資源簡介

4.1《閉合電路歐姆定律》課時教案
學科 物理 年級冊別 高二上冊 共1課時
教材 魯科版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
本節內容位于魯科版高中物理必修第三冊第四章第一節，是電學部分的核心規律之一。教材從實驗現象出發，引導學生認識電源內部非靜電力做功的本質，建立電動勢概念，并通過閉合電路中電壓分配的定量分析，推導出閉合電路歐姆定律。該定律不僅是分析直流電路的基礎，也為后續學習電路動態分析、電源效率、含容電路等問題提供理論支撐，在整個電學知識體系中具有承上啟下的關鍵作用。
學情分析
學生已掌握部分電路歐姆定律、串并聯電路特點及電勢差、電流、電阻等基本概念，具備一定的實驗操作與數據分析能力。但對電源內部能量轉換機制缺乏直觀理解，容易將電動勢等同于電壓，難以區分路端電壓與電動勢的關系。高二學生抽象思維能力逐步增強，適合通過實驗探究與理論推導相結合的方式突破難點。教學中應注重創設真實問題情境，引導學生在“觀察—假設—驗證—歸納”的科學探究過程中建構物理模型，提升科學思維素養。
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)，能用其分析簡單電路中的電流、電壓變化規律。
科學思維
1. 能通過實驗數據分析，歸納出閉合電路中電流與外電阻的關系，經歷“提出假設—實驗驗證—得出結論”的科學探究過程。
2. 能運用能量守恒觀點解釋閉合電路中電動勢與內外電壓之和相等的物理本質。
科學探究
1. 能設計并完成測量不同外電阻下路端電壓和干路電流的實驗，正確使用電壓表、電流表和滑動變阻器。
2. 能根據實驗數據繪制U-I圖像，從圖像中提取電動勢和內阻信息，并評估實驗誤差。
科學態度與責任
1. 在實驗探究中養成實事求是、嚴謹細致的科學態度，尊重實驗數據，敢于質疑異常結果。
2. 認識到閉合電路歐姆定律在電池使用、電路設計等生活科技中的廣泛應用，增強將物理知識服務于社會的意識。
教學重點、難點
重點
1. 電動勢的概念及其物理意義。
2. 閉合電路歐姆定律的內容、表達式及適用條件。
難點
1. 理解電動勢與路端電壓的區別與聯系。
2. 從能量守恒角度理解 E = U外 + U內 的物理本質。
教學方法與準備
教學方法
實驗探究法、講授法、問題驅動法、小組合作學習
教具準備
干電池（帶內阻模型）、滑動變阻器、電壓表、電流表、開關、導線若干、多媒體課件、U-I圖像坐標紙
教學環節 教師活動 學生活動
情境導入，引發認知沖突
【5分鐘】 一、生活情境設疑，激發探究興趣 （一）、播放視頻：手電筒亮度變化現象
教師播放一段精心剪輯的視頻：一名學生在夜晚使用手電筒照明，開始時光線明亮，隨著時間推移，燈光逐漸變暗，最后幾乎熄滅。畫面定格在昏黃的光線下，配以低沉的背景音樂。
提問引導：“同學們，你們有沒有遇到過類似的情況？為什么電池沒電了燈就會變暗？這背后隱藏著怎樣的物理規律？”
預設學生回答：“電池電量用完了”“電壓下降了”等。
進一步追問：“那電池的電壓是如何變化的？它和我們之前學的部分電路歐姆定律有什么關系？今天我們就來揭開這個謎團。”
（二）、回顧舊知，構建知識橋梁
教師在黑板上快速畫出一個簡單電路圖：電源、開關、定值電阻R、導線組成閉合回路。
提問：“根據我們學過的部分電路歐姆定律，電流I與電壓U、電阻R之間的關系是什么？”
待學生齊答 I = U/R 后，教師繼續問：“這里的U指的是哪一段電路的電壓？”
引導學生明確是“外電路兩端的電壓”，即“路端電壓”。
接著設疑：“那么電源本身有沒有電壓？如果有，它和路端電壓一樣嗎？如果不一樣，它們之間又有什么關系？”
此時，教師不急于給出答案，而是留下懸念：“讓我們帶著這些問題，走進今天的實驗探究之旅。” 1. 觀看視頻，回憶生活經驗。
2. 思考并回答教師提問。
3. 回顧部分電路歐姆定律。
4. 對電源內部電壓產生好奇。
評價任務 現象描述：☆☆☆
問題提出：☆☆☆
舊知回憶：☆☆☆
設計意圖 以貼近生活的手電筒變暗現象作為切入點，創設真實問題情境，引發學生認知沖突，激發探究欲望。通過回顧部分電路歐姆定律，激活已有知識，為新知識的學習搭建腳手架。設疑引出“電動勢”與“路端電壓”的區別，明確本節課的核心探究問題，使學習目標更加清晰。
實驗探究，建構電動勢概念
【12分鐘】 一、分組實驗：測量路端電壓隨外電阻的變化 （一）、介紹實驗器材與電路連接
教師展示實驗器材：一節干電池（標注E=1.5V）、滑動變阻器（0--50Ω）、電壓表（0--3V）、電流表（0--0.6A）、開關、導線若干。
在多媒體屏幕上投影標準實驗電路圖：電池正極→開關→滑動變阻器→電流表→電池負極；電壓表并聯在電池兩端（即測量路端電壓）。
強調注意事項：電流表量程選擇、正負接線柱、滑動變阻器初始置于最大阻值位置，防止電流過大損壞儀表。
（二）、指導學生進行數據采集
將全班分為8個小組，每組4人，分工明確：一人操作電路，一人讀取電壓表數據，一人讀取電流表數據，一人記錄表格。
教師下發實驗記錄表，表頭包括：實驗次數、滑動變阻器接入阻值R（Ω）、路端電壓U（V）、干路電流I（A）。
教師巡視各小組，及時糾正接線錯誤，提醒學生每次調節滑片后待讀數穩定再記錄。
要求學生至少測量6組數據，涵蓋R從大到小的變化過程，特別是當R趨近于零（短路模擬）時的電壓變化趨勢。
（三）、組織數據整理與初步分析
待各小組完成實驗后，教師邀請三組代表將數據填寫到黑板上的匯總表格中。
引導學生觀察數據：當外電阻R增大時，路端電壓U如何變化？電流I如何變化？
預設學生發現：R增大，U增大，I減小；當R很小時，U明顯小于1.5V。
教師順勢提問：“既然電池標稱1.5V，為什么實際測出的電壓會低于這個值？而且還會隨外電路變化？這說明了什么？”
引導學生思考電源內部可能存在某種‘損耗’或‘隱藏電壓’。 1. 明確實驗目的與步驟。
2. 小組合作完成電路連接。
3. 準確讀取并記錄實驗數據。
4. 觀察數據變化趨勢并討論。
評價任務 操作規范：☆☆☆
數據準確：☆☆☆
趨勢發現：☆☆☆
設計意圖 通過學生親自動手實驗，獲得第一手數據，培養實驗操作能力和團隊協作精神。在真實測量中發現“標稱電壓”與“實際電壓”之間的差異，形成強烈認知沖擊，促使學生主動思考電源內部結構對電路的影響。數據匯總與集體分析有助于形成共識，為電動勢概念的提出奠定事實基礎。
理論建構，揭示定律本質
【15分鐘】 一、引入電動勢概念，解釋實驗現象 （一）、講解電動勢的物理意義
教師在黑板上畫出電源內部示意圖，標出正負極，并用箭頭表示非靜電力方向（如化學力推動正電荷從負極移向正極）。
講述：“電源之所以能維持電流，是因為內部存在非靜電力，比如干電池中的化學力。這種非靜電力把正電荷從低電勢的負極搬運到高電勢的正極，克服了靜電力做功，從而將化學能轉化為電能。”
定義：“我們把電源內部非靜電力把單位正電荷從負極移到正極所做的功，叫做電源的電動勢，用符號E表示，單位是伏特（V）。”
強調：“電動勢是由電源本身性質決定的，與外電路無關。它反映了電源將其他形式能轉化為電能的本領。就像水泵的揚程決定了它能把水送到多高，電動勢決定了電源提供電能的能力。”
（二）、建立閉合電路能量守恒模型
提問：“在整個閉合電路中，非靜電力做的功去了哪里？”
引導學生思考：一部分消耗在外電路電阻上產生焦耳熱，另一部分消耗在電源內部電阻（內阻r）上也產生焦耳熱。
寫出能量關系式：非靜電力做功 W = EIt
外電路發熱 Q外 = I Rt
內電路發熱 Q內 = I rt
根據能量守恒：W = Q外 + Q內 EIt = I Rt + I rt
兩邊同時除以 It 得：E = IR + Ir = U外 + U內
得出結論：電動勢等于內外電路電勢降落之和。
（三）、推導閉合電路歐姆定律表達式
由 E = IR + Ir 可得：I = E / (R + r)
教師明確指出：這就是閉合電路歐姆定律的數學表達式。
解釋各物理量含義：I為干路電流，E為電源電動勢，R為外電阻，r為電源內阻。
強調適用條件：純電阻閉合電路。
結合實驗數據驗證：取一組數據，如E≈1.5V，測得R=10Ω時I=0.14A，則計算r=(E-IR)/I=(1.5-1.4)/0.14≈0.71Ω，符合干電池內阻特征。 1. 理解電動勢的定義。
2. 建立能量轉化觀念。
3. 參與公式推導過程。
4. 驗證實驗數據合理性。
評價任務 概念理解：☆☆☆
公式推導：☆☆☆
規律應用：☆☆☆
設計意圖 通過類比水泵揚程幫助學生理解電動勢的物理本質，避免將其簡單等同于電壓。利用能量守恒這一基本物理思想，從功能關系出發推導出E = U外 + U內，使定律的建立具有堅實的理論基礎，提升學生的科學思維水平。再由此自然導出I = E/(R+r)，實現從定性到定量的飛躍。結合實驗數據進行驗證，體現理論與實驗的統一，增強知識的可信度。
圖像分析，深化規律認識
【8分鐘】 一、繪制U-I圖像，挖掘隱藏信息 （一）、指導學生繪制路端電壓—電流圖像
教師發放坐標紙，要求各小組根據實驗數據，在U-I坐標系中描點作圖。
提醒橫軸為電流I（單位A），縱軸為路端電壓U（單位V），注意標度均勻、點跡清晰。
教師巡視，指導學生如何用一條直線擬合數據點，體現整體趨勢。
（二）、分析圖像的物理意義
待多數小組完成繪圖后，教師投影一幅典型圖像：一條向下傾斜的直線。
提問：“這條直線與縱軸的交點代表什么物理意義？”
引導學生回憶當I=0時（斷路），U=E，故縱截距為電動勢E。
繼續問：“圖像的斜率表示什么？”
由U = E - Ir可知，斜率k = -r，故斜率的絕對值等于電源內阻r。
再問：“圖像與橫軸的交點呢？”
當U=0時（短路），I短 = E/r，即短路電流。
強調：“U-I圖像不僅直觀反映了路端電壓隨電流變化的規律，還能直接讀出電源的兩個重要參數——電動勢和內阻，是研究電源特性的有力工具。” 1. 正確繪制U-I圖像。
2. 觀察圖像形狀與趨勢。
3. 分析截距與斜率含義。
4. 理解短路電流概念。
評價任務 圖像規范：☆☆☆
截距解讀：☆☆☆
斜率理解：☆☆☆
設計意圖 通過繪制U-I圖像，將抽象的物理規律可視化，符合高中生形象思維向抽象思維過渡的特點。引導學生從圖像中提取電動勢、內阻、短路電流等關鍵信息，培養學生利用圖像處理物理問題的能力。這一環節是對實驗數據的再加工與升華，有助于學生建立多角度分析問題的意識。
課堂總結，升華情感價值
【5分鐘】 一、結構化回顧與激勵性升華 （一）、系統梳理本課知識脈絡
教師站在講臺中央，語調沉穩而富有感染力：“今天我們經歷了一場從現象到本質的科學探索之旅。我們從手電筒燈光變暗的生活現象出發，通過實驗發現了路端電壓隨外電阻變化的規律；我們深入電源內部，認識了非靜電力的神奇作用，提出了電動勢這一核心概念；我們秉持能量守恒的基本信念，推導出了閉合電路歐姆定律 I = E/(R + r)；我們還學會了用U-I圖像這把‘鑰匙’，去解鎖電源的電動勢與內阻之謎。”
在黑板上用彩色粉筆勾勒出知識結構圖：現象→實驗→電動勢E→能量守恒→E=U外+U內→I=E/(R+r)→U-I圖像。
（二）、聯系實際，展望未來責任
講述：“同學們，閉合電路歐姆定律不僅僅是一個公式，它是無數工程師設計手機、電動車、航天器供電系統的基礎。當我們理解了電池為何會‘沒電’，就能更科學地使用電器，延長電池壽命；當我們明白短路的危險，就會更加注重用電安全。”
引用愛因斯坦名言收尾：“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括著世界，推動著進步，是知識進化的源泉。希望你們保持對物理世界的好奇心，像科學家一樣思考，用所學知識去照亮更多未知的角落！” 1. 跟隨教師回顧知識主線。
2. 觀察板書結構圖。
3. 思考定律的實際意義。
4. 感受科學精神的熏陶。
評價任務 知識梳理：☆☆☆
意義理解：☆☆☆
情感共鳴：☆☆☆
設計意圖 采用“結構化總結+激勵性升華”相結合的方式，既幫助學生構建完整的知識體系，又將物理學習與現實生活、科技發展、社會責任相聯系。通過優美的語言和名人名言，激發學生的學習熱情和科學情懷，實現知識、能力、情感態度價值觀的有機統一，為后續學習埋下積極的伏筆。
作業設計
一、基礎鞏固題
1. 關于電動勢，下列說法正確的是（ ）
A. 電源電動勢等于電源兩極間的電壓
B. 電源電動勢與外電路無關，由電源本身決定
C. 電源把其他形式的能轉化為電能越多，電動勢就越大
D. 電動勢的單位與電壓相同，所以電動勢就是電壓
2. 一節干電池的電動勢為1.5V，內阻為0.5Ω，將其接入一個阻值為2.5Ω的電阻中，求：
（1）電路中的電流大小；
（2）路端電壓大小；
（3）電源內部消耗的功率。
二、能力提升題
某同學利用一節舊電池、滑動變阻器、電壓表和電流表測其電動勢和內阻，得到如下數據：
I(A) 0.10 0.200.30 0.40 0.50U(V)1.40 1.30 1.20 1.10 1.00
（1）請在坐標紙上畫出U-I圖像；
（2）根據圖像求出該電池的電動勢和內阻；
（3）若將此電池與一個阻值為3.0Ω的電阻串聯，求此時的路端電壓。
【答案解析】
一、基礎鞏固題
1. B（解析：A錯，電動勢大于或等于路端電壓；C錯，電動勢反映轉化本領，不是總量；D錯，二者物理意義不同）
2. 解：（1）I = E/(R+r) = 1.5/(2.5+0.5) = 0.5A
（2）U = IR = 0.5×2.5 = 1.25V 或 U = E - Ir = 1.5 - 0.5×0.5 = 1.25V
（3）P內 = I r = (0.5) ×0.5 = 0.125W
二、能力提升題
（1）略（描點連線得一條直線）
（2）縱截距約為1.50V，故E≈1.50V；斜率絕對值 |k| = (1.40-1.00)/(0.50-0.10) = 1.0/0.4 = 2.5，故r≈2.5Ω
（3）I = E/(R+r) = 1.5/(3.0+2.5) ≈ 0.273A，U = IR = 0.273×3.0 ≈ 0.82V
板書設計
§4.1 閉合電路歐姆定律
【左側】實驗現象 → 數據表格 → U-I圖像（草圖）
縱軸U(V)，橫軸I(A)，直線向下傾斜
截距：E（電動勢）
斜率：-r（內阻）
【中部】核心公式：
E = U外 + U內
I = E / (R + r)
【右側】物理概念：
電動勢 E：非靜電力做功能力
內阻 r：電源內部電阻
路端電壓 U：外電路電壓
能量守恒：EIt = I Rt + I rt
教學反思
成功之處
1. 以手電筒變暗的生活現象導入，有效激發了學生的學習興趣和探究欲望，實現了從生活走向物理的教學理念。
2. 實驗探究環節組織有序，學生動手參與度高，通過真實數據發現規律，增強了知識的生成性和可信度。
3. 運用能量守恒思想推導定律，提升了學生的科學思維層次，避免了機械記憶公式。
不足之處
1. 個別小組在連接電路時出現電壓表接錯位置的問題，說明實驗前的示范還不夠充分，下次應增加實物投影演示環節。
2. 對于“非靜電力”這一抽象概念，部分學生仍感到困惑，需進一步尋找更直觀的類比或動畫輔助理解。
3. 課堂時間較為緊張，部分學生未能充分完成U-I圖像的精確繪制，可考慮將圖像分析部分適當延展至下一課時練習中。

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