高中物理 第2章 恒定电流 第7节 闭合电路的欧姆定律课件 新人教版选修31.ppt

第7节闭合电路的欧姆定律 教师参考 一 教学目标知识与技能1 能够推导出闭合电路欧姆定律及其公式 知道电源的电动势等于内 外电路上电势降落之和2 理解路端电压与负载的关系 知道这种关系的公式表达和图线表达 并能用来分析 计算有关问题3 掌握电源断路和短路两种特殊情况下的特点 知道电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压4 熟练应用闭合电路欧姆定律解决有关的电路问题5 理解闭合电路的功率表达式 知道闭合电路中能量的转化过程与方法1 利用能量转化和守恒定律 引导学生推导出闭合电路的欧姆定律2 通过利用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力 情感 态度与价值观1 通过探究物理规律培养学生的创新精神和实践能力2 通过实验探究 加强对学生科学素质的培养3 通过实际问题分析 拉近物理与生活的距离 增强学生学习物理的兴趣二 教学重点难点教学重点1 闭合电路欧姆定律的推理和应用2 路端电压与电流 或负载 关系的理解和分析应用教学难点电动势的理解 研究闭合电路欧姆定律三 重难点突破方略闭合电路欧姆定律推导过程的突破方略 情境展示 如图所示的闭合电路中 a为电源正极 b为电源负极 电源电动势为e 内阻为r 外电路电阻为r 闭合电路的电流为i 问题1 在t时间内 外电路中消耗的电能w外是多少 学生 i2rt 问题2 内电路中也存在恒定电场 正电荷在静电力的作用下移动 在t时间内 内电路中消耗的电能w内是多少 学生 i2rt 情境展示 闭合电路中的电源是一个化学电池 bc和da是在电源的负极b 正极a附近的两个化学反应层 这两个化学反应层都产生电动势 问题3 设这两个化学反应层产生电动势之和为e 在t时间内 电源中非静电力做的功w是多少 学生 w eq eit 问题4 静电力做功等于闭合电路消耗的电能 非静电力做功等于由电源转化来的电能 根据能量守恒 你能得到什么关系 学生 根据能量守恒定律 w e外 e内 即eit i2rt i2rt 教师 整理得e ir ir 问题5 若外电路是纯电阻电路 依据上面得到的结果 推导出闭合电路中的电流i与电动势e 内阻r 外电阻r的关系式 自主学习 课堂探究 达标测评 自主学习课前预习 感悟新知 教师参考 情境链接一利用如图所示的电路 引导学生观察现象 1 闭合s1 l1灯发光 2 闭合s2 l2灯发光 l1灯变暗 在观察实验的基础上提出问题 为什么会出现这样的现象 信息s1和s2都闭合后 通过电路的总电流比单一闭合s1时要大 则电源两端电压变小 l1灯变暗 情境链接二电池用旧了 内阻增大很多 电动势也减小 在很多以干电池作电源的用电器说明书中都有一个要求 请勿将新 旧电池混合使用 为什么新 旧电池不能混联 新 旧电池混联会有什么坏处 信息如果将新 旧电池并联使用 旧电池因电动势比新电池略低 等于是用新电池给旧电池充电 如果将新 旧电池串联使用 旧电池内阻很大 新电池输出的能量 大部分消耗在旧电池的内阻上 教材梳理 一 闭合电路阅读教材第60页图2 7 1 了解闭合电路的构成 1 闭合电路 用导线把电源 用电器连成一个 2 外电路 电源外部的电路 即用电器 导线组成外电路 在外电路中 电流的方向为从电源的流向 沿电流方向电势 3 内电路 电源内部的电路 在内电路中 电流的方向为从电源的流向 沿电流方向电势 想一想电荷在内电路中移动时 静电力对电荷做正功还是做负功 非静电力对电荷做正功还是做负功 答案 在内电路中 静电力和非静电力都是对电荷做正功 闭合电路 正极 负极 降低 负极 正极 升高 二 闭合电路欧姆定律阅读教材第60 61页 闭合电路的欧姆定律 部分 理解闭合电路的欧姆定律的内容 1 内容 闭合电路的电流跟电源的电动势成 跟内 外电路的电阻之和成 3 适用条件 适用于外电路为电路 4 电动势与内外电路电势降落的关系 电动势等于电势降落之和 即e u外 u内 想一想把电压表直接连接到电源两端 电压表读数和电动势大小相比 是大还是小 答案 电压表测的是路端电压 小于电动势 正比 反比 纯电阻 内外电路 三 路端电压与负载的关系阅读教材第61 62页 路端电压与负载的关系 部分 知道路端电压的表达式 了解路端电压随负载变化的定性关系 1 路端电压 1 定义 外电路上总的 其大小为u ir 2 表达式 u e ir 2 路端电压与负载的关系 1 当外电阻r增大时 电流i减小 则u内 ir减小 路端电压u 2 当外电阻r减小时 路端电压u 电势降落 增大 减小 e 0 议一议教材第62页 思考与讨论 中作出u与i关系的函数图像 图像斜率的绝对值物理意义是什么 答案 路端电压u与电流i图像斜率的绝对值表示电源的内阻 自主检测 1 下列关于闭合电路的说法中 错误的是 a 电源短路时 电源的内电压等于电动势b 电源短路时 路端电压为零c 电源断路时 路端电压最大d 电源的负载增加时 路端电压增大 d 解析 当电源两端短路时 外电阻r 0 此时e ir u内 选项a b正确 当外电路断开时 电流i变为0 u e 选项c正确 当电源的负载增加时 电流增大 由路端电压u e ir可知 u减小 选项d错误 b 3 如图所示 电源电动势为e 内阻为r 当逐一闭合开关 接入灯泡增多时 以下说法不正确的是 a 灯少时灯泡较亮 灯多时灯泡较暗b 灯多时各灯两端的电压较低c 灯多时通过电源的电流较大d 灯多时通过各灯的电流较大 d 4 如图为a b两个电源路端电压随通过电源电流变化的曲线 由图可知 a 电源a的内电阻较小 电动势较大b 电源a的内电阻较大 电动势较大c 电源b的内电阻较大 电动势较小d 电源b的内电阻较大 电动势较大 解析 u i图像与纵坐标的截距表示电源电动势 所以ea eb 图像斜率的绝对值表示电源的内阻 所以ra rb 故选项b正确 b 课堂探究核心导学 要点探究 要点一 闭合电路的欧姆定律 问题导引 在如图所示的电路中 开关s闭合后 电路中产生电流 电路中电源起到了什么作用 电路中的能量是怎样转化的 遵循怎样的规律 答案 电源提供电能 电源把其他形式的能转化为电能 电流通过内 外电路又把电能转化为其他形式的能 能量转化过程中遵循能量转化和守恒定律 例1 在如图所示的电路中 r1 20 0 r2 10 0 当开关s扳到位置1时 电流表的示数为i1 0 20a 当开关s扳到位置2时 电流表的示数为i2 0 30a 求电源的电动势和内电阻 思路探究 1 当开关s扳到位置1或位置2时 由其电流的大小能否求出路端电压 答案 能 根据u ir即可求出路端电压 2 由闭合电路的规律e u ir可知 电动势e和内阻r出现在同一方程中 从数学的角度看如何求电源的电动势和内电阻 答案 列出两个关于e和r的方程解方程组求得 此题中通过单刀双掷开关s给出了两个电路 分别列出两个方程联立求解即可 解析 当开关s扳到位置1时有u1 i1r1 0 20 20 0v 4 00v由e u ir得e 4 00 0 20r当开关s扳到位置2时有u2 i2r2 0 30 10 0v 3 00v由e u ir得e 3 00 0 30r联立解得e 6v r 10 答案 6v10 教师备用 变式 例1中若用电压表测量电路中的路端电压 当开关s分别扳到位置1或位置2时 电压表的示数分别为6 0v和5 0v 则电源的电动势和内电阻是多少 答案 7 5v5 例1 1 如图所示 电源电动势为6v 内阻为1 r1 5 r2 10 滑动变阻器r3阻值变化范围为0 10 求电路中的总电流的变化范围 答案 0 55 1a 针对训练1 2016肇庆市高二统一检测 如图所示的电路中 已知电阻r1 9 r2 15 电源的电动势e 12v 内电阻r 1 电流表的读数i 0 4a 求电阻r3的阻值和它消耗的电功率 答案 30 1 2w 要点二 电源u i图像的理解和应用 问题导引 由u e ir可知 u i图像是一条倾斜的直线 如图所示 图线纵截距 横截距及斜率表示的意义是什么 答案 1 外电路断开的状态对应坐标系中的a点 此时电流为零 内电压为零 路端电压等于电源的电动势e 即纵轴截距为电动势 2 电源短路时对应于坐标系中的b点 此时短路电流的大小等于横轴截距i0 例2 电路图如图 甲 所示 若电阻r阻值未知 电源电动势和内阻也未知 电源的路端电压u随电流i的变化图线及外电阻的u i图线如图 乙 所示 求 1 电源的电动势和内阻 2 电源的路端电压 3 电源的输出功率 思路探究 1 由电源的u i图线可知电源电动势和内阻是多大 答案 电源的u i图线的纵坐标截距表示电源电动势 所以e 4v 图线斜率的绝对值表示电源内阻 所以r 1 2 图 乙 中两图线交点的数据表示什么物理意义 答案 表示闭合电路的路端电压u 3v 总电流i 1a 答案 1 4v1 2 3v 3 3w 2 由题图知 电源与电阻构成闭合回路时对应路端电压u 3v 规律方法u i图像及应用 1 涉及图像的问题 往往考查图像正 负值的物理意义 考查纵 横坐标的物理意义 考查斜率的物理意义等 2 图像的面积也可能有物理意义 例如本题中虚线与坐标轴围成的长方形的面积表示电阻r的功率 也是电源的输出功率 教师备用 例2 1 多选 如图所示的u i图像中 直线 为某电源的路端电压与电流的关系 直线 为某一电阻r的u i关系图线 用该电源直接与电阻r连接成闭合电路 由图像可知 a r的阻值为1 5 b 电源电动势为3 0v 内阻为0 5 c 电源的输出功率为3wd 电源内部消耗功率为1 5w ad 针对训练2 多选 如图所示为某一电源的u i曲线 由图可知 a 电源电动势为2vb 电源内电阻为13 c 电源短路时电流为6ad 电路路端电压为1v时 电路中电流为5a ad 要点三 路端电压和负载的关系 问题导引 在闭合电路中 当路端电压增大时 负载中的电流也增大吗 答案 当路端电压增大时 负载中的电流是减小的 因为负载中的电流 路端电压是由电源和负载来决定的 例3 2016孝感高中期中 在如图所示的电路中 r1 2 r2 r3 4 当开关s接a时 r2上消耗的电功率为4w 当开关s接b时 电压表示数为4 5v 试求 1 当开关s接a时 通过电源的电流和电源两端的电压 2 电源的电动势和内电阻 3 当开关s接c时 电源输出功率 思路探究 1 当开关s接a时 电阻r1 r3中有电流吗 答案 电阻r1被短路 无电流 电阻r3是断路 无电流 2 当开关s接c时 电阻r2与r3的串 并联关系如何 答案 电阻r2与r3为并联 答案 1 1a4v 2 6v2 3 4w 方法总结 1 当负载变化时路端电压也变化 一定要弄清外电路中各负载的串 并联情况 算出外电路的总阻值 2 电源的电动势和内阻可由闭合电路的欧姆定律列方程或方程组求解 教师备用 例3 1 多选 如图所示 当电路中可变电阻r的阻值增大时 a 通过r1的电流i增大b 通过r1的电流i减小c a b两点间的电压增大d a b两点间的电压减小 解析 可变电阻r的阻值增大时 总电阻增大 由闭合电路的欧姆定律可知总电流变小 通过r1的电流i减小 故选项a错误 b正确 由欧姆定律可知电阻r1及内阻r的电压减小 则a b两点间的电压增大 故选项c正确 d错误 bc 针对训练3 如图 甲 所示为某元件r的u i特性曲线 把它连成图 乙 所示电路 已知电源电动势e 5v 内阻r 1 0 定值电阻r0 4 闭合开关s后 求 1 该元件的电功率 2 电源的输出功率 解析 1 把电源和r0看作等效电源 该电源的u i图像如图线 所示 元件r与电源组成闭合电路时 r中电流ir 0 4a 电压ur 3 0v 则pr urir 3 0 0 4w 1 2w 2 由于p出 r0 pr 则p出 0 42 4 1 2 w 1 84w 答案 1 1 2w 2 1 84w 教师参考 教材探究 1 教材p61 说一说 中 如何解释这种现象 答案 家庭电路的用电器都是并联的 当傍晚用电多的时候或插上电炉 电暖气等功率大的电器时 负载增多 外电阻r减小 干路中电流增加 输电线路上的电压增加 用电器两端的电压变小 灯光变暗 2 教材p62 思考与讨论 中 若纵轴u不从零开始取值 如何确定电源的电动势和内电阻 答案 若纵轴u不从零取值 图线与纵轴的交点仍表示电源的电动势 图线斜率的绝对值仍表示电源的内阻 但i轴上的截距不表示短路电流 达标测评随堂演练 检测效果 1 电动势为3v的电池 在电路中输出3a的电流 由此可知 a 内 外电阻相差1 b 内 外电阻之和为1 c 外电阻为1 d 内电阻为1 b 2 多选 在闭合电路中 下列叙述正