第七节闭合电路的欧姆定律

第二章 恒定电流 备课人 李老师 第七节第七节 闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律 三维教学目标三维教学目标 1 1 知识与技能知识与技能 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 2 2 过程与方法 过程与方法 1 通过演示路端电压与负载的关系 培养学生利用 实验研究 得出结论 的探究物理规律的科学思 路和方法 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 3 3 情感 态度与价值观 情感 态度与价值观 通过本节课教学 加强对学生科学素质的培养 通过探究物理规律培养学生的 创新精神和实践能力 教学重点 教学重点 推导闭合电路欧姆定律 应用定律进行有关讨论 路端电压与负载的关系 教学难点 教学难点 路端电压与负载的关系 教学方法 教学方法 演示实验 讨论 讲解 教学用具 教学用具 滑动变阻器 电压表 电流表 电键 导线若干 投影仪 多媒体电脑 教学过程 教学过程 第第 7 7 节节 闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律 一 引入新课 一 引入新课 前边我们知道电源是通过非静电力做功把其他形式能转化为电能的装置电源是通过非静电力做功把其他形式能转化为电能的装置 只有用导线将电源 用电器 连成闭合电路 电路中才有电流 那么电路中的电流大小与哪些因素有关 电源提供的电能是如何在闭合 电路中分配的呢 今天我们就学习这方面的知识 二 进行新课 多媒体教学 二 进行新课 多媒体教学 1 1 闭合电路欧姆定律 闭合电路欧姆定律 教师 投影 教材图 2 7 1 如图所示 教师 闭合电路是由哪几部分组成的 学生 内电路和外电路 教师 在外电路中 沿电流方向 电势如何变化 为什么 学生 沿电流方向电势降低 因为正电荷的移动方向就是电流方向 在外电路中 正电荷受静电力作用 从高电势向低电势运动 教师 在内电路中 沿电流方向 电势如何变化 为什么 学生 沿电流方向电势升高 因为电源内部 非静电力将正电荷从电势低处移到电势高处 教师 这个同学说得确切吗 学生讨论 如果电源是一节干电池 在电源的正负极附近存在着化学反应层 反应层中非静电力 化学作 用 把正电荷从电势低处移到电势高处 在这两个反应层中 沿电流方向电势升高 在正负极之间 电源 的内部也有电流 沿电流方向从负极流向正极 电势升高 教师 投影 教材图 2 7 2 如图所示 内 外电路的电势变化 第二章 恒定电流 备课人 李老师 教师 引导学生推导闭合电路的欧姆定律 可按以下思路进行 设电源电动势为 E 内阻为 r 外电路电 阻为 R 闭合电路的电流为 I 问题问题 1 写出在 t 时间内 外电路中消耗的电能 E外的表达式 E外 I2Rt 2 写出在 t 时间内 内电路中消耗的电能 E内的表达式 E内 I2rt 3 写出在 t 时间内 电源中非静电力做的功 W 的表达式 W Eq EIt 根据能量守恒定律 W E外 E内 即 EIt I2Rt I2rt 整理得 E IR Ir 或者或者 rR E I 结论 这就是闭合电路的欧姆定律结论 这就是闭合电路的欧姆定律 1 内容 闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比 跟内 外电路的电阻之和成反比 这个结论叫做 闭合电路的欧姆定律 2 公式 I rR E 3 适用条件 外电路是纯电阻的电路 根据欧姆定律 外电路两端的电势降落为 U外 IR 习惯上称为路端电压 内电路的电势降落为 U内 Ir 习惯上称为内电压 代入E IR Ir 得 该式表明 电动势等于内外电路 内外 UUE 电势降落之和 2 2 路端电压与负载的关系 路端电压与负载的关系 教师 对给定的电源 E r 均为定值 外电阻变化时 电路中的电流如何变化 学生 据 I 可知 R 增大时 I 减小 R 减小时 I 增大 rR E 教师 外电阻增大时 路端电压如何变化 学生 有人说变大 有人说变小 教师 实践是检验真理的惟一标准 让我们一起来做下面的实验 演示实验 探讨路端电压随外电阻变化的规律 1 投影实验电路图如图所示 2 按电路图连接电路 3 调节滑动变阻器 改变外电路的电阻 观察路端电压怎样随电流 或外电阻 而改变 学生 总结实验结论 当外电阻增大时 电流减小 路端电压增大 当外电阻减小时 电流增大 路端 电压减小 教师 下面用前面学过的知识讨论它们之间的关系 路端电压与电流的关系式是什么 第二章 恒定电流 备课人 李老师 学生 U E Ir 教师 就某个电源来说 电动势 E 和内阻 r 是一定的 当 R 增大时 由得 I 减小 由 U E rR E I Ir 路端电压增大 反之 当 R 减小时 由得 I 增大 由 U E Ir 路端电压减小 rR E I 拓展拓展 讨论两种特殊情况 教师 刚才我们讨论了路端电压跟外电阻的关系 请同学们思考 在闭合电路中 当外电阻等于零时 会 发生什么现象 学生 发生短路现象 教师 发生上述现象时 电流有多大 学生 当发生短路时 外电阻 R 0 U外 0 U内 E Ir 故短路电流 I r E 教师 一般情况下 电源内阻很小 像铅蓄电池的内阻只有 0 005 0 1 干电池的内阻通常也不到 1 所以短路时电流很大 很大的电流会造成什么后果 学生 可能烧坏电源 甚至引起火灾 教师 实际中 要防止短路现象的发生 当外电阻很大时 又会发生什么现象呢 学生 断路 断路时 外电阻 R 电流 I 0 U内 0 U外 E 教师 电压表测电动势就是利用了这一原理 3 3 闭合电路欧姆定律的应用 投影 闭合电路欧姆定律的应用 投影 教师引导学生分析解决例题 讨论 电源的 U I 图象 教师 根据 U E Ir 利用数学知识可以知道路端电压 U 是电流 I 的一次函数 同学们能否作出 U I 图象呢 学生 路端电压 U 与电流 I 的关系图象是一条向下倾斜的直线 投影 U I 图象如右图所示 教师 从图象可以看出路端电压与电流的关系是什么 第二章 恒定电流 备课人 李老师 学生 U 随着 I 的增大而减小 教师 直线与纵轴的交点表示的物理意义是什么 直线的斜率呢 学生 直线与纵轴的交点表示电源的电动势 E 直线的斜率的绝对值表示电源的内阻 4 4 课堂总结 点评 课堂总结 点评 通过本节课的学习 主要学习了以下几个问题 1 电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压 电源电动势等于闭合电路内 外电阻上的电势 降落 U内和 U外之和 即 E U内 U外 2 闭合电路的欧姆定律的内容及公式 3 路端电压随着外电阻的增大而增大 随着外电阻的减小而减小 4 路端电压与电流的关系式为 U E Ir 其 U I 图线是一条倾斜的直线 5 5 实例探究 实例探究 电路结构变化问题的讨论电路结构变化问题的讨论 例例 1 1 在如图所示的电路中 R1 10 R2 20 滑动变阻器 R 的阻值为 0 50 当滑动触头 P 由 I 向 b 滑动的过程中 灯泡 L 的亮度变化情况是 A 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 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 当滑动触头由 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 rR E 总 闭合电路欧姆定律的定量应用闭合电路欧姆定律的定量应用 例例 2 2 如图所示电路中 R1 0 8 R3 6 滑动变阻器的全值电阻R2 12 电源电动势E 6 V 内阻r 0 2 当滑动变阻器的滑片在变阻器中央位置时 闭合开关 S 电路中的电流表和电压表的读数各是多少 解解析析 外电路的总电阻为R 0 8 3 8 66 66 2 2 1 2 3 2 3 R R R R R 根据闭合电路欧姆定律可知 电路中的总电流为 I A 1 5 A 2 08 3 6 rR E 即电流表 A1的读数为 1 5 A 对于 R2与 R3组成的并联电路 根据部分电路欧姆定律 并联部分的电压为 第二章 恒定电流 备课人 李老师 U2 I R并 I 1 5 3 V 4 5 V 2 2 2 3 2 3 R R R R 即电压表 V2的读数为 4 5 V 对于含有 R2的支路 根据部分电路欧姆定律 通过 R2的电流为 I2 A 0 75 A 6 5 4 2 2 2 R U 即电流表 A2的读数为 0 75 A 电压表 V1测量电源的路端电压 根据 E U外 U内得 U1 E Ir 6 V 1 5 0 2 V 5 7 V 即电压表 V1的读数为 5 7 V 说明 1 电路中的电流表 电压表均视为理想电表 题中特别指出的除外 即电流表内阻视为零 电压表内阻 视为无穷大 2 解答闭合电路问题的一般步骤 1 首先要认清外电路上各元件的串并联关系 必要时 应进行电路变换 画出等效电路图 2 解题关键是求总电流 I 求总电流的具体方法是 若已知内 外电路上所有电阻的阻值和电源电动 势 可用全电路欧姆定律 I 直接求出 I 若内外电路上有多个电阻值未知 可利用某一部分 rR E 电路的已知电流和电压求总电流 I 当以上两种方法都行不通时 可以应用联立方程求出 I 3 求出总电流后 再根据串 并联电路的特点或部分电路欧姆定律求各部分电路的电压和电流 6 6 作业 作业 1 书面 P631 3 4 课后练习课后练习 1 关于电源电动势的说法 正确的是 A 在某电路中每通过 2C 的电荷量 电池提供的电能是 4J 那么这个电池的电动势是 0 5V B 电源的路端电压增大时 其电源电动势一定也增大 C 无论内电压和外电压如何变化 其电源电动势一定不变 D 电源的电动势越大 电源所能提供的电能就越多 2 单位电荷绕闭合电路一周 如外电路是纯电阻电路 外电路中产生的热量仅决定于 A 电流的大小 且与电流的平方成正比 B 电源电动势的大小 且与电动势的大小成正比 C 路端电压的大小 且与路端电压的大小成正比 D 各部分电阻值的大小 且与电阻值成反比 3 在灯泡旁并联一只大功率的电炉 发现电灯变暗 这是因为 A 电炉从电灯上分出了一部分电流 B 输电线上电压增大 电灯上电压下降 C 电炉的额定电压大于电灯的额定电压 D 原来电灯上的电压有一部分分给了电炉 4 一电源 电动势为 E 内阻为 r 当它和一标有 6V 3W 的小灯泡构成闭合回路时 小灯泡恰好正 常发光 如果该电源与一标有 6V 6W 的小灯泡构成一闭合回路 该灯泡 A 正常发光 B 比正常发光暗 C 比正常发光亮D 因不知电源内阻的大小 故无法确定 5 如图所示电路中 电源的内电阻不能忽略 已知定值电阻 R1 10 R2 8 当开关 S 接到位置 1 时 电压表 V 的示数为 2V 当开关 S 接到位置 2 时 电压表 V 的示数可能为 A 2 2VB 1 9V C 1 6VD 1 3V 第二章 恒定电流 备课人 李老师 第 5 题 第 6 题 第 7 题 6 如图所示电路中 当开关 S 闭合时 电流表和电压表读数的变化是 A 两表读数均变大 B 两表读数均变小 C 电流表读数增大 电压表读数减小 D 电流表读数减小 电压表读数增大 7 如图所示的电路中 当可变电阻 R 的阻值增大时 A UAB增大 B UAB减小 C IR增大 D IR减小 8 如图所示的电路中 电源电动势为 6V 当开关 S 接通后 灯泡 L1和 L2都不亮 用电压表测得各部 分电压是 Uab 6V Uad 0 Ucd 6V 由此可判定 第 8 题 第 9 题 第 10 题 A L1和 L2的灯丝都烧断了 B L1的灯丝烧断了 C L2的灯丝烧断了 D 变阻器 R 断路 9 电动势为 E 内阻为 r 的电池与固定电阻 R0 可变电阻 R 串联 如图所示 设 R0 r Rab 2r 当变阻 器的滑动片自 a 端向 b 端滑动时 下列各物理量中随之减小的是 A 电池的输出功率 B 变阻器消耗的功率 C 固定电阻 R0上消耗的功率 D 电池内电阻上 消耗的功率 10 如图所示的电路中 当 S 断开时 电源内部消耗的功率与输出功率之比为 1 3 当 S 闭合时 它们 的比为 1 1 则下列说法正确的是 A R1 r 1 1 B R1 R2 2 1 C 两次输出功率之比为 1 1 D S 断开与 S 闭合时输出功率之比为 3 4 11 将电阻 R1和 R2分别接到同一电池组的两极时消耗的电功率相同 电池组向两个电阻供电时的电流 第二章 恒定电流 备课人 李老师 分别是 I1和 I2 电池组内阻消耗的功率分别是 P1 和 P2 电池组的效率分别是 1和 2 电阻两端的 电压分别是 U1和 U2 若已知电流 I1 I2 则有 A R1 R2 B U1 U2 C 1 2 D P1 P2 第 11 题 第 12 题 第 13 题 12 如图所示 当滑动变阻器 R3的滑动片向右移动时 两电压表示数变化的绝对值分别是 U1和 U2 则下列结论正确的是 A U1 U2 B 电阻 R1的功率先增大后减小 C 电阻 R2的功率一定增大 D 电源的输出功率先增大后 减小 13 在图电路中 电源的电动势是 E 内电阻是 r 当滑动变阻器 R3的滑动头向左移动时 A 电阻 R1的功率将加大 B 电阻 R2的功率将减小 C 电源的功率将加大 D 电源的效率将增加 14 如图所示 闭合开关 S 电流表和电压表的示数变化情况是 第 14 题 第 15 题 第 16 题 A 电流表示数增大 电压表示数减小 B 电流表示数减小 电压表示数增大 C 两表示数同时增大 D 两表示数同时减小 15 如图 电源有一定内阻 当变阻器滑片向上移动时 则 A 电压表示数将变大 灯 L 将变暗 B 电压表示数将变大 灯 L 将变亮 C 电压表示数将变小 灯 L 将变暗 D 电压表示数将变小 灯 L 将变亮 16 如图所示的电路中 A B C D 是四只相同的灯泡 当滑动变阻器的滑动片向下滑动时 下列说法 正确的是 A A 灯变亮B B 灯变亮 C C 灯变亮D D 灯变亮 17 某同学将一直流电源的总功率 PE 输出功率 PR和电源内部的发热功率 Pr随电流 I 变化的图线画在 同一坐标系中 如右图中的 a b c 所示 则下列说法中正确的是 第 17 题 第 18 题 A 图线 b 表示输出功率 PR随电流 I 变化的关系 第二章 恒定电流 备课人 李老师 B 图中 a 线最高点对应的功率为最大输出功率 C 在 a b c 三条图线上分别取横坐标相同的 A B C 三点 这三点的纵坐标一定满足关系 yA yB yC D b c 线的交点 M 与 a b 线的交点 N 的横坐标之比一定为 1 2 纵坐标之比一定为 1 4 18 如图所示为一太阳能电池板示意图 现测得它的开路电压为 0 80 V 短路电流为 0 04 A 若将此 电池板与一阻值为 20 的电阻连成一闭合电路 则此太阳能电池板的路端电压是 V 19 电源要向用户输送 4000W 的功率 已知输电线电阻为 0 4 它所损耗的热功率是用户功率的 4 电源的端电压应是 V 20 如图所示 直线 A 为电源的路端电压 U 与电流 I 的关系图象 直线 B 是电阻 R 的两端电压与其中电 流 I 的关系图象 用该电源与电阻 R 组成闭合电路 则电源的输出功率为 W 电源的效率为 第 20 题 第 21 题 第 22 题 20 如图所示的电路中 电池的电动势 E 9 0 V 内电阻 r 2 0 固定电阻 R1 1 0 R2为可变电 阻 其阻值在 0 10 范围内调节 问 取 R2 时 R1消耗的电功率最大 取 R2 时 R2消耗的 电功率最大 22 四只规格完全相同的灯泡按图 9 接在电路中 在 S 断开时 最亮的灯是 在 S 闭合时 最亮 的灯是 S 由断开到闭合 电流表的示数将 此时最亮的灯是 23 如图所示 电源电动势为 E 30V 内阻为 r 1 电灯上标有 6V 12W 字样 直流电动机线圈电 阻 R 2 若电灯恰能正常发光 求电动机输出的机械功率 第 23 题 第 24 题 第 25 题 24 如图所示的电路中 电源电动势为 10V R1 4 R2 6 电容 C 30 F 电源内阻忽略不计 求 1 闭合开关 S 稳定后通过电阻 R1的电流 2 将开关 S 断开 再次稳定后 求通过 R1的总电荷量 25 在图的电路中 若 R1 4 R3 6 电池内阻 r 0 6 则电源产生的总功率为 40W 而输出功率 则 37 6W 求 电源电动势和电阻 R2 26 如图所示 变阻器R2的最大电阻是10 R3 5 电源的内电阻r 1 当开关 S 闭合 变阻器的 滑片在中点位置时 电源的总功率为 16 W 电源的输出功率为 12 W 此时电灯 R