第二章 恒定電流 備課人 李老師 第七節(jié)第七節(jié) 閉合電路的歐姆定律閉合電路的歐姆定律 三維教學目標三維教學目標 1 1 知識與技能知識與技能 1 能夠推導出閉合電路歐姆定律及其公式 知道電源的電動勢等于內 外電路上電勢降落之和 2 理解路端電壓與負載的關系 知道這種關系的公式表達和圖線表達 并能用來分析 計算有關問題 3 掌握電源斷路和短路兩種特殊情況下的特點 知道電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的 電壓 4 熟練應用閉合電路歐姆定律解決有關的電路問題 5 理解閉合電路的功率表達式 知道閉合電路中能量的轉化 2 2 過程與方法 過程與方法 1 通過演示路端電壓與負載的關系 培養(yǎng)學生利用 實驗研究 得出結論 的探究物理規(guī)律的科學思 路和方法 2 通過利用閉合電路歐姆定律解決一些簡單的實際問題 培養(yǎng)學生運用物理知識解決實際問題的能力 3 3 情感 態(tài)度與價值觀 情感 態(tài)度與價值觀 通過本節(jié)課教學 加強對學生科學素質的培養(yǎng) 通過探究物理規(guī)律培養(yǎng)學生的 創(chuàng)新精神和實踐能力 教學重點 教學重點 推導閉合電路歐姆定律 應用定律進行有關討論 路端電壓與負載的關系 教學難點 教學難點 路端電壓與負載的關系 教學方法 教學方法 演示實驗 討論 講解 教學用具 教學用具 滑動變阻器 電壓表 電流表 電鍵 導線若干 投影儀 多媒體電腦 教學過程 教學過程 第第 7 7 節(jié)節(jié) 閉合電路的歐姆定律閉合電路的歐姆定律 一 引入新課 一 引入新課 前邊我們知道電源是通過非靜電力做功把其他形式能轉化為電能的裝置電源是通過非靜電力做功把其他形式能轉化為電能的裝置 只有用導線將電源 用電器 連成閉合電路 電路中才有電流 那么電路中的電流大小與哪些因素有關 電源提供的電能是如何在閉合 電路中分配的呢 今天我們就學習這方面的知識 二 進行新課 多媒體教學 二 進行新課 多媒體教學 1 1 閉合電路歐姆定律 閉合電路歐姆定律 教師 投影 教材圖 2 7 1 如圖所示 教師 閉合電路是由哪幾部分組成的 學生 內電路和外電路 教師 在外電路中 沿電流方向 電勢如何變化 為什么 學生 沿電流方向電勢降低 因為正電荷的移動方向就是電流方向 在外電路中 正電荷受靜電力作用 從高電勢向低電勢運動 教師 在內電路中 沿電流方向 電勢如何變化 為什么 學生 沿電流方向電勢升高 因為電源內部 非靜電力將正電荷從電勢低處移到電勢高處 教師 這個同學說得確切嗎 學生討論 如果電源是一節(jié)干電池 在電源的正負極附近存在著化學反應層 反應層中非靜電力 化學作 用 把正電荷從電勢低處移到電勢高處 在這兩個反應層中 沿電流方向電勢升高 在正負極之間 電源 的內部也有電流 沿電流方向從負極流向正極 電勢升高 教師 投影 教材圖 2 7 2 如圖所示 內 外電路的電勢變化 第二章 恒定電流 備課人 李老師 教師 引導學生推導閉合電路的歐姆定律 可按以下思路進行 設電源電動勢為 E 內阻為 r 外電路電 阻為 R 閉合電路的電流為 I 問題問題 1 寫出在 t 時間內 外電路中消耗的電能 E外的表達式 E外 I2Rt 2 寫出在 t 時間內 內電路中消耗的電能 E內的表達式 E內 I2rt 3 寫出在 t 時間內 電源中非靜電力做的功 W 的表達式 W Eq EIt 根據(jù)能量守恒定律 W E外 E內 即 EIt I2Rt I2rt 整理得 E IR Ir 或者或者 rR E I 結論 這就是閉合電路的歐姆定律結論 這就是閉合電路的歐姆定律 1 內容 閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比 跟內 外電路的電阻之和成反比 這個結論叫做 閉合電路的歐姆定律 2 公式 I rR E 3 適用條件 外電路是純電阻的電路 根據(jù)歐姆定律 外電路兩端的電勢降落為 U外 IR 習慣上稱為路端電壓 內電路的電勢降落為 U內 Ir 習慣上稱為內電壓 代入E IR Ir 得 該式表明 電動勢等于內外電路 內外 UUE 電勢降落之和 2 2 路端電壓與負載的關系 路端電壓與負載的關系 教師 對給定的電源 E r 均為定值 外電阻變化時 電路中的電流如何變化 學生 據(jù) I 可知 R 增大時 I 減小 R 減小時 I 增大 rR E 教師 外電阻增大時 路端電壓如何變化 學生 有人說變大 有人說變小 教師 實踐是檢驗真理的惟一標準 讓我們一起來做下面的實驗 演示實驗 探討路端電壓隨外電阻變化的規(guī)律 1 投影實驗電路圖如圖所示 2 按電路圖連接電路 3 調節(jié)滑動變阻器 改變外電路的電阻 觀察路端電壓怎樣隨電流 或外電阻 而改變 學生 總結實驗結論 當外電阻增大時 電流減小 路端電壓增大 當外電阻減小時 電流增大 路端 電壓減小 教師 下面用前面學過的知識討論它們之間的關系 路端電壓與電流的關系式是什么 第二章 恒定電流 備課人 李老師 學生 U E Ir 教師 就某個電源來說 電動勢 E 和內阻 r 是一定的 當 R 增大時 由得 I 減小 由 U E rR E I Ir 路端電壓增大 反之 當 R 減小時 由得 I 增大 由 U E Ir 路端電壓減小 rR E I 拓展拓展 討論兩種特殊情況 教師 剛才我們討論了路端電壓跟外電阻的關系 請同學們思考 在閉合電路中 當外電阻等于零時 會 發(fā)生什么現(xiàn)象 學生 發(fā)生短路現(xiàn)象 教師 發(fā)生上述現(xiàn)象時 電流有多大 學生 當發(fā)生短路時 外電阻 R 0 U外 0 U內 E Ir 故短路電流 I r E 教師 一般情況下 電源內阻很小 像鉛蓄電池的內阻只有 0 005 0 1 干電池的內阻通常也不到 1 所以短路時電流很大 很大的電流會造成什么后果 學生 可能燒壞電源 甚至引起火災 教師 實際中 要防止短路現(xiàn)象的發(fā)生 當外電阻很大時 又會發(fā)生什么現(xiàn)象呢 學生 斷路 斷路時 外電阻 R 電流 I 0 U內 0 U外 E 教師 電壓表測電動勢就是利用了這一原理 3 3 閉合電路歐姆定律的應用 投影 閉合電路歐姆定律的應用 投影 教師引導學生分析解決例題 討論 電源的 U I 圖象 教師 根據(jù) U E Ir 利用數(shù)學知識可以知道路端電壓 U 是電流 I 的一次函數(shù) 同學們能否作出 U I 圖象呢 學生 路端電壓 U 與電流 I 的關系圖象是一條向下傾斜的直線 投影 U I 圖象如右圖所示 教師 從圖象可以看出路端電壓與電流的關系是什么 第二章 恒定電流 備課人 李老師 學生 U 隨著 I 的增大而減小 教師 直線與縱軸的交點表示的物理意義是什么 直線的斜率呢 學生 直線與縱軸的交點表示電源的電動勢 E 直線的斜率的絕對值表示電源的內阻 4 4 課堂總結 點評 課堂總結 點評 通過本節(jié)課的學習 主要學習了以下幾個問題 1 電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓 電源電動勢等于閉合電路內 外電阻上的電勢 降落 U內和 U外之和 即 E U內 U外 2 閉合電路的歐姆定律的內容及公式 3 路端電壓隨著外電阻的增大而增大 隨著外電阻的減小而減小 4 路端電壓與電流的關系式為 U E Ir 其 U I 圖線是一條傾斜的直線 5 5 實例探究 實例探究 電路結構變化問題的討論電路結構變化問題的討論 例例 1 1 在如圖所示的電路中 R1 10 R2 20 滑動變阻器 R 的阻值為 0 50 當滑動觸頭 P 由 I 向 b 滑動的過程中 燈泡 L 的亮度變化情況是 A 逐漸變亮 B 逐漸變暗 C 先變亮后變暗 D 先變暗后變亮 解析 解析 燈泡的亮度由燈的實際功率大小決定 電燈燈絲電阻不變 研究通過燈絲電流的大小可知燈的亮度 電源電動勢 E 和內阻 r 不變 通過燈泡電流由外電路總電阻決定 外電阻是由滑動變阻器連入電路部分的 電阻決定的 當滑動觸頭由 a 向 b 滑動過程中 滑動變阻器連入電路部分的電阻增大 總電阻增大 總電 流 I 減少 燈泡的實際功率 PL I2RL減小 燈泡變暗 綜上所述 選項 B 正確 rR E 總 閉合電路歐姆定律的定量應用閉合電路歐姆定律的定量應用 例例 2 2 如圖所示電路中 R1 0 8 R3 6 滑動變阻器的全值電阻R2 12 電源電動勢E 6 V 內阻r 0 2 當滑動變阻器的滑片在變阻器中央位置時 閉合開關 S 電路中的電流表和電壓表的讀數(shù)各是多少 解解析析 外電路的總電阻為R 0 8 3 8 66 66 2 2 1 2 3 2 3 R R R R R 根據(jù)閉合電路歐姆定律可知 電路中的總電流為 I A 1 5 A 2 08 3 6 rR E 即電流表 A1的讀數(shù)為 1 5 A 對于 R2與 R3組成的并聯(lián)電路 根據(jù)部分電路歐姆定律 并聯(lián)部分的電壓為 第二章 恒定電流 備課人 李老師 U2 I R并 I 1 5 3 V 4 5 V 2 2 2 3 2 3 R R R R 即電壓表 V2的讀數(shù)為 4 5 V 對于含有 R2的支路 根據(jù)部分電路歐姆定律 通過 R2的電流為 I2 A 0 75 A 6 5 4 2 2 2 R U 即電流表 A2的讀數(shù)為 0 75 A 電壓表 V1測量電源的路端電壓 根據(jù) E U外 U內得 U1 E Ir 6 V 1 5 0 2 V 5 7 V 即電壓表 V1的讀數(shù)為 5 7 V 說明 1 電路中的電流表 電壓表均視為理想電表 題中特別指出的除外 即電流表內阻視為零 電壓表內阻 視為無窮大 2 解答閉合電路問題的一般步驟 1 首先要認清外電路上各元件的串并聯(lián)關系 必要時 應進行電路變換 畫出等效電路圖 2 解題關鍵是求總電流 I 求總電流的具體方法是 若已知內 外電路上所有電阻的阻值和電源電動 勢 可用全電路歐姆定律 I 直接求出 I 若內外電路上有多個電阻值未知 可利用某一部分 rR E 電路的已知電流和電壓求總電流 I 當以上兩種方法都行不通時 可以應用聯(lián)立方程求出 I 3 求出總電流后 再根據(jù)串 并聯(lián)電路的特點或部分電路歐姆定律求各部分電路的電壓和電流 6 6 作業(yè) 作業(yè) 1 書面 P631 3 4 課后練習課后練習 1 關于電源電動勢的說法 正確的是 A 在某電路中每通過 2C 的電荷量 電池提供的電能是 4J 那么這個電池的電動勢是 0 5V B 電源的路端電壓增大時 其電源電動勢一定也增大 C 無論內電壓和外電壓如何變化 其電源電動勢一定不變 D 電源的電動勢越大 電源所能提供的電能就越多 2 單位電荷繞閉合電路一周 如外電路是純電阻電路 外電路中產(chǎn)生的熱量僅決定于 A 電流的大小 且與電流的平方成正比 B 電源電動勢的大小 且與電動勢的大小成正比 C 路端電壓的大小 且與路端電壓的大小成正比 D 各部分電阻值的大小 且與電阻值成反比 3 在燈泡旁并聯(lián)一只大功率的電爐 發(fā)現(xiàn)電燈變暗 這是因為 A 電爐從電燈上分出了一部分電流 B 輸電線上電壓增大 電燈上電壓下降 C 電爐的額定電壓大于電燈的額定電壓 D 原來電燈上的電壓有一部分分給了電爐 4 一電源 電動勢為 E 內阻為 r 當它和一標有 6V 3W 的小燈泡構成閉合回路時 小燈泡恰好正 常發(fā)光 如果該電源與一標有 6V 6W 的小燈泡構成一閉合回路 該燈泡 A 正常發(fā)光 B 比正常發(fā)光暗 C 比正常發(fā)光亮D 因不知電源內阻的大小 故無法確定 5 如圖所示電路中 電源的內電阻不能忽略 已知定值電阻 R1 10 R2 8 當開關 S 接到位置 1 時 電壓表 V 的示數(shù)為 2V 當開關 S 接到位置 2 時 電壓表 V 的示數(shù)可能為 A 2 2VB 1 9V C 1 6VD 1 3V 第二章 恒定電流 備課人 李老師 第 5 題 第 6 題 第 7 題 6 如圖所示電路中 當開關 S 閉合時 電流表和電壓表讀數(shù)的變化是 A 兩表讀數(shù)均變大 B 兩表讀數(shù)均變小 C 電流表讀數(shù)增大 電壓表讀數(shù)減小 D 電流表讀數(shù)減小 電壓表讀數(shù)增大 7 如圖所示的電路中 當可變電阻 R 的阻值增大時 A UAB增大 B UAB減小 C IR增大 D IR減小 8 如圖所示的電路中 電源電動勢為 6V 當開關 S 接通后 燈泡 L1和 L2都不亮 用電壓表測得各部 分電壓是 Uab 6V Uad 0 Ucd 6V 由此可判定 第 8 題 第 9 題 第 10 題 A L1和 L2的燈絲都燒斷了 B L1的燈絲燒斷了 C L2的燈絲燒斷了 D 變阻器 R 斷路 9 電動勢為 E 內阻為 r 的電池與固定電阻 R0 可變電阻 R 串聯(lián) 如圖所示 設 R0 r Rab 2r 當變阻 器的滑動片自 a 端向 b 端滑動時 下列各物理量中隨之減小的是 A 電池的輸出功率 B 變阻器消耗的功率 C 固定電阻 R0上消耗的功率 D 電池內電阻上 消耗的功率 10 如圖所示的電路中 當 S 斷開時 電源內部消耗的功率與輸出功率之比為 1 3 當 S 閉合時 它們 的比為 1 1 則下列說法正確的是 A R1 r 1 1 B R1 R2 2 1 C 兩次輸出功率之比為 1 1 D S 斷開與 S 閉合時輸出功率之比為 3 4 11 將電阻 R1和 R2分別接到同一電池組的兩極時消耗的電功率相同 電池組向兩個電阻供電時的電流 第二章 恒定電流 備課人 李老師 分別是 I1和 I2 電池組內阻消耗的功率分別是 P1 和 P2 電池組的效率分別是 1和 2 電阻兩端的 電壓分別是 U1和 U2 若已知電流 I1 I2 則有 A R1 R2 B U1 U2 C 1 2 D P1 P2 第 11 題 第 12 題 第 13 題 12 如圖所示 當滑動變阻器 R3的滑動片向右移動時 兩電壓表示數(shù)變化的絕對值分別是 U1和 U2 則下列結論正確的是 A U1 U2 B 電阻 R1的功率先增大后減小 C 電阻 R2的功率一定增大 D 電源的輸出功率先增大后 減小 13 在圖電路中 電源的電動勢是 E 內電阻是 r 當滑動變阻器 R3的滑動頭向左移動時 A 電阻 R1的功率將加大 B 電阻 R2的功率將減小 C 電源的功率將加大 D 電源的效率將增加 14 如圖所示 閉合開關 S 電流表和電壓表的示數(shù)變化情況是 第 14 題 第 15 題 第 16 題 A 電流表示數(shù)增大 電壓表示數(shù)減小 B 電流表示數(shù)減小 電壓表示數(shù)增大 C 兩表示數(shù)同時增大 D 兩表示數(shù)同時減小 15 如圖 電源有一定內阻 當變阻器滑片向上移動時 則 A 電壓表示數(shù)將變大 燈 L 將變暗 B 電壓表示數(shù)將變大 燈 L 將變亮 C 電壓表示數(shù)將變小 燈 L 將變暗 D 電壓表示數(shù)將變小 燈 L 將變亮 16 如圖所示的電路中 A B C D 是四只相同的燈泡 當滑動變阻器的滑動片向下滑動時 下列說法 正確的是 A A 燈變亮B B 燈變亮 C C 燈變亮D D 燈變亮 17 某同學將一直流電源的總功率 PE 輸出功率 PR和電源內部的發(fā)熱功率 Pr隨電流 I 變化的圖線畫在 同一坐標系中 如右圖中的 a b c 所示 則下列說法中正確的是 第 17 題 第 18 題 A 圖線 b 表示輸出功率 PR隨電流 I 變化的關系 第二章 恒定電流 備課人 李老師 B 圖中 a 線最高點對應的功率為最大輸出功率 C 在 a b c 三條圖線上分別取橫坐標相同的 A B C 三點 這三點的縱坐標一定滿足關系 yA yB yC D b c 線的交點 M 與 a b 線的交點 N 的橫坐標之比一定為 1 2 縱坐標之比一定為 1 4 18 如圖所示為一太陽能電池板示意圖 現(xiàn)測得它的開路電壓為 0 80 V 短路電流為 0 04 A 若將此 電池板與一阻值為 20 的電阻連成一閉合電路 則此太陽能電池板的路端電壓是 V 19 電源要向用戶輸送 4000W 的功率 已知輸電線電阻為 0 4 它所損耗的熱功率是用戶功率的 4 電源的端電壓應是 V 20 如圖所示 直線 A 為電源的路端電壓 U 與電流 I 的關系圖象 直線 B 是電阻 R 的兩端電壓與其中電 流 I 的關系圖象 用該電源與電阻 R 組成閉合電路 則電源的輸出功率為 W 電源的效率為 第 20 題 第 21 題 第 22 題 20 如圖所示的電路中 電池的電動勢 E 9 0 V 內電阻 r 2 0 固定電阻 R1 1 0 R2為可變電 阻 其阻值在 0 10 范圍內調節(jié) 問 取 R2 時 R1消耗的電功率最大 取 R2 時 R2消耗的 電功率最大 22 四只規(guī)格完全相同的燈泡按圖 9 接在電路中 在 S 斷開時 最亮的燈是 在 S 閉合時 最亮 的燈是 S 由斷開到閉合 電流表的示數(shù)將 此時最亮的燈是 23 如圖所示 電源電動勢為 E 30V 內阻為 r 1 電燈上標有 6V 12W 字樣 直流電動機線圈電 阻 R 2 若電燈恰能正常發(fā)光 求電動機輸出的機械功率 第 23 題 第 24 題 第 25 題 24 如圖所示的電路中 電源電動勢為 10V R1 4 R2 6 電容 C 30 F 電源內阻忽略不計 求 1 閉合開關 S 穩(wěn)定后通過電阻 R1的電流 2 將開關 S 斷開 再次穩(wěn)定后 求通過 R1的總電荷量 25 在圖的電路中 若 R1 4 R3 6 電池內阻 r 0 6 則電源產(chǎn)生的總功率為 40W 而輸出功率 則 37 6W 求 電源電動勢和電阻 R2 26 如圖所示 變阻器R2的最大電阻是10 R3 5 電源的內電阻r 1 當開關 S 閉合 變阻器的 滑片在中點位置時 電源的總功率為 16 W 電源的輸出功率為 12 W 此時電燈 R