氣體的微觀意義教學(xué)設(shè)計(jì)
氣體的微觀意義
【設(shè)計(jì)】
第八章第4節(jié)氣體的微觀意義
一、教材分析
用微觀解釋宏觀，離不開(kāi)統(tǒng)計(jì)規(guī)律。本節(jié)教材有意識(shí)地滲透統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)，提出什么是統(tǒng)計(jì)規(guī)律。時(shí)可以舉出學(xué)生比較熟悉的生活中的事例，幫助學(xué)生理解統(tǒng)計(jì)規(guī)律的意義，并理解壓強(qiáng)以及氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋。通過(guò)分析氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，去學(xué)習(xí)壓強(qiáng)的產(chǎn)生原因。
二、教學(xué)目標(biāo)
（一）、知識(shí)與技能
（1）能用氣體分子動(dòng)理論解釋氣體壓強(qiáng)的微觀意義，并能知道氣體的壓強(qiáng)、溫度、體積與所對(duì)應(yīng)的微觀物理量間的相關(guān)聯(lián)系。
??（2）能用氣體分子動(dòng)理論解釋三個(gè)氣體實(shí)驗(yàn)定律。
�。ǘ�、過(guò)程與方法
通過(guò)讓學(xué)生用氣體分子動(dòng)理論解釋有關(guān)的宏觀物理現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的微觀想像能力和邏輯推理能力，并滲透“統(tǒng)計(jì)物理”的思維方法。
�。ㄈ�、情感態(tài)度價(jià)值觀
通過(guò)對(duì)宏觀物理現(xiàn)象與微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析，對(duì)學(xué)生滲透“透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)”的哲學(xué)思維方法。
三、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)
?1．用氣體分子動(dòng)理論來(lái)解釋氣體實(shí)驗(yàn)定律是本節(jié)課的重點(diǎn)。
??2．氣體壓強(qiáng)的微觀意義是本節(jié)課的難點(diǎn)，因?yàn)樗枰獙W(xué)生對(duì)微觀粒子復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有豐富的想像力。
四、學(xué)情分析
根據(jù)學(xué)生的情況教師可以先讓學(xué)生課前完成“拋幣實(shí)驗(yàn)”然后進(jìn)行全班交流家與評(píng)價(jià)，讓學(xué)生發(fā)表自己的看法，從中領(lǐng)略到自然與社會(huì)的奇妙與和諧，增加對(duì)科學(xué)的求知欲和好奇心。
五、教學(xué)方法
討論、談話、練習(xí)、多媒體課件輔助
六、課前準(zhǔn)備
1．學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)氣體的微觀意義
2．教師的教學(xué)準(zhǔn)備：多媒體課件制作，課前預(yù)習(xí)學(xué)案，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材。
七、課時(shí)安排：1課時(shí)
八、教學(xué)過(guò)程
�。ㄒ唬╊A(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑
檢查落實(shí)了學(xué)生的預(yù)習(xí)情況并了解了學(xué)生的疑惑，使教學(xué)具有了針對(duì)性。
�。ǘ┣榫皩�(dǎo)入、展示目標(biāo)。
設(shè)問(wèn)：氣體的狀態(tài)變化規(guī)律？從微觀方面如何解釋？
�。ㄈ┖献魈骄�、精講點(diǎn)撥
1、統(tǒng)計(jì)規(guī)律
2、氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)
設(shè)問(wèn)：氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)有哪些？
??（1）氣體間的距離較大，分子間的相互作用力十分微弱，可以認(rèn)為氣體分子除相互碰撞及與器壁碰撞外不受力作用，每個(gè)分子都可以在空間自由移動(dòng)，一定質(zhì)量的氣體的分子可以充滿整個(gè)容器空間。
??（2）分子間的碰撞頻繁，這些碰撞及氣體分子與器壁的碰撞都可看成是完全彈性碰撞。氣體通過(guò)這種碰撞可傳遞能量，其中任何一個(gè)分子運(yùn)動(dòng)方向和速率大小都是不斷變化的，這就是雜亂無(wú)章的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)。
??（3）從總體上看氣體分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等，因此對(duì)大量分子而言，在任一時(shí)刻向容器各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子數(shù)是均等的。
??（4）大量氣體分子的速率是按一定規(guī)律分布，呈“中間多，兩頭少”的分布規(guī)律，且這個(gè)分布狀態(tài)與溫度有關(guān)，溫度升高時(shí)，平均速率會(huì)增大。
??今天我們就是要從氣體分子運(yùn)動(dòng)的這些特點(diǎn)和規(guī)律來(lái)解釋氣體實(shí)驗(yàn)定律。
??3、氣體壓強(qiáng)微觀解釋
?首先通過(guò)設(shè)問(wèn)和討論建立反映氣體宏觀物理狀態(tài)的溫度（T）、體積（V）與反映氣體分子運(yùn)動(dòng)的微觀狀態(tài)物理量間的聯(lián)系：
?溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志，對(duì)確定的氣體而言，溫度與分子運(yùn)動(dòng)的平均速率有關(guān)，溫度越高，反映氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率
?? 體積影響到分子密度（即單位體積內(nèi)的分子數(shù)），對(duì)確定的一定質(zhì)量的理想氣體而言，分子總數(shù)N是一定的，當(dāng)體積為V時(shí)，單位體積內(nèi)
??n越小。
??然后再設(shè)問(wèn)：氣體壓強(qiáng)大小反映了氣體分子運(yùn)動(dòng)的哪些特征呢？
??這應(yīng)從氣體對(duì)容器器壁壓強(qiáng)產(chǎn)生的機(jī)制來(lái)分析。
??先讓學(xué)生看用小球模擬氣體分子運(yùn)動(dòng)撞擊器壁產(chǎn)生壓強(qiáng)的機(jī)制：
??顯示出如圖1所示的圖形：
向同學(xué)介紹：器材，實(shí)驗(yàn)
??得出結(jié)論：由此可見(jiàn)氣體對(duì)容器壁的壓強(qiáng)是大量分子對(duì)器壁連續(xù)不斷地碰撞所產(chǎn)生的。
??進(jìn)一步分析：v越大則平均沖擊力就越大，而單位時(shí)間內(nèi)單位面積上碰撞的次數(shù)既與分子密度n有關(guān)，又與分子的平均速率有關(guān)，分子密度n越大，v也越大，則碰撞次數(shù)就越多，因此從氣體分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)看，氣體壓強(qiáng)的大小由分子的平均速率v和分子密度n共同決定，n越大，v也越大，則壓強(qiáng)就越大。
??4用氣體分子動(dòng)理論解釋實(shí)驗(yàn)三定律
??（1）教師引導(dǎo)、示范，以解釋玻意耳定律為例教會(huì)學(xué)生用氣體分子動(dòng)理論解釋實(shí)驗(yàn)定律的基本思維方法和簡(jiǎn)易符號(hào)表述形式。
??范例：用氣體分子動(dòng)理論解釋玻意耳定律。
一定質(zhì)量（m）的理想氣體，其分子總數(shù)（N）是一個(gè)定值，當(dāng)溫度（T）保持不變時(shí)，則分子的平均速率（v）也保持不變，當(dāng)其體積（V）增大幾倍時(shí)，則單位體積內(nèi)的分子數(shù)（n）變?yōu)樵瓉?lái)的幾分之一，因此氣體的壓強(qiáng)也減為原來(lái)的幾分之一；反之若體積減小為原來(lái)的幾分之一，則壓強(qiáng)增大幾倍，即壓強(qiáng)與體積成反比。這就是玻意耳定律。
??書(shū)面符號(hào)簡(jiǎn)易表述方式：
?小結(jié)：基本思維方法（詳細(xì)文字表述格式）是：依據(jù)描述氣體狀態(tài)的宏觀物理量（m、p、V、T）與表示氣體分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的微觀物理量（N、n、v）間的相關(guān)關(guān)系，從氣體實(shí)驗(yàn)定律成立的條件所述的宏觀物理量（如m一定和T不變）推出相關(guān)不變的微觀物理量（如N一定和v不變），再根據(jù)宏觀自變量（如V）的變化推出有關(guān)的微觀量（如n）的變化，再依據(jù)推出的有關(guān)微觀量（如v和n）的變與不變的情況推出宏觀因變量（如p）的變化情況，結(jié)論是否與實(shí)驗(yàn)定律的結(jié)論相吻合。若吻合則實(shí)驗(yàn)定律得到了微觀解釋。
??（2）讓學(xué)生體驗(yàn)上述思維方法：每個(gè)人都獨(dú)立地用書(shū)面詳細(xì)文字?jǐn)⑹龊陀梅?hào)簡(jiǎn)易表述的方法來(lái)對(duì)查理定律進(jìn)行微觀解釋，然后由平時(shí)物理成績(jī)較好的學(xué)生口述，與下面正確答案核對(duì)。
書(shū)面或口頭敘述為：一定質(zhì)量（m）的氣體的總分子數(shù)（N）是一定的，體積（V）保持不變時(shí)，其單位體積內(nèi)的分子數(shù)（n）也保持不變，當(dāng)溫度（T）升高時(shí)，其分子運(yùn)動(dòng)的平均速率（v）也增大，則氣體壓強(qiáng)（p）也增大；反之當(dāng)溫度（T）降低時(shí)，氣體壓強(qiáng)（p）也減小。這與查理定律的結(jié)論一致。
??用符號(hào)簡(jiǎn)易表示為：
??（3）讓學(xué)生再次練習(xí)，用氣體分子動(dòng)理論解釋蓋?呂薩克定律。再用更短的時(shí)間讓學(xué)生練習(xí)詳細(xì)表述和符號(hào)表示，然后讓物理成績(jī)?yōu)橹械鹊幕蜉^差的學(xué)生口述自己的練習(xí)，與下面標(biāo)準(zhǔn)答案核對(duì)。
??一定質(zhì)量（m）的理想氣體的總分子數(shù)（N）是一定的，要保持壓強(qiáng)（p）不變，當(dāng)溫度（T）升高時(shí)，全體分子運(yùn)動(dòng)的平均速率v會(huì)增加，那么單位體積內(nèi)的分子數(shù)（n）一定要減�。ǚ駝t壓強(qiáng)不可能不變），因此氣體體積（V）一定增大；反之當(dāng)溫度降低時(shí)，同理可推出氣體體積一定減小。這與蓋?呂薩克定律的結(jié)論是一致的。
??用符號(hào)簡(jiǎn)易表示為：
四、當(dāng)堂檢測(cè)
九、板書(shū)設(shè)計(jì)
氣體的微觀意義
一、統(tǒng)計(jì)規(guī)律
二、氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)
三、氣體壓強(qiáng)微觀解釋
四、用氣體分子動(dòng)理論解釋實(shí)驗(yàn)三定律
十、教學(xué)反思
本課的設(shè)計(jì)采用了課前下發(fā)預(yù)習(xí)學(xué)案，學(xué)生預(yù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，找出自己迷惑的地方。課堂上師生主要解決重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)、考點(diǎn)、探究點(diǎn)以及學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中易忘、易混點(diǎn)等，最后進(jìn)行當(dāng)堂檢測(cè)，課后進(jìn)行延伸拓展，以達(dá)到提高課堂效率的目的。
本節(jié)課時(shí)間45分鐘，其中情景導(dǎo)入、展示目標(biāo)、檢查預(yù)習(xí)5分鐘，講解統(tǒng)計(jì)規(guī)律10分鐘，氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)5分鐘，氣體壓強(qiáng)微觀解釋10分鐘，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)5分鐘左右，反思總結(jié)當(dāng)堂檢測(cè)5分鐘左右，其余環(huán)節(jié)5分鐘，能夠完成教學(xué)內(nèi)容。在后面的教學(xué)過(guò)程中會(huì)繼續(xù)研究本節(jié)課，爭(zhēng)取設(shè)計(jì)的更科學(xué)，更有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)，也希望大家提出寶貴意見(jiàn)，共同完善，共同進(jìn)步!
十一、學(xué)案設(shè)計(jì)(見(jiàn)下頁(yè))
能源和可持續(xù)發(fā)展
能源和可持續(xù)發(fā)展
知識(shí)目標(biāo)
1、了解什么是能源，了解什么是常規(guī)能源，了解常規(guī)能源的儲(chǔ)備與人類需求間的矛盾
2、了解常規(guī)能源的使用與環(huán)境污染的關(guān)系。了解哪些能源是清潔能源，哪些能源可再生。
能力目標(biāo)
培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)分析日常生活現(xiàn)象提高概括物理規(guī)律的能力
情感目標(biāo)
通過(guò)第二類永動(dòng)機(jī)無(wú)法制成的講解，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到人類改造自然時(shí)必須遵從自然規(guī)律，違反自然規(guī)律將一事無(wú)成
通過(guò)介紹開(kāi)發(fā)新能源的重要性，激勵(lì)學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)，提高為人類美好未來(lái)努力學(xué)習(xí)的覺(jué)悟
新課
師：在日常生活和各種產(chǎn)業(yè)中我們都要消耗能量。另外，自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性，而產(chǎn)生的能量耗散問(wèn)題，使得能源問(wèn)題成為當(dāng)今世界的一個(gè)重要的問(wèn)題。本節(jié)課我們就來(lái)學(xué)習(xí)能源。
一、能源：凡是能提供可利用能量的物質(zhì)和自然過(guò)程。
�。薄⒊Ｒ�(guī)能源：煤、石油、天然氣等。常規(guī)能源的儲(chǔ)藏是有限的。
問(wèn)：常規(guī)的能源使用帶來(lái)了那些負(fù)面影響呢？（①溫室效應(yīng)②酸雨③化學(xué)煙霧④放射性污染）（1）溫室效應(yīng)：溫室效應(yīng)是由于大氣里溫室氣體（二氧化碳）含量增大而形成的。石油和煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生二氧化碳。
�。�2）酸雨：大氣中酸性污染物質(zhì)，如二氧化硫等物質(zhì)會(huì)使雨水中的酸度升高，形成“酸雨”。煤炭中含有較多的硫，燃燒時(shí)產(chǎn)生二氧化硫等物質(zhì)。
�。�3）光化學(xué)煙霧：氮氧化合物和碳?xì)浠衔镌诖髿庵惺艿疥?yáng)光中強(qiáng)烈紫外線照射后產(chǎn)生的二次污染物質(zhì)。主要成分是臭氧。
另外常規(guī)能源燃燒時(shí)產(chǎn)生的浮塵也是一種污染。
常規(guī)能源的大量消耗所帶來(lái)的環(huán)境污染即損害人體健康，又影響動(dòng)植物的生長(zhǎng)，破壞經(jīng)濟(jì)資源，損壞建筑物及文物古跡，嚴(yán)重時(shí)可改變大氣的性質(zhì)，使生態(tài)受到破壞。
四、開(kāi)發(fā)新能源：綠色能源的開(kāi)發(fā)與利用
綠色能源：在釋放能量或能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中對(duì)環(huán)境不造成污染的能源叫綠色能源。
問(wèn)：可以開(kāi)發(fā)那些清潔相對(duì)無(wú)污染的能源呢？（①太陽(yáng)能②風(fēng)能③生物質(zhì)能④核能⑤水能）
世界上石油儲(chǔ)量最大的中東地區(qū)一直是發(fā)達(dá)國(guó)家關(guān)注的焦點(diǎn)，外交、軍事莫不圍繞著這片從地表上看毫無(wú)魅力的區(qū)域打轉(zhuǎn)。世界警察（美國(guó)）和他的隨從們最愿意去管中東的事情：兩次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)等等…說(shuō)明能量消耗巨大的富國(guó)們對(duì)石油的心痛程度。
令以一方面，“替代品”??新能源的研發(fā)、形式層出不窮。
1、水能：水作為能量的載體，被太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)地球上三棲（水、陸、空）循環(huán)。地表水的流動(dòng)時(shí)，在落差大、流量大的地區(qū)，形成可利用的水能資源。目前世界上水力發(fā)電還處于起步階段。
2、海洋能：由于地球受月球和太陽(yáng)引力的周期性不均衡，海水發(fā)生非氣候性的漲潮和落潮現(xiàn)象，形成潮汐。潮汐蘊(yùn)含著巨大能量，既可以用來(lái)推動(dòng)機(jī)械裝置，又可以用來(lái)發(fā)電。
此外，由于海水表層和深層間的存在很大的溫差，利用這種溫差也可以發(fā)電（*因?yàn)樗姆悬c(diǎn)與氣壓有關(guān)，如果建造一個(gè)裝置，用抽真空的方法使表層的海水在20攝氏度時(shí)汽化，并推動(dòng)汽輪機(jī)，再將深層的冷水提上來(lái)使蒸汽冷卻，如此周而復(fù)始，就可以發(fā)電了。除這種方法外，還可以用低沸點(diǎn)的流體如丙烷和氨來(lái)作為熱機(jī)的工作介質(zhì)）。法國(guó)已經(jīng)建成了世界上第一座溫差發(fā)電站，發(fā)電容量為14,000kW。
3、風(fēng)能：利用風(fēng)的機(jī)械能發(fā)電，風(fēng)能是一種重要的自然能源。據(jù)有關(guān)專家估算，在全球邊界層內(nèi)的總能量為1.3×1015瓦，一年中約為1.4×1016千瓦時(shí)電力的能量，相當(dāng)于目前全世界 每年所燃燒能量的3000倍。其中1/10為可取用的極限量。
風(fēng)能的優(yōu)點(diǎn)是：總能量巨大，利用簡(jiǎn)單、無(wú)污染、可再生。缺點(diǎn)是：能量密度低（當(dāng)流速同為3米/秒時(shí)，風(fēng)力的能量密度僅為水力的1/1000）、不穩(wěn)定性大，連續(xù)性、可靠性差，時(shí)空分布不均勻。
4、沼氣：利用厭氧微生物在密閉條件下分解（廢棄）有機(jī)物，產(chǎn)生沼氣，沼氣具有很高的熱值，燃燒后生成二氧化碳和水，不污染空氣，不危害農(nóng)作物和人畜健康。生成沼氣的原料本身就是各種廢棄物，生產(chǎn)過(guò)程可以減少（有機(jī)物）垃圾的數(shù)量。
在農(nóng)村到處可以看到許多生物質(zhì)的廢棄物，如人畜糞便、秸稈、雜草和不能食用的果蔬，等等。將這些廢棄物收集起來(lái)，經(jīng)過(guò)細(xì)菌發(fā)酵可以產(chǎn)生沼氣，用沼氣做燃料和照明，也可以發(fā)電。
5、太陽(yáng)能：太陽(yáng)能是一種可廣泛利用的清潔能源。我們目前的利用方式主要是兩種??
一是將陽(yáng)光聚焦，將光能轉(zhuǎn)化為熱能（傳說(shuō)阿基米德就曾經(jīng)利用聚光鏡反射陽(yáng)光，燒毀了來(lái)犯的敵艦）。在日照充分的地方，人們?cè)谏a(chǎn)和生活中已大量使用太陽(yáng)灶、干燥器和太陽(yáng)能熱水器（太陽(yáng)能熱水器的構(gòu)造要簡(jiǎn)單的多。因?yàn)椴恍枰a(chǎn)生太高的溫度。在大多數(shù)情況下，可以將太陽(yáng)能熱水器的集熱器制成箱式、蛇型管式、直管式、平板式或枕式，通過(guò)管道與水源和儲(chǔ)水箱相連。太陽(yáng)能熱水器在我國(guó)北方比較常見(jiàn)）。
二是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，再用化學(xué)能發(fā)電。比較常見(jiàn)的光電池是硅電池（它能將13%-20%的日光能轉(zhuǎn)化為電能）。許多電子計(jì)算器和其他小型電子儀器現(xiàn)在已經(jīng)采用太陽(yáng)能電池供電，人造衛(wèi)星和宇宙飛船更是主要依靠太陽(yáng)能電池來(lái)提供電力。
但是陽(yáng)光在達(dá)到地面以前要經(jīng)過(guò)大氣的反射、散射和吸收，能量損失較大，加上陰天、晝夜變化和雨雪等降水過(guò)程的影響，目前地面上利用日光發(fā)電受到一定限制。
無(wú)論是生物質(zhì)能、風(fēng)能，還是水力、溫差和潮汐能，歸根結(jié)底都是太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化形式。即使礦物燃料，也是通過(guò)生物的化石形式保存下來(lái)的億萬(wàn)年以前的太陽(yáng)能。
6、地?zé)崮埽河玫責(zé)岵膳�、將地�(zé)嵊糜谵r(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)等，在全世界范圍內(nèi)受到關(guān)注。（從直接利用地?zé)岬囊?guī)模來(lái)說(shuō)，最常用的是地?zé)崴茉�，占總利用量�?/3以上，其次是地?zé)崴B(yǎng)殖和種植約占20%，地?zé)岵膳s占13%，地?zé)崮芄I(yè)利用約占2%）。
利用地?zé)崮�，占地很少，無(wú)廢渣、粉塵污染，用后的棄（尾）水既可綜合利用，又可回注到地下儲(chǔ)層，達(dá)到增加壓力、保護(hù)儲(chǔ)層、保護(hù)地?zé)豳Y源的雙重目的。*據(jù)美國(guó)地?zé)豳Y源委員會(huì)（GRC） 1990年的調(diào)查，世界上18個(gè)國(guó)家有地?zé)岚l(fā)電，總裝機(jī)容量5827.55兆瓦，裝機(jī)容量在100兆瓦以上的國(guó)家有美國(guó)、菲律賓、墨西哥、意大利、新西蘭、日本和印尼。我國(guó)的地?zé)豳Y 源也很豐富，但開(kāi)發(fā)利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省區(qū)。除以上利用外，從熱水中還可提取鹽類、有益化學(xué)組分和硫磺等。
7、核能：鈾在自然界中有三種放射性同位素：U235、U238、U234 ，在衰變過(guò)程中放出熱量。在軍事上鈾主要用來(lái)制造核武器和核動(dòng)力燃料。鈾的和平用途十分廣泛，其中最主要的是用作核電反應(yīng)堆的燃料。
由于核電具有發(fā)電成本低、對(duì)環(huán)境污染小和安全等優(yōu)點(diǎn)，世界各國(guó)，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家和地區(qū)都大力發(fā)展核電，估計(jì)到2000年核電將達(dá)到世界總發(fā)電量的25%左右。我國(guó)已建成秦山、大亞灣核電站，目前還有多處正在籌建。
大自然賜給人類的綠色能源儲(chǔ)量豐富，只要我們科學(xué)開(kāi)發(fā)，合理利用，必將對(duì)人類做出前所未有的貢獻(xiàn)。
二、能源利用
電阻定律
【課題】電阻定律學(xué)案 編號(hào)_________________________
一、知識(shí)與 技能：
1、理解電阻定律和電阻率，能利用電阻定律進(jìn)行有關(guān)的分析和計(jì)算
2、了解電阻率與溫度的關(guān)系
二、過(guò)程與方法：
經(jīng)歷影響導(dǎo)體電阻因素的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，知道決定導(dǎo)體電阻大小的因素
三、情感態(tài)度與價(jià)值觀：
培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)，積極探索的精神。
課前預(yù)習(xí)學(xué)案
二、預(yù)習(xí)內(nèi)容
1.導(dǎo)體的電阻是導(dǎo)體本身的一種 ，它是由導(dǎo)體 決定的，導(dǎo)體的電阻跟它的 有關(guān)；跟它的 有關(guān)；跟它的 有關(guān)。
2.電阻定律：同種材料的導(dǎo)體，其電阻R與它的長(zhǎng)度L成 ，與它的橫截面積成 ；導(dǎo)體的電阻與 有關(guān)。表達(dá)式R= ，式中是比例系數(shù)，它與導(dǎo)體的材料有關(guān)，是表征 的一個(gè)重要的物理量。
3.各種材料的電阻率 都隨溫度的變化而 ，金屬的電阻率隨溫度的升高而 ，而有些合金電阻率幾乎不受溫度變化的影響，常用來(lái)制作 。
三、提出疑惑
課內(nèi)探究學(xué)案
一、學(xué)習(xí)目標(biāo)
二、學(xué)習(xí)過(guò)程1. 控制變量法：
物 理學(xué)中，如果想研究一個(gè)量與其他幾個(gè)量的關(guān)系時(shí)，可以采用保持其他量不變，只讓某一個(gè)量發(fā)生變化去研究量的變化規(guī)律。
2.比較 與
是電阻的定義式，其電阻并不隨電壓、電流的變化而變化，只是可由該式計(jì)算電阻。 時(shí)電阻的決定式，其電阻的大小由導(dǎo)體的材料、橫截面積和長(zhǎng)度共同決定。
提供了一種測(cè)量R的方法：只要測(cè)出U、I就可求出R。提供了一種測(cè)導(dǎo)體的方法：只要測(cè)出R、L和S就可以求出。
例 1 如圖所示，厚薄均勻的矩形 金屬薄片邊長(zhǎng)ab=10 cm，bc=5 cm，當(dāng)將A與B接入電壓為U的電路中時(shí)，電流為1 A；若將C與D接入電壓為U的電路中，則電流為( )
A、4 A B、2 A?
C、 A D、 A?
解析：設(shè)將A與B連入電路時(shí)，電阻為R1，C與D連入電路時(shí)電阻為R2，金屬片厚度為h，
由電阻定律 得
所以R1∶R2=4∶1,故后者電流I2=4I1.?
答案選A?
例2 某用電器離供電電源距離為L(zhǎng)，線路上的電流為I，若要求線路上的電壓降不超過(guò)U，已知輸電線的電阻率為，該輸電線的橫截面積最小值是?( )
A、L/R B、2LI/U?
C、U/LI D、2UL/I?
例3如圖所示，兩只相同的白熾燈L1和L2串聯(lián)接在電壓恒定的電路中.若L1的燈絲斷了，經(jīng)搭絲后與L2. 串聯(lián)，重新接在原電路中，則此時(shí)L1的亮度與燈絲未斷時(shí)比較( )
A.不變B.變亮 C.變暗D.條件不足，無(wú)法判斷
解析：設(shè)兩燈電阻為R1和R2，外加電壓為U，則燈L1消耗的電功率為
燈L1斷后重新搭接，R1變小，故上式中變量?jī)H是R1.
注意到 為常量，故當(dāng) 即 時(shí)， 最小，此時(shí)P1最��；當(dāng)R1變小，則 變大，結(jié)果P1變小，燈L1變暗.
所以，正確的答案是C.
三、反思總結(jié)
四、當(dāng)堂檢測(cè)
1.根據(jù)電阻定律，電阻率 對(duì)于溫度一定的某種金屬來(lái)說(shuō)，它的電阻率()
A.跟導(dǎo)線的電阻成正比 B.跟導(dǎo)線的橫截面積成正比
C.跟導(dǎo)線的長(zhǎng)度成反比D.由所用金屬材料的本身特性決定
2.電路中有一段金屬絲長(zhǎng)為L(zhǎng)，電阻為R，要使電阻變?yōu)?R，下列可行的方法是( )
A.將金屬絲拉長(zhǎng)至2LB.將金屬絲拉長(zhǎng)至4L
C.將金屬絲對(duì)折后擰成一股D.將金屬絲兩端的電壓提高到原來(lái)的4倍
3.一段粗細(xì)均勻的鎳鉻合金絲，橫截面的直徑為 d，電阻為R，如果把它拉成直徑為 的均勻細(xì)絲，電阻值將變?yōu)椋?）
A． B．16R C．256R D．
4.滑動(dòng)變阻器的原理如圖所示，則下列說(shuō)法中正確的是()
A.若將a、c兩端連在電路中，則當(dāng)滑片OP向右滑動(dòng)時(shí)，變阻器的阻值增大
B.若將a、d兩端連在電路中，則當(dāng)滑片OP向右滑動(dòng)時(shí)，變阻器的阻值減小
C.若將b、c兩端連在電路中，則當(dāng)滑片OP向右滑動(dòng)時(shí)，變阻器的阻值增大
D.若將a、b兩端連在電路中，則當(dāng)滑片OP向右滑動(dòng)時(shí)，變阻器的阻值不變
5.有一只燈泡的燈絲斷了，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)燈泡燈 絲接通，再接入電源后，所發(fā)生的現(xiàn)象及其原因是()
A.燈絲電阻變小，通過(guò)它的電流變大，根據(jù)P=I2R，電燈變亮
B.燈絲電阻變大，通過(guò)它的電流變小，根據(jù)P=I2R，電燈變暗
C.燈絲電阻變小，它兩端的電壓不變，根據(jù) ，電燈變亮
D.燈絲電阻變大，它兩端的電壓不變，根據(jù) ，電燈變暗
6. 兩根完全相同的金屬裸導(dǎo)線A和B，如果把導(dǎo)線A均勻拉長(zhǎng)到原來(lái)的2倍，導(dǎo)線B對(duì)折后擰成一股，然后分別加上相同的電壓，則它們的電阻之比RA:RB為_(kāi)____ _，相同時(shí)間 內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量之比qA:qB為_(kāi)_____
靜電場(chǎng)
靜電場(chǎng)涉及的基本概念比較多，而且又抽象，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)它們的理解和應(yīng)用．
�。ㄒ唬┟鞔_靜電場(chǎng)的物質(zhì)特性。靜電場(chǎng)是存在于電荷周圍的一種特殊物質(zhì)，是物質(zhì)的一種形態(tài)，只要有電荷就有電場(chǎng)這種物質(zhì)，它的存在是通過(guò)對(duì)放入電場(chǎng)中的電荷受電場(chǎng)力的作用表現(xiàn)出來(lái)的。不管電場(chǎng)中是否放入電荷，但電場(chǎng)這種物質(zhì)都是客觀存在的。
�。ǘ┟鞔_靜電場(chǎng)的力特性。電場(chǎng)的基本特性是對(duì)放入電場(chǎng)的電荷有電場(chǎng)力的作用。電場(chǎng)具有力的性質(zhì)。為了描述這種特性引入電場(chǎng)強(qiáng)度這一概念。
關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度的常用公式有三個(gè)： 、 和 ．可從物理意義、引入過(guò)程及適用范圍三個(gè)方面進(jìn)行比較．
是電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式．引入檢驗(yàn)電荷q是為了研究電場(chǎng)的力的性質(zhì)．實(shí)際上場(chǎng)強(qiáng)的大小跟檢驗(yàn)電荷的電量q的大小無(wú)關(guān)，場(chǎng)強(qiáng)大小反映了電場(chǎng)的強(qiáng)弱，由電場(chǎng)本身的性質(zhì)決定．這個(gè)公式適用于一切電場(chǎng)，包括變化磁場(chǎng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)．
是真空中的點(diǎn)電荷Q產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的決定式，即場(chǎng)強(qiáng)大小跟場(chǎng)源電荷的電量Q成正比，跟離場(chǎng)源電荷的距離r的平方成反比．它是根據(jù)定義式 和庫(kù)侖定律公式推出的．它只適用于點(diǎn)電荷在真空中所產(chǎn)生的電場(chǎng)．
，其中d是A、B兩點(diǎn)沿場(chǎng)強(qiáng)方向的距離．公式反映了勻強(qiáng)電場(chǎng)中場(chǎng)強(qiáng)跟電勢(shì)差的關(guān)系．它是在勻強(qiáng)電場(chǎng)中根據(jù)求功公式和 導(dǎo)出的．所以這個(gè)公式只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)．
【例1】：如圖所示的是在一個(gè)電場(chǎng)中的a、b、c、d四個(gè)點(diǎn)分別引入檢驗(yàn)電荷時(shí)，電荷所受的電場(chǎng)力F跟引入的電荷電量之間的函數(shù)關(guān)系。下列是說(shuō)法正確的是
A、該電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)
B、a、b、c、d四點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小關(guān)系是Ed>Eb>Ea>Ec
C、這四點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小關(guān)系是Eb>Ea>Ec>Ed
D、無(wú)法比較E值大小
解答：對(duì)于電揚(yáng)中給定的位置，放入的檢驗(yàn)電荷的電量不同，它受到的電場(chǎng)力不同，但是電場(chǎng)力F與檢驗(yàn)電荷的電量q的比值F/q即場(chǎng)強(qiáng)E是不變的量，因?yàn)镕=Eq，所以F跟q的關(guān)系的圖線是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，該直線的斜率的大小即表示場(chǎng)強(qiáng)的大小，由此可得出Ed>Eb>Ea>Ec。
（三）明確靜電場(chǎng)的能的特性。
電荷放入電場(chǎng)后就具有電勢(shì)能。電場(chǎng)力做功是電勢(shì)能變化的量度：電場(chǎng)力對(duì)電荷做正功，電荷的電勢(shì)能減少；電荷克服電場(chǎng)力做功，電荷的電勢(shì)能增加；電場(chǎng)力做功的多少和電勢(shì)能的變化數(shù)值相等。引入電勢(shì)：電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)，等于單位正電荷由該點(diǎn)移動(dòng)到參考點(diǎn)（零電勢(shì)點(diǎn)）時(shí)電場(chǎng)力所做的功。電勢(shì)用字母φA表示 。電勢(shì)是相對(duì)的，只有選擇零電勢(shì)的位置才能確定電勢(shì)的值，通常取無(wú)限遠(yuǎn)或地球的電勢(shì)為零。電勢(shì)是標(biāo)量只有大小，沒(méi)有方向，但有正、負(fù)之分，這里正負(fù)只表示比零電勢(shì)高還是低。
電荷q在電場(chǎng)中由一點(diǎn)A移動(dòng)到另一點(diǎn)B時(shí)，電場(chǎng)力所做的功WAB與電荷量的q的比值叫電勢(shì)差電勢(shì)差，UAB= 這個(gè)物理量與場(chǎng)中的試探電荷無(wú)關(guān)，它是一個(gè)只屬于電場(chǎng)的量。電勢(shì)差是從能量角度表征電場(chǎng)的一個(gè)重要物理量。
電勢(shì)差也等于電場(chǎng)中兩點(diǎn)電勢(shì)之差 ，電勢(shì)差由電場(chǎng)的性質(zhì)決定，與零電勢(shì)點(diǎn)選擇無(wú)關(guān)。
【例2】如圖所示，a、b、c是一條電場(chǎng)線上的三個(gè)點(diǎn)，電場(chǎng)線的方向由a到c，a、b間的距離等b、c間的距離。用Ua、Ub、Uc和Ea、Eb、Ec、分別表示a、b、c三點(diǎn)的電勢(shì)和電場(chǎng)強(qiáng)度，可以斷定
(A)Ua>Ub>Uc
(B)Ea>Eb> Ec
(C)Ua－Ub=Ub－Uc
(D)Ea= Eb= Ec
分析指導(dǎo) 題目中只給出了一條電場(chǎng)線，并不知道電場(chǎng)線的疏密情況，所以不能比較各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的大小，這樣選項(xiàng)（B）和（D）不能選。
電場(chǎng)線的方向是從a到c，根據(jù)電場(chǎng)線的方向是電勢(shì)降低的方向，所以Ua>Ub>Uc，這樣選項(xiàng)(A)是正確的。在比較a與b之間、b與c之間的電勢(shì)差時(shí)，雖然a、b間距離等于b、c間距離，但是場(chǎng)強(qiáng)情況不知，所以無(wú)法比較電勢(shì)差。（C）不選。只有選項(xiàng)（A）是正確的。
【例3】如圖所示，在等量異種點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中，將一個(gè)正的試探電荷由a 點(diǎn)沿直線移到O點(diǎn)，再沿直線由O點(diǎn)移到c點(diǎn)。在該過(guò)程中，檢驗(yàn)電荷所受的電勢(shì)能如何改變？
解析：根據(jù)電場(chǎng)線和等勢(shì)面的分布可知：試探電荷由a 點(diǎn)沿直線移到O點(diǎn)，電場(chǎng)力先作正功，再沿直線由O點(diǎn)移到c點(diǎn)的過(guò)程中，電荷沿等勢(shì)面運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力不作功，電勢(shì)能不變化，故，全過(guò)程電勢(shì)能先減小后不變。
�。ㄋ模┱_區(qū)分與電場(chǎng)有關(guān)的一些物理量間的關(guān)系
與電場(chǎng)有關(guān)的物理量有電場(chǎng)強(qiáng)度（ ）、電勢(shì)（ ）、電勢(shì)差（UAB= ）以上公式變型得到：電場(chǎng)力F=Eq、電勢(shì)能?A=qUA、電場(chǎng)力的功WAB=qUAB。不能直接用電場(chǎng)力、電勢(shì)能、電場(chǎng)力的功來(lái)描述電場(chǎng)，因?yàn)檫@三個(gè)量不僅與電場(chǎng)有關(guān)，還與放人電場(chǎng)中的電荷q有關(guān)，而電場(chǎng)強(qiáng)度 、電勢(shì) 電勢(shì)差UAB= 僅由電場(chǎng)決定，它與放入電場(chǎng)中的電荷無(wú)關(guān)，故電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、電勢(shì)差是描述電場(chǎng)性質(zhì)的物理量．都是用比值定義的。電場(chǎng)力、電勢(shì)能、電場(chǎng)力的功不僅與電場(chǎng)有關(guān)而且還與放入電場(chǎng)中的電荷種類電量大小有關(guān)。是由電荷與電場(chǎng)系統(tǒng)共同決定的物理量。為深刻理解這些比較抽象的量之間的關(guān)系，可以與重力場(chǎng)進(jìn)行類比從而加深理解。下面列表對(duì)比如下：
重力場(chǎng)靜電場(chǎng)
相
似
點(diǎn)萬(wàn)有引力定律
重力場(chǎng)強(qiáng)度
豎直線
重力移動(dòng)物體做功與路徑無(wú)關(guān)
高度差
高度h
等高線（水平面）
重力勢(shì)能Ep = mgh
重力所做的功等于重力勢(shì)能的減少量庫(kù)侖定律
電場(chǎng)強(qiáng)度
電場(chǎng)線
電場(chǎng)力移動(dòng)電荷做功與路徑無(wú)關(guān)
電勢(shì)差
電勢(shì)U
等勢(shì)面
電勢(shì)能ε = qU
電場(chǎng)力所做的功等于電勢(shì)能的減少量
相異點(diǎn)m為正值q有正、負(fù)
電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)是從不同角度描述電場(chǎng)性質(zhì)的兩個(gè)物理量．前者是矢量，滿足矢量的疊加原理；后者是標(biāo)量，其大小與零勢(shì)面的選取有關(guān)，故電勢(shì)有正、負(fù)、零之分．
�。ㄎ澹╇妶�(chǎng)線和等勢(shì)面可以形象地表示出電場(chǎng)的性質(zhì)，是描述電場(chǎng)的一種形象化手段。
電場(chǎng)線總是出發(fā)于正電荷而終止于負(fù)電荷，或者從正電荷出發(fā)到無(wú)窮遠(yuǎn)處，或從無(wú)窮遠(yuǎn)處到負(fù)電荷。電場(chǎng)線不中斷，不閉合，任何兩條電場(chǎng)線不相交不相切。電勢(shì)相等的面叫等勢(shì)面，要牢記以下6種常見(jiàn)的電場(chǎng)的電場(chǎng)線和等勢(shì)面：
電場(chǎng)線、等勢(shì)面的特點(diǎn)和電場(chǎng)線與等勢(shì)面間的關(guān)系：
�、匐妶�(chǎng)線的方向?yàn)樵擖c(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向，電場(chǎng)線的疏密表示場(chǎng)強(qiáng)的大小。
�、陔妶�(chǎng)線互不相交，等勢(shì)面也互不相交。
�、垭妶�(chǎng)線和等勢(shì)面在相交處互相垂直。
�、茈妶�(chǎng)線的方向是電勢(shì)降低的方向，而且是降低最快的方向。
⑤電場(chǎng)線密的地方等差等勢(shì)面密；等差等勢(shì)面密的地方電場(chǎng)線也密。
注意：在一般情況下，電場(chǎng)線不是電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡。僅當(dāng)電場(chǎng)線是直線，不計(jì)電荷重力，電荷無(wú)初速或初速方向沿電場(chǎng)線方向時(shí)，電荷才會(huì)沿電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)。
下面再通過(guò)幾個(gè)題目說(shuō)明對(duì)相關(guān)概念的理解：
【例4】 如圖所示，三個(gè)同心圓是同一個(gè)點(diǎn)電荷周圍的三個(gè)等勢(shì)面，已知這三個(gè)圓的半徑成等差數(shù)列。A、B、C分別是這三個(gè)等勢(shì)面上的點(diǎn)，且這三點(diǎn)在同一條電場(chǎng)線上。A、C兩點(diǎn)的電勢(shì)依次為φA=10V和φC=2V，則B點(diǎn)的電勢(shì)是
A.一定等于6V B.一定低于6V
C.一定高于6V D.無(wú)法確定
解：由U=Ed，在d相同時(shí)，E越大，電壓U也越大。因此UAB> UBC，選B
【例5】 如圖所示，將一個(gè)電荷量為q = +3×10-10C的點(diǎn)電荷從電場(chǎng)中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)的過(guò)程中，克服電場(chǎng)力做功6×10-9J。已知A點(diǎn)的電勢(shì)為φA= - 4V，求B點(diǎn)的電勢(shì)。
解：先由W=qU，得AB間的電壓為20V，再由已知分析：向右移動(dòng)正電荷做負(fù)功，說(shuō)明電場(chǎng)力向左，因此電場(chǎng)線方向向左，得出B點(diǎn)電勢(shì)高。因此φB=16V。
【例6】圖中的實(shí)線是一族未標(biāo)明方向的由點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)線，虛線是某一帶電粒子通過(guò)該電場(chǎng)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)軌跡，a、b是其軌跡上的兩點(diǎn)。若帶電粒子在運(yùn)動(dòng)中只受電場(chǎng)力作用，根據(jù)此圖可作出正確判斷的是
A.帶電粒子所帶電荷的符號(hào)
B.帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的受力方向
C.可以比較帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的速度大小
D.可以比較帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)能的大小
解：帶電粒子的軌跡若是曲線，可以判斷帶電粒子所受的電場(chǎng)力一定指向彎曲的那一側(cè)，從而可以判斷帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的速度大小和電勢(shì)能大小。帶電粒子在運(yùn)動(dòng)中只受電場(chǎng)力作用，它的軌跡是曲線，則彎曲的一側(cè)即為受力方向，圖中的軌跡彎曲的方向是指向電場(chǎng)線密集的一側(cè)，則說(shuō)明帶電粒子所受的電場(chǎng)力是指向場(chǎng)源電荷（即題中所說(shuō)的點(diǎn)電荷），故可以判斷帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的受力方向。帶電粒子的受力方向確定后，則說(shuō)明帶電粒子離點(diǎn)電荷越遠(yuǎn)，電勢(shì)能越大（它們之間為引力），可以判斷帶電粒子在a點(diǎn)的電勢(shì)能比在b點(diǎn)的電勢(shì)能小，由能量守恒，可以判斷a點(diǎn)的速度比b點(diǎn)的速度大。但由于不知道場(chǎng)源電荷的性質(zhì)，故不能判斷帶電粒子所帶電荷的符號(hào)。
電功率
2.5 電功率 學(xué)案（粵教版選修3-1）
一、電功和電功率
1．電功是指__________的功，電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的________、電路中的________和________三者的乘積，表達(dá)式W＝________.
2．電功率是指____________________________，P＝________＝________.
二、焦耳定律和熱功率
1．在一段只有電阻元件的純電阻電路中，電場(chǎng)力所做的功W等于電流通過(guò)這段電路時(shí)發(fā)出的________，即Q＝W＝__________，由歐姆定律U＝IR，熱量Q＝________，這就是焦耳定律．
2．一段電路因發(fā)熱而消耗的功率P熱＝______，稱為熱功率．純電阻電路上的熱功率可表示為P熱＝__________.
3．如果不是純電阻電路，電能除一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，其他部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等，這時(shí)的電功仍然等于______，電阻上產(chǎn)生的熱量仍為_(kāi)_____，此時(shí)電功比電阻上產(chǎn)生的熱量______．
三、閉合電路中的功率
1．EI＝U外I＋U內(nèi)I，反映了閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系．__________表示電源提供的電功率，________和________分別表示外電路和內(nèi)電路上消耗的電功率．公式表明，電源提供的能量一部分消耗在______上，轉(zhuǎn)化為其他形式的能量；另一部分消耗在________上，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．
2．電動(dòng)勢(shì)反映了電源把______________ ______轉(zhuǎn)化為電能的能力．當(dāng)電源流過(guò)單位電時(shí)，若電源電動(dòng)勢(shì)越大，則電源提供的__________越大，電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的能力越強(qiáng).
一、電功和電功率
[問(wèn)題情境]
在日常生活中，經(jīng)常會(huì)用到家用小電器，例如電吹風(fēng)、電熨斗等，它們都會(huì)分為幾檔，像電吹風(fēng)可以吹涼風(fēng)、暖風(fēng)和熱風(fēng)．你知道如何計(jì)算它們消耗的電能嗎？
1．電流做功的實(shí)質(zhì)是什么？
2．設(shè)加在一段電路兩端的電壓為U，流過(guò)電路的電流為I，試推導(dǎo)電流做功的表達(dá)式．
[要點(diǎn)提煉]
1．電功的計(jì)算式：______________.
2．電功率的計(jì)算式：____________.
二、焦耳定律和熱功率
[問(wèn)題情境]
隨著家用電器的增多，特別是空調(diào)，電熱器等大功率用電器的使用，引發(fā)的火災(zāi)事故越來(lái)越多．據(jù)統(tǒng)計(jì)很大一部分火災(zāi)的事故原因是導(dǎo)線、插座或開(kāi)關(guān)等元件溫度升高而導(dǎo)致的．電流通過(guò)導(dǎo)體為什么會(huì)發(fā)熱，產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)呢？
1．什么樣的電路是純電阻電路？
2．電功和電熱相等嗎？
3．比較非純電阻電路中電功與電熱的關(guān)系．
[要點(diǎn)提煉]
1．焦耳定律的表達(dá)式：____________.
2．電功與電熱的關(guān)系：純電阻電路中：________________，非純電阻電路中： __________.
三、閉合電路中的功率
[問(wèn)題情境]
1.閉合電路中電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)、外電壓的關(guān)系是怎樣的．
2．推導(dǎo)閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系并解釋各項(xiàng)的物理意義．[
[要點(diǎn)提煉]
1．閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系：______________，對(duì)于純電阻電路該式可寫(xiě)為_(kāi)_____．
2．電動(dòng)勢(shì)反映了電源把________________轉(zhuǎn)化為_(kāi)___________的能力．
[問(wèn)題延伸]
1．什么是電源的輸出功率？在一個(gè)閉合回路中電源的輸出功率與外電阻之間有怎樣的關(guān)系(純電阻電路)?
2．電源的效率如何計(jì)算？它與外電阻有怎樣的關(guān)系？
例1 有一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，把它接入0.2 V電壓的電路時(shí)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，測(cè)得流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流是0.4 A．若把它接入2 V電壓的電路中，電動(dòng)機(jī)正常工作，工作電流是1 A.
( 1)求電動(dòng)機(jī)正常工作 時(shí)的輸出功率．
(2)若在正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子突然被卡住，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率為多大？
變式訓(xùn)練1 某吸塵器中的電動(dòng)機(jī)線圈電阻為1 Ω，接在220 V的直流電壓下，工作電流為1 A，則吸塵器消耗的電功率為_(kāi)_______；發(fā)熱損耗的功率為_(kāi)_______；轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率為_(kāi)_______．
例2
圖1
如圖1所示，線段A為某電源的U－I圖線，線段B為某電阻R的U－I圖線， 由上述電源和電阻組成閉合電路時(shí)，則：
(1)電源的輸出功率P出是多大？
(2)電源內(nèi)部損耗的電功率P內(nèi)是多少？
變式訓(xùn)練2 電路圖如圖2甲所示，圖乙中的圖線是電路中的電源的路端電壓隨電流變化的關(guān)系圖象，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為15 Ω，定值電阻R0＝3 Ω.
圖2
(1)當(dāng)R為何值時(shí)，R0消耗的功率最大？最大值為多少？
(2)當(dāng)R為何值時(shí)，電源的輸出功率最大 ？最大值為多少？
思路點(diǎn)撥 求解本題應(yīng)把握以下三點(diǎn)：
(1)由U－I圖象求電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻．
(2)電路中的電流最大時(shí)，R0消耗的功率最大．
(3)利用電源有最大輸出功率的條件，求電源的最大輸出功率．
【即學(xué)即練】
1．下列求解電熱的公式中，對(duì)所有電路均適用的是( )
A．Q＝UIt B．Q＝I2Rt
C．Q＝U2Rt D．W＝Pt
2．一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的輸出功率是10 kW，這表明該電動(dòng)機(jī)工作時(shí)( )
A．每秒消耗10 kW電能
B．每秒對(duì)外做10 kW功
C．每秒消耗10 kJ電能
D．每秒對(duì)外做10 kJ功
3．電動(dòng)機(jī)的電樞阻值為R，電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，兩端的電壓為U，通過(guò)的電流為I，工作時(shí)間為t，下列說(shuō)法中正確的是( )
A．電動(dòng)機(jī)消耗的電能為UIt
B．電動(dòng)機(jī)消耗的電能為I2Rt
C．電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量為I2Rt
D．電動(dòng)機(jī)線 圈產(chǎn)生的熱量為U2tR
4．電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻都保持一定，在外電路的電阻逐漸變小的過(guò)程中，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A．路端電壓一定逐漸變小
B．電源的輸出功率一定逐漸變小
C．電源內(nèi)部消耗的電功率一定逐漸變大
D．電源的輸出電流一定變大
參考答案
課前自主學(xué)習(xí)
一、
1．電流所做 電壓U 電流I 通電時(shí)間t UIt
2．單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功 Wt UI
二、
1．熱量Q UIt I2Rt 2.Q/t I2R
3．UIt I2Rt 大
三、
1．EI U外I U內(nèi)I 外電路 內(nèi)電路
2．其他形式的能量 電功率
核心知識(shí)探究
一、
[問(wèn)題情境]
1．因電流是自由電荷在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng)形成的，電流做的'功，實(shí)質(zhì)上是電場(chǎng)力對(duì)自由電荷做功．
2．推導(dǎo)：t時(shí)間內(nèi)流過(guò)電路的電荷總量q＝It，電場(chǎng)力移動(dòng)電荷做的功為W＝qU，所以t時(shí)間內(nèi)電流做功W＝UIt.
[要點(diǎn)提煉]
1．W＝UIt 2.P＝UI
二、
[問(wèn)題情境]
1．只含白熾燈、電爐等電熱元件的電路是純電阻電路．電流通過(guò)純電阻電路做功時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能．
2．在純電阻電路中，兩者相等；在非純電阻電路中，兩者不相等．
3．非純電阻電路中，電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，其他部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等其他形式的能，這時(shí)電功仍然等于UIt，電熱仍為I2Rt，此時(shí)電功大于電熱．
[要點(diǎn)提煉]
1．Q＝I2Rt 2.W＝Q W＞Q
三、
[問(wèn)題情境]
1．E＝U內(nèi)＋U外
2．根據(jù)E＝U內(nèi)＋U外可得EI＝U內(nèi)I＋U外I，式中EI表示電源提供的電功率，U外I表示外電路上消耗的電功率；U內(nèi)I表示內(nèi)電路上消耗的電功率．
[要點(diǎn)提煉]
1．EI＝U內(nèi)I＋U外I EI＝I2r＋I(xiàn)2R
2．其他形式 的能 電能
[問(wèn)題延伸]
1．電源的輸出功率是指外電路消耗的功率．
當(dāng)外電路為純電阻電路時(shí)，
(1)電源的輸出功率
P出＝I2R＝E2?R＋r?2R＝E2R?R－r?2＋4Rr＝E2?R－r?2R＋4r，由此可知當(dāng)R＝r時(shí)，電源有最大輸出功率P出max＝E24r.
(2)P出與外電阻R的函數(shù)關(guān)系圖象如圖所示 ，從圖中看出當(dāng)R＜r時(shí)，若R增大，P出增大；當(dāng)R＞r時(shí)，若R增大，P出減�。畬�(duì)一個(gè)確定的電源，除R＝r外，外電阻 有兩個(gè)值對(duì)應(yīng)的輸出功率相等，即(ER1＋r)2R1＝(ER2＋r)2R2，化簡(jiǎn)后得到這兩個(gè)阻值的關(guān)系為R1R2＝r2.
2．η＝P出P＝IUIE＝UE＝IRI?R＋r?＝RR＋r＝11＋rR，可見(jiàn)，外電阻R越大，電源的效率越高，當(dāng)電源有最大輸出功率時(shí)，η＝50%，此時(shí)電源的效率并不是最高．
解題方法探究
例1 (1)1.5 W (2)8 W
解析 (1)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)無(wú)機(jī)械能輸出，它消耗的電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時(shí)電動(dòng)機(jī)可看做純電阻電路，則R＝UI＝0.5 Ω
當(dāng) 加電壓為2 V、電流為1 A時(shí)，電動(dòng)機(jī)正常工作，有機(jī)械能輸出，此時(shí)電動(dòng)機(jī)為非純電阻電路，消耗的電能等于轉(zhuǎn)化的機(jī)械能和內(nèi)能之和．
轉(zhuǎn)化的熱功率為P熱＝I2R ＝0.5 W
總功率P總＝UI＝2 W，則輸出功率P出＝P總－P熱＝1.5 W.
(2)若在電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)被卡住，電動(dòng)機(jī)無(wú)機(jī)械能輸出，看做純電阻電路，此時(shí)的電熱功率為：
P熱′＝U2R＝220.5 W＝8 W.
變式訓(xùn)練1 22 0 W 1 W 219 W
例2 (1)4 W (2)2 W
解析 (1)根據(jù)題意，從圖線A可讀出
E＝3 V，r＝EI＝36 Ω＝0.5 Ω.
從圖線B可讀出R＝ΔUΔI＝1 Ω.
由電源E＝3 V，r＝0.5 Ω與電阻R＝1 Ω組成的閉合電路中，I′＝ER＋r＝31.5 A＝2 A，則P出＝I′2R＝4 W.
(2)P內(nèi)＝I′2r＝2 W.
變式訓(xùn)練2 (1)0 10.9 W
(2)4.5 Ω 13.3 W
即學(xué)即練
1．B [A、D兩選項(xiàng)適合于任何電路電功的計(jì)算．B選項(xiàng)適合于任何電路電熱的計(jì)算．C選項(xiàng)只適合于純電阻電路電熱的計(jì)算．]
2．D [輸出功率是指電動(dòng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)對(duì)外所做的功，D項(xiàng)正確．]
3．AC [電動(dòng)機(jī) 為非純電阻元件，由電功、電熱的計(jì)算公式知A、C正確．]
電源和電流
第一節(jié)、電源和電流 學(xué)案
課前預(yù)習(xí)學(xué)案
一、學(xué)習(xí)目標(biāo)
�。ㄒ唬┲R(shí)與技能
1．明確電源在直流電路中的作用，理解導(dǎo)線中的恒定電場(chǎng)的建立。
2．知道恒定電流的概念和描述電流強(qiáng)弱程度的物理量---電流。
3．從微觀意義上看電流的強(qiáng) 弱與自由電子平均速率的關(guān)系。
�。ǘ┻^(guò)程與方法
通過(guò)類比和分析對(duì)電源的的概念、導(dǎo)線中的電場(chǎng)和恒定電流等方面的理解。
（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀
通過(guò)對(duì)電源、電流的學(xué)習(xí)培養(yǎng)將物理知識(shí)應(yīng)用于生活的生產(chǎn)實(shí)踐的意識(shí)，勇于探究與日常生活有關(guān)的物理學(xué)問(wèn)題。
二．預(yù)習(xí)內(nèi)容：
1.電源是能把電路中的 從正極搬到負(fù)極的裝置。
2.導(dǎo)線中的電場(chǎng)是由 、 等電路元件所積累的電荷在導(dǎo)線內(nèi)共同形成的電場(chǎng)。
3.由 分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場(chǎng)，稱為恒定電場(chǎng)。
4.把 、 都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流。
5.電流的 程度用電流這 個(gè)物理量表示；規(guī)定 定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较�；電流的單位�?，符號(hào)是 ；公式為 。
課內(nèi)探究學(xué)案
一．學(xué)習(xí)過(guò)程
1.電流的分析與計(jì)算
(1)電流的方向：規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颉?/p>
(2)金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子的定向移動(dòng)方向相反。
(3)電解液中正、負(fù)離子定向移動(dòng)的方向雖然相反，但正、負(fù)離子定 向移動(dòng)形 成的電流方向是相同的，此時(shí) 中，q為正電荷總電荷量和負(fù)電荷總電荷量的絕對(duì)值之和。
(4)電流雖然有大小和方向，但不是矢量。
2.電流的微觀表達(dá)式 的應(yīng)用
在電解液導(dǎo)電時(shí)，是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流，在用公式I=q／t計(jì)算電流時(shí)應(yīng)引起注意.
例1如圖驗(yàn)電器A帶負(fù)電，驗(yàn)電器B不帶電，用導(dǎo)體棒連接A、B的瞬間，下列敘述中錯(cuò)誤的是（ ）
A、有瞬時(shí)電流形成，方向由A到B
B、A、B兩端的電勢(shì)不相等
C、導(dǎo)體棒內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度不等于零
D、導(dǎo)體棒內(nèi)的自由電荷受電場(chǎng)力作用做定向移動(dòng)
例2在彩色電視機(jī)的顯像管中，從電子槍射出的電子在加速電壓U的作業(yè)下被加速，且形成的電流強(qiáng)度為I的平均電流，若打在熒光屏上的高速 電子全部被熒光屏吸收。設(shè)電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，進(jìn)入加速電場(chǎng)之前的速度不計(jì)，則在t秒內(nèi)打在熒光屏上的電子數(shù)為多少？
例3如圖所示的電解槽中，如果在4s內(nèi)各有8c的正、負(fù)電荷通過(guò)面積為0.8?的橫截面AB，那么
�、旁趫D中標(biāo)出正、負(fù)離子定向移動(dòng)的方向；
⑵電解槽中的電流方向如何？
�、�4s內(nèi)通過(guò)橫截面AB的電量為多少？
�、入娊獠壑械碾娏鳛槎啻�？
二．當(dāng)堂檢 測(cè)：
1.形成持續(xù)電流的條件是()
A.只要有電壓加在物體的兩端
B.必須保持導(dǎo)體兩端有電壓
C.只在導(dǎo)體兩端瞬時(shí)加電壓
D.只要有大量的自由電荷
2.在由電源、導(dǎo)線等電路元件所形成的電路中，以下說(shuō)法正確的是 （ ）
A.導(dǎo)線中的電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零
B.導(dǎo)線中的電場(chǎng)強(qiáng)度方向跟導(dǎo)線方向平行
C .導(dǎo)線內(nèi)各點(diǎn)的電勢(shì)相等
D.導(dǎo)線內(nèi)沿電流方向各點(diǎn)的電勢(shì)逐漸降低
3.以下說(shuō)法正確的是（ ）
A.導(dǎo)體中的電流是正電荷的 定向移動(dòng)形成的
B.電荷定向移動(dòng)的速率等于電流的傳導(dǎo)速率
C.單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷數(shù)越多電流越大
D.導(dǎo)體中越粗的地方單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷數(shù)越多電流越大
4.某電解池，如果 在1s內(nèi)共有5×1018個(gè)二價(jià)正離子和1×1019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過(guò)面積為0.1m2的某截面，那么通過(guò)這個(gè)截面的 電流是()
A.0B.0.8AC.1.6AD.3.2A
三．課后練習(xí)
1.下列敘述正確的是()
A.導(dǎo)體中電荷運(yùn)動(dòng)就形成電流
B.電流是矢量
C.導(dǎo)體中有電流通過(guò)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)不為零
D.只有自由電子的定向移動(dòng)才能形成電流
2. 示波管中，2s內(nèi)有6×1013個(gè)電子通過(guò)橫截面大小不知的電子槍，則示波管中電流大小為()
A.4.8×10-6AB.3×10-13AC.9.6×10-6AD.無(wú)法確定
3.我國(guó)北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的儲(chǔ)存環(huán)是周長(zhǎng)為240 m的近似圓形軌道，電子電荷量e=1.6×10-19C，在整個(gè)環(huán)中運(yùn)行的電子數(shù)目為5×1011，設(shè)電子的速度是3×107 m/s，則環(huán)中的電流是：（ ）
A．10mA B．1mA C．0.1mA D．0.01mA
4.如圖所示，a、b兩導(dǎo)體板 組成一電容器，電容 為C，帶電荷量為q，然后用一根 虛線所示的導(dǎo)線連接，以下說(shuō)法中正確的是（ ）
A.導(dǎo)線中有恒定的電流
B.導(dǎo)線中有短時(shí)間的電流
C.通過(guò)導(dǎo)線的電荷量為q
勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系
M 3 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系
整體設(shè)計(jì)
高中物理引入極限思想的出發(fā)點(diǎn)就在于它是一種常用的科學(xué)思維方法，上一章教材用極限思想介紹了瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度，本節(jié)介紹v-t圖線下面四邊形的面積代表勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移時(shí)，又一次應(yīng)用了極限思想.當(dāng)然，我們只是讓學(xué)生初步認(rèn)識(shí)這些極限思想，并不要求會(huì)計(jì)算極限.按教材這樣的方式來(lái)接受極限思想，對(duì)高中學(xué)生來(lái)說(shuō)是不會(huì)有太多困難的.學(xué)生學(xué)習(xí)極限時(shí)的困難不在于它的思想，而在于它的運(yùn)算和嚴(yán)格的證明，而這些，在教材中并不出現(xiàn).教材的宗旨僅僅是“滲透”這樣的思想.在導(dǎo)出位移公式的中，利用實(shí)驗(yàn)探究中所得到的一條紙帶上時(shí)間與速度的記 錄，讓學(xué)生思考與討論如何求出小車的位移，要鼓勵(lì)學(xué)生積極思考，充分表達(dá)自己的想法.可啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生具體、深入地分析，肯定學(xué)生正確的想法，弄清楚錯(cuò)誤的原因.本節(jié)應(yīng)注重?cái)?shù)、形結(jié)合的問(wèn)題，過(guò)程中可采用探究式、討論式進(jìn)行授課.
教學(xué)重點(diǎn)
1.理解勻速直線運(yùn)動(dòng)的位移及其應(yīng)用.
2.理解勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系及其應(yīng)用.
教學(xué)難點(diǎn)
1.v-t圖象中圖線與t軸所夾的面積表示物體在這段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位移.
2.微元法推導(dǎo)位移公式.
課時(shí)安排
1課時(shí)
三維目標(biāo)
知識(shí)與技能
1.知道勻速直線運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系.
2.理解勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移及其應(yīng)用.
3.理解勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系及其應(yīng)用.
4.理解v-t圖象中圖線與t軸所夾的面積表示物體在這段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位移.
過(guò)程與方法
1.通過(guò)近似推導(dǎo)位移公式的過(guò)程，體驗(yàn)微元法的特點(diǎn)和技巧，能把瞬時(shí)速度的求法與此比較.
2.感悟一些數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用特點(diǎn).
情感態(tài)度與價(jià)值觀[來(lái)源:]
1.經(jīng)歷微元法推導(dǎo)位移公式和公式法推導(dǎo)速度位移關(guān)系，培養(yǎng)自己動(dòng)手的能力，增加物理情感.
2.體驗(yàn)成功的快樂(lè)和方法的意義.
課前準(zhǔn)備
多媒體課件、坐標(biāo)紙、鉛筆
教學(xué)過(guò)程
導(dǎo)入新課
情景導(dǎo)入
“適者生存”是自然界中基本的法則之一，獵豹要生存必須獲得足夠的食物，獵豹的食物來(lái)源中，羚羊是不可缺少的.假設(shè)羚羊從靜止開(kāi)始奔跑，經(jīng)50 m能加速到最大速度25 m/s，并能維持較長(zhǎng)的時(shí)間；獵豹從靜止開(kāi)始奔跑，經(jīng)60 m能加速到最大速度30 m/s，以后只能維持這個(gè)速度4.0 s.設(shè)獵豹在某次尋找食物時(shí)，距離羚羊30 m時(shí)開(kāi)始攻擊，羚羊在獵豹開(kāi)始攻擊后1.0 s才開(kāi)始逃跑，假定羚羊和獵豹在加速階段分別做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，且均沿同一直線奔跑，獵豹能否成功捕獲羚羊？
故事導(dǎo)入
1962年11月，赫赫有名的“子爵號(hào)”飛機(jī)正在美國(guó)馬里蘭州伊利奧特市上空平穩(wěn)地飛行，突然一聲巨響，飛機(jī)從高空栽了下來(lái)，事后發(fā)現(xiàn)釀成這場(chǎng)空中悲劇的罪魁禍?zhǔn)拙故且恢辉诳罩新肯璧奶禊Z.
在我國(guó)也發(fā)生過(guò)類似的事情.1991年10月6日，海南海口市樂(lè)東機(jī)場(chǎng)，海軍航空兵的一架“014號(hào)”飛機(jī)剛騰空而起，突然，“砰”的一聲巨響，機(jī)體猛然一顫，飛行員發(fā)現(xiàn)左前三角擋風(fēng)玻璃完全破碎， 令人慶幸的是，飛行員憑著頑強(qiáng)的意志和嫻熟的技術(shù)終于使飛機(jī)降落在跑道上，追究原因還是一只迎面飛來(lái)的小鳥(niǎo).
飛機(jī)在起飛和降落過(guò)程中，與經(jīng)常棲息在機(jī)場(chǎng)附近的飛鳥(niǎo)相撞而導(dǎo)致“機(jī)毀鳥(niǎo)亡”.小鳥(niǎo)為何能把飛機(jī)撞毀呢？學(xué)習(xí)了本節(jié)知識(shí)，我們就知道其中的原因了.
復(fù)習(xí)導(dǎo)入
前面我們學(xué)習(xí)了勻變速直線運(yùn)動(dòng)中速度與時(shí)間的關(guān)系，其關(guān)系式為v=v0+at.在探究速度與時(shí)間的關(guān)系時(shí)，我們分別運(yùn)用了不同方法來(lái)進(jìn)行.我們知道，描述運(yùn)動(dòng)的物理量還有位移，那位移與時(shí)間的關(guān)系又是怎樣的呢？我們又將采用什么方法來(lái)探究位移與時(shí)間的關(guān)系呢？
推進(jìn)新課
一、勻速直線 運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系
做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體在時(shí)間t內(nèi)的位移x=v-t.
說(shuō)明：取運(yùn)動(dòng)的初始時(shí)刻物體的位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，這樣，物體在時(shí)刻t的位移等于這時(shí)的坐標(biāo)x，從開(kāi)始到t時(shí)刻的時(shí)間間隔為t.
教師設(shè)疑：同學(xué)們?cè)谧鴺?biāo)紙上作出勻速直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖象，猜想一下，能否在v-t圖象中表示出做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體在時(shí)間t內(nèi)的位移呢？學(xué)生作圖并思考討論.
合作探究
1.作出勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體的速度?時(shí)間圖象.
2.由圖象可看出勻速直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖象是一條平行于t軸的直線.
3.探究發(fā)現(xiàn)，從0??t時(shí)間內(nèi)，圖線與t軸所夾圖形為矩形，其面積為v-t.
4.結(jié)論：對(duì)于勻速直線運(yùn)動(dòng)，物體的位移對(duì)應(yīng)著v-t圖象中一塊矩形的面積，如圖2-3-1.
圖2-3-1
點(diǎn)評(píng)：1.通過(guò)學(xué)生回答教師提出的問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力和語(yǔ)言概括表達(dá)能力.
2.通過(guò)對(duì)問(wèn)題的探究，提高學(xué)生把物理規(guī)律和數(shù)學(xué)圖象相結(jié)合的能力.
討論了勻速直線運(yùn)動(dòng)的位移可用v-t圖象中所夾的面積來(lái)表示的方法，勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移在v-t圖象中是不是也有類似的關(guān)系，下面我們就來(lái)學(xué)習(xí)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移和時(shí)間的關(guān)系.
二、勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移
教師啟發(fā)引導(dǎo)，進(jìn)一步提出問(wèn)題，但不進(jìn)行回答.
問(wèn)題：對(duì)于勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與它的v-t圖象是不是也有類似的關(guān)系？
通過(guò)該問(wèn)題培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)想的能力和探究問(wèn)題、大膽猜想的能力.
學(xué)生針對(duì)問(wèn)題思考，并閱讀“思考與討論”.
學(xué)生分組討論并說(shuō)出各自見(jiàn)解.
結(jié)論：學(xué)生A的計(jì)算中，時(shí)間間隔越小，計(jì)算出的誤差就越小，越接近真實(shí)值.
點(diǎn)評(píng)：培養(yǎng)用微元法的思想分析問(wèn)題的能力和敢于提出與別人不同見(jiàn)解發(fā)表自己看法的勇氣.
說(shuō)明：這種分析方法是把過(guò)程先微分后再累加（積分）的定積分思想來(lái)解決問(wèn)題的方法，在以后的學(xué)習(xí)中經(jīng)常用到.比如：一條直線可看作由一個(gè)個(gè)的點(diǎn)子組成，一條曲線可看作由一條條的小線段組成.
教師活動(dòng)：（投影）提出問(wèn)題：我們掌握了這種定積分分析問(wèn)題的思想，下面同學(xué)們?cè)谧鴺?biāo)紙上作初速度為v0的勻變速直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖象，分析一下圖線與t軸所夾的面積是不是也表示勻變速直線運(yùn)動(dòng)在時(shí)間t內(nèi)的位移呢？
學(xué)生作出v-t圖象，自我思考解答，分組討論.
討論交流：1.把每一小段Δt內(nèi)的運(yùn)動(dòng)看作勻速運(yùn)動(dòng)，則各矩形面積等于各段 勻速直線運(yùn)動(dòng)的位移，從圖2-3-2看出，矩形面積之和小于勻變速直線運(yùn)動(dòng)在該段時(shí)間內(nèi)的位移.
圖2-3-2 圖2-3-3 圖2-3-4
2.時(shí)間段Δt越小，各勻速直線運(yùn)動(dòng)位移和與勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移之間的差值就越小.如圖2-3-3.
3.當(dāng)Δt→0時(shí)，各矩形面積之和趨近于v-t圖象下面的面積.
4.如果把整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程劃分得非常非常細(xì)，很多很小矩形的面積之和就能準(zhǔn)確代表物體的位移了，位移的大小等于如圖2-3-4所示的梯形的面積.
根據(jù)同學(xué)們的結(jié)論利用課本圖2.3-2（丁圖）能否推導(dǎo)出勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系式？
學(xué)生分析推導(dǎo)，寫(xiě)出過(guò)程：
S面積= （OC+AB）?OA
所以x= （v0+v）t
又v=v0+at
解得x=v0t+ at2.
點(diǎn)評(píng)：培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)學(xué)圖象和物理知識(shí)推導(dǎo)物理規(guī)律的能力.
做一做：位移與時(shí)間的關(guān)系也可以用圖象表示，這種圖象叫做位移?時(shí)間圖象，即x-t圖象.運(yùn)用初中數(shù)學(xué)中學(xué)到的一次函數(shù)和二次函數(shù)知識(shí)，你能畫(huà)出勻變速直線運(yùn)動(dòng)x=v0t+ at2的x-t圖象嗎？（v0、a是常數(shù)）
學(xué)生在坐標(biāo)紙上作x-t圖象.
點(diǎn)評(píng)：培養(yǎng)學(xué)生把數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用在物理中，體會(huì)物理與數(shù)學(xué)的密切關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生作關(guān)系式圖象的處理技巧.
�。ㄍ队埃┻M(jìn)一步提出問(wèn)題：如果一位同學(xué)問(wèn)：“我們研究的是直線運(yùn)動(dòng)，為什么畫(huà)出來(lái)的x-t圖象不是直線？”你應(yīng)該怎樣向他解釋？
學(xué)生思考討論，回答問(wèn)題：
位移圖象描述的是位移隨時(shí)間的變化規(guī)律，而直線運(yùn)動(dòng)是實(shí)際運(yùn)動(dòng).
知識(shí) 拓展
問(wèn)題展示：勻變速直線運(yùn)動(dòng)v-t關(guān)系為：v=v0+at
x-t關(guān)系為：x=v0t+ at2
若一質(zhì)點(diǎn)初速度為v0=0，則以上兩式變式如何？
學(xué)生思考回答：v=at x= at2
進(jìn)一步提出問(wèn)題：一質(zhì)點(diǎn)做初速度v0=0的勻加速直線運(yùn)動(dòng).
�。�1）1 s末、2 s末、3 s末……n s末的速度之比為多少？
�。�2）1 s內(nèi)、2 s內(nèi)、3 s內(nèi)……n s內(nèi)的位移之比為多少？
�。�3）第1 s內(nèi)、第2 s內(nèi)、第3 s內(nèi)……第n s內(nèi)的位移之比為多少？
�。�4）第1個(gè)x，第2個(gè)x，第3個(gè)x……第n個(gè)x相鄰相等位移的時(shí)間之比為多少？
點(diǎn)評(píng)：通過(guò)該問(wèn)題加深對(duì)公式的理解，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力.
學(xué)生活動(dòng)：思考，應(yīng)用公式解決上述四個(gè)問(wèn)題.
�。�1）由v=at知，v∝t，故1 s末、2 s末、3 s末……n s末的速度之比為：1∶2∶3∶…∶n
�。�2）由x= at2知x∝t2，故1 s內(nèi)、2 s內(nèi)、3 s內(nèi)……n s內(nèi)的位移之比為：1∶4∶9∶…∶n2
�。�3）第1 s內(nèi)位移為x1= a，第2 s內(nèi)位移為x2= a（22-12），第3 s內(nèi)位移為x3= a（32-22），第n s內(nèi)位移為xn= a［n2-（n-1 ）2］
故第1 s內(nèi)，第2 s內(nèi)，第3 s內(nèi)，…第n秒內(nèi)位移之比為：1∶3∶5∶…∶（2n-1）.
�。�4）由x= at2知t∝ ，故x，2x，3x，…nx位移所用時(shí)間之比為：1∶ ∶ ∶…∶ .
第1個(gè)x，t1= ；第2個(gè)x，t2= ；第3個(gè)x，t3= ……第n個(gè)x，tn= ，故第1個(gè)x，第2個(gè)x，第3個(gè)x……第n個(gè)x相鄰相等位移的時(shí)間之比：1∶（ -1）∶（ - ）∶…∶（ - ）
三、勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移時(shí)間關(guān)系的應(yīng)用
引導(dǎo)學(xué)生由v=v0+at，x=v0t+ at2兩個(gè)公式導(dǎo)出兩個(gè)重要推論，再利用兩個(gè)推論解決實(shí)際問(wèn)題，加深對(duì)公式的理解，提高學(xué)生邏輯思維能力.[來(lái)源:學(xué).科.網(wǎng)]
問(wèn)題：在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中連續(xù)相等的時(shí)間（T）內(nèi)的位移之差是否是恒量？若不是，寫(xiě)出之間的關(guān)系；若是，恒量是多少？
學(xué)生分析推導(dǎo) ：xn=v0T+ aT2
xn+1 =（v0+aT）T+ aT2
Δx=xn+1-xn=aT2（即aT2為恒量）.
展示論點(diǎn)：在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，某段時(shí)間內(nèi)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度.
學(xué)生分組，討論并證明.
證明：如圖2-3-5所示
圖2-3-5
= +at
所以 = .
例1一個(gè)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，在連續(xù)相等的兩個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，通過(guò)的位移分別是24 m和64 m，每一個(gè)時(shí)間間隔為4 s，求質(zhì)點(diǎn)的初速度和加速度.
解析：勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可用多個(gè)公式描述，因而選擇不同的公式，所對(duì)應(yīng)的解法也不同.如：
解法一：基本公式法：畫(huà)出運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖，如圖2-3-6所示，因題目中只涉及位移與時(shí)間，故選擇位移公式：
圖2-3-6
x1=vAt+ at2
x2=vA（2t）+ a（2t）2-（ t+ at2）
將x1=24 m、x2=64 m，代入上式解得：
a=2.5 m/s2，vA=1 m/s.
解法二：用平均速度公式：
連續(xù)的兩段時(shí)間t內(nèi)的平均速度分別為：
=x1/t=24/4 m/s=6 m/s
=x2/t=64/4 m/s=16 m/s
B點(diǎn)是AC段的中間時(shí)刻，則
= = = m/s=11 m/s.
得 =1 m/s， =21 m/s
a= = m/s2=2.5 m/s2.
解法三：用推論式
由Δx=at2得
a= = m/s2=2.5 m/s2
再由x1= t+ at2
解得 =1 m/s.
答案：1 m/s 2.5 m/s2
說(shuō)明：1.運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題的求解一般均有多種解法，進(jìn)行一題多解訓(xùn)練可以熟練地掌握運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律，提高靈活運(yùn)用知識(shí)的能力.從多種解法的對(duì)比中進(jìn)一步明確解題的基本思 路和方法，從而提高解題能力.
2.對(duì)一般的勻變速直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，若出現(xiàn)相等 的時(shí)間間隔問(wèn)題，應(yīng)優(yōu)先考慮公式Δx=at2求解.
課堂訓(xùn)練
一個(gè)滑雪的人，從85 m長(zhǎng)的山坡上勻變速滑下，初速度是1.8 m/s，末速度是5.0 m/s，他通過(guò)這段山坡需要多長(zhǎng)時(shí)間？
分析：滑雪人的運(yùn)動(dòng)可以看作是勻加速直線運(yùn)動(dòng)，可以利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律來(lái)求.已知量為初速度v0、末速度vt和位移x，待求量是時(shí)間t，此題可以用不同的方法求解.
解法一：利用公式vt=v0+at和x=v0t+ at2求解，
由公式vt=v0+at得，at=vt-v0，代入x=v0t+ at2有，
x=v0t+ ，故
t= = s=25 s.
解法二：利用平均速度的公式：
= 和x= t求解.
平均速度： = = =3.4 m/s
由x= t得，需要的時(shí)間：t= = =25 s.
關(guān)于剎車時(shí)的誤解問(wèn)題：
例2 在平直公路上，一汽車的速度為15 m/s，從某時(shí)刻開(kāi)始剎車，在阻力作用下，汽車以2 m/s2的加速度運(yùn)動(dòng)，問(wèn)剎車后10 s末車離開(kāi)始剎車點(diǎn)多遠(yuǎn)？
分析：車做減速運(yùn)動(dòng)，是否運(yùn)動(dòng)了10 s，這是本題必須考慮的.
初速度v0=15 m/s，a=-2 m/s2，設(shè)剎車時(shí)間為t0，則0=v0+at.
得：t= = s=7.5 s，即車運(yùn)動(dòng)7.5 s會(huì)停下，在后2.5 s內(nèi)，車停止不動(dòng).
解析：設(shè)車實(shí)際運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t，vt=0，a=-2 m/s2，由v=v0+at知t=7.5 s.
故x=v0t+ at2=56.25 m.
答案：56.25 m
思維拓展
如圖2-3-7所示，物體由高度相同、路徑不同的光滑斜面靜止下滑，物體通過(guò)兩條路徑的長(zhǎng)度相等，通過(guò)C點(diǎn)前后速度大小不變，問(wèn)物體沿哪一路徑先到達(dá)最低點(diǎn)？
圖2-37 圖2-3-8
合作交流：物體由A→B做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，到B點(diǎn)時(shí)速度大小為v1；物體由A→C做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度比AB段的加速度大，由C→D做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，初速度大小等于AC段的末速度大小，加速度比AB段的加速度小，到D點(diǎn)時(shí)的速度大小也為v1（以后會(huì)學(xué)到），用計(jì)算的方法較為煩瑣，現(xiàn)畫(huà)出函數(shù)圖象進(jìn)行求解.
根據(jù)上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程，畫(huà)出物體運(yùn)動(dòng)的v-t圖象如圖2-3-8所示，我們獲得一個(gè)新的信息，根據(jù)通過(guò)的位移相等知道兩條圖線與橫軸所圍“面積”相等，所以沿A→C→D路徑滑下用的時(shí)間較短，故先到達(dá)最低點(diǎn).
提示：用v-t圖象分析問(wèn)題時(shí)，要特別注意圖線的斜率、與t軸所夾面積的物理意義.（注意此例中縱軸表示的是速率）
課堂訓(xùn)練
“適者生存”是自然界中基本的法則之一，獵豹要生存必須獲得足夠的食物，獵豹的食物來(lái)源中，羚羊是不可缺少的.假設(shè)羚羊從靜止開(kāi)始奔跑，經(jīng)50 m能加速到最大速度25 m/s，并能維持較長(zhǎng)的時(shí)間；獵豹從靜止開(kāi)始奔跑，經(jīng)60 m能加速到最大速度30 m/s，以后只能維持這個(gè)速度4.0 s.設(shè)獵豹在某次尋找食物時(shí)，距離羚羊30 m時(shí)開(kāi)始攻擊，羚羊則在獵豹開(kāi)始攻擊后1.0 s才開(kāi)始逃跑，假定羚羊和獵豹在加速階段分別做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，且均沿同一直線奔跑，問(wèn)獵豹能否成功捕獲羚羊？（情景導(dǎo)入問(wèn)題）
解答：羚羊在加速奔跑中的加速度應(yīng)為：
a1= = ①
x= a1t2 ②
由以上二式可得：a1= =6.25 m/s2，同理可得出獵豹 在加速過(guò)程中的加速度a2= = =7.5 m/s2.羚羊加速過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間t1= =4 s.獵豹加速過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間t2= =4 s.
如果獵豹能夠成功捕獲羚羊，則獵豹必須在減速前追到羚羊，在此過(guò)程中獵豹的位移為：x2=x2+v2t=（60+30×4） m=180 m，羚羊在獵豹減速前的位移為：x1=x1+v1t′=（50+25×3） m=125 m，因?yàn)閤2-x1=（180-125） m=55 m＞30 m，所以獵豹能夠成功捕獲羚羊.
課堂小結(jié)
本節(jié)重點(diǎn)學(xué)習(xí)了對(duì)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移?時(shí)間公式x=v0t+ at2的推導(dǎo)，并學(xué)習(xí)了運(yùn)用該公式解決 實(shí)際問(wèn)題.在利用公式求解時(shí)，一定要注意公式的矢量性問(wèn)題.一般情況下，以初速度方向?yàn)檎较�；�?dāng)a與v0方向相同時(shí)，a為正值，公式即反映了勻加速直線運(yùn)動(dòng)的速度和位移隨時(shí)間的變化規(guī)律；當(dāng)a與v0方向相反時(shí)，a為負(fù)值，公式反映了勻減速直線運(yùn)動(dòng)的速度和位移隨時(shí)間的變化規(guī)律.代入公式求解時(shí)，與正方向相同的代入正值，與正方向相反的物理量應(yīng)代入負(fù)值.
布置作業(yè)
1.教材第40頁(yè)“問(wèn)題與練習(xí)”第1、2題.
2.利用課余時(shí)間實(shí)際操作教材第40頁(yè)“做一做”的內(nèi)容.
板書(shū)設(shè)計(jì)
3 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移和時(shí)間的關(guān)系
位移與時(shí)間的關(guān)系
活動(dòng)與探究
課題：用一把直尺可以測(cè)定你的反應(yīng)時(shí)間.
方法：請(qǐng)另一個(gè)人用兩個(gè)手指捏住直尺的頂端，你用一只手在直尺的下端作捏住直尺的準(zhǔn)備，但手不能碰到直尺，記下這時(shí)手指在直尺上的位置；當(dāng)你看到另一個(gè)人放開(kāi)直尺時(shí)，你立即去捏直尺，記下你捏住直尺的位置 ，就可以求出你的反應(yīng)時(shí)間.（用該尺測(cè)反應(yīng)時(shí)間時(shí)，讓手指先對(duì)準(zhǔn)零刻度處）試說(shuō)明其原理.
提示：直尺做v0=0、a=g的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，故x= .
習(xí)題詳解
1.解答：初速度v0=36 km/h=10 m/s，加速度a=0.2 m/s2，時(shí)間t=30 s，根據(jù)s=v0t+ at2得s=390 m.
根據(jù)v=v0+at得v=16 m/s.
2.解答：初速度v0=18 m/s，時(shí)間t=3 s，位移s=36 m.根據(jù)s=v0t+ at2得a= =-4 m/s2.
3.解答：x= at2x∝a
即位移之比等于加速度之比.
設(shè)計(jì)點(diǎn)評(píng)
本節(jié)是探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系，本教學(xué)設(shè)計(jì)先用微分思想推導(dǎo)出位移應(yīng)是v-t圖象中圖線與t軸所夾圖形的面積，然后根據(jù)求圖形面積，推導(dǎo)出了位移?時(shí)間關(guān)系.這種分析方法是把過(guò)程先微分后再累加（積分）的定積分思想來(lái)解決問(wèn)題的方法，在以后的學(xué)習(xí)中經(jīng)常用到.因此本教學(xué)設(shè)計(jì)側(cè)重了極限思想的滲透，使學(xué)生接受過(guò)程中不感到有困難.在滲透極限的探究過(guò)程中，重點(diǎn)突出了數(shù)、形結(jié)合的思路.
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