第二章 直流电路单元教学设计优质教案.docx
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第二章直流电路单元教学设计优质教案
直流电路复习
学习目标
1.观察并尝试识别常见的电路元器件,初步了解它们在电路中的作用。
2.知道焦耳定律、电阻定律及其在生产生活中的广泛应用。
3.理解闭合电路欧姆定律,进一步增强问题意识,提高分析问题、解决问题的能力。
4.掌握基本电学实验的原理、操作、数据采集与处理、误差分析等过程,会使用常见电学仪表仪器。
5.初步了解逻辑电路的基本原理及在自动控制中的应用,了解集成电路的作用,关注我国集成电路元器件的发展情况。
重点难点
重点:
直流电路的分析与计算
难点:
电学实验设计
设计思想
通过本节课的学习,使学生在初中已有电路知识的基础上能够全面、系统地了解、掌握直流电路的有关规律,能够从多个角度去理解闭合电路欧姆定律,并运用它进行分析、建模、求解,逐步提高自己分析问题和解决问题的能力。
另外,本章的电学实验也是重点内容,不仅要求学生掌握各类实验的原理、设计、数据处理及误差分析,还要求学生能根据实际问题进行更高要求的实验设计。
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教学设计
【课堂学习】
学习活动一:
理解基本概念
问题1:
性线元件和非线性元件各有什么特点?
问题2:
如何理解材料的电阻率?
问题3:
如何理解电源的电动势和内阻?
问题4:
电源的路端电压与电动势和内电压的关系?
学习活动二:
掌握基本规律
问题1:
部分电路欧姆定律和闭合电路欧姆定律的区别与联系?
问题2:
电阻定律的表达式?
问题3:
焦耳定律的推导?
问题4:
伏安法测电阻的原理及误差分析?
问题5:
电流表和电压表的改装原理?
问题6:
欧姆表的工作原理及内部构造?
学习活动三:
巩固基本实验
问题1:
描绘电学元件的伏安特性曲线。
问题2:
伏安法测电阻及测材料电阻率。
问题3:
测电源的电动势和内阻。
问题4:
电表的改装。
问题5:
练习使用多用电表。
学习活动四:
熟悉基本题型
问题1:
闭合电路的计算
【例题1.1】如图所示,
表为理想电压表,当电阻读数为R1=2Ω时,电压表读数为U1=4V;当电阻箱读数为R2=5Ω时,电压表读数为U2=5V.求:
(1)电源的电动势E和内电阻r;
(2)当电阻箱R读数为多少时,电源的输出功率最大?
最大值Pm为多少?
〖解析〗
(1)电压表所测的为路端电压,它随外阻而变化,由闭合电路欧姆定律列方程组
联立
(1)
(2)两式并代入数据解得
(2)电源的输出功率为
当
时有最大输出功率
【例题1.2】在如图甲所示电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=100Ω,R2的阻值未知,R3是一滑动变阻器.当滑片从最左端滑至最右端的过程中,测得电源的路端电压U随干路电流I的变化图象如图乙所示,其中图线上的A、B两点是滑片在变阻器的两个不同端点时分别得到的.求:
(1)电源的电动势和内电阻;
(2)定值电阻R2的阻值;
(3)滑动变阻器R3的最大阻值.
〖解析〗将A、B两点数据代入闭合电路欧姆定律联立求解可得,滑片滑至最右端时外电阻最大,对应图线A点,滑片滑至最左端时对应图线B点.
(1)由闭合电路欧姆定律得
将图象中A、B两点坐标代入得:
,
解得:
,
(2)当R3的滑片滑到最左端时,R3、R1均被短路,此时外电路电阻等于R2,且对应图线上B点,所以
(3)滑动变阻器的滑片置于最右端时,R3阻值最大,设此时外电路总电阻为R,由图线A点坐标求出
又
得
问题2:
电路的动态分析
【例题2】如图所示,A、B两灯电阻相同,当变阻器滑片向上滑动时,两灯亮度的变化是()
A.两灯均变亮
B.两灯均变暗
C.A灯变亮,B灯变暗
D.A灯变暗,B灯变亮
〖解析〗滑片向上滑动时,R1接入阻值变小,则整个电路的外阻变小,所以路端电压变小,即A灯变暗,同时干路电流变大,因A灯电流变小,所以流过R2的电流变大,R2两端电压变大,所以B灯两端电压变小,即B灯变暗,B选项正确。
问题3:
电学实验
【例题3.1】要测绘一个标有“3V0.6W”小灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V,并便于操作,已选用的器材有:
电池组(电动势为4.5V,内阻约1Ω):
电流表(量程为0~250mA,内阻约5Ω);
电压表(量程为0~3V,内限约3kΩ):
开关一个、导线若干。
①实验中所用的滑动变阻器应选下列中的(填字母代号)。
A.滑动变阻器(最大阻值20Ω,额定电流1A)
B.滑动变阻器(最大阻值1750Ω,额定电流0.3A)
②实验的电路图应选用下列的图(填字母代号)。
实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示。
如果将这个小灯泡接到电动势为1.5V,内阻为50Ω的电源两端,小灯泡消耗的功率是W。
〖解析〗①测绘小灯泡的伏安特性曲线时,小灯泡两端的电压应从0开始,故所需要的电路为滑动变阻器分压式,滑动变阻器应选用阻值小而电流大的A.②电路图应为滑动变阻器分压式和电流表外接法,所以应选用B图.③作出测电源电动势和内阻的I-U图像,与伏安特性曲线交于一点,这点的电压与电流的乘积即为小灯泡消耗的功率,P=IU=0.10×1.0W=0.1W.
【参考答案】(3)①A②B③0.1
【例题3.2】某同学为测量电源电动势并研究不同负载下电源输出功率,设计了如图所示电路,测量数据如下表所示:
(1)请在给出的直角坐标系中画出U-I图像。
(2)根据图线求得该电源的电动势E=V,内电阻r=Ω;
(3)根据U-I的图线,电流I=0.20A时,电源的输出功率P测=_W;如果考虑电表内阻对电路的影响,则电源实际输出功率P实P测(选填“大于”、“小于”或“等于”)。
【参考答案】⑴如图所示 ⑵2.0(1.98-2.02均可) 0.81(0.75-0.85均可)
⑶0.37 大于
【例题3.3】在练习使用多用电表的实验中:
(1)某同学连接的电路如图所示
①若旋转选择开关,使尖端对准直流电流挡,此时测得的是通过________的电流;
②若断开电路中的电键,旋转选择开关使其尖端对准欧姆挡,此时测得的是________的电阻;
③若旋转选择开关,使尖端对准直流电压挡,闭合电键,并将滑动变阻器的滑片移至最左端,此时测得的是________两端的电压。
(2)在使用多用电表的欧姆挡测量电阻时,若()
A.双手捏住两表笔金属杆,测量值将偏大
B.测量时发现指针偏离中央刻度过大,则必需减小倍率,重新调零后再进行测量
C.选择“⨯10”倍率测量时发现指针位于20与30正中间,则测量值小于25Ω
D.欧姆表内的电池使用时间太长,虽然完成调零,但测量值将略偏大
【参考答案】
(1)①R1,②R1和R2串联,③R2(或电源)
(2)D
【板书设计】
直流电路
一、理解基本概念
二、掌握基本规律
三、巩固基本实验
四、熟悉基本题型
课堂反馈
1、下列关于电动势的说法正确的是()
A.它表示电源把其它能转化为电能本领大小的物理量
B.电路断开时,电源路端电压等于电动势
C.电路闭合时,电源电路电压等于电动势
D.电源电动势与外电路用电器有关
2、在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警装置,电路如图所示。
M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻RM发生变化,导致S两端电压U增大,装置发出警报,此时( )
A.RM变大,且R越大,U增大越明显
B.RM变大,且R越小,U增大越明显
C.RM变小,且R越大,U增大越明显
D.RM变小,且R越小,U增大越明显
3、一个电流计的满偏电流Ig=100μA,内阻为600Ω,要把它改装成一个量程为0.6A的电流表,则应在电流计上
A.串联一个5.4kΩ的电阻
B.串联一个约0.1Ω的电阻
C.并联一个约0.1Ω的电阻
D.并联一个5.4kΩ的电阻
4、R1和R2是材料相同,厚度相同,上下表面都为正方形的导体,但R1的尺寸比R2大得多,把它们分别连接在如图所示电路的A、B端,接R1时电压表的读数为U1,接R2时电压表的读数为U2。
下列说法中正确的是( )
A.R1=R2B.R1>R2C.U1 5、(江苏卷,8)如图所示的电路中,电源电动势为12V,内阻为2Ω,四个电阻的阻值已在图中标出.闭合开关S,下列说法正确的有( ) A.路端电压为10V B.电源的总功率为10W C.a、b间电压的大小为5V D.a、b间用导线连接后,电路的总电流为1A 6、直流电动机和电炉并联后接在直流电源上,已知电源的内阻r=1Ω,电炉的电阻R1=19Ω(认为其阻值恒定,不随温度变化),电动机绕组的电阻R2=2Ω,如图所示,当开关S断开时,电炉的功率是475W,当开关S闭合时,电炉的功率是402.04W,求: (1)直流电源的电动势E. (2)开关S闭合时,电动机的机械功率是多大? 7、现有某金属材料制成的导线长约5m,电阻约25Ω,用伏安法测其电阻率,现已给出下列器材: A.电池组(6V,内阻2Ω) B.电流表(0~0.3A,内阻0.5Ω) C.电流表(0~3A,内阻0.025Ω)D.电压表(0~10V,内阻10kΩ) E.电压表(0~6V,内阻6kΩ) F.滑动变阻器(0~50Ω,1A) G.滑动变阻器(0~17500Ω,0.1A) H.开关,导线 I.皮尺(10m,最小刻度cm) J.米尺(最小刻度mm) K.游标卡尺 L.螺旋测微器 ⑴应选的器材(填序号) ⑵选择合适的电路并用导线连接实物 ⑶导线的直径为d,长度为l,电压表示数为U,电流表示数为I,则电阻率的表达式ρ=。 ⑷该实验过程中所用电源电压不宜过高,通电时间不宜太长,其原因是。 8、(2017·新课标Ⅰ卷)某同学研究小灯泡的伏安特性,所使用的器材有: 小灯泡L(额定电压3.8V,额定电流0.32A);电压表 V(量程3V,内阻3kΩ);电流表 (量程0.5A,内阻0.5Ω);固定电阻R0(阻值1000Ω);滑动变阻器R(阻值0~9.0Ω);电源E(电动势5V,内阻不计);开关S;导线若干。 (1)实验要求能够实现在0~3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量,画出实验电路原理图。 (2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示。 由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻_________(填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率__________(填“增大”“不变”或“减小”)。 (3)用另一电源E0(电动势4V,内阻1.00Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路,调节滑动变阻器R的阻值,可以改变小灯泡的实际功率。 闭合开关S,在R的变化范围内,小灯泡的最小功率为____________W,最大功率为___________W。 (结果均保留2位小数) 参考答案: 1、AB 2、C 3、C 4、AC 5、AD 6、100V 571.2W 7、⑴ABEFHIL ⑵如图 ⑶ ⑷时间长了金属材料的电阻率会温度而变化 8、 (1)如图所示 (2)增大增大(3)0.391.17 课后测评 1、功率为10W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60W的白炽灯相当。 根据国家节能战略,2016年前普通白炽灯应被淘汰。 假设每户家庭有2只60W的白炽灯,均用10W的LED灯替代,估算出全国一年节省的电能最接近( ) A.8×108kW·hB.8×1010kW·h C.8×1011kW·hD.8×1013kW·h 2、有一横截面积为S的铜导线,流经其中的电流强度为I,设每单位体积的导线中有n个自由电子,电子的电量为q.此时电子的定向移动速度为v,在 时间内,通过导线横截面的自由电子数目可表示为() A. B. C. D. 3、在研究微型电动机的性能时,应用如图所示的实验电路.当调节滑动变阻器R并控制电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.50A和2.0V.重新调节R并使电动机恢复正常运转,此时电流表和电压表的示数分别为2.0A和24.0V.则这台电动机正常运转时输出功率为() A.32W B.44W C.47W D.48W 4、如图所示,滑动变阻器的滑动头置于正中央,闭合开关S后,M、N、P三灯的亮度相同,今将变阻器的滑动头缓慢向左移动,则三灯的亮度从亮到暗的排列顺序是() A.M、N、P B.M、P、N C.P、M、N D.N、M、P 5、某同学利用DIS,定值电阻 、电阻箱 等实验器材测量电池a的电动势和内阻,实验装置如图1所示,实验时多次改变电阻箱的阻值,记录外电路的总电阻阻值R,用电压传感器测得端电压U,并在计算机上显示出如图2所示的 关系图线a,重复上述实验方法测量电池b的电动势和内阻,得到图2中的图线b。 ⑴由图线a可知电池a的电动势 =______V,内阻 =____ 。 ⑵若用同一个电阻R先后与电池a及电池b链接,则两电池的输出功率 _______ (填“大于”、“等于”或“小于”),两电池的效率 _____ (填“大于”、“等于”或“小于”)。 6、如图所示电路中,R1=3Ω,R2=6Ω,R3=1.5Ω,C=20μF。 当开关S1闭合、S2断开,电路稳定时,电源的总功率为2W,当开关S1、S2都闭合,电路稳定时,电源的总功率为4W,求: (1)电源电动势E和内电阻r; (2)当S1、S2都闭合时电源的输出功率及电源内部产生的热功率; (3)当S1闭合,分别计算在S2闭合与断开时,电容器所带的电荷量各为多少? 7、(2016海南卷12)某同学改装和校准电压表的电路图如图所示,图中虚线框内是电压表的改装电路。 (1)已知表头G满偏电流为 ,表头上标记的内阻值为900Ω。 R1、R2和R3是定值电阻。 利用R1和表头构成1mA的电流表,然后再将其改装为两个量程的电压表。 若使用a、b两个接线柱,电压表的量程为1V;若使用a、c两个接线柱,电压表的量程为3V。 则根据题给条件,定值电阻的阻值应选R1=___Ω,R2=______Ω,R3=_______Ω。 (2)用量程为3V,内阻为2500Ω的标准电压表 对改装表3V挡的不同刻度进行校准。 所用电池的电动势E为5V;滑动变阻器R有两种规格,最大阻值分别为50Ω和5kΩ。 为了方便实验中调节电压,图中R应选用最大阻值为______Ω的滑动变阻器。 (3)校准时,在闭合开关S前,滑动变阻器的滑动端P应靠近_______(填“M”或“N”)端。 (4)若由于表头G上标记的内阻值不准,造成改装后电压表的读数比标准电压表的读数偏小,则表头G内阻的真实值_________(填“大于”或“小于”)900Ω。 参考答案: 1、B 2、BC 3、A 4、C 5、⑴2V 0.5Ω ⑵小于 大于 6、 (1)E=4V,r=0.5Ω (2)3.5W、0.5W (3)Q=0,6×10-5C 7、 (1)1009102000 (2)50 (3)M (4)大于
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