《导与练》人教版物理选修3-1 同步教学课件：第2章 第7节 闭合电路的欧姆定律（46张PPT）

课件46张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60～61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61～62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Ea>Eb,图像斜率的绝对值表示电源的内阻,所以ra>rb,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 Ω,R2=10.0 Ω,当开关S扳到位置1时, 电流表的示数为I1=0.20 A;当开关S扳到位置2时,电流表的示数为I2=0.30 A,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=0.20×20.0 V=4.00 V
由E=U+Ir得E=4.00+0.20r
当开关S扳到位置2时有
U2=I2R2=0.30×10.0 V=3.00 V
由E=U+Ir得E=3.00+0.30r
联立解得E=6 V,r=10 Ω.
答案:6 V　10 Ω(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6.0 V和5.0 V,则电源的电动势和内电阻是多少?答案:7.5 V　5 Ω例1-1: 如图所示,电源电动势为6 V,内阻为1 Ω,R1=5 Ω,R2=10 Ω,滑动变阻器R3阻值变化范围为0～10 Ω,求电路中的总电流的变化范围.答案:0.55～1 A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 Ω,R2=15 Ω,电源的电动势E=12 V,内电阻r=1 Ω,电流表的读数I=0.4 A.求电阻R3的阻值和它消耗的电功率.答案:30 Ω　1.2 W 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=4 V;图线斜率的绝对值表示电源内阻,所以r=1 Ω.
(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=3 V,总电流I=1 A. 答案: (1)4 V　1 Ω　(2)3 V　(3)3 W(2)由题图知,电源与电阻构成闭合回路时对应路端电压U=3 V.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Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系,直线Ⅱ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1.5 Ω
B.电源电动势为3.0 V,内阻为0.5 Ω
C.电源的输出功率为3 W
D.电源内部消耗功率为1.5 WAD 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2 V
B.电源内电阻为13 Ω
C.电源短路时电流为6 A
D.电路路端电压为1 V时,电路中电流为5 AAD 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 Ω,R2=R3=4 Ω,当开关S接a时,R2上消耗的电功率为4 W;当开关S接b时,电压表示数为4.5 V.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)1 A　4 V　(2)6 V　2 Ω　(3)4 W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=5 V,内阻r=1.0 Ω,定值电阻R0=4 Ω.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Ⅱ所示,元件R与电源组成闭合电路时,R中电流IR=0.4 A,电压UR=3.0 V,则PR=URIR=3.0×0.4 W=1.2 W.
(2)由于P出=R0+PR,
则P出=(0.42×4+1.2) W=1.84 W.
答案:(1)1.2 W　(2)1.84 W (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3 V的电池,在电路中输出3 A的电流,由此可知(　 　)
A.内、外电阻相差1 Ω B.内、外电阻之和为1 Ω
C.外电阻为1 Ω D.内电阻为1 ΩB 2.(多选)在闭合电路中,下列叙述正确的是(　 　)
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,电路中的电流无穷大
D.当外电阻增大时,路端电压也增大AD 3.如图所示的电路中,把R由2 Ω改变为6 Ω时,电流减小为原来的一半,则电源的内电阻应为(　 　)
A.4 Ω B.8 Ω
C.6 Ω D.2 ΩD 4.(多选)如图所示为测量电池电动势和内电阻的U-I图线,由图可知(　 　)
A.电池电动势的测量值为1.40 V
B.电池内阻的测量值为3.50 Ω
C.外电路发生短路时的电流为0.40 A
D.电压为1.20 V时,电流I′=0.20 AAD (教师参考)
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