第四节 闭合电路欧姆定律

教学设计方案

闭合电路的欧姆定律

一、教学目标

1、在物理知识方面的要求：

　　（1）巩固产生恒定电流的条件；

　　（2）知道电动势是表征电源特性的物理量，它在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压．

　　（3）明确在闭合回路中电动势等于电路上内、外电压之和．

　　（4）掌握闭合电路的欧姆定律，理解各物理量及公式的物理意义

　　（5）掌握路端电压、输出功率、电源效率随外电阻变化的规律．

2、在物理方法上的要求：

　　（1）通过电动势等于电路上内、外电压之和的教学，使学生学会运用实验探索物理规律的方法．

　　（2）从能量和能量转化的角度理解电动势的物理意义．

　　（3）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．

　　（4）通过用公式、图像分析外电压随外电阻改变规律，培养学生用多种方式分析

二、重点、难点分析

1、重点：

　　（1）电动势是表示电源特性的物理量

　　（2）闭合电路欧姆定律的内容；

　　（3）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：

　　（1）闭合回路中电源电动势等于电路上内、外电压之和．

　　（2）短路、断路特征

　　（3）应用闭合电路欧姆定律讨论电路中的路端电压、电流强度随外电阻变化的关系

三、教学过程设计

引入新课：

教师：同学们都知道，电荷的定向移动形成电流．那么，导体中形成电流的条件是什么呢？（学生答：导体两端有电势差．）

演示：将小灯泡接在充满电的电容器两端，会看到什么现象？（小灯泡闪亮一下就熄灭．）为什么会出现这种现象呢？

分析：当电容器充完电后，其上下两极板分别带上正负电荷，如图1所示，两板间形成电势差．当用导线把小灯泡和电容器两极板连通后，电子就在电场力的作用下通过导线产生定向移动而形成电流，但这是一瞬间的电流．因为两极板上正负电荷逐渐中和而减少，两极板间电势差也逐渐减少为零，所以电流减小为零，因此只有电场力的作用是不能形成持续电流的．

教师：为了形成持续的电源，必须有一种本质上完全不同于静电性的力，能够不断地分离正负电荷来补充两极板上减少的电荷．这才能使两极板保持恒定的电势差，从而在导线中维持恒定的电流，能够提供这种非静电力的装置叫电源．电源在维持恒定电流时，电源中的非静电力将不断做功，从而把已经流到低电势处的正电荷不断地送回到高电势处．使它的电势能增加．

板书：1、电源：电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置．它并不创造能量，也不创造电荷．例如：干电池是把化学能转化为电能，发电机是把机械能、核能等转化为电能的装置．

教师：电源能够不断地把其他形式的能量转变为电能，并且能够提供恒定的电压，那么不同的电源，两极间的电压相同吗？展示各种干电池（1号、2号、5号、7号），请几个同学观察电池上面写的规格，发现尽管电池的型号不同，但是都标有“1.5V”字样．我们把示教电压表直接接在干电池的两端进行测量，发现结果确实是1.5V．讲台上还摆放有手摇发电机、蓄电池、纽扣电池，它们两端的电压是否也是1.5V呢？（学生回答：不是）那么如何知道它们两端的电压呢？（学生：用电压表直接测量）·

结论：电源两极间的电压完全由电源本身的性质（如材料、工作方式等）决定，同种电池用电压表测量其两极间的电压是相同的，不同种类的电池用电压表测量其两极间的电压是不同的．为了表示电源本身的这种特性，物理学中引入了电动势的概念．

板书：2、电源电动势

教师：从上面的演示和分析可知，电源的电动势在数值上等于电源未接入电路时两极间的电压．

板书：电源的电动势在数值上等于电源没有接入电路时其两极间的电压．

例如，各种型号的干电池的电动势都是1.5V．那么把一节1号电池接入电路中，它两极间的电压是否还是1.5V呢？用示教板演示，电路如图所示，结论：开关闭合前，电压表示数是1.5V，开关闭合后，电压表示数变为1.4V．实验表明，电路中有了电流后，电源两极间的电压减少了．

教师：上面的实验中，开关闭合后，电源两极间的电压降为1.4V，那么减少的电压哪去了呢？用投影仪展示实验电路，介绍闭合电路可分为内、外电路两部分，电源内部的叫内电路，电源外部的叫外电路．接在电源外电路两端的电压表测得的电压叫外电压．在电源内部电极附近的探针A、B上连接的电压表测得的电压叫内电压．我们现在就通过实验来研究闭合电路中电动势和内、外电压之间的关系．

板书：3、内电压和外电压

教师：向学生介绍实验装置及电路连接方法，重点说明内电压的测量．实验中接通电键，移动滑动变阻器的滑动头使其阻值减小，由两个电压表读出若干组内、外电压 和 的值．再断开电键，由电压表测出电动势 ．分析实验结果可以发现什么规律呢？

学生：在误差许可的范围内，内、外电压之和等于电源电动势．

板书：在闭合电路中，电源的电动势等于内、外电压之和，即 ．

下面我们来分析在整个电路中电压、电流、电阻之间的关系．

教师：我们来做一个实验，电路图如图所示

观察电键S先后接通1和2时小灯泡的亮度．

结论：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？这就要用到我们将要学习的内容——闭合电路的欧姆定律．

板书：闭合电路的欧姆定律

教师：在图1所示电路图中，设电流为 ，根据欧姆定律， ， ，那么 ，电流强度 ，这就是闭合电路的欧姆定律．

板书：4、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 ．

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上一个实验现象呢？

学生：9V的电源如果内电阻很大，由闭合电路的欧姆定律可知，用它做电源，电路中的电流I可能较小；而电动势3V的电源内阻如果很小，电路中的电流可能比 大，用这两个电源分别给相同的小灯泡供电，灯泡的亮度取决于 ，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 的变化，就会引起电路中电流的变化，继而引起路端电压 、输出功率 、电源效率 等的变化．

几个重要推论

（1）路端电压 随外电阻 变化的规律

板书：5几个重要推论

（l）路端电压 随外电阻 变化的规律演示实验,图3所示电路，

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， 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 变化？

教师：从实验出发，随着电阻 的增大，电流 逐渐减小，路端电压 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 变大，闭合电路的总电阻增大，根据闭合电路的欧姆定律， ，电路中的总电流减小，又因为 ，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，初中我们认为电路两端电压是不变的，应该是有条件的，当 →无穷大时， →0，外电路可视为断路， →0，根据 ，则 ，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 减小为0时，电路可视为短路， 为短路电流，路端电压 ．

板书5：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， →∞， →0， ；短路时， ， ．

电路的路端电压与电流的关系可以用图像表示如下

（2）电源的输出功率 随外电阻 变化的规律．

教师：在纯电阻电路中，当用一个固定的电源（设 、r是定值）向变化的外电阻供电时，输出的功率 ，

又因为 ，

所以 ，

当 时，电源有最大的输出功率 ．我们可以画出输出功率随外电阻变化的图线，如图所示．

板书6：在纯电阻电路中，当用一个固定的电源（即 、 是定值）向变化的外电阻供电时，输出的功率有最大值．

教师：当输出功率最大时，电源的效率是否也最大呢？

板书7：电源的效率 随外电阻 变化的规律

教师：在电路中电源的总功率为 ，输出的功率为 ，内电路损耗的功率为 ，则电源的效率为 ，当 变大， 也变大．而当 时，即输出功率最大时，电源的效率 =50％．

板书8：电源的效率 随外电阻 的增大而增大．

四、讲解例题

五、总结