一、教学目标
1. 知识与技能
- 理解闭合电路中电动势、内电压和外电压之间的关系。
- 掌握闭合电路欧姆定律的表达式,并能进行简单计算。
- 能够分析电路中的电流、电压变化情况。
2. 过程与方法
- 通过实验观察和数据分析,培养学生科学探究能力。
- 引导学生运用类比法理解电势差与电流的关系。
3. 情感态度与价值观
- 激发学生对物理现象的好奇心和探索欲望。
- 培养学生严谨的科学态度和逻辑思维能力。
二、教学重点与难点
- 重点:闭合电路欧姆定律的理解与应用。
- 难点:内电压与外电压的关系及其在实际电路中的体现。
三、教学准备
- 实验器材:电源(含内阻)、电流表、电压表、滑动变阻器、导线若干、开关。
- 多媒体课件:展示闭合电路结构图及电流、电压变化的动态模拟。
四、教学过程
1. 导入新课(5分钟)
教师提问:
“我们之前学习了部分电路中的欧姆定律,那么当电路是闭合的时候,电流如何变化?电源的电动势和电压之间又有什么关系呢?”
引导学生回顾部分电路欧姆定律:
$$ I = \frac{U}{R} $$
接着引出问题:
“如果电路是闭合的,电源内部也会有电阻,这时候电流该如何计算?”
2. 新课讲授(20分钟)
(1)闭合电路的组成
一个完整的闭合电路包括:
- 电源(提供电动势)
- 导线(连接电路)
- 用电器(负载,如灯泡、电阻等)
(2)电动势与电压的关系
- 电动势:电源将其他形式的能量转化为电能的能力,单位为伏特(V)。
- 内电压:电流通过电源内部时产生的电压降,记作 $ U_{内} $。
- 外电压:电流通过外电路时的电压降,记作 $ U_{外} $。
(3)闭合电路欧姆定律
在闭合电路中,总电动势等于内外电压之和:
$$ E = U_{外} + U_{内} $$
而根据部分电路欧姆定律,外电压可以表示为:
$$ U_{外} = I R $$
内电压则为:
$$ U_{内} = I r $$
因此,闭合电路欧姆定律可表示为:
$$ E = I(R + r) $$
即:
$$ I = \frac{E}{R + r} $$
(4)讨论与分析
引导学生思考:
- 当外电阻 $ R $ 变化时,电流 $ I $ 如何变化?
- 如果外电路断开,电流为多少?此时电压是多少?
3. 实验探究(15分钟)
实验目的:验证闭合电路欧姆定律。
实验步骤:
1. 按照电路图连接好电路,调节滑动变阻器至最大阻值。
2. 闭合开关,记录电流表和电压表的读数。
3. 改变滑动变阻器的阻值,重复测量多组数据。
4. 分析数据,验证公式 $ E = I(R + r) $ 是否成立。
实验结论:
通过实验数据,验证了闭合电路中电动势、电流、外电阻和内电阻之间的关系。
4. 巩固练习(10分钟)
给出几个典型例题,让学生独立完成:
例题1:
一个电源电动势为 6V,内阻为 1Ω,外接电阻为 5Ω,求电路中的电流。
解答:
$$ I = \frac{E}{R + r} = \frac{6}{5 + 1} = 1A $$
例题2:
若外电阻为 0,求此时的电流和电源两端电压。
解答:
$$ I = \frac{E}{r} = \frac{6}{1} = 6A $$
此时外电压为 0,因为外电阻为 0。
5. 小结与作业(5分钟)
小结
- 闭合电路由电源、导线、负载组成。
- 电动势、内电压、外电压之间的关系。
- 闭合电路欧姆定律的表达式及应用。
布置作业:
- 完成教材相关习题。
- 思考题:如果电源内阻很大,会对电路产生什么影响?
五、板书设计
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闭合电路欧姆定律
1. 闭合电路组成:
- 电源
- 导线
- 负载
2. 关键概念:
- 电动势 E
- 内电压 U内 = Ir
- 外电压 U外 = IR
3. 闭合电路欧姆定律:
E = I(R + r)
I = E / (R + r)
4. 应用举例:
- 计算电流
- 分析短路情况
```
六、教学反思
本节课通过理论讲解与实验结合的方式,帮助学生深入理解闭合电路欧姆定律。课堂互动良好,学生参与度较高。但在实验操作过程中,部分学生对仪器的使用还不够熟练,今后应加强实验指导。