新人教版物理选修3-1同步教学案：闭合电路的欧姆定律

1、第7节闭合电路的欧姆定律学习目标定位1 掌握闭合电路欧姆定律的推导过程.2 理解闭合电路欧姆定律，应用它讨论路端电压和负载的关系.3 应用闭合电路欧姆定律进行相关的电路分析和计算.jIT-111-1IC$勺；：a课前预习自主学习一、闭合电路的欧姆定律1 闭合电路的组成(1) 外电路：电源外部由用电器和导线组成的电路，在外电路中，沿电流方向电势逐渐降低.(2) 内电路：电源内部的电路，在内电路中，沿电流方向电势逐渐升高.2 闭合电路欧姆定律(1) 内容：闭合电路里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.公式：I=昱(只适用于纯电阻电路);E=U内+U外(适用于任何电路).r十r二

2、、路端电压与负载的关系1. 路端电压与负载(1) 路端电压U:外电路上总的电势降落，又叫外电压.(2) 负载R:电路中消耗电能的元件统称为负载.2. 路端电压U和负载R的关系(1)关系式：U=IR=严农R十r纯电阻电路中，路端电压U与外电阻R的关系当外电阻R增大时，电流I减小，内电压减小，路端电压U增大，当外电路断路时,Rts,I=0,U=E.当外电阻r减小时，电流I增大,内电压增大,路端电压U减小,当外电路短路时,R=0,I=,U=0.'r-三、路端电压U跟电流I的关系1. 关系式：U=EIr.2. 图象如图所示，其中纵轴截距为电动势，横轴截距为短路电流，斜率的绝对值为电源内阻.WR

3、=0O厶仁/KMXu)iaSET上2妥点精讲易错明要点i|闭合电路的欧姆定律的理解和应用1. 推导：如图所示，设电源的电动势为E，外电路电阻为R,内电路电阻为r,闭合电路的电流为I.在时间t内：2(1) 外电路中电能转化成的内能为E外=IRt.2(2) 内电路中电能转化成的内能为E内=Irt.(3) 非静电力做的功为W=Eq=EIt.根据能量守恒定律有W=E外+E内，所以EIt=I2Rt+I2rt整理后得到E=IR+Ir，即I=.R+r(4) 常用的变形式：E=IR+Ir,E=U外+U内，U外=EIr.2. 对闭合电路的欧姆定律的理解(1) I=R或E=IR+Ir，只适用于外电路为纯电阻电路的

4、情况，对外电路中含有非纯电阻元件(如电动机、电解槽等)的不适用.(2) E=U外+U内=U外+Ir，即电源电动势等于内外电路的电压之和.普遍适用于外电路为任意用电器的情况.(3) 将电压表接在电源两极间测得的电压U外是指路端电压，不是内电路两端的电压，也不是电源电动势，所以U外vE.(4) 电动势和路端电压虽然是有相同的单位且有时数值也相同，但二者是本质不同的物理量电动势反映了电源将其他形式的能转化为电能的本领大小，路端电压反映了外电路中电能转化为其他形式的能的本领大小.m特别提醒1(1) 对给定的电源，认为E、r不变.(2) 对于有电压变化的闭合电路问题，由E=U外+U内，可知：内、外电路电

5、压变化的绝对值相等，即|U外|=|AJ内|.(3) 外电路含有非纯电阻元件(如电动机、电解槽等)时，不能直接用欧姆定律解决电流问题，可以根据串、并联电路特点或能量守恒定律进行列式计算.XU如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数各为1.6V和0.4A;当S断开时，它们的示数各改变0.1V和0.1A，求电源的电动势及内阻.17R2【解析】当S闭合时，由闭合电路欧姆定律得Ui=E1订,即E=1.6V+0.4r当S断开时，由闭合电路欧姆定律得U2=EWr,即卩E=(1.6+0.1)V+(0.40.1)r由得E=2V,r=1Q.【答案】2V1QL名师方法总结解决闭合电路问题的

6、一般步骤：(1)分析电路：认清各元件的串、并联关系，必要时画等效电路图，特别注意电压表和电流表对应的电路.求总电流I:若已知内、外电路上所有电阻的阻值和电源电动势，可用闭合电路欧姆定律直接求出；若内、外电路上有多个未知电阻，可利用某一部分电路的已知电阻和电压求总电流I;当以上方法都行不通时，可以应用联立方程求出I.各部分的电压、电流：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.注意适用条件：外电路含有非纯电阻元件时(如电动机，电解槽等)，不能直接用欧姆定律解决电流问题，可以根据串、并联电路特点或能量守恒定律进行列式计算.如图所示的电路中，电源电动势E=9V,内阻r=1Q,

7、电阻R2=2Q,灯泡Li标有“6V,6WL2标有“4VW”，滑动变阻器的调节范围是020Q,当Li正常发光时，求:(1) L2是否正常发光?(2) 此时Ri多大？解析：(1)分析电路图可知，PL1L1正常发光时，UL1=6V,PL1=6W,IL1=1=1A,UL1则R2、L2所在支路电压为6V,2根据功率公式可知，L2阻值RL2=UL2=4Q,根据串联电PL2路规律可知，L2两端电压为4V，电流IL2=古=1A,正常发光.RL2(2)根据并联电路规律可知，干路电流I=ILi+IL2=2A，内电压Ur=Ir=2V，根据闭合电路欧姆定律可知，电阻R1两端电压6=1V，电阻R1=U=0.5Q.答案：

8、（1）能正常发光（2）0.5Q要点2|直流电路动态分析1. 引起电路特性发生变化主要有三种情况（1）滑动变阻器滑片位置的改变，使电路的电阻发生变化.（2）电键的闭合、断开或换向（双掷电键）使电路结构发生变化.（3）非理想电表的接入使电路的结构发生变化.2进行动态分析的常见思路：由部分电阻变化推断外电路总电阻（R外）的变化，再由全电路欧姆定律1总=讨论干路电流I总的变化，最后再根据具体情况分别确定各元件上其他量的变化情况.3. 分析方法（1）程序法：基本思路是“部分t整体t部分”即从阻值变化入手，由串并联规律判知R总的变化情况，再由欧姆定律判知I总和U端的变化情况，最后由部分电路欧姆定律及串联分

9、压、并联分流等规律判知各部分的变化情况.（2）结论法一一“并同串反”.“并同”：是指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小“串反”：是指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率将增大.特殊值法与极限法：即因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论一般用于滑动变阻器两部分在电路中都有电流时的讨论.（多选）如图所示，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻

10、值r,闭合电键后，将滑动变阻器滑片向下滑动，理想电压表V"、V2、V3示数变化量的绝对值分别为川1、AU2>AU3,理想电流表示数变化量的绝对值为4，则（）AU2=川1+AU3B.U3"AT=R+rC电源输出功率先增大后减小D.罟和号保持不变【解析】分析电路可知，两电阻串联，Vi测量电阻R的电压，V2测量路端电压，V3测量滑动变阻器两端电压，滑动变阻器滑片向下滑动时，总电阻减小，干路电流增大，则电阻R两端电压增大，电源内电压增大，路端电压减小，根据闭合电路欧姆定律可知，AU2VAU1+AJ3,A选项错误；根据闭合电路欧姆定律可知，U3=E-I（R+r）,即A3=R+r

11、,B选项正确；当外电阻等于内阻时，电源输出功率最大，已知电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r,故滑动变阻器滑片向下滑动时，电源输出功率变大，C选项错误；根据欧姆定律可知，七孑=R,弓豈=r，均保持不变，D选项正确.【答案】BD【特别提醒】在闭合电路中，任何一个电阻的增大（或减小），都将引起电路总电阻的增大（或减小）,该电阻两端的电压一定会增大（或减小）.（2018齐齐哈尔实验中学模拟）如图所示，a、b、c三盏灯都能发光，且在电路变化时，灯不会烧坏试判断：当滑动变阻器的触头下移动时，B.总电流变小A.外电路的总电阻变小C.a灯变暗D.c灯变亮解析：分析电路可知，当滑动变阻器的触头P向下移动时，

12、并联电阻变小，外电路总电阻变小，A选项正确；根据闭合电路欧姆定律可知，电路中总电流增大，B选项错误；a灯在干路，干路电流增大，a灯一定变亮，C选项错误；由U=E-Ir可知，电源的输出电压减小；而a消耗的电压增大，故并联部分电压减小，c灯一定变暗，D选项错误.答案：A要点3|闭合电路中的功率和效率1. 各部分功率关系分析由Elt=l2Rt+I2rt知'p电源=ElEl=|2R+I2r9外=|2RP内=I2r2. 电源的输出功率：当外电路为纯电阻电路时讨论如下(1)电源的输出功率222-.2-E_EREP出=IR=2R=2=R+rR-r+4Rr+4rR由此可知当R=r时，电源有最大输出功率

13、PP出与外电阻R的函数关系图象max时.R越大，P岀越大图象分析时，P出孚，为最大值4r时越大芋P岀越小电源的效率，可见，外电阻R越大，电源的效率越高.P出IU外U外IRR11PIEE|(R+r)R+r工1+RI【特别提醒】(1)电源输出功率越大，效率不一定越高，如电源输出功率最大时，效率只有50%.判断可变电阻功率变化时，可将可变电阻以外的其他电阻看成电源的一部分内阻.藝例3Q,电动机的内P1=525W;当图示电路中，电源的电动势E=110V，电阻Ri=21阻Ro=0.5Q开关Si始终闭合当开关S2断开时，电阻Ri消耗的电功率开关S2闭合时，电阻Ri消耗的电功率P2=336W求：r.ER1+

14、r.(1) 电源的内阻r;(2) 当开关S2闭合时，电动机的输出功率P.【解析】当开关S2断开时，电动机被断路，此时电路中通过的电流为由焦耳定律有P1=I2R1.解得r=1Q.(2)当开关S2闭合时，设R1两端的电压为U，有U=P2R1.设此时电源中通过的电流为I',由闭合电路的欧姆定律有E=U+I'设流过R1的电流为丨1,流过电动机的电流为丨2,有R1.又11+I2=I.电动机的输出功率为P=UI2-I2Ro.解得p=1606W.【答案】(1)1Q(2)1606W名师方法总结1. 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，

15、画出等效电路图.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，可用闭合电路欧姆定律I=REj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，再根据P=UI或P=I2r求得功率.2. 电源输出功率最大值的求解方法在解答最大功率问题时，理解好功率最大的条件是关键，若求解部分电阻不变时，只要式训练3-1满足电流最大则功率就最大；若求解部分电阻改变时，需要计算出功率的表达形式，利

16、用数学知识求极值.受动画片四驱兄弟的影响，越来越多的小朋友喜欢上了玩具赛车.某玩具赛车充电电池的输出功率P随电流I变化的图象如图所示.Ip/w(1)求该电池的电动势E和内阻r;求该电池的输出功率最大时对应的外电阻R(纯电阻).解析：(1)当电路的内、外电阻相等时，电源的输出功率最大,PmE=2W，当输出R=r=0.5Q.功率为零时，电源短路，I短=专=4A，联立解得E=2V,r=0.5Q.(2)由(1)可知，当电路的内、外电阻相等时，电源的输出功率最大,答案：(1)2V0.5Q(2)0.5Q1.对于电动势和内阻确定的电源的路端电压，下列说法中正确的是(I、U、R分别表示干路电流、路端电压和外电

17、阻)()A. U随着R的增大而减小B. 当R=0时，U=EC.当电路断开时，I=0,U=0D.当R增大时，U也会增大解析：根据闭合电路欧姆定律可知，U=E-Ir，当R增大时，干路电流I减小，路端电压U增大，A选项错误，D选项正确；当R=0时，电路处于短路状态，电源路端电压U为零，B选项错误；当电路断开时，I=0,路端电压U=E,C选项错误.答案：D2.一太阳能电池板，测得它的开路电压为800mV，短路电流为40mA，若将该电池板与一阻值为20Q的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是()A.0.10VB. 0.20VC. 0.30VD.0.40V解析：电源没有接入外电路时，路端电压值等于电动势

18、，所以电动势E=800mV由闭合电路欧姆定律得短路电流1短=r所以电源内阻3E800X10_r=fQ=20QI短40X10该电源与20Q的电阻连成闭合电路时，电路中电流8001=RZ；=20Z20mA=20mA所以路端电压U=IR=400mV=0.4V,D正确.答案：D闭合开关S后，将滑动变阻器的滑片3.如图所示,中两只电表的示数变化情况分析正确的是（）P向右移动的过程中，下列关于电路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电流表和电压表示数都增大D.电流表和电压表示数都减小解析：将滑动变阻器的滑片P向右移动的过程中，总电阻减小，干路电流增大，电流表示数增大，定值电阻两端电压增大，滑动变阻器两端电压减小，即电压表示数减小，A选项正确.答案：A4.(2018内蒙古集宁一中期中)如图所示电路中，电源电动势E=1