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

【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

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

内

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：

乙