物理第1节 闭合电路欧姆定律学案设计

这是一份物理第1节 闭合电路欧姆定律学案设计，共10页。

1．通过实验探究，知道并理解闭合电路欧姆定律。
2．能熟练运用闭合电路欧姆定律解决相关问题。
3．知道闭合电路中各点的电势高低，加深对于电动势及回路中能量转化的理解。
【重点】
1．推导闭合电路欧姆定律，应用定律解决相关问题。
2．路端电压随负载变化的关系。
【难点】
路端电压随负载变化的关系。
一、新课学习
（一）电动势
1.电源：
（1）保持两极间有恒定电压。
（2）通过非静电力做功把其它形式的能转化为电能的装置。
2.电动势：（1）反应电源把其它形式的能转化为电能的本领的物理量。
（2）非静电力做的功与移动电荷所带电荷量之比来表示电源的这种特性，叫做电动势。用字母E表示。
表达式：E=W非q
（3）单位：V
（4）电动势与外电路无关，由电源特性决定的。
（二）闭合电路欧姆定律及其能量分析
1.内电路和外电路
（1）内电路：电源内部的电路，叫内电路。
（2）外电路：电源外部的电路，叫外电路。
2.内电阻和外电阻
（1）内电阻：内电路的电阻，通常称为内阻。
（2）外电阻：外电路的总电阻。
3.电源的电动势与内、外电路中的电势降落关系
设电源电动势为E，内阻为r，与一个负载连成闭合电路，负载两端电压为U，电路中电流为I，通电时间为t：
推导过程：
（普遍适用）
又（仅适用外电路是纯电阻电路）
4.闭合电路欧姆定律
（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，这个结论叫做闭合电路的欧姆定律。
（2）公式：
（3）适用条件：外电路是纯电阻电路。
（三）路端电路与负载的关系
路端电压：外电路的电势降落，也就是外电路两端的电压，通常叫做路端电压。
1.路端电压与负载的关系(如右图）
当外电阻增大时，电流减小，路端电压增大；当外电阻减小时，
电流增大，路端电压减小。
①当外电路断开时，R为穷大，I等于零，U内=0，U外=E。
此为直接测量电源电动势的依据。
②当电源两端短路时，R=0，I= ， U外=0，U内=E。
由于r很小，电路中电流很大，容易烧坏电源。
（绝对不允许将电源两端用导线直接连接在一起。）
2.路端电压与电流的关系
路端电压U与电流I的关系图像是一条向下倾斜的直线。
画出U—I图像：
①在纵轴上的截距表示电源的电动势
②在横轴上的截距表示短路电流
③图象斜率的绝对值表示电源内阻（内阻越大，图线越陡）
3.闭合电路中的功率
（1）闭合电路中的能量转化：在某段时间内，电源提供的电能等于内、外电路消耗的电能的之和。
（2）闭合电路中的功率
EI＝IU+I2r说明了电源提供的电能只有一部分消耗在外电路上，转化为其他形式的能，另一部分消耗在内电路上，转化为内能。
（3）电源提供的电功率
电源提供的电功率，又称之为电源的总功率。
P=EI=
R↑→P减小，R→∞时，P→0。
R↓→P增大，R→0时，P=。
（4）外电路消耗的电功率
外电路上消耗的电功率，又称之为电源的输出功率。
P输出＝U外I，
I＝EQ \F(E,R＋r)
U外＝E－Ir＝EQ \F(RE,R＋r) P输出==
所以，当R＝r时，电源的输出功率为最大，。
图像表述：
从P－R图像中可知，当电源的输出功率小于最大输出功率时，对应有两个外电阻R1．R2时电源的输出功率相等。可以证明，R1．R2和r必须满足：。
（5）电源的效率
电源的输出功率与总功率的比值。
η＝EQ \F(P外,P)＝=EQ \F(R,R＋r)
当外电阻R越大时，电源的效率越高。当电源的输出功率最大时，η＝50%。
例题1.右图所示的电路中，当滑动变阻器R2的滑动触头P向下滑动时
A. 电压表的读数增大 B. R1消耗的功率增大
C. 电容器C的电容增大 D. 电容器C所带电量增多
例题2.如图所示，直线A为某电源的U–I图线，曲线B为某小灯泡的U–I图线，用该电源和小灯泡组成闭合电路时，电源的输出功率和电源的总功率分别是（ ）
A. 4 W 6 WB. 4 W 8 W
C. 2 W 3 WD. 6 W 8 W
例题3.如图所示的电路中，电池的电动势为E，内阻为r，电路中的电阻R1、R2和R3的阻值都相同．若将电键S1由位置2切换到位置1，则( )
A．电压表的示数变大
B．电阻R2两端的电压变大
C．电池内阻消耗的功率变大
D．电流表的读数变小
例题4．如图所示的电路中，S闭合后，电压表和电流表(均为理想电表)的示数分别为1.6 V和0.4 A．S断开后，它们的示数分别改变0.1 V和0.1 A，求电源的电动势及内阻．
1．一个闭合电路是由电池供电的，外电路是纯电阻时，以下说法正确的是( )
A．当外电阻增大时，路端电压增大
B．当外电阻减小时，路端电压增大
C．当外电阻减小时，电路中的电流减小
D．电池的内阻越小，外电阻变化时，路端电压的变化越大
2．(多选)如图所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图线；直线B为电源b的路端电压与电流的关系图线；直线C为一个电阻R两端电压与电流的关系图线．将这个电阻分别接到a、b两电源上，那么( )
A．R接到b电源上时电源的效率高
B．R接到b电源上时电源的输出功率较大
C．R接到a电源上时电源的输出功率较大，但电源效率较低
D．R接到a电源上时电阻的发热功率较大，电源效率也较高
3.如图所示，当滑动变阻器的滑片P向右移动时，三个灯泡亮度的变化情况是( )
A．L1变亮，L2和L3均变暗
B．L1变亮，L2不能确定，L3变暗
C．L1变暗，L2和L3均变亮
D．L1变亮，L2变亮，L3变暗
4．如图所示，其中R两端电压u随通过该电阻的直流电流i的变化关系如图所示，电源电动势为7.0 V(内阻不计)，且R1＝1 000 Ω(不随温度变化)．若改变R2，使AB与BC间的电压相等，这时( )
A．R的阻值为1 000 Ω
B．R的阻值为1 300 Ω
C．通过R的电流为1.5 mA
D．通过R的电流为2.0 mA
5．某品牌小汽车电动机和车灯的实际电路可以简化为如图所示的电路，电源电动势E＝12.5 V，内阻r＝0.05 Ω，电动机的线圈电阻r′＝0.02 Ω，只闭合S1时，电流表示数I1＝10 A，再闭合S2，电动机正常工作，电流表示数I2＝58 A(电流表内阻不计)，不考虑灯丝电阻的变化．求：
(1)在只闭合S1时，车灯两端电压UL和车灯的功率PL；
(2)再闭合S2后，车灯两端的电压U′L和电动机输出功率P出．
参考答案
例题1.【解析】滑动触头P向下滑动时有效阻值增大，路端电压增大，即电压表的读数增大A对，电流减小，则R1消耗的功率减小B错，电容器C的电容不随电压发生变化，C错，电容器C所带电量Q=CU，因为C不变U增大所以Q增多，D对
【答案】AD
例题2.【解析】由图象可知用该电源和灯泡组成闭合电路时，交点为它们工作时的电流和电压的大小，电路中电流为I=2A，路端电压为U=3V，电源的电动势的大小为E=4V，
电源的输出功率为P出=UI=2×3=6W，
电源的总功率P总=EI=4×2 W =8W．
【答案】D
例题3.【解析】电键S1由位置2切换到位置1时，总电阻变大，总电流减小，路端电压变大，A、D正确．电池内阻消耗的功率减小，C错．根据电路结构分析可知，电阻R2两端的电压变大，B正确．
【答案】．ABD
例题4．[解析] S闭合后，R1、R2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得U1＝E－I1r，即
E＝1.6 V＋0.4 A×r①
S断开后，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得
U2＝E－I2r，即E＝(1.6＋0.1)V＋(0.4－0.1) A×r②
由①②得E＝2 V，r＝1 Ω.
[答案] 2 V 1 Ω
1．[解析]根据U＝E－Ir，当外电阻增大时，I减小，U增大，A正确，B错误．根据I＝eq \f(E,R＋r)，C错误．再根据U＝E－Ir，ΔU＝ΔIr，故D错误．
[答案]A
2．[解析]由题图知Ea>Eb，内阻ra>rb，当电阻R接到电源两极时，电源的效率为η＝eq \f(I2R,I2R＋r)＝eq \f(R,R＋r)，所以R接到电源b上时，电源的效率高，A对，D错．由题图知，R接到电源a上时，电源的输出电压和电流均比接到b上时大，故R接到电源a上时，电源的输出功率较大，B错，C对．
[答案]AC
3.[解析]当滑片P向右移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，则总电阻减小，总电流增大，内电压增大，路端电压减小，所以L3变亮．因为U3变大，且路端电压变小，所以L1变暗．总电流变大，流过L1的电流变小，所以流过L2的电流增大，L2变亮．故选项C正确．
[答案]C
4．[解析]要使AB与BC间的电压相等，即有E＝UAB＋UBC，UAB＝UBC，解得UBC＝3.5 V．而UBC＝u＋iR1，联立解得u＝UBC－iR1，将UBC＝3.5 V，R1＝1 000 Ω代入得u＝3.5－1 000 i，在题给图象中作出函数关系u＝3.5－1 000i的图象，两图象的交点对应的横纵坐标i＝1.5 mA，u＝2 V即为公共解．由iR＝u解得R＝u/i＝1 300 Ω.
[答案] BC
5．[解析] (1)只闭合S1时，设车灯灯丝电阻为R，
由欧姆定律得I1＝eq \f(E,R＋r)
解得R＝1.2 Ω
车灯两端的电压UL＝I1R＝12 V
车灯消耗功率PL＝Ieq \\al(2,1)R＝120 W.
(2)闭合S1、S2后，U′L＝E－I2r＝9.6 V
流过车灯的电流I′L＝eq \f(U′L,R)＝8 A
电动机的输出功率
P出＝P入－P消＝U′L(I2－I′L)－(I2－I′L)2r′＝430 W.
[答案] (1)12 V 120 W (2)9.6 V 430 W