探究电源输出功率与外电阻的变化关系

探究电源输出功率随外电阻的变化关系第1页共6页探究电源输出功率P出随外电阻R的变化关系江苏省大港中学纪金忠【教学目标】1、知识与技能（a）通过科学猜想，得出电源输出功率与外电阻的关系。（b）通过实验探究，验证猜想的结论;并从理论上给予论证。（c）通过引导学生进行大胆猜想、启发学生设计探究方案、体验科学探究的方法，培养学生理论推导能力、实验设计能力、动手操作能力、数据采集和数据处理能力。2、过程与方法（a）通过教师提出问题，启发学生大胆猜想，自行设计实验方案验证猜想（b）通过探究方案的设计，体验电学实验设计的注意事项，并学会分析、比较、选择电路，领会电学实验设计的思想和方法。3、情感态度价值观热情：在实验设计、操作过程中逐步积蓄探究热情，培养学生勇于探究的精神。参与：养成主动参与科学探究的良好学习习惯。交流：在自由、开放、平等的探究交流空间，能互相配合，互相鼓励，友好评价，和谐相处。哲学思考：理论指导实践；实践检验理论。目标形成依据：【教材分析】1、实验题既能考查学生对中学常用器材的熟悉情况，又可以考查学生是否理解基本的实验思想和方法，而且还可以考查学生分析推断和创新思维能力，因此实验设计题频频出现在高考卷上。2、“电源输出功率与外电路电阻的变化关系”是电学中的一个重要规律。需要学生对闭合电路欧姆定律有较为深刻的理解，而且在实验过程中涉及到较多知识点，有助于学生对电学实验的设计思想的领悟。【学情分析】1、学生对电学实验的考查有惧怕心理，发现问题、研究问题和解决问题的能力和创新思维能力较弱。2、通过之前的学习，学生对闭合电路欧姆定律已经有了较深的理解，这对本节课做了一个比较好的铺垫。3、面对新问题、新思路，学生有浓厚的探究欲望，为其思维的发散提供了较大的空间。【教学重点】用实验研究电源输出功率随外电阻的变化关系【教学难点】设计实验方案、电路连接探究电源输出功率随外电阻的变化关系第2页共6页【课前准备】干电池（2节）、滑动变阻器、电压表（0～3V）、电流表（0～0.6A）、定值电阻（10Ω）、导线若干、作图坐标纸（两张），各组自备计算器（如果需要别的器材可以向实验员申请添加）。【设计思路】【教学过程】一、提出问题，大胆猜想师：前面我们已经学习了“闭合电路欧姆定律”的有关知识，今天我们一起来探讨“电源输出功率随外电阻的变化关系”。那么什么是电源的输出功率呢？生：P出=UI师：当外电阻R变大时，U如何变？生：变大师：当外电阻R变大时，I如何变？生：变小师：那么当外电阻R变大时，输出功率P出应如何变化呢？是增大还是减小呢？请同学们猜猜看，并简要谈谈你的猜想依据。比一比，哪个小组的猜想最为合理？生：各小组热烈讨论，提出猜想提出问题科学猜想得出结论理论推证实验探究设计方案讨论方案数据处理讨论交流数据采集分组实验实验拓展探究电源输出功率随外电阻的变化关系第3页共6页可能出现的猜想有：（1）外电阻增大时，电源输出电流减小，所以输出功率也要随之减少；（2）外电阻增大时，电源输出电压升高，所以输出功率要随之增大；（3）外电阻增大时，电源输出电压升高，而输出电流要减小，由公式P＝UI可知，当外电阻为某一阻值时电源输出功率应出现最大值。（4）当外电阻为0时（即短路），电源输出功率为0；当外电阻无穷大时（即断路），电源输出功率也为0；当电源所接上的电阻既不是0又不是无穷大时，它输出的功率均大于0，因此根据“极端法”应猜想为“先增大后减小”。二、设计实验，探究猜想师：同学们刚才在猜想时表现得既有勇气，也很有见解，但我们的猜想对不对呢？今天我们就先从实验的角度来探究电源输出功率P出随外电阻R的变化关系。教师启发：我们研究两个物理量之间的变化关系通常可以选择用数学图象，而实验探究中我们可以用描点法绘出其变化关系曲线，所以关键就在于我们能设计实验测出多组（P，R）值，讨论1:实验室里没有直接测量功率的仪器,怎样就可以得到功率P了呢?生：可以利用Ｐ＝ＵＩ计算下面同学们分组设计实验方案。1、设计方案（比一比，哪一组设计的方案最为简便合理）各小组设计一个初步方案投影较好的方案,请学生介绍方案设计思路,进行讨论得到电路如图(1)讨论2:以上电路还有什么需要改进的吗?视学生反应情况而定，若无反应，再对学生进行启发和引导：我们从前面的猜想中可以看出，电源输出功率随着外电阻增大先增大后减小。为了验证这两个结论，就必须要把外电阻调得很小，这样极易损坏电源，为了保护电源，应对上述电路作怎样的改进？（比一比，哪一组最先想出最佳的方案）改进后的实验电路图如图所示：这样测出的输出功率应该是“等效电源”的输出功率.讨论3：本实验中是要多次改变外电阻的，那么怎么确定外电阻呢？生：用R=U/I代替AV（1）AVEr内r‘探究电源输出功率随外电阻的变化关系第4页共6页讨论4：此实验中应记录哪些数据？应如何设计记录表格？生:设计记录表格,投影较好的,讨论5：如何把电源输出功率与外电阻变化关系直观地表示出来？生：作出P出——R图线2、学生分组实验，采集数据（比一比，哪组连接电路最快又无失误）3、处理数据（比一比，哪组算得最快，图像作得最漂亮）(1)算出每个外电阻R所对应的电源输出功率P出(2)作出P出——R图线4、得出结论（1）讨论：根据计算和作图分析，电源输出功率与外电阻有什么变化规律？你的猜想与实验结果是否相吻合？（2）找几个小组利用实物投影仪投放记录的数据及作出的P出——R图象。（3）引导学生分析数据和图像，得出实验结论：当外电阻增大时，电源输出功率先增大后减小参考表格：次数12345678I（A）U（V）R=U/I（Ω）P出=UI（W）P/W乙R/Ω探究电源输出功率随外电阻的变化关系第5页共6页三、理论论证、有力佐证师：为什么会出现这样的结论？能不能从理论上去推证呢？利用闭合电路欧姆定律的有关知识试试看。生：先独立推导，然后交换检查、相互质疑，师：找一位做得较好的学生把推导过程放在实物投影仪下进行投放：2rRrRr2RrRRRrRRI222222）（出P引导学生利用函数y＝xa＋x图像特征对上式进行讨论，得出下列结论：①当R外r内时，R外↑→P出↑②当R外r内时，R外↑→P出↓③当R外=r内时，P出max=4r2[例题巩固]：（2005江苏物理卷）如图所示，R为电阻箱，○V为理想电压表．当电阻箱读数为R1=2Ω时，电压表读数为U1=4V；当电阻箱读数为R2=5Ω时，电压表读数为U2=5V．求：(1)电源的电动势E和内阻r。(2)当电阻箱R读数为多少时，电源的输出功率最大?最大值Pm为多少?＜答案＞（1）由闭合电路欧姆定律：111UEUrR222UEUrR联立上式并代入数据解得：6EV1r（2）由电功率表达式：22()EPRRr将上式变形为：22()4EPRrrR由上式可知1Rr时P有最大值294mEPWr探究电源输出功率随外电阻的变化关系第6页共6页四、实验拓展，课外探究根据刚才的猜想、实验、理论推导，我们已经对电源的输出功率有了一定的了解，那么实验图象中的极值点对应的R和P出与我们理论推导的结论是不是吻合呢？要验证这个结论还必须知道电源的电动势和内阻的大小，看看极值对应的R是不是等于r内，P出是不是等于E2/4r，怎样测量电源的电动势呢？这个电路行不行呢？这个问题留给我们同学课后去讨论完成。五、课堂小结，布置作业今天的学习我们着重从实验的角度入手，讨论了实验方案，设计了数据记录表格，科学地进行了数据处理，成功地探究了电源输出功率随外电阻的变化关系，并从理论上给予了论证，同学们的表现都非常好，希望大家在以后的学习中，不仅要学会科学地猜想结论，还要尝试着用实验去探究问题；不仅要能定性地分析问题，还要学会用数学方法进行理论推证，定量地讨论问题。今天的作业：1．从理论上推证电源输出功率随外电阻的变化关系。2．预习“电源电动势和内阻的测量”，讨论并完成今天最后的实验拓展。