欧姆定律.docx
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欧姆定律
欧姆定律
教学目标
1.从功能角度理解电源电动势的含义,学会分析电路各部分电势的升降.
2.掌握部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律的内容,了解它们的使用条件和范围.
3.引导学生学会分析、处理各种电路问题.如:
复杂电路的简化、含电容的电路问题、考虑电表内阻时的电路分析方法.
教学重点、难点分析
1.对非静电力做功和电动势的理解.
2.对各种电路问题的分析、简化、处理方法.
教学过程设计
教师活动
一、电动势与电势差
这是两个我们学过的物理量.请同学们回忆它们的定义式和单位,比较它们的异同.
学生活动
U=W/q单位:
V
发现学生对二者如此相似产生疑惑,教师应进一步引导:
我们知道,在电源外部的电路中,电流由电源的正极流向负极,沿电流方向电势降低;而在电源内部电流由负极流向正极,沿电流电势升高.电流为什么会出现这种流向呢?
答:
电源外部的电路中,是静电力对自由电荷做正功,所以沿电流方向电势降低;而电源内部是电荷受的非静电力克服静电力做功,所以沿电流方向电势升高.
U=W/q中的W表示静电力做功W电.
教师总结:
电动势与电势差两个概念表面上很相似,但从做功和能量转化的角度讲它们是正好相反,电动势表征电源中非静电力做功的本领,即其它形式的能向电能转化的本领;而电势差是电路中静电力做功的本领的量度,即电能向其它能转化的情况.我们应注意二者的区别和联系.
二、欧姆定律
欧姆定律是解决电路问题的基本依据.它的地位与牛顿定律在力学中的地位相似.针对研究问题的侧重点不同,可以表示为两种形式:
1.部分电路欧姆定律(由学生回答)
注意所谓部分电路指不含电源的电路.
答:
通过部分电路的电流跟该部分电路两端的电压成正比,跟该部分电路电阻成反比.表达式为:
I=U/R
2.闭合电路欧姆定律
源内部时也会消耗一部分电能,使电源内部发热,即电源部分对电流有阻碍作用,所以电源还有另外一个参量内电阻r.
如图3-3-1所示.
电势降落U′间的关系并由此导出闭合电路欧姆定律的表达式.
因为电源提供的电能由内、外电阻所消耗,所以
又因为U=IR,U′=Ir
及:
闭合电路中的电流强度跟电源的电动势成正比,跟内、外电路中的电阻之和成反比.
3.欧姆定律适用条件
如图3-3-2所示.
电路由电源和电动机组成,电动机绕线电阻为R,则此电路中的电
(U为电动机两端的电压)
回答可能各种各样,应提醒学生注意电动机的特点:
为非纯电阻用电器,引导学生做出否定回答,及
三、电路分析和计算
部分电路欧姆定律的应用在初中时就已比较熟悉,因此没有必要过多的练习.而全电路欧姆定律的不同之处关键在于需要考虑内电阻,也就是某段电路两端的电压不再恒定.只要我们认清这个区别,熟练掌握欧姆定律的应用是并不困难的.下面就电路分析中的几个难点和同学一起讨论一下.
1.电路的结构分析
搞清电路各元件之间的连接关系,画出结构清晰的等效电路,是利用欧姆定律解决电路问题的重要前提.我们通常采用节点跨接法来分析电路结构.
具体方法为:
首先标明电路中各节点名称,经过电源和用电器的节点名称应不同,而一段导线两端的节点名称不变.理想的电压表可视为断路.理想的电流表可视为导线.考虑电表内阻时,就应把它们当作用电器对待.接着,定性判断电路中各节点电势高低(没有标明的可假设).最后将各电器填在对应的节点间以判明彼此间的串、并联关系.
[例1]如图3-3-3所示,设R1=R2=R3=R4=R,求:
开关S闭合和开启时的AB两端的电阻比.
解:
利用节点法,开关闭合时,电路中各节点标称如图3-3-4所示.
其中R1、R2、R3都接在AB两点间,而R4两端都为B,即R4被短路,所以其等效电路如图3-3-5所示,易得RAB=R/3.
当开关开启时,电路中各节点标称如图3-3-6所示,其对应等效电路为图3-3-7所示,易得RAB′=2R/5.所以两次电阻比为5/6.
2.含电容电路的分析
让学生按图3-3-8所示连好电路.
观察分别将单刀双掷开关掷于b、C两边时产生的现象并分析原因.
学生看到:
当ab相接时,灯L1、L2都不亮,说明电容阻断了电流;当ac相接时,灯L2闪亮一下,说明电容刚才被充电,现在向L2放电.
教师总结:
电容器是一个储能元件,在直流电路中,它对电流起到阻止作用,相当于断路.同时电容器又可被充电,电量的大小取决与电容和它两端对应的电路的电压.因此,在分析含电容电路时,可先把电容去掉后画出等效电路,求出各用电器的电压、电流,再看电容与哪部分电路并联,而求出它两端的电压和它的电量.
电阻R1=3Ω,R2=2Ω,R3=5Ω,电容器的电容C1=4μF,C2=1μF,求C1、C2所带电量.
解:
C1、C2看成短路后,外电路相当于R1、R2串联,R3中无电流,可视为短路,即UCD=UCB,UAD=UAB,由闭合电路欧姆定律知:
所以C1、C2所带电量Q1、Q2分别为:
Q1=C1UCB=1.6×10-5C
Q2=C2UAB=1×10-5C
3.电路中电势升降的分析
如图所示,让学生按电流方向分析整个回路的电势升降,并找出升降值之间的关系式.
答:
从电源正极出发,沿电流方向经过电阻R时,电势降落IR,而到电源负极,在电流流向正极时,在内阻上电势降落Ir.但同时非静电
即U升=U降
教师总结:
沿电流方向经过电阻类用电器(含内阻)时,电势降低;
[例3]如图3-3-10所示,三个完全一样的电源串联成闭合回路,求A、B两点间的电势差.
解:
电路中电流为逆时针方向,由A出发逆电流向右观察,经电源
4.电路中的电表
我们接触比较多的电表是电压表和电流表,理想情况下电流表可以看成导线,电压表可以看成无穷大的电阻而忽略它们的内阻对电路的影响,可在某些实际问题中,这种影响很大,根本不可能忽略不计.这时就要把电表看成一个可以读数的特殊电阻,放在电路中,与其它用电器一起分析.
[例4]如图3-3-11所示,R1=2kΩ,R2=3kΩ,电源内阻可忽略.现用一电压表测电路端电压,示数为6V;用这电压表测R1两端,电压示数为2V.那么 [ ]
A.R1两端实际电压是2V
B.电压表内阻为6kΩ
C.R2两端实际电压是3.6V
D.用这电压表测R2两端电压,示数是3V
解:
本题中电阻R1、R2的阻值较大,电压表与之相比不能看成电阻为无穷大的断路.因此要把它当成一个特殊电阻来处理.
由于不计电源内阻,电压表测得的电压6V就是电源电动势,所以R1两端实际电压为
U1=6V×2kΩ/(2kΩ+3kΩ)
同理,U2=3.6V.
当电压表测R1两端电压时,显示的是它
与R1并联后所分得的电压,即
所以RV=6kΩ.
当电压表测R2两端电压时,易得电压表示数为3V.
所以选项B、C、D正确.
同步练习
一、选择题
1.如图3-3-12所示,电路中两节电池电动势相同,而内电阻不同,即r1≠r2,为使电压表的示数为零,则电阻器R的阻值应为 [ ]
A.r1+r2 B.(r1+r2)/2
C.r1-R2 D.r2-r1
2.如图3-3-13所示电路中,电流表A1和A2均为相同的毫安表,当电路两端接入某一恒定电压的电源时,A1的示数为3mA,A2的示数为2mA.现将A2改接在R2所在支路上,如图中虚线所示,再接入原来的恒定电压电源,那么,关于A1与A2示数情况,正确的是 [ ]
A.电流表A1示数必增大,电流表A2示数必增大
B.电流表A1示数必增大,电流表A2示数必减小
C.电流表A1示数必增大,电流表A2示数不一定减小
D.电流表A1示数不一定增大,电流表A2示数也不一定减小
3.如图3-3-14所示电路,开关S1、S2均处于闭合状态.在分别断开S1、S2后的短暂过程中,关于流过电阻P1、R2的电流方向,以下判断正确的是 [ ]
A.若只断开S1,流过R1的电流方向为自左向右
B.若只断开S1,流过R1的电流方向为自右向左
C.若只断开S2,流过R2的电流方向为自左向右
D.若只断开S2,流过R2的电流方向为自右向左
4.如图3-3-15所示,R1=3Ω,R2=2Ω,R=5Ω,电源电动势=6.3V,内阻r=0.5Ω.当滑动变阻器活动触点在a、b之间活动时,以下判断正确的是 [ ]
A.电压表的示数最大为4.8V
B.电压表的示数最小为4.8V
C.电流表的示数最大为3A
D.电流表的示数最小为2.1A
5.如图3-5-16所示电路,开关S1、S2原来都是闭合的,当滑动变阻器R1、R2、R3的滑片都刚好处于各自中点位置时,悬在平行板电容器中间的带电尘埃恰好处于静止状态,在其它条件不变的情况下,要使尘埃向下运动,可用的方法是 [ ]
A.把R1的滑片位置向上移动
B.把R2的滑片位置向上移动
C.把R3的滑片位置向上移动
D.把开关S2打开
二、非选择题
每个电池的内阻r=0.5Ω,两只电阻的阻值分别为:
R1=3Ω,R2=6Ω,D点接地,则图中A、B、C、D各点的电势分别为UA=______V,UB=______V,UC=______V,UD=______V.
7.一复杂的直流电路的局部情况如图3-3-18所示,已知R1=5Ω,R2=1Ω,R3=3Ω;I1=1mA,I2=2mA,则图中电流表的示数为______mA,流过电流表的电流方向是由______到______.(用字母表示)
两电容器C1=C2=30μF,电阻R1=4.0Ω,R2=6.0Ω,开关S是闭合的,断开S以后,通过R1的电量是______C.
9.如图3-3-20所示的直流电路中,当S1断开、S2闭合时,电流表示数为3/5A;当S1闭合,S2断开时,电流表示数为2/15A.若S1、S2都闭合后,电流表的示数是多少?
10.如图3-3-21所示直流电路中,A1、A2两只电流表完全相同,内阻均为r,A2的示数恰好是A1示数的1/n,已知A、B两点右侧的总电阻(将电路以虚线处断开测量A、B间的电阻)恰与电流表内阻r相等,试求R1、R2的阻值.
参考答案
1.C 2.B 3.B、D 4.B、C、D 5.A、B、C、D 6.2.4V,0.6V,1.8V,0 7.2mA,c、b 8.4.2×10-4 9.4/15A 10.R1=(n-1)r/n、R2=r/(n-1).
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