高中人教版 (新课标)7 闭合电路欧姆定律学案设计

江苏省新沂市王楼中学高中物理选修3-1《2.7 闭合电路的欧姆定律》学案2

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。

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。

（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。

学习难点

路端电压与负载的关系

自主学习

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           。

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。

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。

同步导学

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)

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。

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。

4. 闭合电路中局部电阻的变化而引起电流、电压的变化是典型的电路的动态变化问题。

此类问题应在明确各用电器或电表所对应的电流、电压的基础上，按局部（R的变化）全局（I总、U端的变化）局部（U分、I分的变化）的逻辑思维进行分析推理，使得出的每一个结论都有依据，这样才能得出正确的判断。

例2 如图所示的电路中，若将滑动变阻器的滑动触头向b端滑动时，试判断图中八只表的示数将怎样变化(各电表内阻对电路的影响均不考虑)?

解析： 本题为“动态”分析问题，可用常规分析法逐步推出结论.

R2的滑片向下滑动，R2值变大，引起R总变大.

由，可知总电流变小，即电流表A示数变小.

由U＝IR总，可知端压变大，即电压表V示数变大.

由.可知I4变大，即电流表AA示数变大.

由I1＝I↓－I4↑，可知I1变小，即电流表A1示数变小.

由U1＝I1R1可知U1变小，即电压表V1示数变小.

由U2＝U↑－U1↓，可知U2变大，即电压表V2示数变大.

由，可知I3变大，即电流表A3示数变大.

由I2＝I1↓－I3↑，可知I2变小，即电流表A2示数变小.

例3  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.

当堂达标

1.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(                            )

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( )

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r1<r2

D.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( )

A.1Ω  B.2Ω  C.4Ω  D.8Ω

5．如图所示电路中.A、B两灯均正常发光，R为一滑动变阻器，P为滑动片，若将滑动片向下滑动，则(                            )

A.A灯变亮     B.B灯变亮

C.R1上消耗功率变大    D.总电流变小

6．如图所示的电路中，当变阻器R3的滑动头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

7. 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。

8.  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.求:开关S闭合的前、后，通过R2的电流各是多大?

9.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，问:

(1)哪一只电阻断路?

(2)电源电动势和内电阻各多大?

10. 如图所示的电路中，R1=3Ω，R2=6Ω，R3=1.5Ω，C=20μF当开关S断开时，电源所释放的总功率为2W；当开关S闭合时，电源所释放的总功率为4W求:

(1)电源的电动势和内电阻；

(2)闭合S时，电源的输出功率；

(3)S断开和闭合时，电容器所带的电荷量各是多少?

拓展提高

1.关于电源电动势的说法，正确的是(  )

A.在某电路中每通过2C的电荷量，电池提供的电能是4J，那么这个电池的电动势是0.5V

B.电源的路端电压增大时，其电源电动势一定也增大

C.无论内电压和外电压如何变化，其电源电动势一定不变

D.电源的电动势越大，电源所能提供的电能就越多

2.单位电荷绕闭合电路一周，如外电路是纯电阻电路，外电路中产生的热量仅决定于(  )

A.电流的大小，且与电流的平方成正比

B.电源电动势的大小，且与电动势的大小成正比

C.路端电压的大小，且与路端电压的大小成正比

D.各部分电阻值的大小，且与电阻值成反比

3.在灯泡旁并联一只大功率的电炉，发现电灯变暗，这是因为(  )

A.电炉从电灯上分出了一部分电流

B.输电线上电压增大，电灯上电压下降

C.电炉的额定电压大于电灯的额定电压

D.原来电灯上的电压有一部分分给了电炉

4.一电源(电动势为E，内阻为r)，当它和一标有“6V，3W”的小灯泡构成闭合回路时，小灯泡恰好正常发光.如果该电源与一标有“6V，6W”的小灯泡构成一闭合回路，该灯泡

( )

A.正常发光   

B.比正常发光暗

C.比正常发光亮  

D.因不知电源内阻的大小，故无法确定

5. 如图所示电路中，电源的内电阻不能忽略.已知定值电阻R1=10Ω，R2=8Ω.当开关S接到位置1时，电压表V的示数为2V；当开关S接到位置2时，电压表V的示数可能为    (                 )

A.2.2V  B.1.9V  

C.1.6V  D.1.3V

6.如图所示电路中，当开关S闭合时，电流表和电压表读数的变化是(    )

A.两表读数均变大

B.两表读数均变小

C.电流表读数增大，电压表读数减小

D.电流表读数减小，电压表读数增大

7.如图所示的电路中，当可变电阻R的阻值增大时(  )

A.UAB增大  B.UAB减小   C.IR增大   D.IR减小

8.如图所示的电路中，电源电动势为6V，当开关S接通后，灯泡L1和L2都不亮，用电压表测得各部分电压是Uab=6V，Uad=0，Ucd=6V，由此可判定(                            )

A.L1和L2的灯丝都烧断了  B.L1的灯丝烧断了

C.L2的灯丝烧断了    D.变阻器R断路

9.电动势为E、内阻为r的电池与固定电阻R0、可变电阻R串联，如图所示，设R0=r，Rab=2r.当变阻器的滑动片自a端向b端滑动时，下列各物理量中随之减小的是(                            )

A.电池的输出功率                   B.变阻器消耗的功率

C.固定电阻R0上消耗的功率          D.电池内电阻上消耗的功率

10.如图所示的电路中，当S断开时，电源内部消耗的功率与输出功率之比为1:3；当S闭合时，它们的比为1:1,则下列说法正确的是(                            )

A.R1:r=1:1

B.R1:R2=2:1

C.两次输出功率之比为1:1

D.S断开与S闭合时输出功率之比为3:4

11如图所示，直线A为电源的路端电压U与电流I的关系图象，直线B是电阻R的两端电压与其中电流I的关系图象，用该电源与电阻R组成闭合电路，则电源的输出功率为______W，电源的效率为______

12.如图所示的电路中，电池的电动势E=９.0 V，内电阻r=2.0 Ω，固定电阻R1=1.0 Ω，R2为可变电阻，其阻值在0～10 Ω范围内调节，问：取R2=     时，R1消耗的电功率最大.取R2=     时，R2消耗的电功率最大.

13.如图所示的电路中，电源电动势为10V，R1=4Ω，R2=6Ω，电容C=30μF，电源内阻忽略不计。求:

(1)闭合开关S，稳定后通过电阻R1的电流；

(2)将开关S断开，再次稳定后，求通过R1的总电荷量

14．如图所示，变阻器R2的最大电阻是10 Ω，R3=5 Ω，电源的内电阻r=1 Ω，当开关S闭合，变阻器的滑片在中点位置时，电源的总功率为16 W，电源的输出功率为12 W.此时电灯R1正常发光，求：

(1)电灯阻值R1是多少?(设R1阻值恒不变)

(2)当开关S断开时，要使电灯正常工作，应使变阻器的电阻改变多少?

探究：

   联系本节所学内容思考并讨论课本“做一做”中的问题。

学后反思：                                                              

你对学案的意见：                                                        

课后作业：

 　问题与练习2、3、4

第七节 闭合电路的欧姆定律  参考答案

自主学习

当堂达标

拓展提高

1、C 2、C 3、B 4、B 5、B 6、C 7 、AD 8、C 9、B 10、AD 

11、4；66.7%   12、0；3.0 Ω

13、（1)1A；(2) 1.2×10-4C

14、(1)2.5 Ω;（2）1.5 Ω