4.1 闭合电路欧姆定律 学案 (1)

4.1
闭合电路欧姆定律
学案1
【学习目标】　
（一）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。
（二）过程与方法
1、通过演示路端电压与负载的关系实验，培养利用“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，培养运用物理知识解决实际问题的能力。
（三）情感、态度与价值观
通过本节课教学，加强对科学素质的培养，通过探究物理规律培养创新精神和实践能力。
【学习重点】　
推导闭合电路欧姆定律，应用定律进行有关讨论。
【知识难点】
路端电压与负载的关系
【知识要点】
1.内、外电路：
、导线组成外电路，
是内电路。在外电路中，沿电流方向电势
。
用电器
电源内部
降低
2.闭合电路的电流跟电源电动势成
，跟内、外电路的电阻之和成
。这个结论叫做闭合电路欧姆定律。
正比
反比
3.电动势和电压：断路时的路端电压
电源电动势；闭合电路中，电动势等于
电势降落之和。
等于
内外电路
问题导学
1.路端电压U随外电阻R变化的讨论
电源的电动势和内电阻是由电源本身决定的，不随外电路电阻的变化而改变，而电流、路端电压是随着外电路电阻的变化而改变的：?
有：
（1）外电路的电阻增大时，I减小，路端电压升高；?
（2）外电路断开时，R=∞，路端电压U=E;?
（3）外电路短路时，R=0，U=0，I=
(短路电流)，短路电流由电源电动势和内阻共同决定，由于r一般很小，短路电流往往很大，极易烧坏电源或线路而引起火灾.?
2.路端电压与电流的关系?
闭合电路欧姆定律可变形为U=E-Ir，E和r可认为是不变的，由此可以作出电源的路端电压U与总电流I的关系图线，如图所示.依据公式或图线可知：?
（1）路端电压随总电流的增大而减小
（2）电流为零时，即外电路断路时的路端电压等于电源电动势E.在图象中，U—I图象在纵轴上的截距表示电源的电动势
（3）路端电压为零时，即外电路短路时的电流I=.图线斜率绝对值在数值上等于内电阻
（4）电源的U—I图象反映了电源的特征（电动势E、内阻r)
3.闭合电路中的电功率和电源的效率?
闭合电路的欧姆定律就是能的转化和守恒定律在闭合电路的反映.?
由E=U＋U′可得?
EI=UI+U′I或EIt=UIt+U′It?
（1）电源的总功率：?P=EI=I（U+U′)?
若外电路是纯电阻电路，还有?P=I2（R+r)=
(2)电源内部消耗的功率：?P内=I2r=U′I=
(3)电源的输出功率：?P出=P总-P内=EI-I2r=UI?
若外电路为纯电阻电路，还有?P出=I2R?
（4）电源的效率：（最后一个等号只适用于纯电阻电路）
电源的输出功率，可见电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示，而当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，为。
【典型例题】　
例1
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性曲线．若已知该蓄电池组的内阻为2.0Ω，则这只定值电阻的阻值为______Ω。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_______W。
解析：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6Ω。用3只这种电阻并联作为外电阻，外电阻等于2Ω，因此输出功率最大为50W。
例2
图(a)为一个电灯两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线.由图可知。两者不成线性关系，这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故.参考这根曲线回答下列问题(不计电流表和电池的内阻).
(1)若把三个这样的电灯串联后，接到电动势为12V的电源上，求流过灯泡的电流和每个灯泡的电阻.
(2)如图(b)所示，将两个这样的灯并联后再与10Ω的定值电阻串联，接在电动势为8V的电源上，求通过电流表的电流值以及每个灯的电阻值.
解析：(1)把三个这样的电灯串联后，每只电灯得到的实际电压为.再在图(a)上可以查到每只电灯加上4V的实际电压时的工作电流为I＝0.4A.由此可以求出在此时每只电灯的实际电阻.
(2)在图(b)所示的混联电路中，设每只电灯上的实际电压和实际电流分别为U和I.在这个闭合电路中，电源电动势值应等于全电路电压降之和，即E＝U+2IR0，代值并整理得U＝8－20I.这是一个反映电路约束(因电路结构特点而必须满足的电流、电压关系)的直线方程，把该直线在图(a)坐标系中画出，如图所示.而在该坐标系中原来就有一根反映元件约束(因元件即电灯的特点而必须满足的电流和电压关系)的曲线.这两条曲线的交点所表达的电流I和电压U，同时满足了电路结构和元件的要求，该元件实际上将工作在这个特定的电流和电压上，我们可以把这一点称作为该元件的“工作点”.现在我们可以在图上查出该工作点为U＝2V，I＝0.3A.这样，我们就可以求出此时每只灯泡的实际电阻.
【反思】
收获
疑问
【达标训练】　
1.在闭合电路中，下列叙述正确的是(
AD
)
A.闭合电路中的电流跟电源电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比
B.当外电路断开时，路端电压等于零
C.当外电路短路时，电路中的电流趋近于∞
D.当外电阻增大时，路端电压也增大
2.有一电动势为3V，内阻不能忽略的电池两端接一电阻R，1C电荷通过R时.在R上产生的热量(
B
)
A.大于3J
B.小于3J
C.等于3J
D.电源内阻未知，无法确定
3.如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图象，则下列说法中正确的是(AD
)
A.电动势E1=E2，短路电流I1>I2
B.电动势E1=E2.内阻r1>r2
C电动势E1>E2，内阻r1D.当两电源的工作电流变量相同时，电源2的路端电压变化较大
4.一个电源分别接上8Ω和2Ω的电阻时，两电阻消耗的电功率相等，则电源内阻为(C
)
A.1Ω
B.2Ω
C.4Ω
D.8Ω
5．
如图所示的电路中，电阻R1=6Ω，R2=3Ω，S断开时，电流表示数为0.9A，S闭合时，电流表示数为0.8A，则电源电动势为E=______V，内阻r=______Ω。
5.76；0.4
6.
如图所示的电路中，电源电动势E＝10V、内阻r＝1.0Ω，当滑动变阻器的阻值调节为R1＝3.0Q后，开关S断开和接通时，A、B之间电路消耗的电功率都为P＝4.0W，则开关S闭合的前、后，通过R2的电流各是________、________
当S断开时，0.5A；当S闭合时，0.125A
7.如图所示电路中，R3=4Ω，电流表读数为0.75A，电压表读数为2V，由于某一电阻断路，使电流表读数为0.8A，而电压表读数为3.2V，则
(1)断路的电阻是_______
(2)电源电动势和内电阻各为________、________
(1)用排除法可判断得出R1断路.
（2）
E=4V，r=1Ω