闭合电路欧姆定律教案

1、闭合电路欧姆定律教学目标:1 .掌握闭合电路欧姆定律，并能应用其解决有关问题；2 .掌握路端电压和外电路电阻的关系，掌握讨论电路结构变化题的一般方法3 .掌握闭合电路的 U-I图象教学重点：闭合电路欧姆定律及其应用教学难点：闭合电路欧姆定律的应用教学方法：讲练结合，计算机辅助教学 教学过程：一、闭合电路欧姆定律1 .主要物理量。研究闭合电路，主要物理量有E、r、R、I、U,前两个是常量，后二个是变量。闭合电路欧姆定律的表达形式有:E=U外+U内I 二（I、R间关系）R r® U=E-Ii （U、I 间关系） R .U =E （U、R间关系）R r从式看出：当外电路断开时（I = 0）

2、,路端电压等于电动势。而这时用电压表去测量时，读数却应该略小于电动势（有微弱电流）。当外电路短路时（R = 0,因而U = 0）电流最大为"=曰（一般不允许出现这种情况，会把电源烧坏）。2.电源的功率和效率。功率：电源的功率（电源的总功率）Pe=EI电源的输出功率 P*UI电源内部消耗的功率 Pr=I 2r电源的效率：“=£=5=R（最后一个等号只适用于纯电阻PE E R r电路）电源的输出功率2E2R4Rr图线如图所示，而当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，为P工m4r【例1】已知如图，E=6V, r =4Q , R1=2Q , R的变化范围是010Q。求：电源的最大输

3、出功率；Ri上消耗的最大功率； R2上消耗的最大功率。解：R2=2时，外电阻等于内电阻，电源输出功率最大为植电阻，电流越大功率越大，所以R2=0时Ri上消耗的功率最大为成电源的一部分，等效电源的内阻为6Q ,所以，当R2=6时,2.25W;Ri是定2W;把R也看 R2上消耗的功率最大为1.5W。3.变化电路的讨论。闭合电路中只要有一只电阻的阻值发生变化，就会影响整个电路， 使总电路和每一部分的电流、电压都发生变化。讨论依据是：闭合电路欧姆定律、 部分电路欧姆定律、串联电路的电压关系、 并联电路的电流关系。以右图电路为例：设Ri增大，总电阻一定增大；由| = E , I 一定减小；由U=E-Ir

4、, R rU 一定增大；因此U4、I4 一定增大；由I3=I-I4,小U3一定减小;由U2=U-U3,U2、I2 一定增大；由Ii = I3 -I2, Ii 一定减小。总结规律如下：总电路上R增大时总电流I减小，路端电压U增大；变化电阻本身和总电路变化规律相同；和变化电阻有串联关系（通过变化电阻的电流也通过该电阻）的看电流（即总电流减小时，该电阻的电流、电压都减小）；和变化电阻有并联关系的（通过变化电阻的电流不通过该电阻）看电压（即路端电压增大时，该电阻的电流、电压都增大）。【例2】如图，电源的内阻不可忽略.已知定值电阻Ri=i0Q , R2=8Q ,当电键S接位置i时，电流表的示数为 0.2

5、0A.那么当电键S接位置2时，电流表的示数可能是下列的哪些值A.0.28AB.0.25AC.0.22AD.0.i9A22E_ w上，可见电源输出功率随外电阻变化的4r4r解：电键接2后，电路的总电阻减小，总电流一定增大，所以不可能是 0.i9A.电源的 路端电压一定减小，原来路端电压为 2V,所以电键接2后路端电压低于2V,因此电流一定 小于0.25A.所以只能选Q【例3】 如图所示，电源电动势为E,内电阻为r.当滑动变阻器的触片 P从右端滑到左端时，发现电压表 Vi、V2示数变化的绝对值分别为 45和46,下列说法中正确的是8 .小灯泡L3变暗，Li、L2变亮C.A U1 U2D.A Ui&

6、gt;A U2解：滑动变阻器的触片 P从右端滑到左端，总电阻减小，总电流增大，路端电压减小。与电阻蝉联串联的灯泡 Li、L2电流增大，变亮，与电阻并联的灯泡L3电压降低，变暗。Ui减小，5增大，而路端电压 U= Ui+ U2减小，所以Ui的变化量大于 5的变化量，选BD。9 .电动势与路端电压的比较：电动势g路端电压U物理意义反映电源内部非静电力做功把其它形 式的能量转化为电能的情况反映电路中电场力做功把电能转化 成为其它形式能量的情况定义式£ =审为电源的非静电力把正电荷从电源 内由负极移到正极所做的功W q 诙为电场力把正电荷从电源外部由 正极移到负极所做的功量度式测量运用欧姆定

7、律间接测量用伏特表测量决定因素只与电源的性质有关与电源和电路中的用电器有关特殊情况当电源开路时路端电压/值等于电源电动势£10 闭合电路的U-I图象。右图中a为电源的U-I图象；b为外电阻的U-I图象；两者的交点坐标 表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压；该点和原点之间的矩形的面积表示输出功率；a的斜率的绝对值表示内阻大小；b的斜率的绝对值表示外电阻的大小；当两个斜率相等时（即内、外电阻相等时图中矩形面积最 大，即输出功率最大（可以看出当时路端电压是电动势的一半，电流是最大电流的一半）【例4】如图所示，图线a是某一蓄电池组的伏安特性曲线，图线 b是一只某种型号的定值电阻的伏安特

8、性曲线.若已知该蓄电池组的内 阻为2.0,则这只定值电阻的阻值为 Qo现有4只这种规格的 定值电阻，可任意选取其中的若干只进行组合，作为该蓄电池组的外电 路，则所组成的这些外电路中，输出功率最大时是 Wo解：由图象可知蓄电池的电动势为20V,由斜率关系知外电阻阻值为6。用3只这种电阻并联作为外电阻，外电阻等于2 a ,因此输出功率最大为50W。11 滑动变阻器的两种特殊接法。在电路图中，滑动变阻器有两种接法要特别引起重视:右图电路中，当滑动变阻器的滑动触头 P从a端滑向b端的过程 中，到达中点位置时外电阻最大，总电流最小。所以电流表A的示数先减小后增大；可以证明： Ai的示数一直减小，而 A2

9、的示数一直增大。右图电路中，设路端电压U不变。当滑动变阻器的滑动触头P从a端滑向b端的过Rx程中，总电阻逐渐减小；总电流I逐渐增大；RX两端的电压逐渐增大，电流 Ix也逐渐增大（这是实验中常用的分压电路的原理）；滑动变阻器r左半部的电流I /先减小后增大。【例5】 如图所示，电路中 ab是一段长10 cm,电阻为100 的均匀电Ri阻丝。两只定值电阻的阻值分别为 Ri=80 和R2=20 Q o当滑动触头P从a 端缓慢向b端移动的全过程中灯泡始终发光。则当移动距离为 cm时灯 泡最亮，移动距离为 cm时灯泡最暗。解：当P移到右端时，外电路总电阻最小，灯最亮，这时 aP长10cm。 当aP间电阻

10、为20时，外电路总电阻最大，灯最暗，这时aP长2cm。第四课时教案12 黑盒问题。如果黑盒内只有电阻，分析时，从阻值最小的两点间开始。【例6】如图所示，黑盒有四个接线柱，内有 4只阻值均为6的电阻，每只电阻都直 接与接线柱相连。测得 Rab=6 Q , Rac=Rad=10a。Rbc=Rbd=Rcd=4 ，试画出黑盒内的电路。a*b"解：由于最小电阻是 Rbc=Rbd=Rcd=4 Q，只有2只6a串联后再与1只6 并联才能出现 4 a ,因此bc、cd、db间应各接1只电阻。再于 ab间接1只电阻，结论正合适。二、电路故障问题的分类解析1 .常见的故障现象断路：是指电路两点间（或用电

11、器两端）的电阻无穷大，此时无电流通过，若电源正常 时，即用电压表两端并联在这段电路（或用电器）上，指针发生偏转，则该段电路断路，如 电路中只有该一处断路，整个电路的电势差全部降落在该处，其它各处均无电压降落 （即电压表不偏转）。短路:是指电路两点间（或用电器两端）的电阻趋于零，此时电路两点间无电压降落, 用电器实际功率为零（即用电器不工作或灯不亮，但电源易被烧坏）2 .检查电路故障的常用方法电压表检查法：当电路中接有电源时， 可以用电压表测量各部分电路上的电压，通过对测量电压值的分析，就可以确定故障。在用电压表检查时，一定要注意电压表的极性正确和 量程符合要求。电流表检查法：当电路中接有电源时

12、， 可以用电流表测量各部分电路上的电流，通过对测量电流值的分析，就可以确定故障。在用电流表检查时，一定要注意电流表的极性正确和 量程符合要求。欧姆表检查法：当电路中断开电源后， 可以利用欧姆表测量各部分电路的电阻，通过对测量电阻值的分析，就可以确定故障。在用欧姆表检查时，一定要注意切断电源。试电笔检查法：对于家庭用电线路， 当出现故障时，可以利用试电笔进行检查。在用试 电笔检查电路时，一定要用手接触试电笔的上金属体。3 .常见故障电路问题的分类解析（1）给定可能故障现象，确定检查方法：【例7】（97年高考试题）在如图所示电路的三根导线中，有一根是断的，电源、电阻器 R、R2及另外两根导线都是好

13、的, 为了查出断导线，某学生想先将万用表的红表笔连接在电源的正极再将黑表笔分别连电阻器R的b端和R2的c端，并观察万用表指针的示数， 在下列选档中,符合操作规程的是:A.直流10V挡;B.直流0.5A挡;C.直流2.5V挡；D.欧姆挡。解析：根据题给条件，首先判定不能选用欧姆挡，因为使用欧姆挡时， 被测元件必须与外电路断开。先考虑电压挡，将黑表笔接在b端，如果指针偏转，说明Ri与电源连接的导线断了，此时所测的数据应是电源的电动势6V。基于这一点，C不能选，否则会烧毁万用表；如果指针不偏转，说明 Ri与电源连接的导线是好的，而R1与R2之间导线和R2与电源间导线其中之一是坏的，再把黑表笔接 c点

14、，如果指针偏转，说明 Ri与R2之间导线是断的，否则说 明R2与电源间导线是断的，A项正确。再考虑电流表，如果黑表笔接在b端，指针偏转有示数则说明Ri与电源连接的导线是断的，此时指示数1=日（R+R2） =0.4A,没有超过量程；如果指针不偏转，说明Ri与电源间连接的导线是好的，而 Ri与R2之间导线和 旦与电源间导线其中之一是坏的，再把黑表笔接c点，如果指针偏转，说明Ri与Q之间导线是断的，此时示数I=ER2=i.2A,超过电流表量程，故B不能选。（2）给定测量值，分析推断故障【例8】（2000年全国高考试题）如图所示为一电路板的示意图,a、b、c、d为接线柱,a、b与220V的交流电源连接

15、，ab间、bc间、 电流，为检查电路故障，用一交流电压表分别测得cd间分别连接一个电阻。现发现电路中没有b、d两点间以及a、c两点间的电压均为220V。由此可知：（A） ab间电路通，cd间电路不通（B） ab间电路不通，bc间电路通（C） ab间电路通，bc间电路不通（D） bc间电路不通，cd间电路通解析：由于用交流电压表测得 b、d两点间为220V,这说明ab间电路是通的，bc间电 路不通或cd间电路不通；由于用交流电压表测得 a、c两点间为220V,这说明cd间电路是 通的，ab间电路不通或 bc间电路不通；综合分析可知 bc间电路不通，ab间电路通和cd间 电路通，即选项 C D正确

16、。【例9】（2000年上海高考试题）某同学按如图所示电路进行实验，实验时该同学将变 阻器的触片P移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示：序号Ai示数（A）A2示数（A）Vi示数(V)V2示数（V）10.600.302.401.2020.440.322.560.48将电压表内阻看作无限大，电流表内阻看作零。电路中E, r分别为电源的电动势和内阻，R1 , R2, R3为定值电阻，在这五个物理量中， 可根据上表中的数据求得的物 理量是（不要求具体计算）。由于电路发生故障，发现两电压表示数相同了（但不为 零），若这种情况的发生是由用电器引起的，则可能的故障原因解析：先将电路简化，Ri与r看成一个等

17、效内阻r'=Ri+r,则由Vi和A1的两组数据可求得电源的电动势E;由A2和V1的数据可求出电阻R3;由V2和A1、A2的数据可求出R2。当发现两电压表的示数相同时，但又不为零，说明V2的示数也是路端电压，即外电路的电压全BI在电阻 R2上，由此可推断 Rp两端电压为零，这样故障的原因可能有两个，若 假设R2是完好的，则Rp一定短路；若假设 Rp是完好的，则 R2一定断路。用工Li变暗，而路端电压增大,(3)根据观察现象，分析推断故障【例10】(2001年上海高考试题)如图所示的电路中，闭 合电键，灯Li、L2正常发光，由于电路出现故障，突然发现灯 Li变亮，灯L2变暗，电流表的读数变

18、小，根据分析，发生的故 障可能是：(A) Ri断路 (B) R2断路(C) R3短路 (D) R4短路解析：首先应对电路进行标准化，如图所示为其标准化 后的电路。当 R断路时，总电阻增大，所以通过电源的总电 流减小，灯L2变暗，电流表的读数变小，而路端电压增大， 所以Li两端电压增大，灯 Li变亮，所以A选项正确。当&断路时，总电阻增大，所以通过电源的总电流减小，灯 所以L2两端电压增大，灯 L2变亮，所以B选项不正确。当R3短路时，总电阻减小，所以通过电源的总电流增大，灯Li变亮，而路端电压减小,Li变亮，而路端电压减小, b的电流减小，电流表的读数所以L2两端电压减小，灯 L2变暗

19、，因为总电流增加，而通过 L2的电流减小，电流表的读数 变大，所以C选项不正确。当R短路时，总电阻减小，所以通过电源的总电流增大，灯 所以L2两端电压减小，灯 L2变暗，因为总电流增加，而通过 变大，所以D选项不正确。【例ii】某居民家中的电路如图 6所示，开始时各部分工作正常，将电饭煲的插头插入三孔插座后，正在烧水的电热壶突然不能工作，但电灯仍正常发光.拔出电饭煲的插头,把试电笔分别插入插座的左、右插孔，速管均能发光，则:A.仅电热壶所在的 C D两点间发生了断路故障B.仅电热壶所在的 C D两点间发生了短路故障C.仅导线AB间断路D.因为插座用导线接地，所以发生了上述故障解析：由于电灯仍正

20、常发光，说明电源是好的，电热壶所在的C D两点间没有发生短路故障。把试电笔分别插入插座的左、右插孔，窟管均能发光，说明插座的左、右插孔都与 火线相通，说明电热壶所在的 C、D两点间没有发生断路故障。综合分析可知，故障为导线 AB间断路，即C选项正确。(4)根据故障，分析推断可能观察到的现象【例i2如图所示，灯泡 A和B都正常发光，R2忽然叫U断路，已知U不变，i3t分析 A、B两灯的亮度如何变化？解析：当Q忽然断路时，电路的总电阻变大，A灯两端的电压增大，B灯两端的电压降低，所以将看到灯 B比原来变暗了些，而灯泡 A比原来亮了些。三、综合例析【例13如图所示的电路中，定值电阻R=3 当开关S断

21、开时，电源内、外电路消耗的功率之比为1 : 3;当开关S闭合时，内、外电路消耗的功率之比为1 ： 1.求开关S闭合前和闭合后，灯泡 L上消耗的功率之比(不计灯泡电阻的变化)解：设电源电动势为E,内阻为r.开关S断开时,Pjr 1P外一 RL 一 3所以R=3r3Ul=-E42所以PL=UL- Rl9E216RlJ J_ J P肉r ,1开关S闭合时， =1R并=r, U并=-EP外2,，1所以Ul = E2U , E所以 PJ =U =Rl 4Rl故得区=9Pl 4(或先求出r=2Q , Rl=6 ，再求灯泡功率)【例14在如图所示的电路中，R1=2 Q , R2=R=4 Q ,当电键电功率为

22、4 W,当电键K接b时，电压表示数为 4.5 V,试求：(1)电键K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；K接a时，R2上消耗的(3)当电键K接c时，通过R2的电流.解：(1) K接a时，R1被短路，外电阻为 R2,根据电功率公式可得通过电源电流11 = 1A. Ri电源两端电压 U1 二,JPR； = 4 V(2) K接 a 时，有 E=U+iir=4+rK接b时，Ri和R2串联,R'外=旦+&=60U通过电源电流y U2= 0.75AR1 R2这时有：E=U2+l2r=4.5+0.75 r解式得：E=6 V r=2 Q(3)当 K接 c 时，R

23、=Ri+r+R23=6 Q总电流I3=E/R总=1 A通过 R2 电流 I，= 1 13=0.5 A2【例15在如图所示的电路中， 电源的电动势E=3.0 V,内阻r=1.0 ;电阻R=1O Q , R2=10 Q , R3=30 Q , R4=35 ;电容器的电容 C=100科F.电容器原来不带电.求接通电键 K 后流过R4的总电量.解：由电阻的串并联公式，得闭合电路的总电阻为R(R2 R3) R+rW R2 R3电阻R3两端的电压U'=R2R3由欧姆定律得，通过电源的电流电源的端电压U=E-Ir通过R4的总电量就是电容器的电量Q=CU'由以上各式并带入数据解得Q=2.0 x

24、 10-4 C三、针对训练1 .关于闭合电路，下列说法中正确的是A.闭合电路中，电流总是从电势高的地方流向电势低的地方B.闭合电路中，电源的路端电压越大，电源的输出功率就越大C闭合电路中，电流越大，电源的路端电压就越大D.闭合电路中，外电阻越大，电源的路端电压就越大2 .用电动势为E、内阻为r的电源对外电路供电，下列判断中正确的是电源短路时，路端电压为零，电路电流达最大值外电路断开时，电路电压为零，路端电压也为零 路端电压增大时，流过电源的电流一定减小路端电压增大时，电源的效率一定增大A.B.CD.3 .一太阳能电池板， 测得它的开路电压为 800 mV,短路电流为40 mA,若将该电池板与

25、一阻值为20 的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是A.0.10 VB.0.20 V C.0.30 VD.0.40 V4 . （2002年全国高考理科综合能力试题）在如图所示的电路中，Ri、R2、R3和R4皆为定值电阻，以为可变电阻，电源的电动势为 E,内阻为%,设电流表A的读数为I,电压表V 的读数为U。，当R5的滑动触点向图中a端移动时，A.I变大，U变小C1变小，U变大B.I变大，U变大D.I变小，U变小5 .如图1302所示，直线 A为电源的UI图线，直线B为电阻R的UI图线，用 该电源和电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和电路的总功率分别是1 23 4 5 617 AB.2 W、4

26、 WA.4 W、 8 WD.2 W、3 WC.4 W、6 W6 .如图所示，电源 E的电动势为3.2 V,电阻R的阻值为30 ，小灯泡L的额定电压为3.0 V,额定功率为4.5 W,当电键S接位置1时，电压表的读数为 3 V,那么当电键 S接到 位置2时，小灯泡L的发光情况是A.很暗，甚至不亮 B.正常发光C.比正常发光略亮D.有可能被烧坏7 .如图1 304所示的电路中，闭合电键 S后，灯Li和L2都正常发光，后来由于某种 故障使灯L2突然变亮，电压表读数增加，由此推断，这故障可能是A.Li灯灯丝烧断B.电阻R2断路C电阻R2短路D.电容器被击穿短路8 .如图所示，直线OAC为某一直流电源的

27、总功率 P总随电流I变化的图线.抛物线OBC为 同一直流电源内部热功率 Pr随电流I变化的图线.若A、B的横坐标为1 A,那么AB线段表示 的功率等于A.1 WB.3 WC.2 WD.2.5 W9 .在如图所示的电路中，R、R2为定值电阻，R3为可变电阻，电源的电动势为E,内阻为r.设电流表A的读数为I,电压表V的读数为U.当R3滑动触点向图中a端移动，则A.I变大，U变小B.I变大，U变大Cl变小，U变大D.I变小，U变小区小、jrpi°、® Tr昆哈®10 .调整如图所示电路的可变电阻R的阻值，使电压表 V的示数增大AU,在这个过程中A.通过R的电流增加，增加

28、量一定等于AU/RiB.R2两端的电压减小，减少量一定等于AUC通过R2的电流减小，但减少量一定小于A U/R2D.路端电压增加，增加量一定等于AU11 .如图所示是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的串联电路，在增大电容器两极板间距离的过程中A.电阻R中没有电流B.电容器的电容变小C.电阻R中有从a流向b的电流D.电阻R中有从b流向a的电流12.某闭合电路的路端电压 U随外电阻R变化的图线如图1 306所示，则电源的电动 势为,内电阻为 ,当U=2 V时，电源的输出功率为 .用13 .在如图所示的电路中，电源的内阻不可忽略不计，已知R1=10 Q , R2=806与1连接时，电流表的示数为 0.2 A;将S切换到2时，可以确定电流表的读数范围是 .14 .如图所示，电路中电阻 R=8 Q ,2=10 Q , R3=20 Q ,电容器电容 C