高中物理人教版 (新课标)选修37 闭合电路欧姆定律学案设计

2.7 闭合电路的欧姆定律 学案（人教版选修3-1）

一、闭合电路的欧姆定律

1．闭合电路：只有用导线把电源、用电器连成一个____________电路，电路中才有电流．用电器、导线组成____________，电源内部是__________．在外电路中，正电荷在恒定电场的作用下由____________移向____________；在电源内部，非静电力把正电荷从____________移到________．电路中________定向移动的方向就是电流的方向．在外电路中沿电流方向____________降低．

2．能量转化和守恒：在闭合电路中，非静电力做的功等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和．

3．闭合电路的欧姆定律：

(1)内容：闭合电路的电流跟电源的________成正比，跟内、外电路的________之和成反比 .

(2)公式表示：①I＝；②E＝I(R＋r)；③E＝U外＋U内．

(3)适用条件：①②两式适用于________电路，③式适用于一切电路．

二、路端电压与负载的关系

1．路端电压：就是________，也可以理解为电源两极间的电压．

2．负载：电路中，消耗电能的元件常常称为负载．负载变化时，电路中的电流就会变化，路端电压也随之变化．

3．路端电压随负载的变化：U＝E－Ir，或U＝E－r.

(1)当R增大时，U______________；(2)R减小时，U__________；(3)当r＝0时，U不随________的变化而变化，这种电源称为理想电源；(4)当R＝0时，这种情况叫________，I＝，由于电源内阻一般很小，故电路中的电流会很大，会导致烧毁电源甚至引起火灾，绝对不允许将电源正负极用导线直接连在一起；(5)当R→∞时，这种情况叫________，此时路端电压等于________.

一、闭合电路的欧姆定律

[问题情境]

用电压表分别测量新干电池和旧干电池两极的电压(近似等于电动势)，你有什么发现？若将新干电池和旧干电池分别对同一规格的小灯泡供电，灯泡的亮度有何不同？怎样解释这一现象？

1．闭合电路由哪两部分组成？

2．推导：闭合电路的欧姆定律．

[要点提炼]

1．在外电路中，沿电流方向电势______________．

2．闭合电路的欧姆定律：

[问题延伸]

电源两端的电势差可以这样理解，把电源看做两部分，一部分是理想的电源，电动势为E，另一部分是电源的内电阻r，沿着电流的方向，经过理想电源电势就升高一个电动势E，经过内电阻电势就降低一个Ir，则电源两极间的电压为______________．

二、路端电压与负载的关系

[问题情境]

大家几乎都注意过这种现象，傍晚是每一天的用电高峰时段，灯光较暗，而夜深人静时，若打开灯的话，灯光特别亮；在家用电器使用中，如夏季打开空调后，你会发现灯泡会变暗，而关掉空调后灯泡又会马上亮起来，这是为什么呢？

1．什么是负载？

2．试分析：当外电阻R增大时，路端电压如何变化？

[要点提炼]

1．路端电压与外电阻的关系：当外电阻增大时，路端电压______；当外电阻减小时，路端电压______．

2．路端电压与电流的关系

图1

对纯电阻电路有：U＝E－Ir，对给定的电源，电动势和内电阻为定值，所以路端电压与电流是线性关系，如图1所示，图象表达：U轴截距是________________，I轴截距等于__________，直线的斜率等于____________．

3．外电路断开时，路端电压等于____________，外电路短路时，电路中的电流等于____________(表达式).

例1 如图2所示的电路中，电阻R＝10 Ω.当开关S断开时，电压表示数为6 V．当开关S闭合时，电压表示数为5.46 V，则电源的内阻为多少？

图2

例2 如图3所示是一个实验电路图．当滑动触头由a端滑向b端的过程中，下列表述正确的是(  )

图3

A．路端电压变小

B．电流表的示数变大

C．电源内阻消耗的功率变小

D．电路的总电阻变大

听课记录：

变式训练1 在如图4所示的电路中，E为电源的电动势，r为电源内阻，R1、R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器．当R2的滑动触头在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U，现将R2的滑动触头向b端移动，则三个电表示数变化情况是(  )

图4

A．I1增大，I2不变，U增大

B．I1减小，I2增大，U减小

C．I1增大，I2减小，U增大

D．I1减小，I2不变，U减小

例3 如图5所示，线段A为某电源的U－I图线，线段B为某电阻R的U－I图线，由上述电源和电阻组成闭合电路时，则：

图5

(1)电源的输出功率P出是多大？

(2)电源内部损耗的电功率P内是多少？

变式训练2 如图6所示为两个独立电路A和B的路端电压与其总电流的关系图线，则(  )

图6

A．路端电压都为U1时，它们的外电阻相等

B．电流都是I1时，两电源内电压相等

C．电路A的电动势大于电路B的电动势

D．电路A中电源的内阻大于电路B中电源的内阻

【即学即练】

1．一电池外电路断开时的路端电压为3 V，接上8 Ω的负载后路端电压降为2.4 V，则可以判定电池的电动势E和内电阻r为(  )

A．E＝2.4 V，r＝1 Ω                      B．E＝3 V，r＝2 Ω

C．E＝2.4 V，r＝2 Ω                      D．E＝3 V，r＝1 Ω

2. 如图7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，以下说法正确的是(  )

图7

A．灯少时各灯较亮，灯多时各灯较暗

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

3. 如图8所示，A灯和B灯都未正常发光，当滑动变阻器R的滑片P向上滑动时，两灯亮度的变化是(  )

图8

A．A灯变亮，B灯变亮

B．A灯变暗，B灯变亮

C．A灯变暗，B灯变暗

D．A灯变亮，B灯变暗

4．如图9所示为某一电源的U－I曲线，由图可知(  )

图9

A．电源电动势为2 V

B．电源内电阻为 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 A

参考答案

课前自主学习

一、1.闭合 外电路 内电路 正极 负极 负极 正极 正电荷 电势

3．(1)电动势 电阻 (3)纯电阻

二、1.外电压 3.(1)增大 (2)减小 (3)负载 (4)短路 (5)断路 电源电动势

核心知识探究

一、

[问题情境]

1．内电路和外电路

2．设电源的电动势为E，外电路电阻为R，内电路电阻为r，闭合电路的电流为I.在时间t内，外电路中电能转化成的内能为Q外＝I2Rt；内电路中电能转化成的内能为Q内＝I2rt；非静电力做的功为W＝Eq＝EIt(在数值上等于电源转化的总电能)．根据能量守恒定律，有W＝Q外＋Q内，所以EIt＝I2Rt＋I2rt，整理后得到E＝IR＋Ir，即I＝.

[要点提炼]

1．降低

2．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．

[问题延伸]

U＝E－Ir.

二、

[问题情境]

1．电路中，消耗电能的元件常常称为负载．

2．当外电阻R增大时，根据I＝可知，总电流I减小(E和r为定值)；内电压Ir减小，根据U外＝E－Ir可知，路端电压U外增大．

[要点提炼]

1．增大 减小

2．电动势 短路电流 内阻的相反数

3．电源电动势

解题方法探究

例1 1 Ω

解析 当S断开时，R外→∞，E＝U外＝6 V；S闭合时，U外′＝IR，I＝ A＝0.546 A．再由E＝U外′＋Ir得r＝＝ Ω≈1 Ω.

例2 A [滑动触头由a端滑向b端的过程中，总电阻变小，D错误；干路电流变大，路端电压变小，A正确；内阻消耗的功率变大，C错误；定值电阻R3两端电压降低，电流表示数变小，B错误．]

变式训练1 B [R2减小，R总减小，I增大，Ir增大，路端电压即U减小，I(r＋R3)增大，R1、R2两端并联电压减小，I1减小，I2增大，B正确．]

例3 (1)4 W (2)2 W

解析 (1)根据题意，从图线A可读出E＝3 V，r＝＝ Ω＝0.5 Ω.

从图线B可读出R＝＝1 Ω.

由电源E＝3 V，r＝0.5 Ω与电阻R＝1 Ω组成的闭合电路中，I′＝＝ A＝2 A，则P出＝I′2R＝4 W.

(2)P内＝I′2r＝2 W.

变式训练2 ACD [在路端电压与总电流的U－I关系图线中，图线在U轴上的截距表示电动势E，图线斜率的绝对值表示电源的内阻，可见EA＞EB，rA＞rB.图中两直线的交点坐标为(I1，U1)，由R＝可知，路端电压都为U1时，它们的外电阻相等．由U′＝Ir可知，电流都是I1时，因r不等，两电源内电压不等．所以选项A、C、D正确．]

即学即练

1．B [当外电路断路时，I＝0，U外＝E＝3 V；接上8 Ω负载时，I′＝＝ A＝0.3 A，则r＝＝＝ Ω＝2 Ω.]

2．ABC [由于灯泡并联在电路中，所以接入电路的灯泡越多，总电阻越小，电路的总电流越大，电源的内电压越大，路端电压越低，选项B、C正确；路端电压越低，流过每个灯的电流越小，各电灯越暗，选项A正确，选项D错误．]

3．A [当滑动变阻器R的滑片P向上滑动时，接入电路的有效电阻变大，R与灯A的并联电阻变大，闭合回路的总电阻变大，则总电流变小，由U＝E－Ir可知路端电压变大，灯B两端电压变大，则灯B变亮；由串联电路的分压关系可知灯A两端电压变大，则灯A也变亮．因此选项A正确．]

4．AD [由U－I图知，电源的电动势E＝2 V，r＝||＝ Ω＝0.2 Ω.当U＝1 V时，I＝＝ A＝5 A．]