第二节 路端电压与负载的关系.doc

第二节 路端电压与负载的关系重点： 1 。闭合电路中路端电压随总电流的变化规律； 2 纯电阻电路中路端电压、总电流随外电阻的变化规律； 3 分析闭合电路状态变化的方法。 难点：闭合电路状态变化的分析方法 教学方法：从实验中归纳出规律；利用软件画出图像来观察规律；利用动画直观表现抽象的知识和过程。 教具：实验电路（用演示电表便于观察），电脑多媒体系统， excel 软件、几何画板软件和 flash 课件。 教学过程 复习：电源两端的电压是会变化的。 引入：变化规律是什么呢？ 概念解释：路端电压：电源两极间的电压，也即外电路两端的总电压。 负载：即用电器。 路端电压与干路电流的关系 【实验】用两节干电池，连成如图 1 所示的电路。用演示电压表、电流表来测量路端电压和干路电流，并让学生记录数据，输入电脑。 操作：让电压从大到小变化，在 2 。 4v 1 。 9v 之间记录电压、电流值，如表 1 ： 表 1 ：路端电压随干路电流的变化 次数 1 2 3 4 5 6 U 端 （ v ） 2.4 2.3 2.2 2.1 2.0 1.9 I （ A ） 【数据分析与处理】 用 excel 根据点作图，先画出点，让学生观察变化趋势，并猜想函数关系； 用 excel 拟合出图线，观察误差大小如图 2 所示。 可见，在误差范围内，路端电压与干路电流成一次函数关系。 【理论解释】内电压 U 内 Ir ，随 I 而变。由于 E U 端 U 内 ， 所以 U 端 E Ir 可见， U 端 与 I 是一次函数关系，与实验结果相一致。 【结论】闭合电路中，路端电压随干路电流的增大而减小，其函数关系为： U 端 E Ir 这个关系用图像表示，如图 3 所示 【图像意义】 图像上一个点表示一个电路状态。 A 点：短路状态。 I 短 E/r B 点：断路状态。此时 U 端 E 斜率： k r 。这从函数关系式 U 端 E Ir 可以看出来， r 处于一次函数的斜率的位置上。 这个关系是对所有闭合电路都适用的。 我们也可以让 excel 写出刚才实验中所绘图线的函数关系，如图 2 ，从中看出我们所用干电池组的电动势和内阻。 电动势约为 2.7v ，内阻约为 1.1 。 纯电阻电路中 U 端 、 I 总 和R 外 的关系 【理论分析】对纯电阻电路，由闭合电路欧姆定律 I 总 可见， I 总 随R的增大而减小； 而路端电压 U 端 IR 可见， U 端 随 R的增大而增大。 【结论】纯电阻电路中， U 端 随 R的增大而增大，I 总 随R的增大而减小。 这是纯电阻电路中电源的路端电压和总电流随外电路变化的规律，是以后常用的重要规律。 【软件绘图分析】具体地， U 端 随 R的增大按什么规律增大呢？我们可以用几何画板软件画出U 端 的函数图像。 以我们刚才做的实验为例，为简便起见，设 E3v，r1，则上式变为 。 画出函数图像如图，如图 4所示。 从图像可以得出：当 R 趋近于无穷大时， U 端 趋近于 3v ，即电源的电动势。 同样地，电流随 R 的变化规律也可以描绘出来，如图 5 所示。 从图中可以看出：当 R 趋近于无穷大时， I 趋近于 0 ；而当 R 0 时， I 3A ，即短路电流。 例题分析 例：如图 6 ，当滑动变阻器 R 1 的滑动触头向下滑动时，分析各电表的示数如何变化。 首先要看清电路结构，这可以通过简化电路看出来，电压表当作断路，电流表当作短路，可以逐步简化得到如图 7 电路。 【思考讨论】 提示：注意电源路端电压和总电流的变化规律。 【提问】 表 A 1 和 V 1 的变化比较容易判断，而表 A 2 和 V 2 的示数变化分析起来比较困难，可以利用动画演示，直观表现，启发思维，如图 8 、图 9 所示。比较 R 1 滑动前后路端电压和干路电流的变化，可以提醒学生结合电路总的变化来分析局部电路变化。 【分析步骤】 由滑动变阻器的变化得出外电阻的变化； R 1 增大得出 R 外 变大 由外电阻的变化得出路端电压和总电流的变化； 由 R 外 变大得出 U 端 变大， I 总 变小。即电压表 v 1 增大，电流表 A 1 减小。 结合路端电压和总电流的变化判断局部电路的变化。 U 2 U 端 IR 3 ，由于 U 端 增大， I 减小，则 U 2 增大； 电流表 A 2 的读数 I A2 I 总 U 2 /R 2 ，由于 I 总 减小， U 2 增大，则 I