2021年上海市高二第一学期物理培优讲义第16讲-闭合电路欧姆定律教案

这是一份2021年上海市高二第一学期物理培优讲义第16讲-闭合电路欧姆定律教案，共12页。教案主要包含了知识梳理—电动势，例题精讲—电动势，巩固测试—电动势，知识梳理—闭合电路，例题精讲—闭合电路，巩固测试—闭合电路等内容，欢迎下载使用。
辅导讲义
学员姓名： 学科教师：
年 级： 辅导科目：
授课日期

时 间
A/B/C/D/E/F 段
主 题
闭合电路欧姆定律
学习目标
1.理解电动势:知道电源的作用，知道电动势的单位、符号；知道内阻的概念，知道电动势与电压的区别
2.知道闭合电路中能量变化：知道在电源内部非静电力做功将其他形式的能转化为电能
3.掌握闭合电路的欧姆定律：知道闭合电路概念；知道闭合电路的欧姆定律内容；能用闭合电路的欧姆定律对电路问题进行分析和计算，解决简单问题
教学内容

如图将一铜片和一锌片分别插入一个水果内，就构成了简单的“水果电池”，其电动势约为1.5V，但这种电池并不能点亮额定电压为1.5V，额定电流为0.3A的小灯泡。那这到底是什么缘故呢？

学完本堂课的内容后，你就可以知道，水果电池因为内阻很大（几百欧），所以无法点亮小灯泡。


【知识梳理—电动势】
电源电动势
1、 定义：电源将其它形式的能转化为电能的本领。 用E表示，单位为V。电动势是标量。
2、 物理意义：反映了电源将其他形式的能转化为电能的能力的大小，如电动势1.5V的物理意义是当1C的电荷通过电源时，能够把1.5J的其它形式的能转化为电能。
3、 影响因素：电源的电动势仅取决于电源本身对于给定的电源。
电源、电动势和内阻解析
1．电源：一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置。它并不创造能量，也不创造电荷。R
V1
V2
+
－
+ －
－ +
探针

2．外电路和内电路：电源外部的电路为外电路，外电路的电压称为外电压或路端电压；电源内部的电路为内电路，内电路的电压成为内电压。
3．电源电动势：单位正电荷流过电源时非静电力做的功（即提供的电能）叫做电源的电动势。用E表示，单位为V。电动势是标量。
（1）电动势反映了电源将其他形式的能转化为电能的能力的大小。电压反映的是将电能转化为其他形式的能的能力。可见电动势与电压正好反映了两个相反方向的能量转化过程。
（2）电源的电动势仅取决于电源本身，与接入的外电路无关，与接不接入外电路无关。
（3）电源的电动势在数值上等于电源没有接入电路时其两极间的电压，等于内外电路的电压之和。
4．电源内部也是由导体组成的，因此也有电阻，叫电源的内电阻，简称内阻。符号：r 单位：Ω
物理意义：电源本身对电流的阻碍作用。内阻由电源本身特性决定，与外电路无关。
电源内电阻是纯电阻，电流流过电源时对电源做的功完全转化为内能。当电流过大，产生大量电热，使电源温度升高，从而会损坏电源。

【例题精讲—电动势】
例1、铅蓄电池的电动势为2V，这表示（ ）
A．电路中每通过1C电量，电源把2J的化学能转变为电能
B. 蓄电池两极间的电压为2V
C．蓄电池在1s内将2J的化学能转变为电能
D．蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池（电动势为1.5V）的小
【解析】A铅蓄电池是把化学能转化为电能的装置，由电动势的定义式E=Wq可知电源的电动势为2V，电路中每通过q=1C电荷量，电源把2J的化学能转化为电能；B当电池不接入外电路，蓄电池两极间的电压为2V；当电池接入电路时，两极间的电压小于2V，故B错误；C蓄电池在1s内将多少的化学能转变为电能，还与电路有关，条件不足，无法确定有多少化学能转化为电能，故C错误；D电动势表征电源把其他形式的能转化为电能本领的强弱，电动势越大，转化本领越强故D错误。
【答案】A


例2、下列关于电源电动势说法中，正确的是（ ）
A．非静电力把单位正电荷从电源负极移送到正极所做的功等于电源的电动势
B．电场力把正电荷从电源正极移送到负极所做的功等于电源电动势
C．电源把其他形式的能转化为电能的越多，电动势越高
D．电源电动势一定等于路端电压
【解析】A电源内部非静电力把正电荷从电源负极移送到正极，根据电动势的定义式E=Wq可知，电动势等于非静电力把单位正电荷从电源负极移送到正极所做的功故A正确，B错误；C电源将其他形式的能转化为电能越多，即W越大，电动势不一定越高E采用的比值定义法，E反映电源本身特性，故C错误；D电动势等于电源没有接入电路时电极间的电压，故D错误
【答案】A

【巩固测试—电动势】
1、关于电源的电动势，下列说法中正确的是（ ）
A．电动势数值上等于电源两极间的电压
B．电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量
C．电动势是表示电场力做功多少的物理量
D．外电路变化时，电源两端的电压随之变化，电动势也变化
【答案】B

2.关于电源和直流电路的性质，下列说法正确的是（ ）
A．电源被短路时，放电电流无穷大
B．外电路断路时，路端电压最高
C．外电路电阻值减小时，路端电压升高
D．不管外电路电阻怎么变化，其电源内部电压保持不变
【答案】B



3.为了讨论问题的方便，我们规定电动势的方向是：在电源内部由负极到正极的方向，则下列说法中正确的是（ ）
A．在闭合电路中，电动势的方向与内电路中电流的方向相同
B．电动势的方向跟电源内部电势升高的方向相同
C．电动势的方向跟电源内部电荷定向移动的方向相同
D．电动势是矢量
【答案】A

【知识梳理—闭合电路】
闭合电路

电路中电势降落关系

思考：电动势是如何产生的？电源内部电势是如何升高的？
1. 电池的原理

思考：（1）在电池内部的两个反应层内非静电力对电荷做什么功？能量如何转化？
非静电力做正功，把化学能转化为电势能W=Eq=EIt
（2）内电路静电力对电荷做什么功？能量如何转化？
静电力做正功，电势能转化为内能 Q内=I2rt
（3）外电路静电力对电荷做什么功？能量如何转化？
静电力做正功，电势能转化为内能 Q外=I2Rt
2. 闭合电路欧姆定律
根据能量守恒定律能得出什么结论？
W= Q外+Q内,E=IR+Ir, E = U外+ U内,
（1） 内容：闭合电路里的电流，跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比。
（2） 公式：
4、 路端电压与外电阻的关系
（1） 当外电阻R增大时，根据可知，电流I减小（E和r为定值），内电压Ir减小，根据U=E-Ir可知路端电压U增大。
特例：当外电路断开时，R=∞，I=0，Ir=0，U=E。
（2）当外电阻R减小时，根据 可知，电流I增大，内电压Ir增大，根据U=E-Ir可知路端电压U减小。特例：当外电阻R=0（短路）时， ，内电压，路端电压U=0。

【例题精讲—闭合电路】
例1. 在如图所示电路中，R1=0.8Ω，R3=6Ω，滑动变阻器的全值电阻R2=12Ω，电源电动势ε=6V，内阻r=0.2Ω，当滑动变阻器的滑键在变阻器中央位置时，闭合电键S，电路中的电流表和电压表的读数各是多少？
【解析】由图可以看出，R2与R3并联后，与R1串联，组成外电路，外电路的总电阻为：
R=R3R22R3+R22+R1=6×66+6+0.8=3.8Ω
据全电路欧姆定律，电路中的总电流强度为I=ER+r=63.8+0.2=1.5
即电流表A1的读数为1.5A。再研究R2与R3组成的并联电路，根据部分电路欧姆定律，并联部分的电压为:
　　U2=IR并=IR3R22R3+R22=1.5×3=4.5V
　　即电压表V2的读数为4.5V。再研究含有R2的支路，根据部分电路欧姆定律，通过R2的电流强度为I2=U2R22=4.56=0.75A。即电流表A2的读数为0.75A。 电压表V1测量电源的路端电压，根据E=U外+U内得U外=E-Ir=6-1.5×0.2=5.7（V）即电压表V1的读数为5.7V。
【答案】1.5A；0.75A； 5.7V； 4.5V

例2、如图，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻r，闭合电键S后，将滑动变阻器R0滑片向下滑动，理想
电压表V1.V2.V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1.ΔU2.ΔU3，理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI，则（ ）

A．电流表A示数减小
B．ΔU1.< ΔU2
C.ΔU3ΔI>r
D. ΔU2>(ΔU1+ΔU3)
【解析】A当滑动变阻器滑片向下滑动时，接入电路的电阻减小，电路中电流增大，则A的示数增大，故A错误；B根据闭合电路欧姆定律得U2=E-Ir，则得：ΔU2ΔI=r，ΔU1.ΔI=R，据题：R>r,则ΔU2ΔIΔU2.,故B错误；C根据闭合电路欧姆定律得：U3=E-I（R+r），则得ΔU3ΔI=R+r>r,则ΔU3ΔI>r故C正确；D电压表V1.V2.V3分别测量R、路端电压和变阻器两端电压，则ΔU2.=（ΔU1-ΔU3）则D错误。
【答案】C

【巩固测试—闭合电路】
1. 如图所示，R2=R3=3欧，电路正常工作时，安培表A的示数为2安，伏特表V的示数为3伏，经过一段时间，电路中某电阻断了，其它元件、电表均完好不变，这时，A的示数为2.25安，V的示数为6.75伏，求电源的电动势和内电阻。电动势为      ，内电阻为      。


【答案】ε=9（V），r=1（Ω）

2.如图所示电路中，定值电阻R=20Ω，通过滑动变阻器连接到电动势ε=5V、内阻r=1Ω的电源上。滑片移动到某位置时，电压表示数2.5V，电流表示数0.1A。（电表均为理想电表）求：滑动变阻器的总电阻和滑片P的位置。
A
V
R
P
a b

【答案】10Ω，滑片P在正中间

3.如图所示电路中，当变阻器R3的滑片P向b端移动时（ ）

A．电压表示数变大，电流表示数变小
B．电压表示数变小，电流表示数变大
C．电压表示数变大，电流表示数变大
D．电压表示数变小，电流表示数变小
【答案】B

【知识梳理—闭合电路图像】
路端电压U与总电流的I的关系由U=E-Ir决定.由于对确定的电源，E、r是定值，那么当总电流I减小时，路端电压U增大；总电流I增大时，路端电压U减小.路端电压U与总电流I的关系，常用U-I图线表示. （如下图所示）
U
I
I短=E/r
0
图象的物理意义：
（1）在纵轴上的截距表示电源的电动势E
（2）在横轴上的截距表示电源的短路电流I短=E/r
（3）图象斜率的绝对值表示电源的内阻，内阻越大，图线倾斜得越厉害


2、电阻的伏安特性曲线
由函数表达式为U=IR可知电阻两端的电压随电流的增大而增大，可作出电阻的U-I图像，如图所示
斜率表示电阻的大小
以上两种图像的区别：电源的UI图线对应的函数表达式为U=E-Ir，且I是电路中的总电流.而电阻的伏安特性曲线对应的函数表达式为U=IR，I为电路中某一电阻或部分电路的电流.另外，电源的UI图线的斜率代表电源的内阻，而电阻的伏安特性曲线的斜率代表的是电阻的阻值.
3、图像综合
U
o I
E
U0 M（I0,U0）
β
α
b a
N
I0 Im
右图中a为电源的U-I图象；b为外电阻的U-I图象；两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压；该点和原点之间的矩形的面积表示输出功率；a的斜率的绝对值表示内阻大小； b的斜率的绝对值表示外电阻的大小；当两个斜率相等时（即内、外电阻相等时图中矩形面积最大，即输出功率最大（可以看出当时路端电压是电动势的一半，电流是最大电流的一半）。
【例题精讲—闭合电路图像】
例1、如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的图像，则下属说法中不正确的示（ ）
2
I
U



0

1

A、电动势E1=E2，发生短路时的电流I1>I2
B、电动势E1=E2，内阻r1>r2
C、电动势E1=E2，内阻r1