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人教版新教材必修三《闭合电路欧姆定律》,排在教材第十二章第二节,主要设置了电动势概念教学以及闭合电路欧姆定律的基础分析两大板块。 关于电动势的概念,人教版从做功和能量的角度进行阐释,并给出具体定义,便于学生的理解。 关于闭合电路欧姆定律,教材是结合图12.2-4,从对闭合电路能量转化的角度推理得出,学生已经对能量守恒有了一般性的认识,故理解上难度不大。 在理解了闭合电路欧姆定律的基础上,教材进一步推导路端电压雨负载的关系,并考虑断路和电源短路两种极端情况。相比上一版教材,这一节内容先介绍电动势,一方面,引入电动势可以引导学生分析电路中的能量变化,另一方面,后续推导闭合电路欧姆定律表达式,也会促进学生对电动势概念的理解。
(1) 知识层面
在此之前,学生已经具备了静电力做功和恒定电流的基础知识,对部分电路欧姆定和律能量守恒定律有了基本认识。
(2) 能力层面
高中学段学生已具有比较严谨的思维和理论推导能力,他们比较注重知识获取过程的严谨性。
(3) 学生特点
这个时期的学生好奇心强,思维活跃,对直观内容比较感兴趣,对于实际动手操作十分积极,因此可以充分发挥实验作用,调动学生学习的积极性。
(1) 物理观念
1-1:知道的闭合电路的构成,能够辨别电路中的外电路和内电路
1-2:知道电动势的概念,能够辨别电路中电源电动势的大小
1-3:知道闭合电路欧姆定律的内容,了解电源内阻对电路外电压有影响
1-4:应用闭合电路欧姆定律推导路端电压与负载的关系
1-5:应用闭合电路欧姆定律解决简单或复杂电路中的问题
(2) 科学思维
2-1:能够基于部分电路欧姆定律和能量守恒定律推导闭合电路欧姆定律,培养学生科学推理能力
2-2:能将电路实物图转化为等效电路,培养学生的模型构建能力
(3) 科学探究
3-1:利用灯泡串并联进同一电路发光程度不同的实验进行科学探究,用所学知识解决疑惑,培养学生的问题意识、分析能力、交流沟通能力
3-2:学生推导灯泡串并联进同一电路的路端电压并进行实验验证,培养学生的证据意识
(4) 科学态度与责任
4-1:通过探究路端电压与负载的关系培养学生的实事求是的科学态度
4-2:通过应用闭合电路欧姆定律分析灯泡两端的路端电压,提升学生对闭合电路欧姆定律科学本质的认识
4-3:通过利用闭合电路欧姆定律解释生活生产中的现象,加强学生对科学·技术·社会·环境(STSE)之间相互联系的理解。
(1) 重点:推导闭合电路欧姆定律
推导路端电压与负载的关系
(2) 难点
应用路端电压与负载的关系解释物理问题和现象
§ 12.2 闭合电路欧姆定律
观察灯泡1在S1闭合、S2闭合时的亮暗变化,积极思考亮暗变化的直接原因
S1闭合时,灯泡1正常发光,说明:灯泡1两端电压达到或接近灯泡1的额定电压
S2闭合现象:灯泡1变暗
当S2闭合时,灯泡1变暗,说明:灯泡1两端电压小于灯泡1的额定电压
灯泡1始终接在电源两端,为什么它两端的电压会发生变化呢?
通过本节内容——闭合电路欧姆定律的学习,能很好解释这一现象。
二、闭合电路中的能量分析 1、理论推导 (1)在时间t内,电源内部有多少化学能转化为电能,如何计算? W非静电力=qE=EIt (2)在时间t内,外电阻R和内电阻r产生了多少电热? 外电路产生电热为:Q外=I2Rt 内电路产生电热为:Q内=I2rt (3)在时间t内,电源内部转为的电能与电路中电阻消耗的电热有什么关系? W=Q外+Q内 EIt=I2Rt+I2rt E=IR+Ir
2.闭合电路欧姆定律 闭合电路中的电流强度,跟电源电动势成正比、跟电路中的内电阻和外电阻之和成反比。 即 |
例题1 如图:R1=14Ω,R2=9 Ω.当开关S切换到位置l时,电流表的示数为I1=0.2A;当开关S切换到位置2时,电流表的示数为I2=0.3A,求电源电动势E和内阻r(电流表内阻不计)。
请同学根据刚所学的知识进行思考,并自行完成。利用希沃投屏功能展示学生的答题过程。
[说明]这道例题为我们提供了一种测量电源的电动势E和内阻r的方法(安阻法)。
二、路端电压与负载的关系
当外电路的负载R变化时,路端电压是否变化?如何变化?
根据上述推导,得到U=E-Ir,
理解:路端电压随着外电阻的增大而增大,随着外电阻的减小而减小。
思考:根据U-I的表达式,当外电路断开时,路端电压是多少?当电源短路时,电流又是多大呢?
断路:U=E
电源短路:I=E/r
请结合数学中所学的一次函数知识做出U-I图像。
U和I的函数关系U=-Ir+E
图像的物理意义
①在纵轴上的截距表示电源的电动势E
②在横轴上的截距表电源的短路电流
③图象斜率的绝对值表电源的内阻,内阻越大,图线越倾斜
思考与讨论:你还有其他的方法可以得到U-I的图像么?你的设计思路是怎样的?
学生活动:让学生设计电路图,利用希沃投屏功能展示
教师注意引导学生设计伏安法的电路,选用滑动变阻器,限流式接法
介绍数字信息化系统实验室(DISLab)
学生自主设计电路,
了解电流传感器和电压传感器,了解数字信息化系统实验室(DISLab)
利用电流传感器和电压传感器测量U、I数据,然后绘制U-I曲线,
学生与教师共同操作完成U、I数据的测量
提问:在学习了闭合电路欧姆定律以及路端电压与负载的关系后,请解释为什么实验中小灯泡的亮度不同
请一位学生解释原因
对学生的分析进行总结,对学生的迷思概念及时纠正
学生能够分析到以下几个要点:
①灯泡发光程度由实际功率决定
②并联的电阻越多,总电阻越小
③并联的电灯开得越多,外电阻就越小,路端电压就越小,灯泡实际功率越小。
1.梳理本节课知识
U=E-Ir
2、路端电压与负载的关系
3、作业布置
作业一、观察生活中的用电现象,其中一些是否让你迷惑?思考利用闭合电路欧姆定律解释原因。
作业二、将今天的课堂内容进行归纳总结,画出思维导图。
作业三、如何利用一个电流表G测量某未知电阻的阻值?请设计电路,并说明其中的原理
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