第二个双循环针对闭合电路欧姆定律而言。在第一循环中,通过多组电流、电阻的实验数据,让学生通过探究得到电源有内阻,并进一步得到闭合电路欧姆定律,改变了传统教学中先将电源的表征量都研究好,待所有概念都解决后,再去研究电路中电流所遵循的规律,即闭合电路欧姆定律。第二循环中,先以作业形式给学生一系列问题,然后让学生通过自主学习、合作学习的形式完成从能量角度对电源的研究。
考虑到本节课的探究方法与课本中的不同,我们在作业中编排了题目“简述课本中闭合电路欧姆定律的建立过程”,引导学生通过阅读教材,学习到另一种经典的研究方法,即通过探究电动势与电源内、外电压的关系而得出闭合定律欧姆定律。
本节课的教学设计主要针对“电源”和“闭合电路欧姆定律”第一循环的学习,课题名称定为“电源及闭合电路欧姆定律”,教学时间为1课时。
七、教学流程
八、教学过程
(一)情景──回顾历史、引入课题
视频:神舟6号遨游太空。让学生思考电池翼板的作用。
图片:科学家伽伐尼。介绍伽法尼发现电的过程。
图片:科学家伏打照片。介绍伏打及伏打电池,让学生利用所学的化学知识,解释伏打电池的工作原理。
实物:不同类型化学电池。解剖化学电池内部结构,指出废旧电池给人体和环境带来的危害。
制作:自制水果电池。在不同水果中插入锌丝和铜丝,并测量其两丝间的电压。
图片:核电站、三峡。简要介绍我国电力发展情况。
(二)探究──建构概念、建立规律
探究一:影响端电压的因素
师:下面我们以干电池为例来研究电源。如图1是由干电池、电阻箱组成一个电路。为了我们有共同的语言,先介绍两个概念。我们把电源两端的电压称为“端电压”;电源外部所接的电阻称为“外电阻”。图1电路中电源的端电压也就是外电阻上的电压。
师:请大家按图1连接电路,测量电源的端电压,完成下表,并讲一讲你的发现。
电阻箱电阻R
断路
电源端电压U
生:我们发现外电阻R越大,电源端电压U越大,说明端电压与外电阻有关。
生:不同的电源在外电阻相同的情况下U是不同的,说明端电压还与电源有关。
生:电路断开时的端电压仅由电源本身决定。
师:电路断开时,电源两极间的电压是由电源本身决定的,即:不同的电池,在电路断开时,维持两节间电压的本领是不同的。为了描述电源的这种特性,在物理学中,引入了电动势的概念。电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。电动势用符号是E表示,它的单位是伏特。
师:请大家测量课桌上干电池的电动势。
探究二:闭合电路的电流
师:在图1所示的电路中,如果电源的电动势和电阻是已知的,那么,电路中的电流是多少呢?凭你的知识、经验、智慧或灵感,猜测一下。
生:我的猜测是:I=E/R
师:这样的猜测对不对呢?电池的电动势刚才大家已经测量过,下面请大家再测量一下,不同外电阻时电路中的电流,完成下表,最后看看我们的猜测是否正确?
电阻箱电阻R
电路中电流I
生:通过实验,我们发现电流I 师:那么,电流与电动势和外电阻之间关系存在怎样的关系呢?请大家再猜测一下。 生:分母再大一点就行了,我的猜测是,可能是电源内部有电阻。 师:假设你的猜测是正确的,我们不妨将电源内部的电阻叫内阻,用r表示。这时电路中的电流可写成:I=E/(R+r)。现在请大家利用实验数据,根据你们学到的数学知识,一起来找一找r的大小,然后看一看在误差范围内,上述关系是否成立。 生:我将每一组数据代入I=E/(R+r),通过计算的发现,每一次求出的r都在2.3欧姆左右,说明电源存在内阻的假设是成立的,并且电路中的电流应该满足I=E/(R+r)。 生:我是用图像法处理实验数据的。先画出I―R图像,发现图线是曲线,后来将I=E/(R+r)写成R=E/I―r形式,看出电阻R与电流倒数1/I成线性关系。如果I=E/(R+r)成立,那么,通过实验数据画出的R―1/I图像应该是直线,结果利用实验数据作出的图线如图2所示,这就说明了关系式I=E/(R+r)是正确的,而图线的截距为―2.344,说明电源的内阻为2.334欧姆。 师:通过上述分析,我们得出I=E/(R+r)是成立的结论,而且利用图像还得到了电源的内阻。 师:I=E/(R+r)这个规律最早是由欧姆发现的,为了区别在初中所学的欧姆定律,我们将它叫做闭合电路欧姆定律。之所以称为“闭合电路”,是因为I=E/(R+r)涉及到由电源、电阻等整个闭合的电路。而初中学习欧姆定律I=U/R只涉及到整个电路中的一个部分,所以,我们将I=U/R又叫做部分电路欧姆定律。 (三)应用──联系实际、解释实验 题目:探究实验表明,闭合电路中的外电阻越大,电路中的电流越小,电源的端电压越大。请解释之。 解答:根据闭合电路欧姆定律I=E/(R+r)可知,当外电阻R变大时,电路中的电流I必将变小;将I=E/(R+r)代入到U=IR得,U=E/(1+r/R),所以,当外电阻R变大时,电源的端电压U变大。 九、作业设计