高中物理 第4章 闭合电路欧姆定律和逻辑电路 第1节 闭合电路欧姆定律课堂互动教案 鲁科版选修3-1.doc

第1节 闭合电路欧姆定律课堂课堂互动三点剖析一、电源的电动势1.如何正确理解“电动势”电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领.不同的电源，非静电力做功的本领不同，电源把其他形式的能转化为电能的本领不同，电动势就不同.例如：干电池的电动势是1.5 v，表明在干电池内，在把化学能转化为电能时，可以使每1 c电荷具有1.5 j电能；铅蓄电池的电动势是2 v，表明在铅蓄电池内，在把化学能转化为电能时，可以使每1 c电荷具有2 j电能.铅蓄电池的电动势比干电池的大，表明它把化学能转化为电能的本领比干电池的大.电动势的大小等于单位正电荷从负极经电源内部移到正极时非静电力所做的功，其数值也等于电源没有接入电路时两极间的电压.2.电动势与电压的区别电动势电压定义公式e=，其中w非为电场内部非静电力做的功u= ，其中w电为外电路中电场力所做的功单位伏（v）伏（v）物理意义是描述电源将其他形式的能转化为电能本领的物理量是反映将电能转化为其他形式能的本领的物理量【例1】 关于电动势，下列说法中正确的是（）a.在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加b.对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大c.电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送单位电荷量做功越多d.电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送电荷量越多解析：电源是将其他能量转化为电能的装置，在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加，因此选项a正确.电源电动势是反映电源内部其他形式的能转化为电能的能力的物理量，电动势在数值上等于移送单位电荷量所做的功，不能说电动势越大，非静电力做功越多，也不能说电动势越大，被移送的电荷量越多，所以选项c正确.答案：ac温馨提示电动势的表达式为e=，但电动势是用比值定义的物理量，只由电源本身的性质决定，与移动的电荷q、所做的功w及外电路均无关.二、闭合电路欧姆定律1.动态电路变化问题：引起电路特性发生动态变化的原因主要有三种情况：第一，滑动变阻器滑片位置的改变，使电路的电阻发生变化；第二，开关的闭合、断开或换向（双掷开关）使电路结构发生变化；第三，非理想电表的接入使电路的结构发生变化.进行动态电路分析的一般思路是：由部分电阻变化推断出外电路总电阻r总的变化，再由闭合电路欧姆定律判断总电流的变化，然后判断电阻没有发生变化的那部分电路的电压、电流和功率的变化情况，最后应用串并联电路的知识再判断电阻发生变化的那部分电路的电压、电流和功率的变化情况.其中，判断外电阻和总电流的变化是关键.有时会遇到判断某一并联支路上电流的变化，当此支路的电阻变大（或变小）时，支路两端的电压也变大（或变小），应用部分电路欧姆定律i=就无法判断该支路电流怎样变化，这时，应判断出干路上及其他并联支路中的电流，然后利用干路上的电流等于各支路电流之和进行判断.2.路端电压与电流的关系根据公式u=e-ir可知，路端电压与电流的关系图象（即u-i图象）是一条斜向下的直线，如图4-1-2所示.（1）图象与纵轴的截距等于电源的电动势大小；图象与横轴的截距等于外电路短路时的电流imax=.（2）图象斜率的绝对值等于电源的内阻，即r=tan，越大，表明电源的内阻越大.图4-1-2图4-1-3说明：横、纵坐标可以选不同的坐标起点，如图4-1-3所示，路端电压的坐标值不是从零开始的，而是从u0开始的，此时图象与纵轴的截距仍然等于电源的电动势大小；图象斜率的绝对值仍然等于电源的内阻；而图象与横轴的截距就不再等于外电路短路时的电流了.【例2】 如图4-1-4所示，电池电动势为e，内阻为r，当可变电阻的滑片p向b点移动时，电压表v1的读数u1与电压表v2的读数u2的变化情况是（）图4-1-4a.u1 变大，u2变小b.u1 变大，u2变大c.u1 变小，u2变小d.u1 变小，u2变大解析：滑片p向b点移动时，总电阻变大，干路中电流i=变小.由于路端电压u=e-ir，u增大，即电压表v1的示数变大.由于u2=ir，所以电压表v2的示数变小.答案：a三、电源的输出功率与效率1.闭合电路的功率：根据能量守恒，电源的总功率等于电源的输出功率（外电路消耗的电功率）与电源内阻上消耗的功率之和，即p总=iu+i2r=i(u+ir)=ie.其中ie为电源总功率，是电源内非静电力移动电荷做功，把其他形式的能转化为电能的功率；iu为电源的输出功率，在外电路中，这部分电功率转化为其他形式的能（机械能、内能等）；i2r为电源内由于内阻而消耗的功率，转化为焦耳热.2.电源的输出功率：外电路为纯电阻电路时，电源的输出功率为p=i2r=，由此式可知，（1）当r=r时，电源的输出功率最大，且pm=.（2）当rr时，随着r的增大输出功率减小.（3）当rr时，随着r的减小输出功率减小.（4）输出功率与外电阻的关系如图4-1-5所示，由图象可知，对应某一输出功率（非最大值）可以有两个不同的外电阻r1和r2，且有r2=r1r2.图4-1-53.电源的效率：=，可见，当r增大时，效率增大.当r=r时，即电源有最大输出功率时，其效率仅为50%，效率并不高.图4-1-6【例3】 如图4-1-6所示，线段a为某电源的u-i图线，线段b为某电阻的u-i图线，以上述电源和电阻组成闭合电路时，求：（1）电源的输出功率p出为多大？（2）电源内部损耗的电功率是多少？（3）电源的效率为多大？解析：根据题意，从a的图线可读出e=3 v，r=0.5 ，从b图线中可读出外电阻r=1.由闭合电路欧姆定律可得i= a=2 a，则电源的输出功率为p出=i2r=4 w，p内=i2r=2 w，所以电源的总功率为p总=ie=6 w，故电源的效率为=100%=66.7%.答案：(1)4 w(2)2 w(3)66.7%温馨提示电源的u-i图线与电阻的u-i图线的物理意义不同，前者是路端电压与电路电流的函数关系；后者是加在电阻两端的电压与通过的电流的函数关系.各个击破类题演练1关于电源与电路，下列说法正确的是（）a.外电路中电流由电源正极流向负极，内电路中电流也由电源正极流向负极b.外电路中电流由电源正极流向负极，内电路中电流由电源负极流向正极c.外电路中电场力对电荷做正功，内电路中电场力对电荷也做正功d.外电路中电场力对电荷做正功，内电路中非静电力对电荷做正功解析：假设电路中电流是由正电荷的移动形成的，外电路中，正电荷在导体中电场的作用下，从高电势端向低电势端运动，即从电源正极向电源负极运动，此过程电场力对电荷做正功.根据稳定电流的闭合性和电荷守恒定律，在内电路中，正电荷只能从电源负极向正极运动，即电流从电源负极流向正极，此过程中，电荷运动方向与电场力的方向相反，电场力对电荷做负功，要使正电荷从电源负极移向电源正极，必须有除电场力以外的其他力即非静电力做功，使其他形式的能转化为电荷的电势能.所以正确选项为bd.答案：bd变式提升1常用的干电池有1号电池、5号电池等，电动势均为1.5 v，如果这两种电池对外供电的电荷量均为2 c，那么电源所做的功各是多少?若有一电动势为2 v的蓄电池，当移动相同的电荷时，电源所做的功又是多少?解析：电动势在数值上等于非静电力把1 c的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功，即e=.当e1.5 v，q2 c时电源做功为：wqe21.5 j3 j1号电池、5号电池的电动势相等，对外供电的电荷量相等，因此电源所做的功相等，皆为3.0 j.当e2 v，q2 c时，电源做功为：wqe22 j4 j，即蓄电池移动相同电荷时，做功4.0 j.答案：3 j3 j4 j类题演练2在如图4-1-7所示的电路中，r1=10 ，r2=20 ，滑动变阻器r的阻值为050 ，当滑动触头p由a向b滑动的过程中，灯泡l的亮度变化情况是（）图4-1-7a.逐渐变亮b.逐渐变暗c.先变亮后变暗d.先变暗后变亮解析：灯泡的亮度由灯的实际功率大小决定.电灯灯丝电阻不变，研究通过灯丝电流的大小可知灯的亮度.电源电动势e和内阻r不变，通过灯泡电流由外电路总电阻决定.外电阻是由滑动变阻器连入电路部分的电阻决定的，在滑动触头由a向b滑动过程中，滑动变阻器连入电路部分的电阻增大，总电阻增大，总电流i=减少，灯泡的实际功率pl=i2rl减小，灯泡变暗.综上所述，选项b正确.答案：b变式提升2如图4-1-8所示的电路中，当变阻器r3的滑动触头p向a端移动时（）图4-1-8a.电压表示数变大，电流表示数变小b.电压表示数变小，电流表示数变大c.电压表示数变大，电流表示数变大d.电压表示数变小，电流表示数变小解析：当滑动触头p向a端移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，电路的总电阻减小，总电流增大，内电压增大，所以路端电压减小.因总电流增大，所以电阻r1分担的电压增大，r2和r3的电压减小，流过r2的电流减小，所以流过r3的电流增大.答案：b类题演练3如图4-1-9所示电路中，电阻r19 ，r215 ，电源电动势e12 v，内电阻r1.求：图4-1-9（1）当电流表示数为0.4 a时，变阻器r3的阻值为多大?（2）r3阻值多大时，它消耗的电功率最大?（3）r3阻值多大时，电源的输出功率最大?解析：（1）r3两端电压u=i2r2=6 v.设总电流为i1，则e-i1(r+r1)=u，可得i1=0.6 a，通过r3的电流i3=i1-i2=0.2 a，所以r3的阻值r3=30 .（2）把电源e、电阻r1、r2组成的部分看成新电源，则r3消耗的功率为新电路的输出功率，所以r3消耗功率最大时r3=6 .（3）因r1r，所以无论r3取何值、总有外电阻大于内电阻，故当r3=0时，电源输出功率最大.答案：(1)30 (2)6 (3)0变式提升3如图4-1-10所示的电路中，电源电动势e10 v，内阻r0.5 ，电动机的电阻r01.0 ，电阻r11.5 .电动机正常工作时，电压表的示数u13.0 v.求：图4-1-10（1）电源释放的电功率是多大?（2）电动机消耗的电功