资源简介

主题四 直流电及其应用
第二节 全电路欧姆定律 教学设计案例
课程内容 第二节 全电路欧姆定律
课程类型 启发讲授课 课时 2 学时
教材内容分析 本节主要让学生了解电源电动势的概念，能列举生活中常见的各种电池的电动势大小。了解内电阻的概念。通过实验，理解全电路欧姆定律，能进行简单计算，能用其解释生产、生活中的相关现象。
学情分析 学生在初中也接触过电源这一装置，但是不了解电动势这一概念。因此，在中职物理中，要着重让学生建构好电动势的概念，理解电源是把其他形式的能转化为电能的装置。学生在初中只学习过部分电路欧姆定律、电阻的串联和并联、电功、电功率、焦耳定律，也没有学习过全电路的规律，因此，中职物理中要让学生形成电路中的电流跟电源的电动势、内阻和外电阻都有关系等物理观念。
教学目标 1．建构电源、电动势、全电路、外电阻、内阻、端电压等概念，形成电源就是把其他形式的能转化为电能的装置、电源具有电动势、全电路就是包含电源在内的闭合电路、全电路中的电流跟电源的电动势和总电阻都有关等物理观念，并能应用其解释生产生活中的相关现象，解决相关简单问题。
2．了解建构电源、全电路、电阻器等物理模型的方法，了解有关全电路欧姆定律、端电压与外电阻关系的科学论证方法。
3．通过观察演示实验增加对电源电动势及全电路的感性认识，增强实验观察素养。通过与同学对实验现象的讨论，增强探究设计能力。
4．了解电池的发明过程和氢燃料电池的制造技术，增强科技传承的责任感。了解我国领先世界的特高压直流输电技术，增强家国情怀。
教学重点 让学生建构电动势的概念，理解全电路欧姆定律，了解模型建构、科学论证等科学方法。
教学难点 建构电动势的概念，理解全电路欧姆定律。
教学策略 让学生通过自主学习与合作学习了解新知识，形成新观念，提高实验观察能力，受到科学方法熏陶。
主要教法 启发式讲授、演示实验、组织合作学习
主要学法 自主学习、观察实验、思考讨论、合作学习
教学资源 多媒体课件展示系统、长10 cm、宽10 cm、厚2 cm的泡沫塑料板一块，长2 cm、宽1.5 cm锌片2个，长2 cm、宽1.5 cm铜片2个，LED灯1个，导线若干，白醋少许，小刀，1.5 V一号干电池1节、开关1个、滑动变阻器（5 Ω）1个、电压表（3 V）1个、电流表（0.6 A）1个、导线若干等。
课堂实施
教学 环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
课前 准备 1. 简易化学电池提供的电能是由什么能量转化来的？ 2. 什么是电源？什么是电源的电动势？ 3. 什么是全电路？什么是内阻？ 4. 什么是全电路欧姆定律？ 5. 什么是端电压？端电压与外电阻有什么关系？ 6. 什么是断路？什么是短路？ 1. 安排学生进行预习（阅读教材、观看老师提供的微课视频）。 2. 就学生提出的问题进行有针对性地备课，准备在课堂上学生讨论时给予指导。 对教材和教学视频进行学习和思考，并与同学讨论其中发现的问题，将疑问反馈给老师。 让学生通过课前自主学习，发现自己不理解的问题，准备到课堂上与同学讨论，与老师交流，解决疑问。
课堂 实施 新课引入 创设情境： 天黑以后，每家都会打开电灯，如图所示，此时是城市里的用电高峰时段，如果细心观察，你会发现电灯发出的光较暗，有些大电器如空调等的制冷或制热效果较差。而到了深夜或凌晨的用电低谷时段，同一盏灯发出的光却变得比较亮，空调的制冷或制热效果也提高了。 展示图片、提问： 电灯、空调在用电高峰时段和用电低谷时段为什么会有如此变化？ 观看、思考 激发学生学习动力，明确学习目标
新课教学 意大利物理学家伏打受伽伐尼的发现启发，经过近20年的研究，伏打发现了一个金属序列：锌、铅、锡、铁、铜、银、金……。 基于这些知识，伏打于1800年制成了伏打电堆，如图所示。在锌片和银片之间夹上浸透了盐水的厚纸，再把几十个这样的单元叠置起来，就能够提供持续的电流。伏打电堆就是今天使用的化学电池的雏形。 展示图片、讲述 倾听、了解 让学生了解化学电池的发明过程。
演示实验：观察简易化学电池的作用 在一个泡沫塑料板上挖两个小槽，将两个锌片和两个铜片分别交叉插在两个槽的两边，用导线将中间相邻的铜片和锌片用导线连接起来，再将两侧的锌片和铜片分别用导线接到LED灯的负极和正极。在两个小槽中分别倒入一些白醋，观察发生的现象。 进行演示实验，提问： 以学习小组为单位讨论，在本实验中，使LED灯发光的电能来自于哪里？ 观看实验、合作学习、回答： 使LED灯发光的电能来自于化学电池的化学能。 增加学生对电源的感性认识，引导学生通过现象归纳规律。
生活中常用的化学电池有干电池、铅蓄电池、锂电池等。常用的普通干电池大都是锰锌电池，中间是正极碳棒，外包石墨和二氧化锰的混合物。再外面包有电解质糊，因其是一种不能流动的糊状物，所以称为干电池。最外层是金属锌皮做的筒，也就是负极。化学电池都是通过化学反应，将化学能转化为电能。 讲述 倾听 让学生进一步增加对电源的认识。
【行为与责任】 注意生活中使用完毕的废电池含有重金属有毒物质，不可以进行破坏或解剖，也不能将其置于火上进行灼烧或炙烤，也不能随意丢弃，应作为有害垃圾投入相应的垃圾桶中进行分类回收。 讲述 倾听 让学生增加保护环境的社会责任感。
现代生产、生活中使用的大部分电能都来自于发电厂的发电机组。发电机组发电时，都是先通过蒸汽使发电机旋转起来，然后通过其内部的电磁作用，将机械能转化为电能。 除了化学电池和发电机组，生产、生活中还有其他种类的电源，如太阳能电池、氢燃料电池、核电池等。概括起来说，把其他形式的能转化为电能的装置，称为电源。 讲述 倾听、记忆 让学生建构电源的概念。
不同的电源将其他形式的能转化为电能的本领一般不同，为了表示电源这种转化本领的大小，人们把非静电力（除静电力以外的其他种类的力）将正电荷从电源负极经内电路移到正极做的功W非跟被移送的电荷量q的比值，称为电源的电动势，用E表示，即 E、W非和q的国际单位制单位分别为V（伏）、J（焦）和C（库）。 讲解 倾听、理解 帮助学生建构电源的电动势概念。
【应用与拓展】 氢燃料电池 氢燃料电池是一种清洁型发电装置，工作原理如图所示。 展示图片、组织学生自主学习，巡视、答疑。 观看、阅读、讨论、质疑 让学生了解氢燃料电池这一新技术。
生活中使用的电池、移动电源（充电宝），大多还有一个技术指标：容量。容量的大小常用mA·h（毫安时）表示。电池的容量越大，产生的电能越多，使用的时间越长。如果某电池的标称容量为4 000 mA·h，则表示它能够以100 mA的电流放电40 h，或以200 mA的电流放电20 h。 展示图片、讲述 观看、倾听、了解 让学生了解生活中的电源及其技术指标。
包含电源在内的闭合电路，称为全电路。全电路由外电路和内电路组成，如图所示。虚线框以外部分是外电路，由用电器、导线等组成；虚线框以内部分是内电路，即电源内部的电路。外电路上的用电器的电阻，称为外电阻，用R表示。电路中导线的电阻忽略不计。电源内部的电路，如发电机的线圈、电池内的电解液等，其电阻称为电源的内阻，用Ri表示。电路图中的电源往往不画出内阻，但要标记出来，因为在研究全电路的规律时必须要考虑这一因素。 展示图片、讲述 倾听、理解、记忆 了解全电路的概念，建构正确的物理模型。
演示实验：测量电源两端的电压 用一节干电池作为电源，用导线将滑动变阻器（5Ω）和开关，按图所示的电路连接起来。先将滑动变阻器置于最大值，开关处于打开位置，电压表接到图中所示的位置，记下电压表的示数。然后将开关闭合，再观察电压表的示数。 进行演示实验，提问： 电压表的位置没有变化，为什么在电路开关闭合后，电压表的示数会发生变化？ 观看、思考 让学生增加对端电压的感性认识。
在一个纯电阻电路中，假设全电路中的电流为I，则在时间t内，电源可以将EIt的其他形式的能量转化为电能。这些电能都被外电阻和内电阻消耗，其中外电阻消耗的电能为I2Rt，内电阻消耗的电能为I2Rit。根据能量守恒定律，应有 EIt＝I2Rt＋I2Rit 所以 即：在纯电阻电路中，全电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的总电阻成反比，这个规律称为全电路欧姆定律。 展示图片、讲解 观看、倾听、记忆 让学生理解全电路欧姆定律。
由全电路欧姆定律可得 E＝IR＋IRi 上式中，IR为电源两端（也是外电路两端）的电压，通常称为端电压，也叫输出电压，常用U表示。 U＝IR＝E- IRi 由上式可知，当电路接通时，端电压都会比电源的电动势小。 讲解 倾听、理解 让学生建构端电压的概念。
演示实验：研究端电压与外电阻的关系 按图所示连接电路并闭合开关。改变外电路的电阻R的大小，观察电路中的电流和端电压怎样变化。 进行演示实验。 观看电路中的电流和端电压的变化规律，思考其原因。 让学生增加对端电压的感性认识，尝试解释该现象。
【思考与讨论】 电路中电源的电动势和内阻是固定不变的，当外电阻R增大时，电路中的总电阻（R+Ri） ，根据全电路欧姆定律可知，电路中的电流I ，内阻上的电压IRi ，因此端电压U（= E-IRi） （填“增大”或 “减小”）。 组织学生合作学习、巡视、指导、答疑 合作学习、观察、讨论、质疑 引导学生应用全电路欧姆定律分析实验现象产生的原因。
汽车蓄电池的供电电路示意图如图所示。只打开车灯时，车灯正常发光。当汽车启动时，启动电动机的电路接通，由于启动电动机和车灯是并联的，因此，总的外电阻减小，使得外电路的端电压减小，车灯的工作功率降低，导致车灯变暗。汽车发动以后，启动电动机停止工作，外电阻恢复原大小，端电压回升，车灯便恢复正常亮度。 展示图片、讲解 观看、倾听、理解、记忆 让学生应用全电路欧姆定律分析生活中的现象。
天黑以后，几乎每个家庭都会打开电灯、空调等用电器，而这些用电器都是并联在电路中的，因此电路中的外电阻减小，端电压降低，此时电灯发出的光较暗，空调的实际功率降低。而到了深夜，很多用户休息了，用电器减少，外电阻增大，端电压升高，所以，电灯发出的光变亮，空调的实际功率增加。 回应“情境与问题”中的问题。 倾听、理解 让学生了解应用全电路欧姆定律解决实际问题。
当外电路断开时，如图所示，外电阻R变为无限大，这种情况称为断路。断路时，电路中的电流I为0，内阻上的电压IRi也为零，端电压U就等于电源的电动势E。因此，我们可把电压表直接接在电源两极来测量电源的电动势。 当外电路如图所示连接时，外电阻等于零，这种情况称为短路。短路时，电路中的电流很大，端电压U等于零。一般情况下，电源的内阻都很小，因此短路时电流很大，不但会烧坏电源，还可能引起火灾。因而绝不允许将一根导线或电流表直接接在电源两极上。 展示图片、讲解 观看、倾听、理解、记忆 让学生了解应用全电路欧姆定律解决实际问题的方法。
示例1 在如图所示的电路中，小灯泡由两节电池组成的电源供电，正好能够正常发光，若电源的电动势E = 3.0 V，内阻Ri = 1. 0 Ω，小灯泡的电阻R = 14 Ω，电路中的其他电阻不计。求：通过小灯泡的电流和小灯泡两端的电压各是多少？ 示例2 在如图所示的电路中，R1 = 8.0 Ω，R2 = 5.0 Ω。当单刀双掷开关S扳到位置1时，测得电流I1 = 0.20 A；当S扳到位置2时，测得电流I2 = 0.30 A。求：电源电动势E和内阻Ri各是多少？ 展示图片、讲解例题 观看、倾听、理解、记忆 让学生了解应用全电路欧姆定律解决实际问题的形式和方法。
【技术·中国】 领先世界的我国特高压直流输电技术 组织学生自主学习、巡视、指导、答疑 阅读、讨论 对学生进行爱国主义教育，增强家国情怀。
自由讨论 本节的主要内容讲完了，同学还有哪些疑问，自由提问，小组讨论，自由抢答。 组织学生自由提问、讨论，或回答问题。 向老师提出自己的疑问、回答同学的问题。 通过思想的碰撞，发展学生质疑创新的核心素养。
归纳总结 本节学习了电源、电动势、全电路、内阻、端电压等概念、全电路欧姆定律及其应用方法，受到了爱国主义教育等。 归纳总结本节所学内容。 倾听、记忆 帮助学生巩固所学。
课后 提升 书面作业
实践活动
板书 设计 略。
评价 反馈 本节课堂上学生回答问题得到的分数，学生作业批改后将评语及时反馈给学生。
教学 反思 反思本节课是否让学生通过自主学习进行了预习？授课过程中是否考虑到新旧知识的衔接？是否注意由浅入深地进行引导？教学难点的处理方法是否恰当？是否调动了全体学生的学习积极性？是否采用了合作学习、探究学习的教学策略？是否给学生提供了思维方法指导？学生是否进行了动手实践活动？是否注重了学生正确价值观、爱国主义思想等的培养？思考自己的讲授、启发、提问、组织、指导、回答等方面有哪些需要改进的地方。
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