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2011-2012学年高中物理 2.7 闭合电路的欧姆定律学案 新人教版选修3-1


2.7 闭合电路的欧姆定律 学案(人教版选修 3-1)
一、闭合电路的欧姆定律 1.闭合电路:只有用导线把电源、用电器连成一个____________电路,电路中才有电流.用 电器、导线组成____________,电源内部是__________.在外电路中,正电荷在恒定电 场的作用下由____________移向____________;在电源内部,非静电力把正电荷从 ____________移到______ __.电路中________定向移动的方向就是电流的方向.在外电 路中沿电流方向____________降低. 2.能量转化和守恒:在闭合电路中,非静电力做的功等于内外电路中电能转化为其他形 式的能的 总和. 3.闭合电路的欧姆定律: (1)内容:闭合电路的电流跟电源的________成正比,跟内、外电路的________之和成反 比.
E (2)公式表示:①I=R+r;②E=I(R+r);③E=U 外+U 内. (3)适用条件:①②两式适用于________电路,③式适用于一切电路. 二、路端电压与负载的关系 1.路端电压:就是________,也可以理解为电源两极间的电压. 2.负载:电路中,消耗电能的元件常常称为负载.负载变化时,电路中的电流就会变化, 路端电压也随之变化. 3.路端电压随负载的变化:U=E-Ir,或 U=E-R+E rr. (1)当 R 增大时,U______________;(2)R 减小时,U__________;(3)当 r=0 时,U 不随 ________的变化而变化,这种电源称为理想电源;(4)当 R=0 时,这种情况叫________, I=Er,由于电源内阻一般很小,故电路中的电流会很大,会导致烧毁电源甚至引起火灾, 绝对不允许将电源正负极用导线直接连在一起;(5)当 R→∞时,这种情况叫________, 此时路端电压等于________.
一、闭合 电路的欧姆定律 [问题情境] 用电压表分别测量新干电池和旧干电池两极的电压(近似等于电动势),你有什么发现? 若将新干电池和旧干电池分别对同一规格的小灯泡 供电,灯泡的亮度有何不同?怎样解 释这一现象? 1.闭合电路由哪两部分组成?
2.推导:闭合电路的欧姆定律.
[要点提炼] 1.在外电路中,沿电流方向电势______________. 2.闭合电路的欧姆定律:

[问题延伸] 电源两端的电势差可以这样理解,把电源看做两部分,一部分是理想的电源,电动势为 E, 另一 部分是电源的内电阻 r,沿着电流的方向,经过理想电源电势就升高一个电动势 E, 经过内电阻电势就降低一个 Ir,则电源两极间的电压为______________. 二、路端电压与负载的 关系 [问题情境] 大家几乎都注意过这种现象,傍晚是每一天的用电高峰时段,灯光较暗,而夜深人静时, 若打开灯的话,灯光特别亮;在家用电器使用中,如夏季打开空调后,你会发现灯泡会 变暗,而关掉空调后灯泡又会马上亮起来,这是为什么呢? 1.什么是负载?
2.试分析:当外电阻 R 增大时,路端电压如何变化?
[要点提炼] 1.路端电压与外电阻的关系:当外电阻增大时,路端电压______;当外电阻减小时,路 端电压______. 2.路端电压与电流的关系
图1 对纯电阻电路有:U=E-Ir,对给定的电源,电动势和内电阻为定值,所以路端电压与 电流是线性关系,如图 1 所示,图象表达:U 轴截距是________________,I 轴截距等于 ______ ____,直线的斜率等于____________. 3.外电路断开时,路端电压等于____________,外电路短路时,电路中的电流等于 ____________(表达式).
例 1 如图 2 所示的电路中,电阻 R=10 Ω .当开关 S 断开时,电压表示数为 6 V.当开 关 S 闭合时,电压表示数为 5.46 V,则电源的内阻为多少?
图2

例 2 如图 3 所示是一个实验电路图.当滑动触头由 a 端滑向 b 端的过程中,下列表述正 确的是( )
图3 A.路端电压变小 B.电流表的示数变大 C.电源内阻消耗的功率变小 D.电路的总电阻变大 听课记录:
变式训练 1 在如图 4 所示的电路中,E 为电源的电动势,r 为电源内阻,R1、R3 均为定值 电阻,R2 为滑动变阻器.当 R2 的滑动触头在 a 端时合上开关 S,此时三个电表 A1、A2 和 V 的示数分别为 I1、I2 和 U,现将 R2 的滑动触头向 b 端移动,则三个电表示数变化情况是 ()
图4 A.I1 增大,I2 不变,U 增大 B.I1 减小,I2 增大,U 减小 C.I1 增大,I2 减小,U 增大 D.I1 减小,I2 不变,U 减小 例 3 如图 5 所示,线段 A 为某电源的 U-I 图线,线段 B 为某电阻 R 的 U-I 图线,由上 述电源和电阻组成闭合电路时,则:
图5 (1)电源的输出功率 P 出是多大? (2)电源内部损耗的电功率 P 内是多少?
变式训练 2 如图 6 所示为两个独立电路 A 和 B 的路端电压与其总电流的关系图线,则

()

图6

A.路端电压都为 U1 时,它们的外电阻相等

B.电流 都是 I1 时,两电源内电压相等

C.电路 A 的电动势大于电路 B 的电动势

D.电路 A 中电源的内阻大于电路 B 中电源的内阻

【即学即练】

1.一电池外电路断开时的路端电压为 3 V,接上 8 Ω 的负载后路端电压降为 2.4 V,则

可以判定电池的电动势 E 和内电阻 r 为( )

A.E=2.4 V,r=1 Ω

B.E=3 V,r=2 Ω

C.E=2.4 V,r=2 Ω

D.E=3 V,r=1 Ω

2. 如图 7 所示,电源电动势为 E,内阻为 r.当逐一闭合开关,接入灯泡增多时,以下说

法正确的是( )

图7 A.灯少时各灯较亮,灯多时各灯较暗 B.灯多时各灯两端的电压较低 C.灯多时通过电源的电流较大 D.灯多时通过各灯的电流较大 3. 如图 8 所示,A 灯和 B 灯都未正常发光,当滑动变阻器 R 的滑片 P 向上滑动时,两灯 亮度的变化是( )

图8 A.A 灯变亮,B 灯变亮 B.A 灯变暗,B 灯变亮 C.A 灯变暗,B 灯变暗 D.A 灯变亮,B 灯变暗 4.如图 9 所示为某一电源的 U-I 曲线,由图可知( )

图9 A.电源电动势为 2 V B.电源内电阻为13 Ω C.电源短路时电流为 6 A D.电路路端电压为 1 V 时,电路中电流为 5 A

参考答案

课前自主学习

一、1.闭合 外电路 内电路 正极 负极 负极 正极 正电荷 电势

3.(1)电动势 电阻 (3)纯电阻

二、1.外电压 3.(1)增大 (2)减小 (3)负载 (4)短路 (5)断路 电源电动势

核心知识探究

一、

[问题情境]

1.内电路和外电路

2.设电源的电动势为 E,外电路电阻为 R,内电路电阻为 r,闭合电路的电流为 I.在时 间 t 内,外电路中电能转化成的内能为 Q 外=I2Rt;内电路中电能转化成的内能为 Q 内=I2rt;
非静电力做的功为 W=Eq=EIt(在数值上等于电源转化的总电能).根 据能量守恒定律,

有 W=Q 外+Q 内,所以 EIt=I2Rt+I2rt,整理后得到 E=IR+Ir,即 I=R+E r.

[要点提炼]

1.降低

2.闭合电路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.

[问题延伸]

U=E-Ir.

二、

[问题情境]

1.电路中,消耗电能的元件常常称为负载.

2.当外电阻 R 增大时,根据 I=R+E r可知,总电流 I 减小(E 和 r 为定值);内电压 Ir 减

小,根据 U 外=E-Ir 可知,路端电压 U 外增大. [要点提炼]

1.增大 减小

2.电动势 短路电流 内阻的相反数

3.电源电动势

E r

解题方法探究

例1 1 Ω

解析



S

断开时,R

外→∞,E=U

外=6

V;S

闭合时,U

5.46 外′=IR,I= 10

A=0.546 A.再

由 E=U 外′+I r 得 r=E-IU外′=60-.554.646 Ω ≈1 Ω

例 2 A [滑动触头由 a 端滑向 b 端的过程中,总电阻变小,D 错误;干路电流变大,路

端电压变小,A 正确;内阻消耗的功率变大,C 错误;定值电阻 R3 两端电压降低,电流表 示数变小,B 错误.]

变式训练 1 B [R2 减小,R 总减小,I 增大,Ir 增大,路端电压即 U 减小,I(r+R3)增大, R1、R2 两端并联电压减小,I1 减小,I2 增大,B 正确.] 例 3 (1)4 W (2)2 W

解析 (1)根据题意,从图线 A 可读出 E= 3 V,r=EI=36 Ω =0.5 Ω .

从图线 B 可读出 R=ΔΔ UI=1 Ω .

由电源 E=3

V,r=0.5

Ω

与电阻 R=1

Ω

E3 组成的闭合电路中,I′=R+r=1.5

A=2

A,

则 P 出=I′2R=4 W. (2)P 内=I′2r=2 W.

变式训练 2 ACD [在路端电压与总电流的 U-I 关系图线中,图线在 U 轴上的截距表示

电动势 E,图线斜率的绝对值表示电源的内阻,可见 EA>EB,rA>rB.图中两直线的交点坐 U
标为(I1,U1),由 R=I可知,路端电压都为 U1 时,它们的外电阻相等.由 U′=Ir 可知,

电流都是 I1 时,因 r 不等,两电源内电压不等.所以选项 A、C、D 正确.] 即学即练

1.B [当外电路断路时,I=0,U 外=E=3 V;接上 8 Ω 负载时,I′=U外R′=28.4 A=

0.3 A,则 r=IU′内 =E-IU′外′=3-0.23.4 Ω =2 Ω .]

2.ABC [由于灯泡并联在电路中,所以接入电路的灯泡越多,总电阻越小,电路的总电

流越大,电源的内电压越大,路端电压越低,选项 B、C 正确;路端电压越低,流过每个

灯的电流越小,各电灯越暗,选项 A 正确,选项 D 错误.]

3.A [当滑动变阻器 R 的滑片 P 向上滑动时,接入电路的有效电阻变大,R 与灯 A 的并

联电阻变大,闭合回路的总电阻变大,则总电流变小,由 U=E-Ir 可知路端电压变大,

灯 B 两端电压变大,则灯 B 变亮;由串联电路的分压关系可知灯 A 两端电压变大,则灯 A

也变亮.因此选项 A 正确.]

4.AD

[由

U-I

图知,电源的电动势

E=2

V,r=|Δ Δ

UI|=16.2

Ω =0.2

Ω

.当

U=1

V 时,

E-U 2-1 I= r = 0.2

A=5

A.]



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