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第二章 恒定电流

第二章 恒定电流

第二章恒定电流

泰安二中刘焕生李玉恩

1、欧姆定律

一、教学目标

1.知识目标:

(1)理解产生电流的条件;掌握电流强度的定义、公式,并应用于实际问题;了解直流电和恒定电流

(2)熟练掌握欧姆定律及其表达式I=U/R,明确欧姆定律的适用条件。

(3)知道电阻的定义及定义式R=U/I;

(4)使学生正确理解伏安特性曲线的物理意义

2.能力目标:

(1)理解掌握科学研究中的常用方法——控制变量方法,培养学生依据实验,分析、归纳物理规律的能力

(2)培养学生应用电流强度、欧姆定律知识解决实际问题的能力。

(3)逐步掌握用数形结合的解题能力。

3.物理方法教育目标:

1.通过定律由实验得出的演绎,加强学生对实验的重视,培养学生严谨求实的科学态度

2.通过可采用图象来处理实验数据,渗透数学思维,同时在处理数据的过程中,培养学生尊重客观规律的优良品质。

二、教学重点、难点分析

1.重点:欧姆定律的理解

2.难点:电阻的伏安特性曲线

3.疑点:由电阻定义式R=U/I,少数学生会产生电阻由电压和电流决定的想法。

4.解决方法:对重点和难点的解决有

(1)有条件的学校采取通过学校分组实验→数据分析→结论,加强感性认识,有利于定律的理解。

(2)关于电阻伏安特性结合数学知识,并尽可能举实例加强对知识的深化。

第二章 恒定电流

(3)关于疑点的出现,这是正常的,教师应借此机会,巧妙为下节课电阻定律作铺垫。

三、教学方法:

实验演示,启发式教学

四、教具:

小灯泡、干电池电线若干。伏特表(演示)安培表(演示)滑动变阻器学生电源

待测电阻(约10Ω~30Ω两只)晶体二极管导线若干电键

五、教学过程:

(一)引入新课

前面我们已学习了电场,电场对放入其中的电荷有力的作用,促使电荷移动,知道电荷的定向移动形成电流。由于电流与我们生活很密切,所以我们有必要去认识它,这节课我们将在初中的基础上对电流作进一步了解。

【板书】第一节欧姆定律

(二)进行新课

【板书】1、电流

众所周知,人们对电路知识和规律的认识与研究,也如对其他科技知识的认识与研究一样,都经历了漫长的、曲折的过程。

18世纪末,意大利著名医生伽伐尼受偶然发现的启迪,经进一步研究后,已能利用两种不同的金属与青蛙腿相接触而引起肌肉痉挛,于是伽伐尼电池诞生了。但他对此并不理解,认为这是青蛙体内产生了“动物电”。

伽伐尼的发现引起了意大利著名物理学家伏打的极大兴趣。经过一番研究,伏打于1792年将不同的金属板浸入一种电解液中,组成了第一个直流电源——伏打电池。后来,他利用几个容器盛了盐水,把插在盐水里的铜板、锌板连接起来,电流就产生了。

(1)电流

①什么是电流?

大量电荷的定向移动形成电流。

②电流形成的条件

导体——有自由移动的电荷,可以定向移动。导体包括金属、电解液等;自由电荷有电子、离子等。

但是只有导体还是不行,因为通常情况下,导体中自由电荷没有做定向移动。还必须有

第二章 恒定电流

一股力量促使自由电荷做定向移动,这如同水流的形成一样,有自由流动的水是形成水流的内因,还必须有促使水流动的动力即水流形成的外因——水压差。而对于电流,自由电荷是它产生的内因,那么它的外因是什么呢?

[演示1]按图连接

投影电路图

第二章 恒定电流

小灯泡发光

有电流流过小灯泡

导体两端存在电势差——外因

当导体与电源连接时,它的两端有了电压,导体中就有了电场,这样导体中的自由电荷

第二章 恒定电流

进而描

叫做电流强度。简

⑤电流的方向——规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,负电荷(电子)定向移动方向与电流方向相反。

(3)电流的分类

按方向分成直流电——方向不变化

交流电——方向随时间变化

第二章 恒定电流

直流电里,若电流强度不变称为恒定电流,通常指的都是恒定电流。

设问:既然导体两端有电压,才有电流流过导体,那么导体中的电流与导体两端的电压有什么关系呢?

【板书】2.欧姆定律电阻

[演示2]

第二章 恒定电流

先用幻灯片投影图1介绍电路思路(或让学生先设计后投影),教师按图连接实物图,引导学生注意电表的正负接线柱接法。

[演示] 闭合开关,移动滑动变阻器滑片观察现象。

由实验现象可知导体中的电流随电压变化而变化,换用另一规格灯泡会发觉在相同电压(或电流)时,电流(或电压)表示数不同。

由上述现象知,导体本身、流过导体的电流、导体两端电压之间肯定存在某种制约关系,那么如何研究三个物理量之间的关系?

(引导学生回忆探索牛顿第二定律时的思维方法:即先保持一个物理量不变,研究其他两物理量的关系,再让其余两物理量中一个保持不变,研究其他两物理量关系,然后把研究综合起来得出三物理量之间的关系)

在这里我们是如何操作的呢?

(学生思考回答)

(1)实验研究通过导体的电流与两端电压的关系

[演示3]

按图1连接好电路后闭合开关K,调节滑动变阻器,让学生由演示电表(有条件学校用投影演示)上读出电压表、电流表读数,记入下表,再移动滑片P,同样记下读数,这样得出大约6至7组数据。

第二章 恒定电流

第二章 恒定电流

从测得的数据中可得到,随着导体两端电压的升高,导体中的电流在增大,在误差允许范围内U/I=定值。

对于数据的处理除用图表法以外,我们还可以用什么方法?

图象法(描点、连线)

第二章 恒定电流

下面我们一起来用图象来处理,先画直角坐标系I-U,然后标刻度,按上述数据描点。

连点时先要看一下大致点的位置,然后作图时,要使尽量多的点,在一条直线上,并使不落在直线上的点,对称分布在直线两旁。

上面的I-U图线就叫做导体的伏安特性曲线。

由图象可知直线过原点,为什么?

(因为U=0,I=0,电流形成条件)

把导体R0,换成另一导体R0'重做上述实验,可得另一条斜直线Ⅱ

由上述实验结论不难发现

①导体中的电流与导体两端电压成正比

即I∝U或I=KU且U2/I

>U1/I1

2

②在同样电压情况下,U/I值大的电流小,U/I值小的电流大,即U/I值反映了导体阻碍电流的性质。

A.定义导体两端电压与通过导体电流的比值,叫做这段导体的电阻。

B.定义式R=U/I

对于给定导体R,一定不存在R与U成正比,与I成反比,关于R由哪些物理量决定,这有待下一节课来解决,但在相同电压下电流与电阻成反比。

C.单位欧姆(Ω)1Ω=1V/A

第二章 恒定电流

(2)欧姆定律

德国物理学家欧姆最早用实验研究了电流跟电压、电阻的关系,最后得出用他的名字命名的定律。

①内容导体的电流强度跟它两端的电压成正比,跟它的阻值成反比。

②表达式I=U/R

注意A.定律中的三个物理量U、I、R是对应于同一研究对象

B.欧姆定律为控制导体中电流提供依据。

C.适用条件——纯电阻电路

(三)例题精讲

【例1】导体中电流强度是0.5A,求半分钟内通过导体横截面的电子数?

解q=It=0.5×30s=15C

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第二章 恒定电流

1.0×102mA.当电

本节课主要讨论了电流和欧姆定律。持续电流的形成,要求导体两端有电势差,即电压。电流强度与电压的关系,即欧姆定律,我们应该了解到不能凭空认为任何在导体中流过的电流总跟电压成正比,并且应该认识到R=U/I是电阻的定义式,而不是它的量度式。六、布置作业

1.认真阅读课本。自学152页阅读材料。

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2.思考152页“思考与讨论”中提出的问题。

3.完成152页练习一上的题目。

七、课后反思:

1.由于本节课的有关知识在初中已有初步介绍,故本节课用提问方式调动学生参与课堂积极性,在教学中还试着通过举例让学生解答等方式,提高对知识的消化。

2.作为学习电路问题的知识基础,尽管初中已略有基础,但它在本章仍有一定的地位,而且本节的学习中渗透科学研究方法和思维的训练。因此,在学习中要注意发挥学生的主体作用。

2、电阻定律

一、教学目标

1.知识目标:

(1)进一步深化对电阻的认识

(2)掌握电阻定律及电阻率的物理意义,并了解电阻率与温度的关系

2.能力目标:

(1)通过类比,培养学生分析解决三个变量之间关系的科学研究方法

(2)通过从猜想→研究方法→实验操作等一系列探索过程,使学生掌握如何获取知识,发展思维能力。

3.德育渗透点:

(1)通过对各种材料电阻率的介绍,加强学生安全用电的意识

(2)通过我国对超导现象的研究介绍,激发学生爱国和奋发学习的精神。

二、教学重点、难点分析

1.重点:电阻定律

2.难点:电阻率

3.疑点:超导现象的产生

4.解决办法

①对于重点,主要是通过课堂上师生一起(教师动手,学生观察)探索,最后用科学的处理方法导出定律,这样加深了学生对该知识点的渗透。

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②对于难点,主要是通过与电阻的比较,从而明确电阻是反映导体本身属性;电阻率是材料本身的属性。

③对于疑点主要是通过实验来加强直观感觉。

三、教学方法:

实验演示,启发式教学

四、教具:

电阻定律示教板(含金属丝)学生电源电流表伏特表滑动变阻器电键导线火柴废弃的“220V 40W”白炽灯幻灯片投影仪计算机自制CAI课件

五、教学过程:

(一)提出问题,引入新课

1.为了改变电路中的电流强度,怎样做?

由欧姆定律I=U/R,只要增加导体两端的电压U或降低导体电阻R即可。

2.R=U/I的含义,如何测定电阻(让学生自己设计电路)?

从上述的回答我们不难发现电阻R与两端电压及流过电流强度无关,那么它由谁决定呢?

(二)进行新课

1.探索定律——电阻定律

①R可能与哪些因素有关?(科学猜想)

(材料、长度、横截面积、温度……)

②解决方法——控制变量法。(回忆欧姆定律的研究或牛顿第二定律的研究)

③演示实验幻灯投影电路图。

第二章 恒定电流

A.出示电阻定律示教板、金属材料

B.教师与学生一起连接电路,先让E、F分别接A、a,测得一组数据(U、I)记入下表。然后把a、b用短导线连接,E、F分别接A、B,又得一组(U、I).再把A、B用一短线连接,E、F分别接A(B)a(b).又得一组数据(U、I).

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C .换用E 、F 分别接不同材料金属丝C 、c ,又得一组数据。

第二章 恒定电流

D .分析数据

a )先定性观察→R 与材料、长度、横截面积有关

b )定理推理S l R ∝ →S

l

R ρ= 2.电阻定律

①内容——在温度不变时,导线的电阻与它的长度成正比,跟它的横截面积成反比。 ②表达式 S

l R ρ

= 说明 l ——长度 S ——横截面积 ρ——比例系数 3.电阻率——ρ ①单位 欧·米

②物理意义 反映材料导电性能好坏。在数值上它等于用该材料制成的1m 长,横截面积为1m 2的导体电阻。

③测量——学生思考

(幻灯投影书上154页各材料电阻率——20℃时)

引导学生结合生活实际,了解为了电业工人的安全,为使在相同电压下电流小,选用电阻率较大的橡胶、木头等制造电工用具把套。

④电阻率与温度关系

由表格上面写着20℃,要学生明白这意味着这张表格的数据是在20℃时测得的,即电阻率与温度有关。

[演示](幻灯投影电路图)

第二章 恒定电流

第二章 恒定电流

连接,用火柴点燃来加热白炽灯灯丝后再移开。

现象: 发现小灯泡先变暗后又慢慢变亮

材料的电阻率随温度变化而变化。利用金属的电阻率随温度升高而增大,制成温度计(电阻温度计),但也有些材料的电阻率不随温度改变而改变。 (三)例题精讲

【例】 把一均匀导体切成四段并在一起,电阻是原来的多少倍?拉长四倍后是原来多少倍?

解析:由电阻定律 S

l

R ρ= 切成四段体积不变,l l 1→

第二章 恒定电流

再现实验现象,形象并得到了电阻定律,由实验感知电

3、 闭合电路欧姆定律

一、教学目标

1.知识目标:

第二章 恒定电流

(1)通过复习,熟练掌握闭合电路欧姆定律的两种表达式Ir U E +=和r

R E

I +=及其适用条件。

(2)熟练掌握路端电压和负载的关系。

(3)掌握电源的总功率P 总=IE ,电源的输出功率P 输=IU ,电源内阻上损耗的功率P 损

=I 2r 及它们之间的关系P 总=P 输+P 损。

2.能力目标:

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。 3.物理方法教育目标:

通过外电阻改变引起I 、U 变化,树立学生普遍联系的观点;通过分析外电压变化原因,了解内因与外因关系;通过对闭合电路的分析计算,培养学生能量守恒思想。 二、教学重点、难点分析

1.重点: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。

第二章 恒定电流

10Ω定值电阻一个,滑线变阻器(0~教师:当外电路的电阻变化时,外电路两端的电压、电路中的电流、电功率怎么变化呢?这节课我们就来学习这些内容。 (二)进行新课

【板书】第六节 闭合电路欧姆定律 【板书】三、路端电压跟负载的关系

第二章 恒定电流

【板书】1、路端电压

外电路的电势降落,也就是外电路两端的电压,叫做路端电压。

路端电压就是电源加在负载(用电器)上的“有效”电压,也就是电源两极之间的电压。那么路端电压与负载之间有何关系呢?

【板书】2、路端电压跟负载的关系 实验:见教材160页,如图所示。

第二章 恒定电流

实验结论:

当负载电阻R 增大时,电流I 将减小,则电源内阻上的电势降Ir 将减小,所以路端电压U 增大,所以路端电压U 随外电阻的增大而增大。

第二章 恒定电流

R 增大时,由r

R E

I +=

知电流I R 减小时,电流I 增大,路端(2)断路

当R→∞,也就是当电路断开时,I→0则U=E 。当断路(亦称开路)时,路端电压等于电源的电动势。

第二章 恒定电流

说明:在用电压表测电源的电压时,有电流通过电源和电压表,外电路并非断路,这时测得的路端电压并不等于电源的电动势。只有当电压表的电阻非常大时,电流非常小,此时测出的路端电压非常近似地等于电源的电动势。

【板书】3、U-I 图线

如图所示为Ir E U -=的函数图像,是一条倾斜向下的直线。

第二章 恒定电流

从图线可以看出,路端电压U 随着电流I 的增大而减小。图线还反映出电源的特性:直线的倾斜程度跟内阻r 有关,内阻越大,倾斜得越厉害;直线与纵轴交点的纵坐标表示电源电动势的大小(I=0时,U=E )。

【板书】四、闭合电路中的功率 在公式E=U 外+U 内 两端乘以电流I 得到

I U I U EI 内外+=

式中I U 外和I U 内分别表示外电路和内电路上消耗的电功率,EI 表示电源提供的电功率。上式表示,电源提供的电能只有一部分消耗在外电路上,转化为其它形式的能。另一部分消耗在内电路上,转化为内能。电动势E 越大,电源提供的电功率越大,这表示电源把其他形式的能转化为电能本领越大。

如果外电路为纯电阻电路,上式可表示为EI =r

R E r I R I +=+2

2

2

(三)例题精讲

【例1】在如图所示的电路中,在滑动变阻器R 2的滑动头向下移动的过程中,电压表V 和电流表A 的示数变化情况如何?

目的:熟悉路端电压随外电阻变化的关系及分析方法。 【例2】如图甲所示的电路中,电源的电动势E 和内阻r 恒定,当负载R 变化时,电路中的电流发生变化,于是电路中的三个功率:电源的总功率P 总、

R 2

第二章 恒定电流

第二章 恒定电流

电源内部消耗功率P 内和电源的输出功率P 外随电流变化的图线可分别用图乙中三条图线表示,其中图线Ⅰ的函数表达式是______;图线Ⅱ的函数表达式是______;图线Ⅲ的函数表达式是______。 (四)总结、拓展

1.电动势是描述电源将其它形式能转化为电能本领的物理量,数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压,数值上还等于闭合电路内、外电压之和。

2.闭合电路欧姆定律的两种表达式Ir U E += 和 r

R E

I += 注意适用条件:纯电阻电路

第二章 恒定电流

3.路端电压跟负载的关系:当负载电阻R 增大;相反,当负载电阻R 减小时,电流I 增大,路端电压U 4.闭合电路中的功率: I U I U EI 内外+=或 EI (五)布置作业:

1.学习本节课文。

2.把162页练习四第(2)、(3)、(4)、(5)题做在作业本上。

4、多用电表

一、实验目的

1.练习用多用电表测电阻

2.用多用电表探索黑箱内的电学元件 二、实验器材

多用电表,干电池,电阻箱,定值电阻,晶体二极管,导线 三、实验步骤

(一)练习使用多用电表 准备

(1)观察多用电表的外形,认识选择开关的测量项目及量程;

(2)检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置。若不指零,则可用小螺丝刀调整机械调零旋钮使指针指零;

(3)将红、黑表笔分别插入“+”、“-”插孔;

第二章 恒定电流

测电压

(4)将选择开关置于直流电压2.5V挡,测1.5V干电池的电压;

(5)将选择开关置于交流电压250V挡,测220V的交流电压;

(6)将选择开关置于直流电流10mA挡,测量1.5V干电池与200Ω电阻串联回路的电流;

测电阻

(7)将选择开关置于欧姆表的“×1”挡,短接红、黑表笔,转动调整欧姆零点的旋钮,使指针指向欧姆表刻度的零位置。

(8)将两表笔分别接触几欧、几十欧的定值电阻两端,读出欧姆表指示的电阻数值,并与标准值比较,然后断开表笔。

(9)将选择开关置于欧姆挡的“100”挡,重新调整欧姆零点,然后测定几百欧、几千欧的电阻,并将测定值与标准值进行比较。

(10)选择适当的量程,测定灯泡、电炉丝和人体的电阻。

(11)实验完毕,将表笔从插孔中拔出,并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。

(二)用多用电表探测黑箱内的电学元件

(1)将黑箱(可能有的电学元件为电池、电阻和二极管)放在实验桌上,让三个测量节点向上;

(2)用直流电压挡测量A、B、C间的电压,判断有无电池,及电池的正负极。

(3)用欧姆档测量无电压的节点间阻值,判断是否可能存在电阻;

(4)交换红、黑表笔,测量(3)中节点间阻值,判断是否存在二极管;

(5)根据判断结果划出电路图;

(6)打开黑箱辨认元件,并与判断的电路比较。

【注意事项】

(1)多用电表在使用前,一定要观察指针是否指向电流的零刻度。若有偏差,应调整机械零点;

(2)合理选择电流、电压挡的量程,使指针尽可能指在表盘中央附近;

(3)测电阻时,待测电阻要与别的元件断开,切不要用手接触表笔;

(4)合理选择欧姆挡的量程,使指针尽可能指在表盘中央附近;

第二章 恒定电流

(5)换用欧姆档的量程时,一定要重新调整欧姆零点;

(6)要用欧姆档读数时,注意乘以选择开关所指的倍数;

(7)实验完毕,将表笔从插孔中拔出,并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。长期不用,应将多用电表中的电池取出。

四、巩固练习

1.某人用多用电表按正确步骤测量一电阻的阻值,当选择欧姆挡“×1”挡测量时,指针指示位置如下图所示,则其电阻值是。如果要用这支多用电表测量一个约200欧的电阻,为了使测量比较精确,选择开关应选的欧姆挡是。

第二章 恒定电流

2.如下图所示为多用电表欧姆挡的原理示意图。其中,电流表的满偏电流为300μA,内阻r g=100Ω,调零电阻最大值R=50kΩ,串联的定值电阻R0=50Ω,电池电动势E=1.5V。

用它测量电阻R x,能准确测量的阻值范围是

第二章 恒定电流

A.30~80 kΩ B.3~8 kΩ C. 300~800 Ω D.30~80Ω

3.用多用电表测量如图所示的电路中通过灯泡的电流时,首先把选择开关拨到挡,然后把多用电表联在电路中,则电流应从表笔流入,从表笔流出。

第二章 恒定电流

第二章 恒定电流

4.调整欧姆零点后,用“×10”挡测量一个电阻的阻值,发现表针偏转角度极小,那么正

确的判断和做法是 A .这个电阻值很小 B .这个电阻值很大

C .为了把电阻值测得更准确些,应换用“×1”挡,重新调整欧姆零点后测量。

D .为了把电阻值测得更准确些,应换用“×100”挡,重新调整欧姆零点后测量。 5.在图12-4的盒子里,有一稳压电源和5个相同的电阻,盒外有4个接线柱,用电压

表测量电压,得Uab=7v 、Uac=2v 、Udb=4v 、Ucd=1v ,试画出盒内的电路图。

第二章 恒定电流

第二章 恒定电流

b

第二章 恒定电流

5、测定电池的电动势和内阻

一、教学目标

1.使学生掌握利用仪器测量电池电动势和内电阻的方法,并通过设计电路和选择仪器,开阔思路,激发兴趣。

2.学会利用图线处理数据的方法。

3.使学生理解和掌握运用实验手段处理物理问题的基本程序和技能,具备敢于质疑的习惯、严谨求实的态度和不断求索的精神,培养学生观察能力、思维能力和操作能力,提高学生对物理学习的动机和兴趣。

二、重点、难点分析

1.重点:利用图线处理数据。

2.难点:如何利用图线得到结论以及实验误差的分析。

三、教具

电流表,电压表,滑动变阻器,开关,两节电池,电池盒,一小电阻(可充当电源内阻),导线若干。

四、教学过程设计

(一)引入新课

提出问题:现在有一个干电池,要想测出其电动势和内电阻,你需要什么仪器,采用什么样的电路图,原理是什么?

学生讨论后,得到的大致答案为:

第二章 恒定电流

E=U+Ir,只需测出几组相应的数值便可得到,可以采用以下的电路图:

第二章 恒定电流

第二章 恒定电流

第二章 恒定电流

这几种方法均可测量,今天我们这节课选择用测量的这一种。

(二)主要教学过程

第二章 恒定电流

1.实验原理:闭合电路欧姆定律E=U+Ir

2.实验器材:

第二章 恒定电流

第二章 恒定电流

学生回答:测路端电压;测干路电流,即过电源的电流。需测量的是一节干电池,电动势约为1.5V,内电阻大约为零点几欧。

电流表、电压表及滑动变阻器的规格要根据实验的具体需要来确定,看看我们用到的电

第二章 恒定电流

第二章 恒定电流

路图里面、各需测的是什么?

第二章 恒定电流

提出问题:选用电路图时,还可将接在外面,原则上也是可以的,那么我们在做实验时是否两个都可以,还是哪一个更好?为什么?

学生回答:两种方式测量都会带来误差。

第二章 恒定电流

第二章 恒定电流

采用图1 示数准确示数偏大

第二章 恒定电流

第二章 恒定电流

采用图2 示数准确示数偏小

第二章 恒定电流

选用哪种方式,要根据实际测量的需要确定,现在要想测出电源的内阻,如果采用图2方式,最后得到的结果相当于电源内阻与电流表内阻的总和,而两者相差又不太多,这样一来误差就会比较大,所以应采用图1的电路图。明确各仪器的规格:

电流表0~0.6A量程,电压表0~3V量程。

滑动变阻器0~50Ω。

此外,开关一个,导线若干。

3.数据处理:

原则上,利用两组数据便可得到结果,但这样做误差会比较大,为此,我们可以多测几组求平均,也可以将数据描在图上,利用图线解决问题。