閉合電路歐姆定律

教學目標
（一）知識目標
1、知道電動勢的定義.
2、理解的公式，理解各物理量及公式的物理意義，并能熟練地用來解決有關的電路問題.
3、知道電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓，電源的電動勢等于內、外電路上電勢降落之和.
4、理解路端電壓與電流(或外電阻)的關系，知道這種關系的公式表達和圖線表達，并能用來分析、計算有關問題.
5、理解閉合電路的功率表達式.
6、理解閉合電路中能量轉化的情況.
（二）能力目標
1、培養學生分析解決問題能力，會用分析外電壓隨外電阻變化的規律
2、理解路端電壓與電流（或外電阻）的關系，知道這種關系的公式表達和圖線表達，并能用來分析、計算有關問題.
3、通過用公式、圖像分析外電壓隨外電阻改變規律，培養學生用多種方式分析問題能力.
（三）情感目標
1、通過外電阻改變引起電流、電壓的變化，樹立學生普遍聯系觀點
2、通過分析外電壓變化原因，了解內因與外因關系
3、通過對閉合電路的分析計算，培養學生能量守恒思想
4、知道用能量的觀點說明電動勢的意義

教學建議

1、電源電動勢的概念在高中是個難點，是掌握的關鍵和基礎，在處理電動勢的概念時，可以根據教材，采用不同的講法.從理論上分析電源中非靜電力做功從電源的負極將正電荷運送到正極，克服電場力做功，非靜電力搬運電荷在兩極之間產生電勢差的大小，反映了電源做功的本領，由此引出電動勢的概念；也可以按本書采取討論閉合電路中電勢升降的方法，給出電動勢等于內、外電路上電勢降落之和的結論.教學中不要求論證這個結論.教材中給出一個比喻（兒童滑梯），幫助學生接受這個結論.

需要強調的是電源的電動勢反映的電源做功的能力，它與外電路無關，是由電源本生的特性決定的.

電動勢是標量，沒有方向，這要給學生說明，如果學生程度較好，可以向學生說明，做為電源，由正負極之分，在電源內部，電流從負極流向正極，為了說明問題方便，也給電動勢一個方向，人們規定電源電動勢的方向為內電路的電流方向，即從負極指向正極.

2、路端電壓與電流（或外電阻）的關系，是一個難點.希望作好演示實驗，使學生有明確的感性認識，然后用公式加以解釋.路端電壓與電流的關系圖線，可以直觀地表示出路端電壓與電流的關系，務必使學生熟悉這個圖線.

學生應該知道，斷路時的路端電壓等于電源的電動勢.因此，用電壓表測出斷路時的路端電壓就可以得到電源的電動勢.在考慮電壓表的內阻時，希望通過第五節的“思考與討論”，讓學生自己解決這個問題.

3、最后講述閉合電路中的功率，得出公式 ， .要從能量轉化的觀點說明，公式左方的 表示單位時間內電源提供的電能.理解了這一點，就容易理解上式的意義：電源提供的電能，一部分消耗在內阻上，其余部分輸出到外電路中.

教學設計方案

閉合電路的歐姆定律

一、教學目標

1、在物理知識方面的要求：

（1）鞏固產生恒定電流的條件；

（2）知道電動勢是表征電源特性的物理量，它在數值上等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓.

（3）明確在閉合回路中電動勢等于電路上內、外電壓之和.

（4）掌握閉合電路的歐姆定律，理解各物理量及公式的物理意義

（5）掌握路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規律.

2、在物理方法上的要求：

（1）通過電動勢等于電路上內、外電壓之和的教學，使學生學會運用實驗探索物理規律的方法.

（2）從能量和能量轉化的角度理解電動勢的物理意義.

（3）通過對路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規律的討論培養學生的推理能力.

（4）通過用公式、圖像分析外電壓隨外電阻改變規律，培養學生用多種方式分析

二、重點、難點分析

1、重點：

（1）電動勢是表示電源特性的物理量

（2）的內容；

（3）應用定律討論路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規律.

2、難點：

（1）閉合回路中電源電動勢等于電路上內、外電壓之和.

（2）短路、斷路特征

（3）應用討論電路中的路端電壓、電流強度隨外電阻變化的關系

三、教學過程設計

引入新課：

教師：同學們都知道，電荷的定向移動形成電流.那么，導體中形成電流的條件是什么呢？（學生答：導體兩端有電勢差.）

演示：將小燈泡接在充滿電的電容器兩端，會看到什么現象？（小燈泡閃亮一下就熄滅.）為什么會出現這種現象呢？

分析：當電容器充完電后，其上下兩極板分別帶上正負電荷，如圖1所示，兩板間形成電勢差.當用導線把小燈泡和電容器兩極板連通后，電子就在電場力的作用下通過導線產生定向移動而形成電流，但這是一瞬間的電流.因為兩極板上正負電荷逐漸中和而減少，兩極板間電勢差也逐漸減少為零，所以電流減小為零，因此只有電場力的作用是不能形成持續電流的.

教師：為了形成持續的電源，必須有一種本質上完全不同于靜電性的力，能夠不斷地分離正負電荷來補充兩極板上減少的電荷.這才能使兩極板保持恒定的電勢差，從而在導線中維持恒定的電流，能夠提供這種非靜電力的裝置叫電源.電源在維持恒定電流時，電源中的非靜電力將不斷做功，從而把已經流到低電勢處的正電荷不斷地送回到高電勢處.使它的電勢能增加.

板書：1、電源：電源是一種能夠不斷地把其他形式的能量轉變為電能的裝置.它并不創造能量，也不創造電荷.例如：干電池是把化學能轉化為電能，發電機是把機械能、核能等轉化為電能的裝置.

教師：電源能夠不斷地把其他形式的能量轉變為電能，并且能夠提供恒定的電壓，那么不同的電源，兩極間的電壓相同嗎？展示各種干電池（1號、2號、5號、7號），請幾個同學觀察電池上面寫的規格，發現盡管電池的型號不同，但是都標有“1.5V”字樣.我們把示教電壓表直接接在干電池的兩端進行測量，發現結果確實是1.5V.講臺上還擺放有手搖發電機、蓄電池、紐扣電池，它們兩端的電壓是否也是1.5V呢？（學生回答：不是）那么如何知道它們兩端的電壓呢？（學生：用電壓表直接測量）·

結論：電源兩極間的電壓完全由電源本身的性質（如材料、工作方式等）決定，同種電池用電壓表測量其兩極間的電壓是相同的，不同種類的電池用電壓表測量其兩極間的電壓是不同的.為了表示電源本身的這種特性，物理學中引入了電動勢的概念.

板書：2、電源電動勢

教師：從上面的演示和分析可知，電源的電動勢在數值上等于電源未接入電路時兩極間的電壓.

板書：電源的電動勢在數值上等于電源沒有接入電路時其兩極間的電壓.

例如，各種型號的干電池的電動勢都是1.5V.那么把一節1號電池接入電路中，它兩極間的電壓是否還是1.5V呢？用示教板演示，電路如圖所示，結論：開關閉合前，電壓表示數是1.5V，開關閉合后，電壓表示數變為1.4V.實驗表明，電路中有了電流后，電源兩極間的電壓減少了.

教師：上面的實驗中，開關閉合后，電源兩極間的電壓降為1.4V，那么減少的電壓哪去了呢？用投影儀展示實驗電路，介紹閉合電路可分為內、外電路兩部分，電源內部的叫內電路，電源外部的叫外電路.接在電源外電路兩端的電壓表測得的電壓叫外電壓.在電源內部電極附近的探針A、B上連接的電壓表測得的電壓叫內電壓.我們現在就通過實驗來研究閉合電路中電動勢和內、外電壓之間的關系.

板書：3、內電壓和外電壓

教師：向學生介紹實驗裝置及電路連接方法，重點說明內電壓的測量.實驗中接通電鍵，移動滑動變阻器的滑動頭使其阻值減小，由兩個電壓表讀出若干組內、外電壓 和 的值.再斷開電鍵，由電壓表測出電動勢 .分析實驗結果可以發現什么規律呢？

學生：在誤差許可的范圍內，內、外電壓之和等于電源電動勢.

板書：在閉合電路中，電源的電動勢等于內、外電壓之和，即 .

下面我們來分析在整個電路中電壓、電流、電阻之間的關系.

教師：我們來做一個實驗，電路圖如圖所示

觀察電鍵S先后接通1和2時小燈泡的亮度.

結論：把開關撥到2后，發現小燈泡的亮度比剛才接3V的電源時還稍暗些.怎么解釋這個實驗現象呢？這就要用到我們將要學習的內容——閉合電路的歐姆定律.

板書：閉合電路的歐姆定律

教師：在圖1所示電路圖中，設電流為 ，根據歐姆定律， ， ，那么 ，電流強度 ，這就是閉合電路的歐姆定律.

板書：4、閉合電路的歐姆定律的內容：閉合電路中的電流強度和電源電動勢成正比，和電路的內外電阻之和成反比.表達式為 .

同學們從這個表達式可以看出，在電源恒定時，電路中的電流強度隨電路的外電阻變化而變化；當外電路中的電阻是定值電阻時，電路中的電流強度和電源有關.

教師：同學們能否用閉合電路的歐姆定律來解釋上一個實驗現象呢？

學生：9V的電源如果內電阻很大，由閉合電路的歐姆定律可知，用它做電源，電路中的電流I可能較小；而電動勢3V的電源內阻如果很小，電路中的電流可能比 大，用這兩個電源分別給相同的小燈泡供電，燈泡的亮度取決于 ，那么就出現了剛才的實驗現象了.

教師：很好.一般電源的電動勢和內電阻在短時間內可以認為是不變的.那么外電阻 的變化，就會引起電路中電流的變化，繼而引起路端電壓 、輸出功率 、電源效率 等的變化.

幾個重要推論

（1）路端電壓 隨外電阻 變化的規律

板書：5幾個重要推論

（l）路端電壓 隨外電阻 變化的規律演示實驗,圖3所示電路，

4節1號電池和1個10Ω的定值電阻串聯組成電源（因為通常電源內阻很小， 的變化也很小，現象不明顯）移動滑動變阻器的滑動片，觀察電流表和電壓表的示數是如何隨 變化？

教師：從實驗出發，隨著電阻 的增大，電流 逐漸減小，路端電壓 逐漸增大.大家能用閉合電路的歐姆定律來解釋這個實驗現象嗎？

學生：因為 變大，閉合電路的總電阻增大，根據閉合電路的歐姆定律， ，電路中的總電流減小，又因為 ，則路端電壓增大.

教師：正確.我們得出結論，路端電壓隨外電阻增大而增大，隨外電阻減小而減小.一般認為電動勢和內電阻在短時間內是不變的，初中我們認為電路兩端電壓是不變的，應該是有條件的，當 →無窮大時， →0，外電路可視為斷路， →0，根據 ，則 ，即當外電路斷開時，用電壓表直接測量電源兩極電壓，數值等于電源的電動勢；當 減小為0時，電路可視為短路， 為短路電流，路端電壓 .

板書5：路端電壓隨外電阻增大而增大，隨外電阻減小而減小.斷路時， →∞， →0， ；短路時， ， .

電路的路端電壓與電流的關系可以用圖像表示如下

（2）電源的輸出功率 隨外電阻 變化的規律.

教師：在純電阻電路中，當用一個固定的電源（設 、r是定值）向變化的外電阻供電時，輸出的功率 ，

又因為 ，

所以 ，

當 時，電源有最大的輸出功率 .我們可以畫出輸出功率隨外電阻變化的圖線，如圖所示.

板書6：在純電阻電路中，當用一個固定的電源（即 、 是定值）向變化的外電阻供電時，輸出的功率有最大值.

教師：當輸出功率最大時，電源的效率是否也最大呢？

板書7：電源的效率 隨外電阻 變化的規律

教師：在電路中電源的總功率為 ，輸出的功率為 ，內電路損耗的功率為 ，則電源的效率為 ，當 變大， 也變大.而當 時，即輸出功率最大時，電源的效率 =50％.

板書8：電源的效率 隨外電阻 的增大而增大.

四、講解例題

五、總結

探究活動
1、調查各種不同電源的性能特點。
（包括電動勢、內阻、能量轉化情況、工作原理、可否充電）
2、考察目前對廢舊電池的回收情況。
（1）化學電池的工作原理；
（2）廢舊電池對環境的污染主要表現在哪些方面；
（3）當前社會對廢舊電池的重視程度；
（4）廢舊電池的回收由哪些主要的途徑和利用方式；
（5）如何更好的變廢為寶或使廢舊電池對環境的污染減小到最小。
3、通過本章節的學習，根據全電路歐姆定律有關知識，可以得出結論：電源的輸出功率最大時，內外電阻應該相等，而此時電源的效率則只有50%；請你設計出一種方案，在實際應用中如何配置電源和負載之間的關系，使電源的輸出功率和效率盡可能的達到較大。