高中物理人教版 (新课标)选修37 闭合电路欧姆定律导学案

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修37 闭合电路欧姆定律导学案，共7页。学案主要包含了闭合电路的欧姆定律，路端电压与负载的关系等内容，欢迎下载使用。
课题
2.7 闭合电路的欧姆定律
学习目标
1通过预习能够推导出闭合电路欧姆定律及其公式，能说出电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和。
2、通过实验理解路端电压与负载的关系，说出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、通过分析和实验掌握电源断路和短路两种特殊情况下的特点。说出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、通过讨论理解闭合电路的功率表达式，说出闭合电路中能量的转化
学习重、难点
重点1、推导闭合电路欧姆定律，应用定律进行有关讨论。
2、路端电压与负载的关系
难点 路端电压与负载的关系
学法指导
通过图像来分析实验。
课前预习
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 .
(2)公式表示：①I＝eq \f(E,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－eq \f(E,R＋r)r.
(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＝eq \f(E,r)，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________.
预习评价
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eq \f(1,3) 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
课堂学习流程设计
用案人自我创新
【课程导学】
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).
【范例精析】
例1如图所示，电源的电动势是6V，内电阻是0.5,小电动机M的线圈电阻为0.5，限流电阻R0为3，若电压表的示数为3V，试求：
⑴电源的功率和电源的输出功率
⑵电动机消耗的功率和电动机输出的机械功率
解析⑴在串联电路中,电压表读R0两端的电压,由
欧姆定律得I=
电源的总功率：P总=EI=6W
由能量转化和守恒定律得：P输出=P总-Pr=6-12×0.5=5.5W
⑵电源的输出功率为电动机和限流电阻获得功率之和，
P输出=PM+PO
PO=I2RO=3W
PM= P输出- PO=5.5-3=2.5W
有PM=P机+PMr
得P机=PM-PMr=2.5-I2r=2.5-0.5=2W
例2如图所示的电路中，R1和R2是定值电阻，在滑动变阻器R的滑动片P从下端a逐渐滑到上端b的过程中，电阻R1上消耗的电功率 （ ）
一定是逐渐减小
有可能逐渐减小
有可能先变小后变大
一定是先变小后变大
解析R1为定值电阻，由P1=I2R1可知R1消耗功率由干路电流I决定，而干路电流的变化则由R、R2部分电路总电阻变化引起，设该部分的总电阻为RP，则
RP=
由极限定理可得：Rap+R2+RPb=R+R2=定值
当（Rap+R2）=RPb时，（Rap+R2）·RPb=最大值
此时RP最大。
讨论：若R≤R2，则P在向上移动过程中，RP一定减小。
由闭合电路欧姆定律I=一定增大，R1消耗变大。
若R＞R2，则P在向上移动过程中，RP先变大，当取得最大值后，RP再减小，这样回路中电流先变小，再变大，R1消耗的功率也先变小，再变大。
答案C
例3如图所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1＝10Ω，R2的阻值未知，R3是一个滑动变阻器，在其滑片从最左端滑至最右端的过程中，测得电源的路端电压U随电流I的变化图线如图所示，其中图线上的A、B两点是滑片在变阻器两个不同的端点时分别得到的。求：
⑴电源的电动势和内电阻；
⑵定值电阻R2的阻值；
⑶滑动变阻器R3的最大值；
⑷上述过程中R1上得到的最大功率以及电源的最大输出功率。
解析⑴由闭合电路欧姆定律得E=U+Ir
将图象中A、B两点的电压和电流代入和得
E=16+0.2r E=4+0.8r
联立解得E=20V r=20
⑵当R3的滑键自左向右滑时，R3阻值变小，使电路总电阻变小，而总电流变大。由此可知，图线上的A、B两点是滑键分别位于最左端和最右端时所得到的。当滑键位于最右端时，R3=0，R1被短路，外电路总电阻即为R2，故由B点的U、I值可求出R2。
R2=
⑶当滑键在最左端时，其阻值最大，并对应着图线上的A点，故由A点的U、I值可求出此时外电路总电阻，再根据串、并联电路的规律可求出R3的最大值。
R总=
又R总=
代入数值解得滑动变阻器的最大值R3=300
⑷当R1消耗的功率最大时，它两端电压最大，由UR1=E-I（R2+ r）知，这时电路的总电流I应最小，故应把滑动变阻器的阻值调到最大，再结合上面求出的有关数据，便不难得出R1消耗的最大功率。
当R3=300时，I=
此时R1两端的电压为：U1=I·
则R1消耗的最大功率为P1m=
又当R外=r时，电源输出功率最大，即有
Pm=
达标检测
A类
1、若用E表示总电动势，U表示外电压，U/表示内电压，R表示外电路总电阻，r表示内电阻，I表示总电流强度，考察下列各关系式
⑴U/=IR ⑵U /=E-U ⑶E=U+Ir ⑷I=E/(R+r) ⑸U=ER/(R+r) ⑹U=E+Ir
上述关系式中成立的是（ ）
A、⑴⑵⑶⑷ B、⑵⑶⑷⑸ C、⑶⑷⑸⑹ D、⑴⑶⑸⑹
2、下列关于闭合电路的说法中，错误的是（ ）
电源短路时，电源的内电压等于电动势
电源短路时，路端电压为零
电源断路时，路端电压最大
电源的负载增加时，路端电压增大
3、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（ ）
电流强度的大小，且与电流强度的平方成正比
电源电动势的大小，且与电动势的大小成正比
路端电压的大小，且与路端电压的大小成正比
各部分电阻值的大小，且与电阻值成反比
4、如图所示A灯与B灯的电阻相同，当滑动变阻器R的滑动片P向上滑动时，两灯亮度变化是（ ）
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
5、在图所示的电路中，R2为定值电阻，R1为滑动变阻器，当滑动变阻器的滑片P向左滑动时（ ）
A、电流表示数变大，电压表示数变小
B、电流表示数变小，电压表示数变大
C电流表和电压表示数都变小
D电流表和电压表示数都变大
6、如上图所示的电路中，调节滑动变阻器，电压表的读数由6V变为5V，电流表读数的变化量为0.5A，则下列说法中正确的是：（ ）
A、电流表的读数变小了，电源的内阻为10Ω
B、电流表的读数变大了，电源的内阻为20Ω
C、电流表的读数变大了，电源的内阻为2Ω
D、由于不知道电流表的具体读数，因此无法计算电源的内阻
7、电动势为3V、内电阻为1的电源只给一个额定电压为3V的小灯泡供电，若小灯泡两端的实际电压为2.5V，忽略温度对灯泡电阻的影响，则此时小灯泡的实际功率是 W，小灯泡的额定功率是 。
8、如图所示电路，当变阻器滑动触头向下滑动时，请讨论电路中各电流表、电压表的示数的变化情况，其中：
电流表A1的读数将
电流表A2的读数将
电流表A3的读数将
电压表V1的读数将
电压表V2的读数将
电压表V3的读数将
9、如图所示，电源电动势E=10V，内电阻r=2，R1=28，R2=30，R3=60，电容C=4×10-8F，试求：
⑴开关S断开和闭合时电容器所带电量之比
⑵开关S闭合后通过R3的电量

10、有一电动势为30V、内电阻为1的电源，将它与一盏额定电压为6V、额定功率为12W的小灯泡及一台线圈电阻为2的电动机串联成闭合电路，小灯泡恰好正常发光，求电动机的输出功率。

11、手电筒的两节干电池用了很久后，小灯泡只能发出很微弱的光了。把这两节干电池取出来，用电压表测量，每一节干电池两端的电压都很接近于1.5V，把它们装入电子钟里，电子钟能正常工作，试用闭合电路欧姆定律来解释这个现象。
B类
1、如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑动触点向下移动时，各灯的亮度变化情况是：（ ）
A、A、B、C三灯都变亮
B、A、B灯变亮，C灯变暗
C、A灯变亮， B、C灯变暗
D、A、C灯变亮，B灯变暗
2、在如图所示的电路中，开关S闭合后，和未闭合开关S前相比较三个电表的读数变化情况是：（ ）
V变大、A1变大、A2变小
V变大、A1变小、A2变大
V变小、A1变大、A2变小
V变小、A1变小、A2变大
3、一个电源对外电路负载电阻R供电，电源电动势为E，内阻为r，要让负载电阻R获得尽可能大的电压，R和r的大小关系为 ；要使R中的电流尽可能大，R和r的大小关系为 ；要使R消耗的功率尽可能大，R和r的大小关系为 。
4、如图所示电路，变阻器R1的最大值为4Ω，此时它的有效电阻为2Ω，定值电阻R2＝6Ω，电源内阻r＝1Ω。当开关闭合时，电源消耗的总功率为16W，输出功率为12W，这时灯正常发光。求：
⑴电灯的电阻；
⑵当开关断开时，要使灯仍能正常发光，R1的滑片应当移到什么位置？并求出此时电源的输出功率和电源的效率？

学
习
反
思