資源簡介

12.2《閉合電路的歐姆定律》課時教案
學科 物理 年級冊別 高二上冊 共1課時
教材 人教版（2019）高中物理必修第三冊 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節內容位于人教版高中物理必修第三冊第十二章第二節，是電學核心規律之一。在學生已掌握部分電路歐姆定律的基礎上，本節引入電動勢、內阻等新概念，建立閉合電路中電流與電動勢、內外電阻之間的定量關系。教材通過實驗探究與理論推導相結合的方式呈現知識，體現了“從實驗到規律”的科學建構過程，為后續學習電路能量轉化、電源效率等問題奠定基礎。
學情分析
高二學生已具備部分電路歐姆定律、串并聯電路特點等基礎知識，具備一定的實驗操作與數據分析能力。但對“電動勢”這一抽象概念理解存在困難，易與電壓混淆；對電源內部能量轉化過程缺乏直觀認知。學生正處于邏輯思維快速發展的階段，具備較強的探究欲望。教學中應通過情境創設、實驗演示和類比遷移降低認知難度，引導學生從能量視角理解閉合電路的本質。
課時教學目標
物理觀念
1. 理解電動勢的概念，知道其反映電源將其他形式能轉化為電能的本領，單位為伏特（V）。
2. 掌握閉合電路歐姆定律的表達式 I = E / (R + r)，理解其適用條件，并能用其分析簡單電路中的電流、電壓變化規律。
科學思維
1. 通過分析閉合電路中能量守恒的過程，經歷從能量角度推導閉合電路歐姆定律的思維過程，提升邏輯推理能力。
2. 能運用定律解釋路端電壓隨外電阻變化的現象，發展模型建構與科學論證能力。
科學探究
1. 能設計并完成測量電源電動勢和內阻的實驗方案，掌握伏安法測電源電動勢和內阻的基本方法。
2. 能通過實驗數據繪制U-I圖像，并利用圖像求解電動勢和內阻，提升數據處理與圖像分析能力。
科學態度與責任
1. 在實驗探究中養成嚴謹求實的科學態度，尊重實驗數據，勇于修正錯誤假設。
2. 認識閉合電路規律在電池使用、電路設計等生活實際中的廣泛應用，增強物理學習的責任感與價值感。
教學重點、難點
重點
1. 閉合電路歐姆定律的內容、表達式及其物理意義。
2. 路端電壓與外電阻的關系，U-I圖像的理解與應用。
難點
1. 電動勢概念的建立及其與電壓的區別。
2. 從能量守恒角度推導閉合電路歐姆定律。
教學方法與準備
教學方法
情境探究法、實驗探究法、講授法、合作學習
教具準備
干電池、滑動變阻器、電壓表、電流表、開關、導線、多媒體課件、U-I圖像繪制軟件
教學環節 教師活動 學生活動
情境導入
【5分鐘】 一、生活情境設疑，激發探究興趣 （一）、展示現象，引發認知沖突
教師手持一節舊干電池，連接一個額定電壓為1.5V的小燈泡，燈泡微亮甚至不亮。隨后用萬用表測量電池兩端電壓，顯示仍接近1.5V。提出問題：“既然電壓還是1.5V，為什么燈泡卻不亮呢？是不是電壓表壞了？還是我們對電壓的理解還不夠深入？”
引導學生思考：電壓表測的是什么電壓？燈泡不亮說明通過它的電流太小，那電流大小到底由哪些因素決定？這與我們之前學的歐姆定律I=U/R是否矛盾？
（二）、回顧舊知，引出新問題
通過PPT回顧部分電路歐姆定律：I = U/R，強調這是針對一段不含電源的純電阻電路。提問：“如果把這段電路閉合成一個回路，中間接入電源，電流又該如何計算？電源在電路中究竟起什么作用？”
順勢引出本節課的主題——閉合電路的歐姆定律。強調我們將從“整體電路”而非“局部電路”的視角來重新審視電流的規律。
（三）、類比遷移，初步感知電動勢
播放一段水泵抽水的動畫：水泵將水從低處抽到高處，建立水位差（水壓），驅動水流循環。類比說明：電源就像電路中的“電泵”，它把正電荷從負極“抽”到正極，維持正負極之間的電勢差（電壓），從而驅動電荷在電路中持續流動。電源的這種“抽電荷”的能力，我們用一個新的物理量——電動勢來描述。 1. 觀察實驗現象，產生認知沖突。
2. 回憶部分電路歐姆定律，思考其適用范圍。
3. 在教師引導下進行類比思考，初步建立電動勢的直觀印象。
4. 明確本節課的學習任務與目標。
評價任務 現象描述：☆☆☆
問題提出：☆☆☆
類比理解：☆☆☆
設計意圖 通過真實生活現象引發學生認知沖突，打破“電壓=供電能力”的錯誤前概念，激發探究欲望。利用水泵與電源的類比，將抽象的電動勢概念具象化，降低理解門檻，為新課學習鋪設認知橋梁。
新知建構
【15分鐘】 一、建立模型，定義電動勢 （一）、剖析電源內部，揭示電動勢本質
教師結合多媒體動畫展示干電池內部結構：鋅筒為負極，碳棒為正極，內部有電解質溶液。當外電路閉合時，負極的鋅原子失去電子變成鋅離子進入溶液，電子經外電路流向正極；正極附近的二氧化錳得到電子發生還原反應。強調：在電源內部，非靜電力（化學力）將正電荷從負極“搬運”到正極，克服靜電力做功，將化學能轉化為電能。這個過程中非靜電力所做的功W與被搬運電荷量q的比值，定義為電源的電動勢E，即E = W/q。單位為伏特（V）。強調電動勢是電源本身的屬性，反映其轉化能量的本領，與是否接入電路無關。
（二）、區分電動勢與路端電壓
提出問題：“當我們用電壓表直接接在電源兩極測量時，測得的是電動勢嗎？”演示實驗：用理想電壓表（內阻無窮大）測量開路電源兩端電壓，讀數為E。再接入一個外電阻R構成閉合電路，再次測量電源兩端電壓，發現讀數小于E。引出路端電壓U的概念——即外電路兩端的電壓。提問：“為什么閉合電路后路端電壓會下降？減少的電壓去哪了？”
二、實驗探究，發現規律 （一）、設計實驗方案
引導學生思考：要研究閉合電路中電流I與哪些因素有關，需要測量哪些物理量？如何改變電路條件？
師生共同設計實驗：利用干電池、滑動變阻器（改變外電阻R）、電流表（測I）、電壓表（測路端電壓U）、開關和導線組成閉合電路。通過調節滑動變阻器，改變外電阻R，記錄多組U和I的值。
強調實驗注意事項：電流表、電壓表的量程選擇與正負接線柱；滑動變阻器的初始位置（阻值最大）；讀數時視線垂直表盤。
（二）、進行實驗與數據記錄
教師演示實驗操作，學生觀察并協助記錄數據。展示一組典型數據：
當R增大時，I減小，U增大；當R減小時，I增大，U減小。特別地，當R→∞（斷路）時，I=0，U=E；當R→0（短路）時，I最大，U≈0。
組織學生將數據填入表格，并初步分析U與I的關系。 1. 觀察動畫，理解電源內部非靜電力做功過程。
2. 區分電動勢與路端電壓，理解測量差異的原因。
3. 參與實驗設計，明確變量控制與測量方法。
4. 觀察實驗操作，記錄數據，初步分析規律。
評價任務 概念理解：☆☆☆
實驗設計：☆☆☆
數據記錄：☆☆☆
設計意圖 通過動畫直觀展示電源內部能量轉化過程，幫助學生理解電動勢的物理本質。通過對比開路與閉路電壓測量，凸顯內阻的存在及其影響。實驗探究環節讓學生親身經歷科學發現的過程，從數據中歸納趨勢，培養實證意識與科學探究能力。
規律推導
【10分鐘】 一、能量守恒視角，理論推導定律 （一）、構建能量轉化模型
引導學生思考：在閉合電路中，電源提供的電能去了哪里？
分析：電源在時間t內提供的總能量為W總 = EIt（電動勢做功）。這部分能量在電路中轉化為兩部分：一部分在外電阻R上轉化為內能Q外 = I Rt；另一部分在電源內部（由于內阻r存在）也轉化為內能Q內 = I rt。
根據能量守恒定律：W總 = Q外 + Q內，即 EIt = I Rt + I rt。
（二）、數學化簡得出定律
將上述等式兩邊同時除以It，得到：E = IR + Ir。
整理得：I = E / (R + r)。
明確指出：這就是閉合電路的歐姆定律——閉合電路中的電流，跟電源的電動勢成正比，跟內、外電路的總電阻成反比。
強調公式中各物理量的含義：I為干路電流，E為電源電動勢，R為外電阻，r為電源內阻。
（三）、解析路端電壓變化規律
由E = U + Ir可得：U = E - Ir。
分析：當外電阻R增大時，I減小，Ir減小，故U增大；當R減小時，I增大，Ir增大，故U減小。當外電路斷開（I=0）時，U=E；當外電路短路（R=0）時，I短 = E/r，U=0。提醒學生短路電流極大，可能損壞電源，實驗中應避免。
1. 參與能量轉化分析，建立能量守恒方程。
2. 跟隨教師推導，理解定律的數學來源。
3. 掌握U = E - Ir關系式，解釋路端電壓變化。
4. 理解短路危害，增強安全意識。
評價任務 能量分析：☆☆☆
公式推導：☆☆☆
規律解釋：☆☆☆
設計意圖 從能量守恒這一基本物理思想出發，引導學生自主推導閉合電路歐姆定律，不僅加深對定律的理解，更滲透了“守恒”這一核心科學觀念。通過U = E - Ir的分析，使學生從動態角度理解路端電壓的變化機制，突破教學難點。
圖像深化
【8分鐘】 一、繪制U-I圖像，直觀呈現規律 （一）、引導學生繪制圖像
利用前面實驗得到的多組U、I數據，在坐標紙上以I為橫軸、U為縱軸描點。提問：“這些點大致分布在一條什么線上？”引導學生發現它們近似落在一條向下傾斜的直線上。
（二）、解讀圖像物理意義
師生共同分析U-I圖像：
1. 圖像與縱軸交點：當I=0（斷路）時，U=E，故縱截距表示電源電動勢。
2. 圖像斜率：由U = E - Ir可知，斜率k = -r，故斜率的絕對值表示電源內阻。
3. 圖像與橫軸交點：當U=0（短路）時，I = E/r，故橫截距表示短路電流。
強調：U-I圖像是一條直線，反映了閉合電路中路端電壓與電流的線性關系，是閉合電路歐姆定律的圖像表達。
（三）、拓展應用：比較不同電源
展示兩節不同型號電池的U-I圖像。提問：“如何判斷哪個電源電動勢大？哪個內阻大？”引導學生根據縱截距和斜率進行比較，提升圖像分析能力。 1. 根據實驗數據，在坐標紙上描點繪圖。
2. 觀察圖像趨勢，發現線性關系。
3. 理解圖像中截距、斜率的物理意義。
4. 運用圖像比較不同電源性能。
評價任務 圖像繪制：☆☆☆
意義解讀：☆☆☆
比較應用：☆☆☆
設計意圖 通過繪制和分析U-I圖像，將抽象的數學關系轉化為直觀的幾何圖形，幫助學生從多維度理解閉合電路規律。圖像法是物理研究的重要手段，本環節培養學生“數形結合”的科學思維，提升信息處理與模型解讀能力。
應用鞏固
【7分鐘】 一、典例分析，遷移應用 （一）、例題講解：動態電路分析
出示例題：如圖所示電路，電源電動勢E=3.0V，內阻r=1.0Ω，定值電阻R =4.0Ω，滑動變阻器R 最大阻值為10Ω。當滑片P從a端滑向b端時，求：
（1）電流表讀數的變化范圍；
（2）電壓表讀數的變化范圍。
引導學生分析：外電路總電阻R = R + R ，R 從0變到10Ω，故R從4Ω變到14Ω。由I = E/(R+r)計算I的范圍；由U = E - Ir計算U的范圍。
強調解題步驟：明確研究對象→確定總電阻變化→代入閉合電路歐姆定律→計算求解。
（二）、變式訓練：故障診斷
提出問題：“若實驗中發現調節滑動變阻器時，電壓表示數幾乎不變且接近電源標稱電壓，可能是什么原因？”
引導學生分析：電壓表測的是路端電壓U。若U≈E且不隨R變化，說明Ir≈0，即I≈0，外電路近似斷路。可能原因：滑動變阻器接觸不良、導線斷開、電流表損壞等。
1. 聽講例題，理解動態電路分析方法。
2. 參與變式討論，運用定律進行故障診斷。
3. 總結解題思路，形成解題策略。
4. 體會物理規律在實際問題中的應用價值。
評價任務 解題規范：☆☆☆
思路清晰：☆☆☆
應用準確：☆☆☆
設計意圖 通過典型例題訓練學生應用閉合電路歐姆定律解決動態電路問題的能力，強化公式運用的規范性。變式訓練貼近實驗實際，培養學生運用物理知識分析和解決實際問題的能力，體現“學以致用”的教學理念。
作業設計
一、基礎鞏固
1. 關于閉合電路的歐姆定律，下列說法正確的是（ ）
A. 在閉合電路中，電流跟電源的電動勢成正比，跟內、外電路的總電阻成反比
B. 當外電路斷開時，路端電壓等于電源電動勢
C. 當外電路短路時，路端電壓為零，電流也為零
D. 電動勢的單位是伏特，與電壓單位相同，因此電動勢就是電壓
2. 一節干電池的電動勢為1.5V，內阻為0.5Ω。若將其與一個阻值為2.5Ω的電阻串聯組成閉合電路，求：
（1）電路中的電流；
（2）路端電壓；
（3）電源內部消耗的功率。
二、能力提升
3. 某同學利用伏安法測一節舊電池的電動勢和內阻，得到U-I圖像如下圖所示（圖像略，假設縱截距為1.4V，橫截距為0.7A）。請根據圖像求：
（1）電池的電動勢E；
（2）電池的內阻r。
三、實踐探究
4. 查閱資料或詢問家長，了解手機電池的標稱電壓和容量。思考：為什么手機用久了會感覺“電量虛”（顯示還有20%，突然關機）？嘗試用本節課所學知識解釋這一現象。
【答案解析】
一、基礎鞏固
1. A、B（解析：C錯，短路時電流很大；D錯，電動勢與電壓物理意義不同）
2. （1）I = E/(R+r) = 1.5/(2.5+0.5) = 0.5A
（2）U = E - Ir = 1.5 - 0.5×0.5 = 1.25V 或 U = IR = 0.5×2.5 = 1.25V
（3）P內 = I r = (0.5) ×0.5 = 0.125W
二、能力提升
3. （1）E = 縱截距 = 1.4V
（2）r = |斜率| = E / I短 = 1.4 / 0.7 = 2.0Ω
板書設計
閉合電路的歐姆定律
電動勢 E：非靜電力做功本領 E = W/q 單位：V
閉合電路歐姆定律：
I = E / (R + r)
能量守恒：EIt = I Rt + I rt → E = IR + Ir
路端電壓：U = E - Ir
U-I 圖像：
縱截距 → E
斜率絕對值 → r
橫截距 → I_短 = E/r
應用：動態分析、故障診斷、測E和r
教學反思
成功之處
1. 以“舊電池點亮燈泡”這一生活現象導入，有效激發了學生的學習興趣與探究欲望，實現了從生活走向物理的教學理念。
2. 采用“實驗探究+理論推導”雙線并進的方式，既讓學生通過實驗獲得感性認識，又通過能量守恒進行理性推導，深化了對定律本質的理解，體現了科學探究的完整性。
3. 注重U-I圖像的教學，引導學生從圖像中提取電動勢、內阻等關鍵信息，培養了學生的科學思維與數據處理能力。
不足之處
1. 實驗環節時間略顯緊張，部分學生未能親自操作，主要以觀察為主，動手實踐機會不足。
2. 對“非靜電力”概念的解釋仍顯抽象，部分學生對其本質理解不夠透徹，需進一步尋找更直觀的類比或演示。
3. 課堂練習時間有限，未能充分展開更多變式題型的訓練，部分學生解題熟練度有待提高。

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