高中物理第二章恒定电流第七节闭合电路欧姆定律课堂探究学案新人教选修.docx

7闭合电路的欧姆定律课堂探究探究一 闭合电路的欧姆定律的理解问题导引为了测定电源的电动势和内阻，某同学设计了如图所示的电路，请思考：该同学设计的电路能否达到实验目的？设计的测定电源的电动势和内阻电路的原理是什么？提示：根据闭合电路欧姆定律，该电路能够测出电源的电动势和内阻名师精讲1闭合电路的欧姆定律的表达形式表达式物理意义适用条件I电流与电源电动势成正比纯电阻电路EI（Rr）EU外IrEU外U内电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和式适用于纯电阻电路；式普遍适用EItI2RtI2rtWW外W内电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和式适用于纯电阻电路；式普遍适用2路端电压U随电流I变化的图象（UI关系图象）（1）UI图象的函数表达式：UEIr.（2）UI图象特点：位于第一象限，与横纵坐标轴相交的倾斜直线，如图所示（3）推论外电路断路时：R，I0，由UEIr知，EU，所以UI图象纵轴上的截距表示电源的电动势E，即断路时，路端电压在数值上等于电源的电动势，我们常据此把电压表直接接在电源两端来粗测电源的电动势；外电路短路时：R0，由UIR知，U0，所以UI图象横轴上的截距表示电源的短路电流I段，因此电源的内阻r，即内阻等于UI图象斜率的绝对值特别提醒 （1）外电路短路时电路中电流较大，为防止将电源、电路烧坏或引发火灾事故，一般不允许这种情况发生（2）外电路含有非纯电阻元件（如电动机、电解槽等）时，不能直接用欧姆定律解决电流问题，可以根据串、并联电路特点或能量守恒定律列式计算【例1】 如图所示的电路中，电源的电动势E为3.2 V，电阻R的阻值为30 ，小灯泡L的额定电压为3.0 V，额定功率为4.5 W，当开关S接位置1时，电压表的读数为3.0 V，那么当开关S接位置2时，小灯泡L能正常发光吗？实际功率是多少？解析：当开关S接位置1时，回路中的电流为I1 A0.1 A.电源的内阻为r2 .小灯泡的电阻为RLU2/P 2 .当开关S接位置2时，回路中的电流为I2 A0.8 A.此时小灯泡的实际功率为P实RL0.822 W1.28 W.从小灯泡的实际功率来看，小灯泡此时很暗，不能正常发光答案：不能正常发光1.28 W题后反思 闭合电路问题的求解方法（1）分析电路特点：认清各元件之间的串、并联关系，特别要注意电压表测量哪一部分的电压，电流表测量哪个用电器的电流（2）求干路中的电流：若各电阻阻值和电动势都已知，可用闭合电路的欧姆定律直接求出；也可以利用各支路的电流之和来求（3）应用闭合电路的欧姆定律解决问题时，应根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流探究二 闭合电路的动态分析方法问题导引如图为一较复杂的闭合电路，看图思考以下问题：（1）电路中各电流表的示数是通过哪些电阻的电流？（2）滑动变阻器触头向b端滑动时，各电压表的示数怎么变化？提示：（1）电流表A1测量的是通过R2和R3的电流，电流表A2测量的是通过R2的电流，电流表A3测量的是通过R3的电流，电流表A4测量的是通过R4的电流，电流表A测量的是电路的总电流；（2）触头向b端滑动时，A1示数变小，A2示数变小，A3示数变大，A4示数变大，A示数变小，V1变小，V2变大，V变大名师精讲1闭合电路动态分析的思路闭合电路中由于局部电阻变化（或开关的通断）引起各部分电压、电流（或灯泡明暗）发生变化，分析这类问题的基本思路是：2闭合电路动态分析的三种方法（1）程序法：基本思路是“部分整体部分”，即： （2）结论法“并同串反”“并同”：指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小“串反”：指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大（3）特殊值法与极限法：指因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论一般用于滑动变阻器两部分在电路中都有电流时的讨论特别提醒 （1）在闭合电路中，任何一个电阻的增大（或减小），都将引起电路总电阻的增大（或减小），该电阻两端的电压一定会增大（或减小）（2）理想电压表可认为是断路，理想电流表可认为是短路【例2】 如图所示电路，电源内阻不可忽略开关S闭合后，变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中（）A电压表与电流表的示数都减小B电压表与电流表的示数都增大C电压表的示数增大，电流表的示数减小D电压表的示数减小，电流表的示数增大解析：在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中，变阻器R0的电阻减小，电路总电阻减小，干路电流增大，Ir增加，路端电压减小，电压表的示数减小，同时，定值电阻R1上的电压增加，使得定值电阻R2两端电压降低，导致电流表的示数减小，所以选项A正确答案：A探究三 闭合电路的功率计算问题导引闭合电路中内外电路都有电阻，当电键闭合，电路中有电流时，内外电路都做功请思考以下问题：（1）外电路的电阻越大，外电路消耗的功率就越大吗？（2）外电路的电阻越大，电源做功的效率就越高吗？提示：外电路的电阻越大，外电路消耗的功率不一定越大，电源做功的效率越高名师精讲1电源的功率（1）物理意义：将其他能转化为电能的功率（2）表达式P源EI.2电源的消耗功率（1）物理意义：电源内阻发热功率（2）表达式：P内I2r（）2r.3电源的输出功率（1）物理意义：电源对外供电功率（2）表达式：P出UI当外电路为纯电阻电路时讨论如下：电源的输出功率P出I2R由此可知，当Rr时，电源有最大输出功率P出max.P出与外电阻R的函数关系图象图象分析Rr时，R越大，P出越大；Rr时，P出为最大值；Rr时，R越大，P出越小电源的效率，可见，外电阻R越大，电源的效率越高特别提醒 （1）电源输出功率越大，效率不一定越高，如电源输出功率最大时，效率只有50%.（2）判断可变电阻功率变化时，可将可变电阻以外的其他电阻看成电源的一部分内阻【例3】如图所示，电路中电池的电动势E5 V，内阻r10 ，固定电阻R90 ，R0是可变电阻，在R0从零增加到400 的过程中，求：（1）可变电阻R0上消耗功率最大的条件和最大热功率；（2）电池的内阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和；（3）R0调到多少时R上消耗的功率最大点拨：求R0消耗的功率最大时，可将Rr都当作电源的内阻来处理；求R上消耗的功率最大时，R0不能当作电源内阻了，因为它是可变的，调到最小时，电路中的电流最大，因此R上的功率就最大解析：（1）可变电阻R0上消耗的热功率：P0I2R0R0100 0时，P0最大，其最大值：Pmax W W.（2）当电流最小时，内阻r和R消耗的热功率最小，此时R0应调到最大400 ，内阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和为Pmin（）2（Rr）0.01 W.（3）R00时，电路中的总电阻最小，因此电路中的电流最大，此时R上有最大功率即PR（）2R90 W0.225 W.答案：（1）R100 W（2）0.01 W（3）0题后反思 当内、外电路电阻相等时，电源有最大输出功率，这个条件适用于求变阻器上消耗的最大功率，不适用于求定值电阻上消耗功率的最大值因为R0是可变电阻，不能当作电源内阻当R0的阻值等于零时电路中会出现最大电流