高中物理人教版 (2019)必修 第三册2 闭合电路的欧姆定律导学案
展开12.2 闭合电路的欧姆定律
【学习目标】
1. 知道电源是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的装置,知道电动势的定义式。
2. 经历闭合电路欧姆定律的理论推导过程,理解内外电路的能量转化,体验能量转化和守恒定律在电路
中的具体应用。
3 . 理解闭合电路的欧姆定律,通过探究电源两端电压与电流的关系,体会图像法在研究物理问题中作用。
4. 能据闭合电路欧姆定律解释路端电压与负载关系。了解电源短路可能会带来的危害,加强安全用电意识。
5. 知道欧姆表测量电阻的原理。
【开启新探索】
对某一电阻为R的导体,当两端加电压为U时,通过该电阻的电流I满足欧姆定律。该定律是对电路中某一部分元件而言的,也称部分电路欧姆定律。若对含电源、电阻、电键的闭合电路而言,电路中的电流I与电源、电阻又有怎样的关系?
【质疑提升1】电动势
1. 实验:课本P83问题中,用同一个电源对一个小灯泡、四个小灯泡供电,小灯泡的亮度是否相同?这样的现象,与同学们的认知是否一致?为什么会有这样的现象,你有怎样的认识?
2. 为解释以上实验现象,我们需要进一步学习相关电路的知识。如上图,说明什么是闭合电路?什么是外电路?什么是内电路?
(1) 由 、 和 连成的电路叫作闭合电路。
(2) 和 组成外电路, 是内电路。
3. 通过上一章《电源和电流》的学习我们知道,电源的外部,在电场力的作用下,电子从负极移动到正极。而电源的作用是将到达正极的电子“移送”回负极,思考:将电子从正极“移送”回负极,还是电场力的作用吗?若不是电场力作用,是什么力的作用?又实现了怎样的能量转化?
4. 通过常规的化学电池、发电机说明:“非静电力”究竟是什么力?
5. 通过非静电力做功,电源把其它形式的能转化为电能。以下不同的电源,将负电荷从正极移送到负极,非静电力做功的本领、电源将其它形式能转化为电能的本领相同吗?谁的本领强?
(1) 某种干电池,非静电力把1C负电荷在电源内从正极移送到负极时做1.5J的功;
(2) 某种纽扣电池,非静电力把1C负电荷在电源内从正极移送到负极时做3.0J的功;
(3) 某种蓄电池,非静电力把6C正电荷在电源内从负极移送到正极时做12.0J的功。
6. 不同的电源,将其它形式的能转化为电能的能力不同,如何描述电源的这种特性?
7. 电动势的意义、定义式、单位、决定因素又是怎样呢?
【质疑提升2】闭合电路欧姆定律及其能量分析
1. 对于闭合电路而言,外电路中从正极到负极,电势如何变化?内电路中,从负极到正极,电势又如何变化?(电源看作一个没有电阻的理想电源E和电阻r的串联)
答:外电路中从正极到负极,电势 ;内电路中,从负极到正极电势 ,但在电源内阻上电势 。
2. 如图所示,电路中电源的电动势为E、内电阻为r,该电源为一阻值为R的电阻供电。当闭合电键S时,电路中的电流I与电动势E、内电阻r、外电阻R有怎样的关系?如何寻找物理量间的关系?
(1)在t时间内,内、外电路中电流做功产生的热量各为多少?
(2)在t时间内,非静电力做的功为多少?
(3)根据能量守恒定律,以上三者之间有怎样的关系?
(4)电路中电流与电源、电阻的关系式?
3. 通过以上推导,阅读课本P86,理解闭合电路的欧姆定律。
(1) 内容: 的电流跟电源的 成 ,跟内、外电路的 成 。
(2) 表达式: 。
(3) 该定律适用于含电源、外电路为 的闭合电路(选填“纯电阻、非纯电阻”)。
(4) 对比欧姆定律,欧姆定律适用于不含电源的 元件。
4. 结合闭合电路的欧姆定律,我们可以把表达式变形为E=I(R+r)=IR+Ir。该表达式又有怎样的意义?
5. 理解关于闭合电路的几个概念:
(1)I指电路中通过电源的电流,电路的总电流,通常称为“ 干路电流 ”。
(2)UR=IR指电源之外的电路两端电压,也是电源两端的电压,称“外电压”或 。
(3)Ur=Ir指电源内电阻上的电压,称 。
(4)外电路中的用电器叫做 。
【质疑提升3】路端电压与负载的关系
A
V
1. 结合闭合电路的欧姆定律推导:对给定的电源,E、r均为定值,当电路中负载的阻值R减小时,路端电压U的大小如何变化?并解释实验中小灯泡的亮度变化原因。
2.U
I
O
结合闭合电路的欧姆定律推导:路端电压U与干路电流I、电源的电动势E与内电阻r之间的函数关系式,并画出U-I图。
(1) 通过图像可以看出,随干路电流的增大,路端电压 。
(2) 图像斜率的物理意义: 。
(3) 图像与纵轴的截距的物理意义: 。
(4) 图像与横轴的截距的物理意义: 。
【质疑提升4】闭合电路的欧姆定律应用:欧姆表的原理
1. 欧姆表是测量电阻大小的一个装置,和电压表、电流表一样,也是通过“表头”改装而成的。但改装欧姆表时不再是简单的串联或并联电阻。为测量电阻时指针能够偏转,表内应有电源,如图所示,为一欧姆表内部电路原理图。
设:电源的电动势为E、内电阻为r,电流表的满偏电流为Ig、内阻为Rg,可变电阻R1。
(1) 欧姆挡调零:当红、黑表笔直接接触时(此时没有接入任何电阻,相当于被测电阻为0)。通过调节可变电阻R1(也称调零电阻,可通过旋动 改变阻值),使电流表的指针指在最大电流Ig处。此时,接入的可变电阻R1应为多大?欧姆表的内阻RΩ为多大?
(2) 测电阻:欧姆调零后,在红、黑表笔之间接入待测电阻Rx,电路中的电流将小于Ig并指在表盘中的某一位置,读出其电流数值为Ix。试分析:待测电阻Rx与电流Ix是否一一对应,如一一对应,两者间又有怎样的对应关系,试写出两者间的表达式?
(3)0
Ig
Ig/2
3Ig/4
Ig/4
0Ω
如图所示,为电流表的表盘示意图,请结合(2)中求到的表达式,以RΩ为单位电阻,标出其它四个电流刻度对应的阻值应为多少倍的RΩ?
【学以致用】
1.关于电源电动势,以下说法正确的是( )
A.由电动势 可知E跟q成反比,电路中移送的电荷越多,电动势越小
B.由电动势 可知E跟W成正比,电源做的功越多,电动势越大
C.只是电动势的定义式而非决定式,电动势的大小是由电源内非静电力的特性决定的
D.由得出,在某一电路中,电路中移送的电荷越多,非静电力做功不一定越多
2. 铅蓄电池的电动势为2V,这表示( )
A. 蓄电池在1s内将2J的化学能转变成电能
B. 电路中每通过1C的电量,电源把2J的电能转变为化学能
C. 蓄电池将化学能转变为电能一定比一节干电池(电动势为1.5V)多
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)大
3.在图中R1=14Ω, R2=9Ω。当开关处于位置1时,电流表读数I1=0.2A;当开关处于位置2时,电流表读数I2=0.3A。求电源的电动势E和内电阻r。
3V 1Ω
4.某太阳能电池板不接负载时的电压是600μV,短路电流是30μA,求这块电池的电动势和内阻是多少?
600μV 20Ω
5. 手电筒中1.5V的干电池给某小灯泡供电时,电流为0.3A,在某次接通开关的10s 时间内,一节干电池中有多少化学能转化为电能?
4.5J
2
I
U
0
1
6.如图所示,两个不同闭合电路的U-I图像,则下列说法中正确的是( )
A. 电动势E1
B. 电动势E1=E2,内阻r1
D. 当电源的工作电流变化相同时,电源1的路端电压变化较大
【素养提升专练】
1. 关于电源电动势,下列说法中正确的是 ( )
A.同一电源接入不同的电路电动势会发生改变
B.电源向外提供的电能越多,表明电动势越大
C.电源电动势表征电源把其它形式的能化为电能本领的物理量,与是否接外电路无关
D.电动势的单位跟电压的单位一致,所以电动势就是两极间的电压
2. 关于电动势,下列说法正确的是( )
A. 在电源内部把正电荷从负极移到正极,非静电力做功,电能减小
B. 对于给定的电源,移动正电荷,非静电力做功越多,电动势就越大
C. 电动势越大,说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位电荷量做功越多
D. 电动势越大,说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移送到正极的电荷量越多
3. 一太阳能电池板,测得它的开路电压为800mV,短路电流为40mA,若将该电池板与一阻值为20Ω的电阻器连成一闭合电路,则它的路端电压是( )
A.0.10 V B.0.20 V C.0.30 V D.0.40 V
4. 如图所示,直线a为某电源的路端电压随电流强度的变化图线,直线b 为电阻R两端的电压随电流强度的变化图线.用该电源和该电阻组成的闭合电路,电源的电动势和电源的内电阻分别为( )
A.3V,0.5 Ω
B.6V,1 Ω
C.2V,1 Ω
D.2V,0.5 Ω
5. 如图是汽车蓄电池供电简化电路图。 当汽车启动时,启动开关S闭合,电动机工作,车灯会变暗;当汽车启动之后,启动开关S断开,电动机停止工作,车灯恢复正常亮度。请分析以上现象发生的原因。
并联电动机,相当于外电路的电阻减小,路端电压减小,车灯变暗。当启动后开关断开,电动机断开,电路恢复初始状态,车灯电压恢复、亮度恢复。
6. 如图所示的电路中,R1=18,R 2=10,当a、b两点间接理想的电流表时,其读数为0.5A,当a、b两点间接理想的电压表时,其读数为3.6V,则该电源的电势、内电阻为多大?
6V,2Ω
7. 电源的电动势为4.5V、外电阻为4.0Ω时,路端电压为4.0V。如果再将6.0Ω的电阻串联在外电路中,路端电压又是多大?
8. 小张买了一只袖珍小电简,里面是两节小的干电池。他取出电筒中的小灯泡,看到上面标有“2.2V 0.25A”字样。小张认为产品设计人员的意图是使小灯泡在这两节干电池(电动势为1.5V)的供电下正常发光。由此,他推算出了产品设计者设定的每节干电池的内阻参数。如果小张的判断是对的,那么,所设定的每节干电池的内阻是多少?(提示:串联电池组的电动势等于各个电池的电动势之和,内阻等于各个电池的内阻之和。)
1.6Ω
9. 现有电动势为1.5 V、内阻为1.0 Ω的电池多节,准备用几节这样的电池串联起来对一个工作电压为6.0 V、工作电流为0.1 A的用电器供电。问:最少需要用几节这种电池?电路还需要一个定值电阻来分压,请计算这个电阻的阻值。
5节,10Ω
10. 充电宝内部的主要部件是锂电池,充电宝中的锂电池在充电后,就是一个电源,可以给手机充电。充电宝的铭牌通常标注的是“mA·h”(毫安时)的数量,即锂电池充满电后全部放电的电荷量。机场规定:严禁携带额定能量超过160 W·h的充电宝搭乘飞机。某同学查看了自己的充电宝铭牌,上面写着“10 000 mA·h”和“3.7 V”,你认为能否把它带上飞机?
37W·h 能
11. 如图是一个多用表欧姆档内部电路示意图。电流表满偏电流0.5mA,内阻10Ω;电池电动势1.5V,内阻1Ω;滑动变阻器R0阻值范围为05000Ω。则当红、黑表笔短接进行欧姆挡调零时,实际接入的滑动电阻器的阻值为多少?
2989Ω
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