第7节闭合电路的欧姆定律.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6061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6162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EaEb,图像斜率的绝对值表示电源的内阻,所以rarb,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=0.2020.0V=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=0.3010.0V=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010,求电路中的总电流的变化范围.,答案:0.551A,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:301.2W,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1.5B.电源电动势为3.0V,内阻为0.5C.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13C.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=3.00.4W=1.2W.(2)由于P出=R0+PR,则P出=(0.424+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1B.内、外电阻之和为1C.外电阻为1D.内电阻为1,B,2.(多选)在闭合电路中,下列叙述正确的是()A.