析解释实验现象
U=E-Ir;
3.作UI图线并分析图线的特点.
请学生代表展示探究成果.
(设计意图:
使学生理解函数图线的物理意义,并培养运用物理图线解决物理问题的能力.)
教师评价探究结果:
(1)重点利用观察到的现象分析路端电压与负载(或干路电流)的关系;并借助多媒体课件,进行分析讨论得到断路、短路的两种特殊情况,及图线斜率的物理意义.
(2)展示学生作的U-I图线.
【巩固提升】
如图所示,R1=14Ω,R2=9Ω.当开关处于位置1时,电流表示数I1=0.2A;当开关处于位置2时,电流表示数I2=0.3A.求电源的电动势E和内阻r.
(设计意图:
通过练习强化学生对闭合电路的欧姆定律的理解,培养学生运用所学知识解决实际问题的能力.)
对观察到的现象进行分析,相互交流,并能应用闭合电路的欧姆定律分析现象.
请学生代表上讲台写出计算过程.
三、课堂小结
让学生完成课堂小结,学生之间可相互补充.
学生小结:
通过本节的探究,主要学习了以下两个问题:
1.闭合电路的欧姆定律的内容、公式的理解.
2.路端电压U与负载R(或干路电流I)的关系
(1)R增大时,I减小,U增大;R减小时,I增大,U减小.
(2)现象解释:
I=
以及U=E-Ir.
(3)U-I图线的理解及其应用得出断路、短路两种特殊情况.
四、课后作业
教材问题与练习1~5.
巩固所学的知识.
板书设计
7 闭合电路的欧姆定律
一、电路结构
闭合电路的组成
二、闭合电路的欧姆定律
闭合电路欧姆定律:
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,这个结论叫做闭合电路的欧姆定律.
E=U外+U内 I=
三、路端电压U与负载R(或干路电流I)的关系
1.实验现象:
R增大时,I减小,U增大
R减小时,I增大,U减小
2.解释:
利用U=E-Ir(E、r是一定的)
3.U-I图线的分析和理解
(1)反映了U和I的变化关系
(2)与U轴截距的物理意义:
断路状态,且断路时的路端电压等于电源电动势
(3)与I轴截距的物理意义:
短路状态,短路电流很大,不允许出现短路现象
(4)图线斜率的物理意义:
图线倾斜程度跟内阻r有关,图线斜率绝对值越大,内阻越大
教学反思
本节设想从三个小实验设计问题情景,让学生在体验中发现并提出问题,教师认真倾听学生的对话,及时捕捉学生的原认知对本节教学的影响.从两个探究实验的数据分析中,加深对电源内部电势升降的理解和电源存在内阻的认识,从而明确电源电动势在数值上等于内外电路的电势降落.依据能量守恒进一步从理论上探究闭合电路的欧姆定律,并能用该定律对路端电压随外电阻的变化的实验现象进行分析.活动的场景设计中要倡导学生之间的沟通交流,共同提高,从实验得出的结论要与科学结论进行比较,从而正确地建构物理知识.
干电池、蓄电池、发电机、太阳能电池等形式多样的电源可为人类提供所需的稳定持续的电流.然而,世界上第一个使人类获得稳定持续电流的是伟大的意大利物理学家、发明家伏特(1745~1827).
伏特24岁时发表了静电学著作《论电的吸引》,引起了科学界的注意.29岁成为物理学教授,在电学等方面做出了许多重要的贡献.1791年被聘为英国皇家学会国外会员,三年后还被授予科普利奖章,后来还被选为巴黎科学院的国外院士.伏特所处的时代,人们对电的研究只停留在静电现象.1780年,意大利物理学家伽伐尼发现了“动物电”现象,在此启发下,伏特于1792年开始研究“动物电”及相关效应.他通过大量实验,否定了“动物电”是动物固有的说法,认为产生于两类导体(两种金属和液体)所组成的电路中,不同种类的金属接触时彼此都起电(叫接触电),这就是著名的电的接触学说.他以不同的金属连成环接触青蛙腿及其背,从而成功地使活的青蛙痉挛.这就证实了“动物电”产生于两种不同金属的接触.由实验他还观察到电不仅使青蛙颤动,还会影响其视觉和味觉神经.为了取得较强的效应,伏特把若干种导体联接起来进行了长期实验,终于在1799年研制成第一个长时间的持续的电流源——伏特电堆,接着又发明了伏特电池.伏特电池是19世纪初具有划时代意义的最伟大的发明.这一发明在此后的相当长时间内成为人们获得稳定的持续电流的唯一手段.由此开拓了电学研究的新领域,使电学从静电现象的研究进入到动电现象的研究,导致了电化学、电磁联系等一系列重大发现.正是依靠足够强的持续电流,1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应,这又导致了1831年英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象等,使电磁学发展走上了突飞猛进的道路.人们为了纪念这位最先为人类提供稳定电流的科学家,将电动势和电位差的单位以他的姓氏命名为“伏特”(VOLT),简称“伏”.
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