人教版选修31 2.7闭合电路欧姆定律 教案.doc

适用学 高中物理适用年级高二适用区域人教版区域课时时长（分钟）2课时知识点闭合电路欧姆定律教案教学目标1. 通过探究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，并能用来分析有关问题。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. 了解路端电压与电流的u-i图像，认识e和r对u-i图像的影响。5. 熟练应用闭合电路欧姆定律进行相关的电路分析和计算。教学重点推导闭合电路欧姆定律，应用定律进行相关讨论。教学难点应用闭合电路欧姆定律讨论路端电压与负载关系。教学过程一、导入基础知识回顾欧姆定律综合电学的相应规律进行综合巩固和加深。今天主要研究闭合电路欧姆定律。二、知识讲解（一）考点解读一、闭合电路欧姆定律1闭合电路的组成及电流流向2闭合电路中的能量转化如图所示，电路中电流为i，在时间t内，非静电力做功等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和，即eiti2rti2rt。3闭合电路欧姆定律二、路端电压与负载(外电阻)的关系1路端电压与电流的关系(1)公式：ueir。(2)ui图像：如图所示，该直线与纵轴交点的纵坐标表示电动势，斜率的绝对值表示电源的内阻。2路端电压随外电阻的变化规律(1)外电阻r增大时，电流i减小，外电压u增大，当r增大到无限大(断路)时，i0，ue，即断路时的路端电压等于电源电动势。(2)外电阻r减小时，电流i增大，路端电压u减小，当r减小到零时，i，u0。考点1 路端电压与负载的关系1外电阻的两类变化引起的相应变化(1)说明：电源的电动势等于电源没有接入电路时的路端电压。(2)说明：由于电源内阻很小，所以短路时会形成很大的电流，为保护电源，绝对不能把电源两极直接相连接。2电源的ui图像(1)图像的函数表达式：ueir。(2)图像表示：电源的外电路的特性曲线(路端电压u随电流i变化的图像)，如图所示是一条斜向下的直线。(3)当外电路断路时(即r，i0)：纵轴上的截距表示电源的电动势e(eu端)；当外电路短路时(r0，u0)：横坐标的截距表示电源的短路电流i短。(条件：坐标原点均从0开始)(4)图线的斜率：其绝对值为电源的内电阻，即r。(5)某点纵坐标和横坐标值的乘积：为电源的输出功率，在图中的那块矩形的“面积”表示电源的输出功率。考点2 电源的有关功率和电源的效率1电源的有关功率和电源的效率(1)电源的总功率：p总iei(u内u外)。(2)电源的输出功率：p出iu外。(3)电源内部的发热功率：pi2r。(4)电源的效率：，对于纯电阻电路，。2输出功率和外电阻的关系在纯电阻电路中，电源的输出功率为pi2rrr(1)当rr时，电源的输出功率最大，pm。(2)当rr时，随着r增大，p减小。(3)当reb，内阻rarb，当电阻r接到电源两极时，电源的效率为，所以r接到电源b上时，电源的效率高，a对，d错。由题图知，r接到电源a上时，电源的输出电压和电流均比接到b上时大，故r接到电源a上时，电源的输出功率较大，b错，c对。2、【题干】如图所示，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 的读数u1与电压表 的读数u2的变化情况是()au1变大，u2变小bu1变大，u2变大cu1变小，u2变小du1变小，u2变大【答案】a【解析】滑片p向b移动时，总电阻变大，干路中i变小。由于路端电压ueir，u增大，即v1表示数u1变大。由于v2表示数u2ir，u2减小，所以a正确。3、【题干】如图所示，闭合开关s，电路稳定后，水平放置的平行金属板间的带电质点p处于静止状态，若将滑动变阻器r2的滑片向a端移动，则()a电压表读数增大 b电流表读数减小cr1消耗的功率减小 d质点p将向下运动【答案】d【解析】由图可知，r1与滑动变阻器串联；电容器与变阻器并联；当滑片向a端移动时，滑动变阻器接入电阻减小，总电阻减小；由闭合电路欧姆定律可知，电路中电流增大；路端电压减小，同时r1两端的电压增大，所以电压表示数减小，电流示数增大，故a、b错误。流过r1的电流增大，由公式pi2r知r1消耗的功率增大，故c错误。电容器板间电压减小，板间电场强度减小，故质点p受到的向上电场力减小，则重力大于电场力，质点p将向下运动，故d正确。课堂小结今天这节课我们学了闭合电路欧姆定律的知识，要重点理解闭合电路欧姆定律的应用。同时通过这节课的学习也为我们下一节课学习做了铺垫。总结升华1电源的总功率(1)任意电路：p总eiu外iu内ip出p内(2)纯电阻电路：p总i2(rr).2电源内部消耗的功率：p内i2ru内ip总p出3电源的输出功率(1)任意电路：p出uieii2rp总p内(2)纯电阻电路：p出i2r.(3)当rr时，电源的输出功率最大为pm.(4)p出与r的关系如图所示2路端电压与电流的关系图象(1)由ueir可得电源的ui关系图象，如图中实线所示纵截距为电动势e；图象的斜率的绝对值为电源的内电阻r.(2)直线上任何一点a与原点o的连线(图中虚线所示)的斜率表示对应的外电阻r；图线上每一点的横、纵坐标的乘积为电源的输出功率，如图中pauaia.31程序法：基本思路是“部分整体部分”即r局r总i总u内u外2“串反并同”结论法(1)所谓“串反”，即某一电阻增大时，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，反之则增大(2)所谓“并同”，即某一电阻增大时，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，反之则减小即：r课后作业基础1、【题干】一个闭合电路，是由电池供电的，外电路是纯电阻时，以下说法正确的是()a当外电阻增大时，路端电压增大b当外电阻减小时，路端电压增大c当外电阻减小时，电路中的电流减小d电池的内阻越小，外电阻变化时，路端电压的变化越大【答案】a【解析】根据ueir，当外电阻增大时，i减小，u增大，a正确，b错误。根据i，c错误，再根据ueir，uir，故d错误。2.【题干】 (多选)如图所示电路中，电源电动势e9 v、内阻r3 ，r15 ，下列说法中正确的是()a当s断开时，uac9 vb当s闭合时，uac9 vc当s闭合时，uab7.5 v，ubc0d当s断开时，uab0，ubc0【答案】ac【解析】当s断开时，uac与ubc为路端电压，等于电源电动势，a正确，d错误；当s闭合时，uacuabr7.5 v，ubci00，b错误，c正确。3、【题干】有两个相同的电阻r，串联起来接在电动势为e的电源上，电路中的电流为i；将它们并联起来接在同一电源上，此时流过电源的电流为，则电源的内阻为()arb.c4r d.【答案】c【解析】由串联电路和并联电路的特点及闭合电路的欧姆定律得ei(2rr)，由以上两式可得r4r。4、【题干】 如图所示的电路中，电源提供的电压为u10 v保持不变，已知r14 ，r26 ，c30 f。(1)闭合开关s，求电路稳定后通过r1的电流。(2)然后将开关s断开，求这以后流过r1的电荷量。【答案】(1)1 a(2)1.2104 c【解析】(1)闭合s，电路达到稳定后电容器相当于断路。由欧姆定律得通过r1的电流为i a1 a。(2)s断开前，电容器两极板间的电压等于r2两端的电压，即有ucu2ir216 v6 v电容器所带电荷量为qcuc301066 c1.8104 cs断开且电路稳定时，电容器两极板间的电压等于电源提供的电压u，电容器所带电荷量为qcu3010610 c3104 c流过r1的电荷量等于电容器所带电荷量的增加量，即qqq3104 c1.8104 c1.2104 c。巩固1、【题干】如图所示电路中，定值电阻r2r(r为电源内阻)，滑动变阻器的最大阻值为r1且r1r2r。在滑动变阻器的滑片p由左端a向右滑动的过程中，以下说法正确的是()a电源的输出功率变小br2消耗的功率先变大后变小c滑动变阻器消耗的功率先变大后变小d以上说法都不对【答案】c【解析】滑片向右移动，滑动变阻器接入电路部分电阻变小，电路中的电流变大，通过电源的电流和通过电阻r2的电流都变大，这两个电阻是定值电阻，消耗的功率变大，在滑动的过程中内阻始终小于外电阻，所以电源的输出功率增大。考虑滑动变阻器上的功率消耗时可以把r2看成电源的一部分，当滑动变阻器的阻值等于2r时，消耗的功率最大，当滑动变阻器阻值小于2r时，消耗的功率变小。2、【题干】如图所示的电路中，闭合开关，灯l1、l2正常发光。由于电路出现故障，突然发现灯l1变亮，灯l2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是()ar1断路br2断路cr3短路 dr4短路【答案】a【解析】把原电路改画为如图所示的电路，由于电流表示数减小、灯l2变暗，可推知电路中的总电流减小，路端电压增大，表明外电阻增大，可排除r3、r4短路的可能。又灯l1变亮、灯l2变暗，表明灯l1两端电压增大、灯l2两端电压减小，由欧姆定律可判断只能是r1发生断路。3、【题干】 (多选)如图所示电路中，电源内阻不能忽略。闭合s后，调节r的阻值，使电压表示数增大u，在这一过程中，有()a通过r1的电流增大br2两端电压减小uc通过r2的电流减小量小于d路端电压增大量为u【答案】ac【解析】由电流i可知，当电压增加u时，通过r1的电流就增加，故a正确；由于电源的内阻不能忽略，故r2两端电压减小量比u小，b错误，c正确；因r2两端的电压减小，故路端电压增大量比u要小，故d错误。4、【题干】如图所示的电路中，所用电源的电动势e4 v，内电阻r1 ，电阻r1可调。现将r1调到3 后固定。已知r26 ，r33 ，求：(1)开关s断开和接通时，通过r1的电流分别为多大？(2)为了使a、b之间电路的电功率在开关s接通时能达到最大值，应将r1的阻值调到多大？这时a、b间消耗的最大电功率是多少？【答案】(1)0.4 a0.667 a(2)03.556 w【解析】(1)开关s断开时，i1 a0.4 a开关接通时，r2、r3并联的总电阻r232 i1 a0.667 a(2)开关接通时，a、b之间的总电阻r232 为定值，所以，只有当r10时，总电流最大，a、b之间的电功率才最大。i a apabi2r232 w3.556 w。拔高1、【题干】电源的效率定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比。在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示，图中u为路端电压，i为干路电流，a、b为图线上的两点，相应状态下电源的效率分别为a、b。由图可知a、b的值分别为()a.、 b.、c.、 d.、【答案】d【解析】 由ui图像可知，若电源的电动势为6u0，则a、b两点处对应的路端电压分别为4u0、2u0，电源的效率，所以a，b，正确选项为d。2、【题干】如图所示，直线oac为某一直流电源的总功率随电流i变化的图线，曲线obc表示同一直流电源内部的热功率随电流i变化的图线。若a、b点的横坐标均为1 a，那么ab线段表示的功率为()a1 wb6 wc2 w d2.5 w【答案】c【解析】 由题图知，在c点，电源的总功率等于电源内部的热功率，所以电源的电动势为e3 v，短路电流为i3 a，所以电源的内阻为r1 。图像上ab段所表示的功率为pabp总i2r(13121)w2 w。3、【题干】如图所示的电路中，电源的电动势e12 v，内阻未知，r18 ，r21.5 ，l为规格为“3 v3 w”的灯泡，开关s断开时，灯泡恰好正常发光。不考虑温度对灯泡电阻的影响。试求：(1)灯泡的额定电流和灯丝电阻；(2)电源的内阻；(3)开关s闭合时，灯泡实际消耗的功率。【答案】(1)1 a3 (2)1 (3)0.48 w【解析】 (1)i1 arl3 (2)s闭合前，eirir1irl将e12 v，i1 a，r18 ，rl3 代入求解得r1 。(3)开关s闭合后，eirir1u2i代入数据联立求解得u21.2 v灯泡实际消耗的功率p0.48 w。4、【题干】一电路如图12所示，电源电动势e28 v，内阻r2 ，电阻r112 ，r2r44 ，r38 ，c为平行板电容器，其电容c3.0 pf，虚线到两极板距离相等，极板长l0.20 m，两极板的间距d1.0102 m。(1)若开关s处于断开状态，则当其闭合后，求流过r4的总电量为多少？(2)若开关s断开时，有一带电微粒沿虚线方向以v02.0 m/s的初速度射入c的电场中，刚好沿虚线匀速运动，问：当开关s闭合后，此带电微粒以相同初速度沿虚线方向射入c的电场中，能否从c的电场中射出？