2.1.2闭合电路欧姆定律（简单直流电路）（教案）《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）（教案）《电工技术基础与技能》（高教版） 【教学目标】 （一）知识目标 1. 理解闭合电路欧姆定律的内容、公式及其物理意义。 2. 掌握电源电动势、内电压、外电压的概念及其关系。 3. 学会运用闭合电路欧姆定律解决简单直流电路中的相关问题，如电路中电流、电压、电阻的计算等。 （二）能力目标 1. 通过对闭合电路欧姆定律的推导过程，培养学生的逻辑推理能力和科学思维能力。 2. 能够运用闭合电路欧姆定律分析和解决实际电路中的问题，提高学生的知识迁移能力和实践操作能力。例如，在分析简单串联、并联电路故障时，能够准确判断故障原因并提出解决措施。 （三）素质目标 1. 培养学生严谨的科学态度和实事求是的精神，在实验探究和理论推导过程中，让学生尊重实验数据和科学规律。 2. 通过小组合作学习，提高学生的团队协作能力、沟通能力和自主学习能力。 【重点难点】 （一）重点 1. 闭合电路欧姆定律的内容、公式及其应用。 2. 电源电动势、内电压、外电压之间的关系。 （二）难点 1. 闭合电路欧姆定律的推导过程。 2. 理解闭合电路中能量的转化与守恒关系，并运用其解释相关现象。 【教学方法】 1. 讲授法：系统地讲解闭合电路欧姆定律的概念、公式、推导过程等基础知识，确保学生掌握基本的理论知识。例如，在讲解电源电动势概念时，详细阐述其定义、单位以及与非静电力做功的关系。 2. 实验探究法：通过实验让学生直观地感受闭合电路中电流、电压等物理量之间的关系，加深对定律的理解。如进行“探究闭合电路中外电压和内电压之和与电源电动势的关系”的实验。 3. 问题引导法：提出一系列有启发性的问题，引导学生思考，激发学生的学习兴趣，培养学生的思维能力。比如在讲解闭合电路欧姆定律公式推导前，问学生“如何根据已学的部分电路欧姆定律来推导出适用于整个闭合电路的规律呢？” 4. 小组讨论法：组织学生进行小组讨论，让学生在讨论中交流思想、解决问题，提高学生的合作学习能力。例如在分析闭合电路中的能量转化问题时，让小组讨论不同部分电路中的能量形式以及能量转化过程。 【学生分析】 从之前的学习情况来看，学生对部分电路欧姆定律已经有了一定的了解，具备了一定的电学基础。但对于闭合电路这一较为复杂的概念，学生可能会存在理解上的困难。部分学生的逻辑思维能力和抽象思维能力还不够强，在推导闭合电路欧姆定律以及理解电动势等概念时可能会遇到挑战。另外，学生在将理论知识应用到实际电路问题的解决上还需要进一步的训练。不过，学生对实验操作比较感兴趣，通过实验探究可以更好地调动学生的学习积极性。 【教学过程】 （一）导入新课 1. 回顾部分电路欧姆定律：首先在黑板上画出一个简单的部分电路（只包含一个电阻和电源），然后提问学生部分电路欧姆定律的内容（通过导体的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，公式为(I = frac{U}{R})），让学生回顾旧知识，为新知识的学习做好铺垫。 2. 引入闭合电路概念：展示一个完整的闭合电路的实物图（包括电源、导线、用电器、开关等），并向学生提问：“在这个完整的电路中，电流的形成除了与用电器的电阻有关，还与什么因素有关呢？”引导学生思考，从而引出本节课要学习的闭合电路欧姆定律。 （二）讲授新课 1. 闭合电路的组成 - 结合实物图和电路图讲解闭合电路的组成部分，包括电源内部（内电路）和电源外部（外电路）。外电路是由用电器、导线和开关等组成，电流从电源正极流出，经过用电器等回到电源负极；内电路是电源内部的电路，电流从电源负极流向正极。 - 以干电池为例，讲解在电源内部存在非静电力，它能把正电荷从负极搬运到正极，从而维持电路两端的电势差。 2. 电源电动势 - 按照教材内容，讲解电源电动势的概念：电源电动势(E)等于非静电力把单位正电荷从电源的负极，经过电源内部移到电源正极所作的功，其表达式为(E=frac{W}{q})，单位是伏特（V）。 - 举例说明：如果一个电源能够把(1C)的正电荷从负极搬运到正极所做的功是(2J)，那么这个电源的电动势(E = frac{2J}{1C}=2V)。 - 强调电动势是电源本身的特性，与外电路的情况无关，就像电池的电动势是由电池本身的材料和结构决定的。 3. 闭合电路欧姆定律的推导 - 从能量守恒的角度进行推导：假设闭合电路中电流为(I)，外电阻为(R)，内电阻为(r)，电源电动势为(E)。在时间(t)内，非静电力做的功(W = EIt)，在外电路中电流做功(W{外}=I^{2}Rt)，在内电路中电流做功(W{内}=I^{2}rt)。根据能量守恒定律，非静电力做的功等于外电路和内电路消耗的电能之和，即(EIt = I^{2}Rt+I^{2}rt)，两边同时除以(It)，得到(E = IR + Ir)，变形可得(I=frac{E}{R + r})，这就是闭合电路欧姆定律的表达式。 - 在推导过程中，边推导边解释每一步的物理意义，让学生理解推导的逻辑。 4. 外电压、内电压与电动势的关系 - 通过实验演示：使用电压表分别测量外电路两端的电压(U)（外电压）和电源内部两端的电压(U')（内电压），并改变外电阻(R)的大小，记录不同情况下的(U)、(U')和电流(I)的值。 - 根据实验数据和闭合电路欧姆定律(E = IR+Ir)，可以得到(E = U + U')，即电源的电动势等于外电压与内电压之和。 - 解释这种关系：电动势是电源提供的总电压，在闭合电路中，一部分电压降落在外电路（外电压），另一部分电压降落在电源内部（内电压）。 5. 闭合电路欧姆定律的应用 - 电路中电流、电压、电阻的计算 - 例题1：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)。 - 解：根据闭合电路欧姆定律(I=frac{E}{R + r}=frac{6V}{5Omega+ 1Omega}=1A)。 - 例题2：在一个闭合电路中，电源电动势(E = 12V)，电路中的电流(I = 2A)，内电阻(r = 2Omega)，求外电阻(R)。 - 解：由(I=frac{E}{R + r})可得(R=frac{E}{I}-r=frac{12V}{2A}-2Omega = 4Omega)。 - 电路故障分析 - 以一个简单的串联电路（电源、电阻(R1)、电阻(R2)）为例，当其中一个电阻发生断路或短路时，分析电路中的电流、电压变化情况。 - 例如，当(R1)断路时，整个电路的电流变为(0)，(R2)两端的电压也变为(0)，电源两端的电压等于电动势。如果(R1)短路，电路中的总电阻减小，电流增大，(R2)两端的电压会增大。 （三）小结 1. 回顾闭合电路欧姆定律的内容：(I=frac{E}{R + r})，强调它是解决闭合电路问题的重要依据。 2. 总结电源电动势、内电压、外电压之间的关系：(E = U + U')。 3. 归纳闭合电路欧姆定律在电路计算和故障分析等方面的应用，提醒学生在应用定律时要注意各个物理量的含义和单位。 （四）课堂检测 1. 填空题 - （1）闭合电路欧姆定律的表达式为(I=)，其中(E)表示，(R)表示，(r)表示。 - （2）电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的。当外电路接通时，电源电动势等于与之和。 - 答案：（1）(frac{E}{R + r})；电源电动势；外电阻；内电阻（2）电压；外电压；内电压 2. 选择题 - （1）一个电源的电动势为(E)，内阻为(r)，当外电阻为(R)时，电源的输出功率最大，此时(R)的值为（ ） - A. (r) - B. (2r) - C. (3r) - D. (4r) - （2）在闭合电路中，当外电阻增大时，以下说法正确的是（ ） - A. 电路中的电流增大 - B. 电源的内电压增大 - C. 电源的电动势增大 - D. 电源的输出功率可能增大也可能减小 - 答案：（1）A（2）D 3. 计算题 - 已知一个电源电动势(E = 9V)，内电阻(r = 1Omega)，外电路由两个电阻(R1 = 3Omega)和(R2 = 6Omega)串联组成，求电路中的电流(I)，(R1)两端的电压(U1)和电源的输出功率(P)。 - 解：外电阻(R = R1+R2=3Omega + 6Omega=9Omega)。 - 根据闭合电路欧姆定律(I=frac{E}{R + r}=frac{9V}{9Omega+ 1Omega}=0.9A)。 - (R1)两端的电压(U1 = IR1=0.9Atimes3Omega = 2.7V)。 - 电源的输出功率(P = I^{2}R=(0.9A)^{2}times9Omega = 7.29W)。 【教学反思】 在本节课的教学过程中，通过讲授法、实验探究法、问题引导法和小组讨论法相结合的方式，学生对闭合电路欧姆定律的概念、公式和应用有了较好的掌握。 在导入环节，通过回顾旧知识引出新知识，能够顺利过渡到新内容的学习。在讲解电动势概念时，结合实例让学生更直观地理解了这一较为抽象的概念。 在闭合电路欧姆定律的推导过程中，虽然从能量守恒的角度进行推导逻辑较为清晰，但部分学生理解起来还是有一定难度，在今后的教学中可以增加更多的引导和解释。 在实验演示环节，学生对测量外电压和内电压的实验比较感兴趣，通过实验数据直观地得出外电压和内电压与电动势的关系，效果较好。 在课堂练习中，大部分学生能够正确运用闭合电路欧姆定律解决问题，但在电路故障分析方面，部分学生还存在分析不全面的情况，以后需要增加这方面的专项训练。 小组讨论环节学生的参与度较高，但在讨论过程中也存在个别学生主导讨论，部分学生参与度不高的现象，需要在今后的小组划分和任务布置上进行改进，以提高每个学生的学习效果。 学科网（北京）股份有限公司 $$