《閉合電路的歐姆定律（2）》教學(xué)設(shè)計(jì)

《高中物理情境-探究-應(yīng)用教學(xué)模式實(shí)踐研究》教學(xué)設(shè)計(jì)-5-《閉合電路的歐姆定律（2）》教學(xué)設(shè)計(jì)章節(jié)粵教版—物理—必修三第四章第二節(jié)課題閉合電路的歐姆定律（2）課時(shí)1授課人內(nèi)容分析本節(jié)教學(xué)內(nèi)容主要有兩個(gè)方面，一是路端電壓與負(fù)載的關(guān)系，二是是閉合電路歐姆定律解決實(shí)際問題，是閉合電路歐姆定律的應(yīng)用課。路端電壓與負(fù)載的關(guān)系除了用公式法描述物理量變化外，還可以引入U(xiǎn)-I圖像描述閉合電路各物理量變化，是典型的實(shí)際情境、公式表述與圖像表述的綜合運(yùn)用，對培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)能力和科學(xué)推理能力重要教學(xué)素材。閉合電路歐姆定律解決生活生產(chǎn)實(shí)踐問題，重在培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)物理模型培養(yǎng)運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題的能力。學(xué)情分析學(xué)生已經(jīng)理解電源電動勢和內(nèi)電阻的概念，通過實(shí)驗(yàn)探究得到電動勢等于閉合電路內(nèi)外電壓之和關(guān)系，物理知識已經(jīng)準(zhǔn)備充分。運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題，關(guān)鍵在于構(gòu)建恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ?，通過課堂教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生提取有效信息，將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為物理問題。圖像描述閉合電路各物理量較為抽象，對學(xué)生理解能力要求較高，將實(shí)際電路與圖像對應(yīng)起來，便于學(xué)生理解。教學(xué)目標(biāo)（1）通過實(shí)際應(yīng)用，加深對閉合電路歐姆定律的理解，培養(yǎng)模型建構(gòu)能力和科學(xué)推理能力；（2）理解路端電壓與負(fù)載關(guān)系，培養(yǎng)科學(xué)思維、科學(xué)探究能力，形成物理觀念；（3）能解釋和計(jì)算有關(guān)閉合電路的問題，提高科學(xué)思維能力，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度。教學(xué)重點(diǎn)（1）閉合電路的U-I圖像；（2）閉合電路歐姆定律解決實(shí)際問題。教學(xué)模式策略方法情境-探究-應(yīng)用教學(xué)法教學(xué)資源實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)視頻資源教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動核心素養(yǎng)關(guān)鍵能力一、情境與問題情境情境:逐漸閉合開關(guān)增加負(fù)載，發(fā)現(xiàn)燈泡亮度逐漸變暗?；仡欓]合電路歐姆定律的內(nèi)容，拆箱路端電壓與負(fù)載的關(guān)系?？茖W(xué)探究分析能力、實(shí)驗(yàn)探究能力理解能力、建模能力、分析綜合能力、實(shí)驗(yàn)探究能力、創(chuàng)新能力問題問題：由于內(nèi)電阻分得一定內(nèi)電壓，負(fù)載上電壓不等于電動勢，路端電壓才是用電器實(shí)際工作的電壓，路端電壓與接入電路負(fù)載之間存在怎樣的關(guān)系？思考科學(xué)思維、科學(xué)探究提出問題能力二、引導(dǎo)與探究路端電壓與電動勢關(guān)系模型建構(gòu)：生活中用電器之間是串聯(lián)還是并聯(lián)在電源上的呢？問題：如何探究路端電壓與負(fù)載（用電器數(shù)量）的關(guān)系？現(xiàn)象：接入電路的燈泡越多，燈泡逐漸變暗。I=——EI=——ER+r根據(jù)：閉合電路歐姆定律電路電流增大，U內(nèi)=Ir增大所以，U外=E-Ir減少，燈泡變暗小結(jié)：探究路端電壓與負(fù)載關(guān)系的思路：外電阻變化干路電流變化內(nèi)電壓變化路端電壓變化?？茖W(xué)推理：為了每個(gè)用電器能獨(dú)立使用不受其他用電器影響，一般情況，每個(gè)用電器并聯(lián)連接在電源上。證據(jù)意識：逐漸不合開關(guān)，增加接入電路的用電器，觀察燈泡亮暗變化情況。交流討論、分析現(xiàn)象，作出解釋?？茖W(xué)思維模型建構(gòu)、科學(xué)推理科學(xué)探究問題意識、證據(jù)意識、解釋交流。理解能力、建構(gòu)模型能力分析綜合能力、實(shí)驗(yàn)探究能力二、引導(dǎo)與探究電源的U-I圖像用圖像表示路端電壓與電流關(guān)系根據(jù)E=U+Ir,參照數(shù)學(xué)一次函數(shù)，可變形得：U=-rI+E,對于一個(gè)電源來說E和r是確定的，路端電壓與電流成一次減函數(shù)的關(guān)系。建立橫軸表示電流I，縱軸表示路端電壓U，圖像是一條向下傾斜的直線。探究1：圖像與縱軸的截距表示什么？分析：圖像與縱軸有截距，說明橫軸電流I為零，此時(shí)外電路斷開，外電壓等于電源電動勢U=E。探究2：圖像與橫軸的截距表示什么？分析：圖像與橫軸有截距，說明縱軸電壓U為零，此時(shí)外電路短路，橫軸截距為短路電流I=I短。注意：一般電源內(nèi)阻較少，短路電流很大，損壞電源、容易引發(fā)火災(zāi)，非常危險(xiǎn)！探究：圖像斜率表示什么？k=—=-rEk=—=-rEI短探究：圖像怎樣表示內(nèi)、外電壓？分析：圖像中坐標(biāo)表示外電壓，可以直接讀取縱坐標(biāo)得到外電壓U過E作平行于橫軸圖像，E=U+U內(nèi)U內(nèi)是兩圖線之間縱軸距離。回憶一次函數(shù)的表達(dá)式和圖像，遷移應(yīng)用。根據(jù)閉合電路歐姆定律，結(jié)合實(shí)際電路進(jìn)行分析思考，回答問題?；卮?：表示電源電動勢E?；卮?：表示短路電流I短?；卮?：表示電源內(nèi)阻r。回答4：外電壓有圖像縱坐標(biāo)U讀出。內(nèi)電壓，U內(nèi)=E-U?？茖W(xué)思維建構(gòu)模型、科學(xué)推理、科學(xué)論證建模能力、理解能力、分析綜合能力二、引導(dǎo)與探究閉合電路歐姆定律的應(yīng)用典例3：人造地球衛(wèi)星大多用太陽能電池供電。太陽能電池是由許多片太陽能電池板組成的?，F(xiàn)把太陽能電池置于如圖所示的電路中，當(dāng)斷開開關(guān)時(shí)，電壓表的示數(shù)U1=800mV。已知電阻的阻值為20Ω，當(dāng)閉合開關(guān)時(shí)，電壓表的示數(shù)為U2=400mV。求該太陽能電池的內(nèi)阻r。分析：太陽能電池接入和沒有接入外電阻路端電壓不同，說明電源有內(nèi)阻r。該電阻可以看作與外電阻串聯(lián)的電阻器。VRSVRSErI=——=——mA=20mAU2R40020解：I=——=——mA=20mAU2R40020I=——EI=——ER+r根據(jù)閉合電路歐姆定律：可得r=20Ω。太陽能電池組的內(nèi)阻為r=20Ω。嘗試分析情境，建構(gòu)模型，運(yùn)用閉合電路歐姆定律解決問題。科學(xué)思維建構(gòu)模型、科學(xué)推理理解能力、建構(gòu)模型能力、分析綜合能力三、應(yīng)用與拓展應(yīng)用1典例1：在農(nóng)村，用電高峰時(shí)燈光發(fā)暗，而到了深夜時(shí)，燈光特別明亮，試解釋其中原因。分析：用電高峰時(shí)→用戶增多→外電路并聯(lián)總電阻減少生活用電電源與用電器之間距離較遠(yuǎn)，導(dǎo)線電阻不可忽略構(gòu)建模型：I=————ER并I=————ER并+R+r根據(jù)閉合電路歐姆定律：增大電源內(nèi)阻和干路電阻R上分得電壓Ur=Ir、UR=IR增加U并=E-Ur-UR較少，燈泡變暗嘗試分析，嘗試構(gòu)建物理模型、嘗試解釋現(xiàn)象。科學(xué)思維模型構(gòu)建科學(xué)推理，科學(xué)探究證據(jù)意識、交流討論建模能力、分析綜合能力、實(shí)驗(yàn)探究能力、表達(dá)能力應(yīng)用2U/VI/A260.80例U/VI/A260.80A.電源電動勢為2VB.電源內(nèi)阻為1/3ΩC.電源短路時(shí)電流為6AD.電路路端電壓為1V時(shí)，電路中電流為5A分析：當(dāng)電流為零時(shí)，外電路斷開，路端電壓等于電動勢，即圖像與縱軸截距為電動勢，E=2V，A選項(xiàng)正確。I短=—=10AErI短=—=10AEr電源短路時(shí)R=0，電流，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤。當(dāng)路端電壓U=1V時(shí)，由E=U+Ir可得，，故D選項(xiàng)正確。嘗試分析，解答。學(xué)生間討論交流科學(xué)思維科學(xué)推理、科學(xué)論證，科學(xué)探究證據(jù)意識、交流討論理解能力、分析綜合能力應(yīng)用3例4：如圖所示的電路中，當(dāng)S閉合時(shí)，電壓表和電流表(均為理想電表)的示數(shù)各為1.6V和0.4A。當(dāng)S斷開時(shí)，它們的示數(shù)各改變0.1V和0.1A，求電源的電動勢和內(nèi)電阻。分析：（1）認(rèn)識電路結(jié)構(gòu)：電流表測干路電流，電壓表測路端電壓，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)R1與R2并聯(lián)充當(dāng)外電阻，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)R1充當(dāng)外電阻。I=———ER外+r（2）判斷電表示數(shù)如何變化：開關(guān)閉合時(shí)R1與RI=———ER外+r，干路電流變小，路端電壓變大，即電壓表從U1=1.6V增加至U2=1.7V，電流表從I1=0.4A減少至I2=0.3A。嘗試分析，解答。學(xué)生間討論交流。解：當(dāng)S閉合時(shí)，U1=1.6V、I1=0.4A根據(jù)閉合電路歐姆定律：E=U1+I1r①當(dāng)S斷開時(shí)，U1=1.7V、I1=0.3A根據(jù)閉合電路歐姆定律：E=U2+I2r②解①②式得：E=2Vr=1Ω科學(xué)思維科學(xué)推理、科學(xué)論證，科學(xué)探究證據(jù)意識、交流討論理解能力、分析綜合能力課堂小結(jié)I=——ER+r靈活運(yùn)用閉合電路歐姆定律三個(gè)表達(dá)式解決問題，E=U外+U內(nèi)，E=IR+Ir,。學(xué)習(xí)從局部到整體到局部的解決路端電壓與負(fù)載關(guān)系的問題：外電阻變化干路電流變化內(nèi)電壓變化端電壓變化。學(xué)習(xí)了U-I圖像，縱軸截距表示電動勢E、橫軸截距表示短路電流I短、斜率絕對值表示電源內(nèi)阻r。運(yùn)用閉合電路歐姆定律解決問題，關(guān)鍵提取有效信息建構(gòu)合理的物理模型。I=——ER+r設(shè)計(jì)說明1.基于課標(biāo)設(shè)計(jì)教學(xué)：《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2020年版）》關(guān)于閉合電路的要求是“理解閉合電路歐姆定律”。本節(jié)教學(xué)內(nèi)容是閉合電路歐姆定律的第二課時(shí)，是閉合電路歐姆定律的應(yīng)用課，通過運(yùn)用閉合電路歐姆定律解決實(shí)際問題加深對歐姆定律三個(gè)表達(dá)式的理解。應(yīng)用U-I圖像從不同的角度描述電源各物理量變化關(guān)系，落實(shí)課標(biāo)“體會圖像法在研究物理問題中的作用”要求。精選典型例題，通過建構(gòu)模型、分析推理、科學(xué)論證等環(huán)節(jié)培養(yǎng)科學(xué)思維、科學(xué)探究素養(yǎng)。2.基于《中國高考評價(jià)體系》設(shè)計(jì)教學(xué)。本節(jié)教學(xué)內(nèi)容選材貼近生活、貼近生產(chǎn)應(yīng)用的典型情境，通過運(yùn)用閉合電路歐姆定律解決問題，體會物理知識在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用，彰顯學(xué)科價(jià)值。解決問題過程中重視構(gòu)建模型、科學(xué)推理、科學(xué)論證、科學(xué)探究等素養(yǎng)的培育。重視發(fā)展理解能力、分析綜合能力、實(shí)驗(yàn)探究能力等關(guān)鍵能力，通過應(yīng)用落實(shí)閉合電路歐姆定律和路端電壓與負(fù)載關(guān)系等必備知識。典型情境注重落實(shí)四翼考查要求：基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性。閉合電路歐姆定律在生產(chǎn)生活時(shí)間中的應(yīng)用表現(xiàn)尤為突出。3.《多用電表的原理及使用》教學(xué)內(nèi)容使用情境探究應(yīng)用教學(xué)法，能有效培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)。通過實(shí)驗(yàn)探究培養(yǎng)科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，尤其是模型建構(gòu)能力、科學(xué)推理能力和實(shí)驗(yàn)探究能力；引導(dǎo)學(xué)生探究路端電壓與負(fù)載關(guān)系，通