第一节：闭合电路欧姆定律.ppt

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第一节闭合电路欧姆定律
教学目标 （一）知识目标 　　1、知道电动势的定义． 　　2、理解闭合电路欧姆定律的公式，理解各物理量及公式的物理意义，并能熟练地用来解决有关的电路问题． 　　3、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，电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和． 　　4、理解路端电压与电流(或外电阻)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． 　　5、理解闭合电路的功率表达式． 　　6、理解闭合电路中能量转化的情况． （二）能力目标 　　1、培养学生分析解决问题能力，会用闭合电路欧姆定律分析外电压随外电阻变化的规律 　　2、理解路端电压与电流（或外电阻）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、通过用公式、图像分析外电压随外电阻改变规律，培养学生用多种方式分析问题能力． （三）情感目标 　　1、通过外电阻改变引起电流、电压的变化，树立学生普遍联系观点 　　2、通过分析外电压变化原因，了解内因与外因关系 　　3、通过对闭合电路的分析计算，培养学生能量守恒思想 　　4、知道用能量的观点说明电动势的意义
教学重点 掌握闭合电路欧姆定律及用定律讨论外电压随外电阻变化的规律及原因
教学难点
电动势的概念比较抽象。而应用闭合电路欧姆定律讨论电路中的路端电压、电流随外电阻变化的关系也是比较难以掌握的
教学手段
演示实验——干电池（1号、5号、7号若干个），一节旧的9V电池（内阻较大）小灯泡、导线若干，演示的电压表一个，4节1号干电池，10Ω定值电阻一个，演示电流表（1.5A量程）一个，滑动变阻器（0～50Ω）一个
教学过程
闭合电路
部分电路
复习引入：
导体中产生恒定电流的条件：
导体两端存在恒定电压
电源是一种把其它形式能转化为电能的装置
电源在电路中的作用：将其它形式的能转变为电能；保持导体两端有持续的电压。
一、电源
不接用电器时，电源两极间电压的大小是由电源本身的性质决定的。
为了表征这种特性，物理学中引入电动势概念。
电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。
电动势符号 E
电动势单位 伏特（V）
思考：当开关打开时，伏特表读数
与电源电动势有什么关系？当开
关闭合时，两者还相等吗？
×
V
二、电动势
内电路、外电路、内电阻、外电阻
外电路：电源外部的电路，包括用电器、导线等.
外电阻：外电路的总电阻R
外电压：外电阻两端的电压，又叫路端电压U外
内电路：电源内部的电路.
内电阻：内电路的电阻、通常称为电源的内阻r
内电压： 内电阻两端的电压U内
1、内容：
闭合电路中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。
2、公式：
E=U内+U外
3、适用条件：
外电路是纯电阻的电路.
闭合电路欧姆定律
理论和实验表明：
E=U外+U内
解：由题意知，电动势E=1.5 V，外电阻R=1.38 Ω，内阻r=0.12 Ω.
由闭合电路欧姆定律得：
路端电压为
U =IR =1×1.38 V
=1.38 V
例题： 如图所示电路，电源电动势为1.5V，内阻为0.12Ω ，外电路的电阻为1.38Ω ，求电路中的电流和路端电压。
U外=I R外=
E
R外+r
R外
=
E
1+
r
R外
路端电压U随外电阻R变化的讨论 演示实验
①当R外增大时， U外也随之增大
②当外电路断开时, R外=∞, U外=E
讨论：在电源末接入电路的情况下，用电压表直接测量电池两极所得到的数值，近似等于电源电动势的大小
③当外电路短路时, R外=0, U外=0,I短=E/r电流很大，一般情况下不允许外电路短路。
由U = E — I r 知:
U是I 的一次函数
①图线与纵坐标交点表示电路断开情况，交点的纵坐标为电源电动势E.
②图线与横坐标交点表示外电路短路情况，交点横坐标为短路电流I短=E/r.
③图线斜率值(tan )表示电源的内电阻r =△U/△I.
【注意】若纵轴的原点不在两轴交点时，此结论不成立
?
路端电压随电流变化的U-I图像
电源的三个功率及关系
①电源的总功率:P总=IE
②内耗功率：P内=I2r
③输出功率：P出=P- P内=IE- I2r=I U外= I2 R外
当外电阻为纯电阻电路时
当R外=r时,P出最大，且最大值为P出m=E2/4r
由图可知:同一功率对应着两个电阻值,两个电阻值之间有何关系呢
(R外+r)2
=
E2
+4r
(R外-r)2
R外
P出=I2R外=
E2R外
电源的输出功率随外电阻变化的讨论
例题：已知如图，E =6V，r =4Ω，R1=2Ω，R2的变化范围是0－10Ω。求：
①电源的最大输出功率；
②R1上消耗的最大功率；
③R2上消耗的最大功率。
① 2.25W；② 2W；③ 1.5W。
E r
R2
R1
R1
R2
A
1
2
E
r
S
R1
R2
1
2
E
r
S
V
例在所示的电路中，R1=14.0Ω R2=9.0Ω，当开关S扳到位置1时，电流表的示数为I1=0.20A；当开关S扳到位置2时，电流表的示数为I2=0.30A，求电流的电动势和内电阻。
一种测量电源电动势和内电阻的方法
　如果没有电流表，只有电压表，如何设计实验测量电源的内阻和电动势
U/V
I/A
o
20
15
10
5
a
b
例题：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：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。
闭合电路中变量分析
(1)保持不变的量只有电源的电动势和内电阻;而电流、电压、电功率等都随外电阻的改变而改变
(2)I、U、P公式：
电流I=E/(R外+r).
内电压U内＝Ir=Er/(R外+r).
外电压U外＝I R外＝E-Ir.
总功率P总＝IE.?
例题：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V1、V2示数变化的绝对值分别为ΔU1和ΔU2，
下列说法中正确的是（ ）
A、小灯泡L1、L3变暗，L2变亮
B、小灯泡L3变暗，L1、L2变亮
C、ΔU1<ΔU2
D、ΔU1>ΔU2
V2
V1
L1
L2
L3
P
V2
V1
L1
L2
L3
P
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。
与电阻串联的灯泡L1、
L2电流增大，变亮，与电阻并
联的灯泡L3电压降低，变暗。
U1减小，U2增大，而路端电压U= U1+ U2减小，
所以U1的变化量大于 U2的变化量，
B、D
闭合电路的U-I图象
U
o I
E
U0 M（I0,U0）
β
α
b a
N
I0 Im
1）右图中a为闭合电路的U-I图象
b为部分电路(外电阻)的U-I图象
2）两者的交点坐标表示该电阻
接入电路时的路端电压与电流.
3）a的斜率的绝对值表示电源内
阻的大小、b的斜率的绝对值表
示接入电路中外电阻的的大小
4）图中虚线矩形的面积表示接入该电阻时的输出功率。
当两个斜率相等时（即内、外电阻相等）图中矩
形面积最大，即输出功率最大。
小结：
I、U、P公式：
电流I=E/(R外+r).
内电压U内＝Ir=Er/(R外+r).
外电压U外＝I R外＝E-Ir.
功率?
①电源的总功率:P总=IE
②内耗功率：P内=I2r
③输出功率：P出=P- P内=IE- I2r=I U外= I2 R外
当R外=r时,P出最大，且最大值为P出m=E2/4r
作业：P76 4、5、6