教案-----电路中的基本物理量

教案 电路中的基本物理量 教学目的教学目的 知识目标 1 熟悉基本电路的组成和作用 2 理解电压 电流 电动势的概念 3 掌握电压 电流方向的判别 4 理解电阻的定义和作用 技能目标 熟识万用表测量电压 电流 电位的方法 教学重点 难点 教学重点 电压 电流 电位 电动势 电阻概念的理解 教学难点 1 电压 电流方向的判别 2 电动势概念的理解 课 型 讲练结合 教学分析 本次课先由一个手电筒电路引入电路的组成和作用 通过对电流 电压 电动势的实 际测试 根据测试的结果来体验分析电流 电压 电位 电动势的存在和方向 再辅以理 论讲解来阐明电流 电压 电动势的概念及电流 电压参考方向的应用和电流 电压实际 方向的判别 复习 提问 1 手电筒电路是怎么工作的 2 你认为电压 电流有方向吗 什么情况下有方向呢 教学过程 一 电路的组成和作用 导入 先在黑板上画一手电筒电路的示意图如 1 a c 图 1 手电筒电路 手电筒大家都很熟悉 由电池 开关 灯泡 导线四部分组成 电池给灯泡供电 但 只有在开关闭合的前提下 才会发亮 所以电池相当于电源 灯泡是供电的对象 称为负 载 开关决定着灯亮与灭 所以开关便是控制元件 导线连接整个电路 使其为一闭合回 路 电源 负载 控制元件 回路为组成电路的四要素 所以手电筒电路的电路模型如图 1 c 1 电路组成的四要素 1 电源 2 负载 3 控制元件 4 回路 2 电路的作用 1 能量的传输和转换 如手电筒电路 灯泡发光 电池能转换为光能和热能 2 信号的传递和处理 如扩音机电路 如图 b 放大器用来放大电信号 而 后传递到扬声器 把电信号还原为语言或音乐 实现 声 电 声 的放大 传输和转换 作用 前面我们了解了电路的组成和作用 然而描述一个电路的特性光以上这些是不够的 还需要一些其他的物理量来描述电路的特征 电流 电压 电动势便是描述电路特征的最 基本的物理量 下面先通过实际测试来体验一下这些物理量的存在及他们的方向 二 电流 这一小节的教学方法 1 先让学生按照教师给定的方法测试试验电路 1 中流过电阻 的电流 让学生先感性认识电流存在的形式 再理论分析电流的定义及计算 2 再让学 生用同样的测试方法反向测量 指针式万用表表笔反偏 数字式显示负值 使学生感性认 识直流电流是有方向的 再理论分析电流方向的确定 先测量试验电路 1 中流过电阻的电流大小 让学生感受电流在电路中存在的形式 再从理论层面上分析 一 电流 1 定义 由电荷 带电粒子 有规则的定向运动而形成 若在 1 秒内通过导体横截面的电子所带的电荷数为 1 库仑 1C 则导体中的电流为 1 安培 1A 1 交流电流 在 dt 时间内 通过导体横截面 S 的电荷为 dq 则电流为 2 直流电流 电流的大小和方向不随时间变化而变化 2 电流的单位 dt dq i t q I 安培 缩写为安 符号为 A 其它还有 uA mA 等 1uA 10 3mA 10 6A 在原先测试的基础上 将红 黑表笔反测 记录此时电流值 让学生分析电流的方向 性 从两次测试结果可以发现 一次为正 一次为负 说明电流是有方向的 负的这次说 明与实际方向相反了 再从理论的层面上来分析 3 电流的方向 规定正电荷运动的方向为电流的方向 在计算和分析时 可先选择一个参考方向 再根据计算结果来判别电流的方向 若计 算 得到的电流值是正值 则说明电流的实际方向和参考方向一致 反之亦然 参考方向可先 任意确定 电流的参考方向表示方法 1 标 表示 如图 2 a 示 2 箭头表示 如图 2 b 表示 图 a 图 b 图 2 4 形成持续电流的条件 1 要有电源 2 要有闭合路径 三 电压 这一小节的教学方法 1 先让学生按照教师给定的方法测试试验电路 1 中电阻两端 的电压 让学生先感性认识电压存在的形式 再理论分析电压的定义及计算 2 再让学 生用同样的测试方法反向测量电珠两端电压 指针式万用表表笔反偏 数字式显示负值 使学生感性认识直流电压是有方向的 再理论分析电压的方向的确定 先测量试验电路 1 中 电阻两端电压大小 让学生感受电压在电路中存在的形式 再从理论层面上分析 一 电荷 电荷是电子和质子的最基本特性 符号 Q 静电是由于物质中存在净正电荷或净负电 荷而产生的 图 3 为电荷的吸引和排斥示意图 图 3 电荷的吸引和排斥 二 电压 1 定义 电荷的电势差在电学名词中称为电压 符号为 U 电压定义为单位正电荷 Q 在电场力作用下 沿外电路从一点移到另一点所做的功 功的单位为焦耳 J 电荷的单位为库仑 C 2 电压的单位 伏特 符号为 V 另外还有 KV mV 等 1mV 10 3V 10 6KV 例 1 如果移动 10C 的电荷需要消耗 50J 的能量 求电压是多少 解 由此可见 电场力做功越多 电压就越大 所以电压是衡量电场力移动电荷做功本领 大小的物理量 在原先测试的基础上 将红 黑表笔反测 记录此时电压值 让学生感受分析电压的 方向 从两次测试结果可以发现 一次为正 一次为负 说明电压是有方向的 负的这次说 明与实际方向相反了 再从理论的层面上来分析 2 方向 规定为由高电位端指向低电位端 可结合水流来对比讲解 3 在计算和分析时 可先选择一个参考方向 再根据计算结果来判定 若计算得到的 电 压值是正值 则说明电压的实际方向和参考方向一致 反之亦然 参考方向是可由自己任 意假定的 电压的参考方向表示方法 1 标 表示 如下图 4 a 示 2 箭头表 示 如下图 4 b 表示 图 a 图 b 图 4 电压方向的表示 四 电位 利用水位来引伸解释电位 可拿一杯子 装半杯水 同学们很容易就可知道此时水位 如为 H1 再加水 此时水 位上升为 H2 大家可以发现这个高度都是相对杯底而言的 杯底就是参考水位 如果选择 H1为参考水位 那么 H2的水位为 H2 H1 或选择 H2为参考水位 则杯底的水位为 H2 所 以参考水位不同 那么某点水位的值也就不一样了 也就是说水位的高低是和参考水位有 关的 电位也是如此 电路图 1 中 若选择 C 点为参考点 则 C 点就相当于水杯的杯底 而 A 点或 B 点就是加水以后的 H1点或 H2 所以引申应用到电路中的电位 即电路中某一点 相对参考点的电压大小我们也可以把它称为电位 参考电位我们可以把它看作是零电位点 一般选择接地点为参考点 1 若在试验电路中 选择 C 点为参考点 测量 A 点 B 点的电位和 A C B C 之间的 电压 并比较其大小 从测量结果可以看出 A 点的电位大小即 UAC B 点的电位大小即 UBC的电压大小 所 以 电位的定义 电位的定义 电路中某点的电位是这一点与参考点之间的电压 或者说电路中某两点 之间的电压等于这两点之间的电位差 即 UAB VA VB VA VB分别代表 A B 点的电位 单位为伏特 V 2 若在试验电路中 选择 A 点为参考点 测量 B 点 C 点的电位和 B A C A 之间的 电压 并与 1 中结果比较分析 从结果可以发现 两次测得的 A B C 三点电位大小是不同的 可见电位是个相对值 参考点不同 电位大小也不同 结论 结论 电位与参考点有关 是个相对值 参考点不同 电位的值也不同 电位随参考点 的变化而变化 而电压是个绝对值 与参考点无关 3 在试验电路中 若选择 C 点为参考点 则可以看出 A 点电位可以通过 AC 和 AB BC 两条路径计算得到 可以看出 若以 C 点为参考点 则 VA UAC UE 1 5V 或 VA UAC UR URO 1 5V 可见两者是相等的 结论 结论 电位的大小只与参考点有关 而与所选路径无关 五 电动势 为了更好地了解电动势的含义 从电的本质角度来分析手电筒小灯泡发光的原理 干电池正极聚集了正电荷 负极聚集了负电荷 铜电线中带负电的自由电子被干电池 正极吸引 阴极排斥 形成了有规则的电子流动即电流 使小灯泡发光 正如水要有水位差才能流动 电流是由于 电池两端的电位差 即电压而形成的 并且干电池内部的 化学能不断地将正电荷移到阳极来补充被自由电子中和的 正电荷 并不断地在阴极聚集负电荷 从而维持了电池两端 产生电位差的能力 这就叫做电动势 1 定义 电动势 电源力将单位正电荷从电源的负极移到正极所作的功 E W q 符号 E 单位 V 2 电动势的方向 规定为电源力推动正电荷运动的方向 即从负极指向正极的方向 也 就是电位升高的方向 3 常用电压源 1 电池 2 太阳能电池 3 发电机 4 电子电源 4 电动势的符号和方向表示 可见其方向和电压方向是刚好相反的 而数值上 U E 电动势描述的是电源内部电源力克服电场力把正电荷从低电位推到高电位的正极所做的 功 是其他形式能量转换为电能的过程 电压描述的是电源外部的负载电路中 外电路 电场力推动正电荷从高电位移到低电位 同时克服负载中的阻力所做的功 是电能转换为其他形式能量的过程 六 电阻 根据试验电路 1 将电阻阻值分别换成 100 和 1K 2 7K 的电阻 测试流过电阻的 电流大小 从测试结果可以发现 1K 电阻时测得的电流值小于 100 接 2 7K 电阻时测得的电 流值又小于 1K 时测得的电流值 说明电阻越大 电流越小 也就是说电阻对电流的流动 是起阻碍作用的 1 定义 阻碍电流 或电荷 流动的物质能力 2 电阻的单位 电阻的符号为 R 单位是欧姆 用希腊字母 来表示 3 电导 电阻的倒数就是电导 符号为 G 电导表示允许电流通过的能力 公式为 R G 1 电导的单位是西门子 符号是 S 4 电阻器 物体对电流的阻碍作用称为电阻 利用这种阻碍性质的元件称为电阻器 电阻器最主要的应用是限流和分压 并在某些情况下产生热能 尽管电阻器在形状 和 大小方