高中物理闭合电路的欧姆定律导学案

这是一份高中物理闭合电路的欧姆定律导学案，共8页。
一、电动势
1．电路
(1)闭合电路：用导线把________、用电器连成的电路叫闭合电路。
(2)外电路和外阻：电源________的电路叫作外电路，外电路上的电阻称为外电阻。
(3)内电路和内阻：电源________的电路叫作内电路，内电路上的电阻称为内阻。
(4)电流方向：在外电路中，电流由电势高的________流向电势低的________；在内电路中，电流从电势低的________流向电势高的________。
2．非静电力：电源提供的用来克服静电力做功而把正电荷由负极搬运到正极的力。
3．内、外电路能量转化关系
(1)在外电路中自由电荷在静电力的作用下移动，静电力做正功，正电荷从正极流向负极，________转化为其他形式的能。
(2)在电源内部自由电荷在非静电力的作用下移动，非静电力做正功，把正电荷从负极搬动到正极，将________转化为电能。
4．电源
从能量转化的角度看，电源是通过________做功将其他形式的能________。
电源内部由导体组成，因此也有电阻，这个电阻叫作电源的内阻(符号用________表示)。
5．电动势
(1)定义
在电源内部，非静电力移动电荷，增加电荷的电势能。在物理学中，我们用非静电力所做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的这种特性，叫作电动势。
(2)公式：_______。
(3)单位：________，符号为V。
(4)物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电能的本领的大小。电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内部从________移送到________所做的功。
(1)电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。( )
(2)E＝eq \f(W,q)只是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小由电源内非静电力的特性决定。( )
(3)一节1.5 V的5号干电池和一节1.5 V的7号干电池把其他形式的能转化为电能的本领一样大。( )
(4)电动势定义式E＝eq \f(W,q)中的W与电压U＝eq \f(W,q)中的W是同种性质力所做的功。( )
(5)电动势跟电源的体积无关，外电路变化时，电动势也变化。( )
例1 铅蓄电池的电动势为2 V，这表示( )
A．电源将1 C的正电荷从正极移至负极的过程中，2 J的化学能转变为电能
B．电源将1 C的正电荷从负极移至正极的过程中，2 J的化学能转变为电能
C．铅蓄电池在1 s内将2 J的化学能转变为电能
D．铅蓄电池比一节干电池(电动势为1.5 V)的体积大，故电动势大
二、研究闭合电路欧姆定律
如图为一闭合电路，闭合开关后
(1)在外电路和内电路中，沿电流方向的各点的电势如何变化？
(2)若电源电动势为E，电路中的电流为I，在t时间内，非静电力做功产生的电能是多少？内、外电路中产生的焦耳热分别为多少？根据能量守恒定律，它们之间有怎样的关系？
(3)内、外电路电势如何变化？
1．闭合电路的欧姆定律：闭合电路中的电流与电源的________成正比，与内、外电路的________成反比。
2．表达式：I＝______。
3．另外两种表达形式：(1)E＝U外＋________；
(2)E＝IR＋________。
若外电路含有电动机，消耗的电能与整个回路生成的热能还相等吗？闭合电路的欧姆定律I＝eq \f(E,R＋r)还成立吗？
例2 小明坐汽车的副驾驶位上看到一个现象：当汽车的电动机启动时，汽车的车灯会变暗。汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路图如图所示，已知汽车电源电动势为12.5 V，内阻为0.05 Ω，车灯接通、电动机未启动时，电流表示数为10 A，电动机启动的瞬时，电流表示数达到60 A，求：
(1)车灯的电阻；
(2)电动机启动时，车灯两端的电压；
(3)根据题给数据可以求出电动机线圈阻值吗？
闭合电路欧姆定律的表达形式有：
①E＝U外＋U内＝U外＋Ir(电压形式)
②I＝eq \f(E,R＋r)(电流形式)
需注意的是电压形式适用于任何电路，而电流形式只适用于外电路为纯电阻的电路。
例3 (2023·清远市高二期末)如图所示，R3＝0.5 Ω，S断开时，两表读数分别为0.8 A和4.8 V，S闭合时，它们的读数分别变为1.4 A和4.2 V。两表均视为理想电表，求：
(1)R1、R2的阻值；
(2)电源的电动势和内阻。
闭合电路问题的求解方法
1．分析电路特点：认清各元件之间的串、并联关系，特别要注意电压表测量哪一部分的电压，电流表测量哪个用电器的电流。
2．部分电路的欧姆定律应用于某部分电路，闭合电路的欧姆定律应用于全电路，研究对象不同，应加以区分。
3．开关断开、闭合对应于电路的两种形式，可列两个方程，要加强方程的思想。
三、路端电压与负载的关系
1.在如图所示的电路中，电源的电动势E＝10 V，内电阻r＝1 Ω，试求当外电阻分别是3 Ω、4 Ω、9 Ω时所对应的路端电压。通过数据计算，你发现了怎样的规律？
2．根据闭合电路欧姆定律写出路端电压U与干路电流I之间的关系式，并画出U－I图像。
1．路端电压与负载
(1)路端电压U：是外电路上总的电势降落，又叫外电压。
(2)负载R：电路中消耗电能的用电器称为负载。
2．路端电压与干路电流的关系
(1)路端电压的表达式：U＝________。
(2)路端电压随外电阻的变化规律：当外电阻R增大时，由I＝eq \f(E,R＋r)可知电流I________，内电压U内＝Ir逐渐________，路端电压U＝E－Ir________；反之亦然。
(3)两种特殊情况：当外电路断开时，电流I变为________，U＝________，即断路时的路端电压等于________。
当电源两端短路时，外电阻R＝0，此时电流I＝eq \f(E,r)。(注意：这种情况实际操作不允许)
(4)U－I图像
路端电压与干路电流的U－I图像是一条向下倾斜的直线，如图甲所示。
甲
3．路端电压与负载的关系
(1)路端电压与R的关系式U＝______________。
(2)R增大，U________，R减小，U________。
(3)当R＝0时，U＝________；当R＝∞时，U＝________。
(4)U－R图像
路端电压与负载电阻的U－R图像是一条路端电压趋近于E的渐近线，如图乙所示。
乙
依据路端电压与电流的函数关系式，分析U－I关系图像的斜率大小及截距的物理意义。
例4 (多选)(2024·佛山市高二期中)如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图像，下列结论正确的是( )
A．电源的电动势为6.0 V
B．电源的内阻为12 Ω
C．电源的短路电流为0.5 A
D．电流为0.3 A时的外电阻是18 Ω
例5 如图所示，甲图中变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙中的AC、BC两直线所示。不考虑电表对电路的影响。
(1)电压表V1、V2的示数随电流表示数的变化图像应分别为U－I图像中的哪一条直线？
(2)定值电阻R0、变阻器的总电阻R分别为多少？
(3)求出电源的电动势和内阻。
第二节 闭合电路的欧姆定律
一、
梳理与总结
1．(1)电源 (2)外部 (3)内部
(4)正极 负极 负极 正极
3．(1)电能 (2)其他形式的能
4．非静电力 转化为电能的装置 r
5．(2)E＝eq \f(W,q) (3)伏特 (4)负极 正极
二、
(1)在外电路中沿电流方向电势降低；在内电路中沿电流方向电势升高。
(2)非静电力做功产生的电能为EIt
外电路产生的焦耳热Q外＝I2Rt
内电路产生的焦耳热Q内＝I2rt
它们之间的关系EIt＝I2Rt＋I2rt
变形得E＝I(R＋r)。
(3)外电路中沿电流方向电势降落，电压为U外＝IR；内电路中，一方面因为电源有内阻，电势降落，U内＝Ir，另一方面，非静电力做功，使电势升高，升高的电势为E，即内电路中电势是升中有降，关系为E＝U外＋U内＝I(R＋r)。
梳理与总结
1．电动势 电阻之和 2.eq \f(E,R＋r)
3．(1)U内 (2)Ir
讨论与交流
若外电路含有电动机，电动机主要对外做功，电能主要转化为其他形式的能，生热只是一部分，故消耗的电能大于生成的热能，故EIt>I2Rt＋I2rt，I