2.1.2闭合电路欧姆定律—简单直流电路—电工技术基础与技能（高教版）

2.1.2闭合电路欧姆定律—简单直流电路—电工技术基础与技能（高教版） 一、教学目标 【知识与技能目标】 1. 学生能够准确理解闭合电路欧姆定律的内容、表达式及其物理意义。（引用原教材：“闭合电路欧姆定律揭示了闭合电路中的电流强度与电源电动势、内电阻以及外电路电阻之间的关系，这是分析和解决直流电路问题的重要依据。”） 2. 能够熟练运用闭合电路欧姆定律解决简单直流电路中的相关计算问题，如计算电路中的电流、电压、电阻等。（引用原教材：“通过对定律的应用，可以深入理解直流电路各元件之间的相互关系。”） 【过程与方法目标】 1. 通过实验探究的方式，引导学生得出闭合电路欧姆定律，培养学生的观察能力、数据分析能力和归纳总结能力。 2. 通过对实际电路案例的分析和计算，提高学生运用定律解决问题的逻辑思维能力。 【情感态度与价值观目标】 1. 培养学生严谨的科学态度和实事求是的精神，在实验探究中尊重实验数据。 2. 激发学生对电工技术的兴趣，让学生认识到物理知识在实际电路中的广泛应用。 二、教学重难点 【教学重点】 1. 闭合电路欧姆定律的内容、表达式及其推导过程。 2. 运用闭合电路欧姆定律解决简单直流电路的计算问题。 【教学难点】 1. 理解闭合电路中内电路与外电路的关系，以及电动势、内电阻在电路中的作用。 2. 在复杂电路中准确判断各部分电路的电压、电流关系，以便正确应用闭合电路欧姆定律。 三、教学过程 【导入新课（约5分钟）】 复习旧知：回顾部分电路欧姆定律，提问学生部分电路欧姆定律的表达式（(I = frac{U}{R})）及其适用范围，引导学生思考部分电路欧姆定律在包含电源的整个电路中的局限性。 情境导入：展示一个简单的直流电路，例如一个电池、一个电阻和一个开关组成的串联电路。提出问题：当开关闭合后，电路中的电流大小仅仅取决于外电阻吗？电池自身有没有什么特性会影响电路中的电流呢？以此引发学生的思考，激发学生的学习兴趣。 【新课讲授（约30分钟）】 环节一：闭合电路的组成（约5分钟） 讲解：结合教材内容和电路示意图，详细介绍闭合电路是由内电路（电源内部的电路）和外电路（电源外部的电路）组成的。强调内电路存在内阻，虽然通常较小但对整个电路有重要影响。例如，一个普通的干电池，其内阻会随着使用时间的增加而增大。 演示：使用简单的电路模型，将电池、电阻和电流表连接起来，通过改变电池的新旧程度（模拟内阻的变化），观察电流表读数的变化，让学生直观感受内电阻对电路的影响。 环节二：闭合电路欧姆定律的推导（约10分钟） 案例讲解：以一个具体的闭合电路为例，假设电源电动势为(E)，内电阻为(r)，外电阻为(R)。根据能量守恒定律，电源非静电力做功的功率等于内外电路消耗电能的功率之和。电源非静电力做功的功率为(P = EI)，外电路消耗的功率为(P_{外}=I^{2}R)，内电路消耗的功率为(P_{内}=I^{2}r)，所以(EI = I^{2}R+I^{2}r)，化简可得(I=frac{E}{R + r})，这就是闭合电路欧姆定律的表达式。（引用原教材：“这个定律从能量守恒的角度出发，全面地描述了闭合电路中的电学关系。”） 互动问答：提问学生关于定律推导过程中的关键步骤，例如为什么可以根据能量守恒来推导这个定律，鼓励学生积极回答并讨论。 环节三：闭合电路欧姆定律的物理意义（约10分钟） - 讲解：深入解释闭合电路欧姆定律表达式中各物理量的意义。电动势(E)反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领；外电阻(R)和内电阻(r)共同决定了电路中的电流大小；当外电阻(R)增大时，电路中的电流(I)会减小，内电压(U_{内}=Ir)减小，外电压(U = IR)增大，这体现了电路各部分之间的相互制约关系。 - 案例分析：给出一个汽车电路的例子。汽车的蓄电池电动势相对稳定，当汽车启动时，启动电机相当于一个较小的外电阻，此时电路中的电流很大。随着汽车正常运行，用电设备增多，外电阻增大，电路中的电流相应减小。通过这个案例让学生更好地理解闭合电路欧姆定律中各物理量之间的关系。 环节四：闭合电路欧姆定律的应用（约5分钟） - 流程讲解：讲解运用闭合电路欧姆定律解决问题的一般步骤。首先要明确已知量和未知量，确定电路中的电动势(E)、内电阻(r)和外电阻(R)等相关参数；然后根据定律表达式(I=frac{E}{R + r})以及其他相关公式（如(U = E - Ir)）进行计算。 - 示例：已知一个电源电动势(E = 6V)，内电阻(r = 1Omega)，外电阻(R = 5Omega)，求电路中的电流(I)和外电压(U)。根据闭合电路欧姆定律(I=frac{E}{R + r}=frac{6}{5 + 1}=1A)，外电压(U = IR = 1times5 = 5V)。 巩固练习（约20分钟） 课堂练习例题： 例题1（选择题）： 题目：在闭合电路中，当外电阻(R)减小时，以下说法正确的是（ ）。 A. 电路中的电流(I)增大，内电压(U_{内})减小 B. 电路中的电流(I)减小，外电压(U)增大 C. 电路中的电流(I)增大，内电压(U_{内})增大 D. 电路中的电流(I)减小，内电压(U_{内})减小 答案：C（解析：根据闭合电路欧姆定律(I=frac{E}{R + r})，当(R)减小时，(I)增大；内电压(U_{内}=Ir)，(I)增大，(r)不变，所以(U_{内})增大。） 例题2（简答题）： 题目：简述闭合电路欧姆定律中电动势(E)、外电压(U)和内电压(U_{内})之间的关系，并写出表达式。 答案：在闭合电路中，电动势(E)等于外电压(U)与内电压(U_{内})之和，表达式为(E = U+U_{内})。这是因为电源电动势是整个电路的总电压源，在闭合电路中，它要分配到外电路和内电路中。外电压是外电路两端的电压，内电压是电源内部电阻两端的电压。 例题3（计算题）： 题目：一个电源的电动势(E = 12V)，内电阻(r = 2Omega)，当外电路接一个电阻(R)时，电路中的电流(I = 2A)，求外电阻(R)的值和外电压(U)的值。 答案：根据闭合电路欧姆定律(I=frac{E}{R + r})，可得(R=frac{E}{I}-r=frac{12}{2}-2 = 4Omega)。外电压(U = IR = 2times4 = 8V)。 例题4（案例分析题）： 题目：手机电池在使用一段时间后，电池的续航能力会下降。从闭合电路欧姆定律的角度解释这种现象。 答案：手机电池相当于一个电源，其电动势会随着电池的使用而逐渐降低。同时，电池的内阻会增大。根据闭合电路欧姆定律(I=frac{E}{R + r})，当(E)减小，(r)增大时，对于同样的外电路电阻(R)（手机的电路元件电阻），电路中的电流(I)会减小。而手机的功率(P = UI)，由于(I)减小，所以手机能够提供的功率减小，表现为续航能力下降。 例题5（选择题）： 题目：在闭合电路中，若电源电动势(E)不变，外电阻(R)增大到原来的2倍，内电阻(r)不变，则电路中的电流(I)变为原来的（ ）。 A. (frac{1}{2})倍 B. (frac{1}{3})倍 C. (frac{2}{3})倍 D. (frac{3}{2})倍 答案：C（解析：设原来外电阻为(R_{1})，电流为(I_{1}=frac{E}{R_{1}+r})；当外电阻变为(R_{2} = 2R_{1})时，电流(I_{2}=frac{E}{2R_{1}+r})。(frac{I_{2}}{I_{1}}=frac{R_{1}+r}{2R_{1}+r})，假设(R_{1}=1Omega)，(r = 1Omega)，(E = 3V)，则(I_{1}=frac{3}{1 + 1}=frac{3}{2}A)，(I_{2}=frac{3}{2 + 1}=1A)，(frac{I_{2}}{I_{1}}=frac{2}{3})。所以电路中的电流(I)变为原来的(frac{2}{3})倍。） 【课堂总结与作业布置（约10分钟）】 课堂总结： 1. 回顾闭合电路的组成，包括内电路和外电路。 2. 再次强调闭合电路欧姆定律的内容、表达式(I=frac{E}{R + r})及其物理意义，重点回顾电动势、内电压、外电压之间的关系(E = U+U_{内})。 3. 总结运用闭合电路欧姆定律解决问题的步骤和注意事项。 作业布置： 1. 完成教材上关于闭合电路欧姆定律的练习题。 2. 预习下一节关于电路中功率的内容，思考电路中的功率与闭合电路欧姆定律之间的联系。 3. 找一个生活中的直流电路（如手电筒电路），运用闭合电路欧姆定律分析其工作原理，写出分析报告。 四、教学反思及评价 【教学反思】 在本节课的教学中，通过多种教学方法相结合，如实验演示、案例分析、互动问答等，学生的学习积极性得到了较好的调动。在讲解闭合电路欧姆定律的推导过程中，学生能够较好地理解能量守恒在定律推导中的应用。然而，在复杂电路的分析环节，部分学生存在理解困难，对于内电路和外电路电压、电流关系的判断容易混淆。在后续教学中，需要增加更多复杂电路的案例分析，加强对这部分内容的训练。 【教学评价】 1. 知识掌握情况：通过课堂练习和作业完成情况来看，大部分学生能够掌握闭合电路欧姆定律的基本内容和简单应用，但在一些涉及多个物理量变化的综合问题上，掌握程度有待提高。 2. 学习态度与参与度：学生在课堂上表现出较高的学习热情，特别是在实验演示和案例分析环节，参与度较高。但仍有少数学生在互动问答环节不够积极主动，需要进一步鼓励。 3. 教学效果与改进：本节课整体教学效果基本达到预期目标，但在教学内容的深度和广度方面还有提升空间。可以引入更多的实际工程电路案例，提高学生运用知识解决实际问题的能力，同时在教学方法上，可以增加小组合作学习的环节，让学生在合作中更好地理解和掌握知识。 学科网（北京）股份有限公司 $$