《闭合电路的欧姆定律》学案.docx
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《闭合电路的欧姆定律》学案
第七节闭合电路的欧姆定律学案导学
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3JB.小于3J
C.等于3JD.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 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.1ΩB.2ΩC.4ΩD.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.2.2VB.1.9V C.1.6VD.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=9.0V,内电阻r=2.0Ω,固定电阻R1=1.0Ω,R2为可变电阻,其阻值在0~10Ω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10Ω,R3=5Ω,电源的内电阻r=1Ω,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16W,电源的输出功率为12W.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 1.用电器电源内部降低2.正比反比3.等于内外电路 当堂达标 1、AD2、B3、AD4、C5、C6、B 7、5.76;0.4 8、当S断开时,0.5A;当S闭合时,0.125A 9、 (1)用排除法可判断得出R1断路. (2)E=4V,r=1Ω 10、 (1)E=4V,r=0.5Ω; (2)3.5W; (3)S断开时,Q1=6×10-5C;S合上时,Q2=0 拓展提高 1、C2、C3、B4、B5、B6、C7、AD8、C9、B10、AD 11、4;66.7%12、0;3.0Ω 13、 (1)1A; (2)1.2×10-4C 14、 (1)2.5Ω; (2)1.5Ω
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