《闭合电路的欧姆定律》教案物理科课件

高中同步学案优化设计GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHAUSHEJI2.闭合电路的欧姆定律第十二章内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.知道电源是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的装置,知道电动势的定义式。(物理观念)2.经历闭合电路的欧姆定律的理论推导过程,理解内、外电路的能量转化,体会能量转化和守恒定律在电路中的具体应用。(科学探究)3.理解闭合电路的欧姆定律,通过探究电源两端的电压与电流的关系体会图像法在研究物理问题中的作用。(科学思维)4.能根据闭合电路的欧姆定律解释路端电压与负载的关系。知道欧姆表测量电阻的原理。(物理观念)5.了解电源短路可能会带来的危害,加强安全用电意识。(科学态度与责任)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、电动势1.非静电力(1)定义:电源把正电荷由负极搬运到正极的力。(2)化学电池中的非静电力是化学作用,发电机中的非静电力是电磁作用。电源把正电荷由负极搬运到正极,非静电力做正功,电荷的电势能增加。2.电源通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。3.电动势(1)定义:非静电力把正电荷从负极搬运到正极所做的功跟所移动的电荷量之比叫作电动势。(3)单位:伏特,用“V”表示。(4)物理意义:电动势的大小反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领,电动势越大,表示电源转化其他形式能量的本领越大。(5)大小:从做功角度,其数值等于非静电力把

1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。

想一想电源电动势的大小与哪些因素有关?1号、5号、7号干电池有何不同?电动势大,电池容量一定大吗?提示电源电动势的大小由电源中非静电力的特性决定。三种干电池的电动势E=1.5V相同,说明电池内部非静电力做功本领相同,体积大小不同,表示容量不同。电动势大的电池,其容量不一定大。(6)决定因素:电动势是电源的属性,大小完全由电源中非静电力的特性决定,跟外电路无关。对于常用的干电池来说,电动势跟电池的体积无关。二、闭合电路欧姆定律及其能量分析1.在外电路中,沿电流方向电势降低。2.电源的内阻:通常在电源内部也存在电阻,内电路中的电阻叫内电阻,简称内阻。3.闭合电路欧姆定律(1)内容:闭合电路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。4.内电压、路端电压与电动势的关系内电路上的电势降落称为内电压U内,外电路上总的电势降落称为路端电压U外。关系为E=U外+U内。三、路端电压与负载的关系1.路端电压与电流的关系电流增大,路端电压减小。关系式:U=E-Ir。2.路端电压与外电阻的关系在纯电阻电路中,外电路的电阻越大,路端电压越大。表达式:。当外电路断开时,U=E,当外电路短路时,U=0,短路电流

。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题说明原因。(1)电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。(

)答案×解析电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。(2)把同一电源接在不同的电路中,电源的电动势也将变化。(

)答案×解析电动势是电源本身的性质,与接入的外电路无关。(3)电动势就是电势差,两者没有区别。(

)答案×解析电势差指电场中两点电势之差,反映了两点的电势变化;电动势是电源的一个重要参量,反映了电源将其他形式的能转化为电能的本领。两者虽然单位相同,但有本质的区别。(4)电源的电动势在数值上等于电源两极之间的电压。(

)答案×解析当电源开路时,电源两极之间的电压在数值上才等于电源的电动势。(5)电源一定时,负载电阻越大,电流越大。(

)答案×解析根据闭合电路的欧姆定律,负载电阻越大,电流越小。2.一台发电机用0.5A的电流向外输电,在1min内有180J的机械能转化为电能,则发电机的电动势为(

)A.6V B.360VC.120V D.12V答案A课堂篇探究学习探究一电动势【情境导引】日常生活中我们经常接触到各种各样的电源,如图所示的干电池、手机电池,它们有的标有“1.5V”字样,有的标有“3.7V”字样。(1)如果把5C的正电荷从1.5V干电池的负极移到正极,电荷的电势能增加了多少?非静电力做了多少功?如果把2C的正电荷从3.7V的手机电池的负极移到正极呢?(2)是不是非静电力做功越多电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大?如何描述电源把其他形式的能转化为电能的本领?要点提示(1)5C的正电荷从1.5V干电池的负极移到正极,电势能增加了7.5J,非静电力做功7.5J;2C的正电荷从3.7V手机电池的负极移到正极,电势能增加了7.4J,非静电力做功7.4J。(2)不是,非静电力对电荷做功多少与电荷的数量有关。若把相同数量的正电荷从电源的负极移到正极,做功越多,电荷获得的电势能越多,表明电源把其他形式的能转化为电能的本领越大。可以用非静电力做的功与电荷量的比值来描述电源把其他形式的能转化为电能的本领。【知识归纳】1.电动势(1)定义:在电源内部,非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功W与被移送电荷量q之比。(2)定义式为:。(3)物理意义:反映电源非静电力做功本领大小的物理量。(4)决定因素:由电源中非静电力的特性决定,跟外电路无关。2.对电动势概念的四点诠释(1)电动势是用物理量之比定义的物理量,由电源中非静电力的特性决定,是电源的属性,与移送的电荷量q和所做的功W无关,跟外电路无关。(2)电动势是电源的专用名词,而电压对应于内、外电路。(3)电动势E是标量,为了研究问题方便,规定电动势的方向为电源内部电流方向,即由电源负极指向正极。(4)电动势越大,表明每移动1C电荷,电源可把更多的其他形式的能量转化为电能。【典例示范】例1(多选)关于电动势E的说法中正确的是(

)A.电动势E的大小,与非静电力所做的功W的大小成正比,与移送电荷量q的大小成反比B.电动势E是由电源本身决定的,跟外电路无关C.电动势E是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量D.电动势E的单位与电势差的单位相同,故两者在本质上相同答案BC解析电动势是一个用物理量之比定义的物理量,这个物理量与这两个相比的项没有关系,它是由电源本身决定的,是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量。电动势和电势差尽管单位相同,但本质上是不相同的,故选B、C。规律方法电动势与电势差的区别与联系

比较对象电动势E电势差U实质非静电力做功,其他形式的能转化为电能静电力做功,电能与其他形式的能相互转化定义式,W为非静电力做的功,W为静电力做的功联系两者单位相同,均为伏特(V)电动势等于电源未接入电路时两极间的电势差变式训练1有一铅蓄电池,在其内部将2×10-5C的电子从正极移到负极需要3×10-2s的时间,此过程中非静电力做功为4×10-5J,则该铅蓄电池的电动势是多少?给一小灯泡供电,供电电流是0.2A,供电10min,非静电力做功是多少?答案2V

240J探究二闭合电路欧姆定律及其能量分析【情境导引】手电筒中的电池用久了,虽然电动势没减少多少,但小灯泡不怎么亮了。请思考小灯泡不怎么亮了的原因。要点提示电池用久了,内阻变大,根据闭合电路的欧姆定律知总电流变小,因此小灯泡不怎么亮了。【知识归纳】1.内、外电路中的电势变化如图所示,外电路中电流由电源正极流向负极,沿电流方向电势降低,内电路中电流由电源负极流向正极,沿电流方向电势升高。2.闭合电路欧姆定律的不同表达形式

表达式物理意义适用条件电流与电源电动势成正比纯电阻电路①E=I(R+r);②E=U外+Ir;③E=U外+U内电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和①式适用于纯电阻电路;②③式普遍适用④EIt=I2Rt+I2rt⑤W=W外+W内电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和④式适用于纯电阻电路;⑤式普遍适用【典例示范】例2在如图所示的电路中,R1=9Ω,R2=5Ω,当a、b两点接理想的电流表时,其读数为0.5A;当a、b两点间接理想的电压表时,其读数为1.8V。求电源的电动势和内电阻。答案3V

1Ω解析当a、b两点间接理想的电流表时,R1被短路,回路中的电流I1=0.5A,由闭合电路欧姆定律得E=I1(R2+r)①当a、b两点间接理想的电压表时,回路中的电流由闭合电路欧姆定律得:E=I2(R2+R1+r)②联立①②得:E=3V,r=1Ω。规律方法解决闭合电路问题的一般步骤①分析电路特点:认清各元件之间的串、并联关系,特别要注意电压表测量哪一部分的电压,电流表测量哪个用电器的电流。②应用闭合电路的欧姆定律求干路中的电流。③根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流。变式训练2

如图所示的电路中,R1=9Ω,R2=30Ω,S闭合时,电压表V的示数为11.4V,电流表A的示数为0.2A,S断开时,电流表A的示数为0.3A,电压表和电流表均为理想电表。求:(1)电阻R3的值;(2)电源电动势E和内阻r的值。答案(1)15Ω

(2)E=12V

r=1Ω解析(1)R2两端电压U2=I2R2=6V所以,R1两端电压为U1=U-U2=5.4V则流过R1的电流流过电阻R3的电流I3=I1-I2=0.6A-0.2A=0.4A所以电阻R3的阻值(2)由闭合电路欧姆定律当开关闭合时E=11.4V+0.6A×r

①当开关断开时E=0.3×(9+30)V+0.3A×r

②联立①和②,得E=12V,r=1Ω探究三路端电压与负载的关系【情境导引】我们有这样的经验,傍晚是每一天用电高峰时段,万家灯火,但是灯光较暗,这是为什么?要点提示用电高峰时段干路电流比较大,干路导线中的电阻消耗的电压多,灯泡两端的电压变小,因此灯泡变暗。【知识归纳】1.路端电压随外电阻变化的规律2.路端电压与电流的关系图像(1)U轴截距表示电源电动势,纵坐标从零开始时,I轴截距等于短路电流。(2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻,即内阻要点笔记电阻的伏安特性曲线中电压随电流的增大而增大,此处电源的U-I图像中电压随电流的增大而减小,二者物理意义不同。【典例示范】例3如图所示是手电筒的电路图。老式的手电筒是把两节1号干电池串联起来作为电源,一节1号干电池的电动势是1.5V。手电筒内的小灯泡的额定电压为2.5V,额定电流为0.3A,按下开关后,小灯泡正常发光。(1)手电筒不工作时,电源两端电压是多大?为什么小灯泡的额定电压是2.5V,而不是3V?(2)算一算,小灯泡正常工作时的电阻多大?电池组的内电阻多大?答案(1)见解析

(2)8.3Ω

1.7Ω解析(1)断路时电源两极间的电压为电源的电动势即3.0V。小灯泡工作时电路中有电流通过,由于电源有内阻,内部有电势降落,因此小灯泡的额定电压比电源电动势要小。(2)根据小灯泡的额定电压、额定电流,我们可以知道小灯泡正常工作时的电阻。根据部分电路欧姆定律由路端电压U=E-Ir,可计算出电源的内电阻拓展干电池长时间使用后,内电阻会显著增大,通过用电器的电流显著减小,用电器不能正常工作,这就是一般意义上的“电池没电了”。但如果这种旧电池用到电子钟上,由于电子钟的额定电流很小,虽然旧电池的内电阻增大明显,但电池内部的电势降落(Ir)却增大不多,路端电压也下降不多,仍能使电子钟正常工作一段时间。变式训练3两个电源的U-I图像如图所示,从图像中可以看出(

)A.电源a的电动势较大,内电阻较大B.电源a的电动势较小,内电阻较小C.电源b的电动势较小,内电阻较大D.电源b的电动势较大,内电阻较小答案A解析根据闭合电路欧姆定律知U=E-Ir,故U-I图线中图像与纵轴的交点等于电源的电动势,由题图可知,a的电动势较大,图像斜率的绝对值表示电源的内阻,a的斜率的绝对值较大,故a的内阻较大,故A正确,B、C、D错误。

随堂训练1.(多选)关于电动势,下列说法中正确的是(

)A.在电源内部把正电荷从负极移到正极,非静电力做功,电势能增加B.对于给定的电源,移动正电荷时非静电力做功越多,电动势就越大C.电动势越大,说明非静电力在电源内部把单位正电荷从负极移到正极时,做功越多D.电动势越大,说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移到正极时,移送的电荷量越多答案AC解析电源是将其他形式的能转化为电势能的装置,是通过电源内部的非静电力做功来完成的,所以