高二物理 第七讲焦耳定律闭合电路欧姆定律 学案Word文档格式.docx

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3.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。

4.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。

（二）过程与方法

1.通过推导电功计算公式和焦耳定律，培养学生的分析、推理能力。

2.通过利用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题，培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。

（三）情感、态度与价值观

1.通过电能与其他形式能量的转化和守恒，进一步渗透辩证唯物主义观点的教育。

2.通过本节课教学，加强对学生科学素质的培养，通过探究物理规律培养学生的创新精神和实践能力。

学习重点

电功、电功率的概念、公式；

焦耳定律、电热功率的概念、公式;

闭合电路欧姆定律

学习难点

电功率和热功率的区别和联系;

路端电压与负载的关系

学习过程

一、复习预习

教师：

用电器通电后，可以将电能转化成其他形式的能量，请同学们列举生活中常用的用电器，并说明其能量的转化情况。

学生：

（1）；

（2）；

（3）；

（4）。

用电器把电能转化成其他形式能的过程，就是电流做功的过程。

电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢？

本节课我们学习关于电功和电功率的知识。

二、知识讲解

考点/易错点1电功和电功率

请同学们思考下列问题

（1）电场力的功的定义式是什么?

（2）电流的定义式是什么?

（1）

（2）

一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I，在时间t内通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少?

。

这相当于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。

在这个过程中，电场力做了多少功？

在这段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称电功。

电功：

（1）定义：

在一段电路中电场力所做的功，就是电流所做的功，简称电功.

（2）定义式：

W=UIT

电功的定义式用语言如何表述？

请同学们说出电功的单位有哪些？

1kW·

h的物理意义是什么？

h等于多少焦？

h=1000W×

3600s=3.6×

106J

说明：

使用电功的定义式计算时，要注意电压U的单位用V，电流I的单位用A，通电时间t的单位用s，求出的电功W的单位就是J。

在相同的时间里，电流通过不同用电器所做的功一般不同。

例如，在相同时间里，电流通过电力机车的电动机所做的功要显著大于通过电风扇的电动机所做的功。

电流做功不仅有多少，而且还有快慢，为了描述电流做功的快慢，引入电功率的概念。

单位时间内电流所做的功叫做电功率。

用P表示电功率。

P==IU

（3）单位：

瓦（W）、千瓦（kW）

［说明］电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”不同。

电流做功快，但做功不一定多；

电流做功慢，但做功不一定少。

在力学中我们讲功率时有平均功率和瞬时功率之分，电功率有无平均功率和瞬时功率之分呢？

师生共同总结：

（1）利用P=计算出的功率是时间t内的平均功率。

（2）利用P=IU计算时，若U是某一时刻的电压，I是这一时刻的电流，则P=IU就是该时刻的瞬时功率。

为什么课本没提这一点呢？

这一章我们研究的是恒定电流，用电器的构造一定，通过的电流为恒定电流，则用电器两端的电压必是定值，所以U和I的乘积P不随时间变化，也就是说瞬时功率与平均功率总是相等的，故没有必要分什么平均功率和瞬时功率了。

［说明］利用电功率的公式P=IU计算时，电压U的单位用V，电流I的单位用A，电功率P的单位就是W。

考点/易错点2、焦耳定律

电流做功，消耗的是电能。

电能转化为什么形式的能与电路中的电学元件有关。

在纯电阻元件中电能完全转化成内能，于是导体发热。

设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为R，通过的电流为I，试计算在时间t内电流通过此电阻产生的热量Q。

教师指出：

这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律，同学们在初中已经学过了。

热功率：

单位时间内发热的功率叫做热功率。

P热==I2R

瓦（W）

考点/易错点3、闭合电路欧姆定律

闭合电路是由哪几部分组成的？

在外电路中，沿电流方向，电势如何变化？

为什么？

在内电路中，沿电流方向，电势如何变化？

学生讨论：

如果电源是一节干电池，在电源的正负极附近存在着化学反应层，反应层中非静电力（化学作用）把正电荷从电势低处移到电势高处，在这两个反应层中，沿电流方向电势升高。

在正负极之间，电源的内阻中也有电流，沿电流方向电势降低。

引导学生推导闭合电路的欧姆定律。

可按以下思路进行：

设电源电动势为E，内阻为r，外电路电阻为R，闭合电路的电流为I，

（1）写出在t时间内，外电路中消耗的电能E外的表达式；

（2）写出在t时间内，内电路中消耗的电能E内的表达式；

（3）写出在t时间内，电源中非静电力做的功W的表达式；

（1

（3）

根据能量守恒定律，W=E外+E内即EIt=I2Rt+I2rt

整理得：

E=IR+Ir或者

这就是闭合电路的欧姆定律。

（1）内容：

闭合电路中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，这个结论叫做闭合电路的欧姆定律。

（2）公式：

I=

（3）适用条件：

外电路是纯电阻的电路。

根据欧姆定律，外电路两端的电势降落为U外=IR，习惯上成为路端电压，内电路的电势降落为U内=Ir，代入E=IR+Ir

得

该式表明，电动势等于内外电路电势降落之和。

考点/易错点4、路端电压与负载的关系

对给定的电源，E、r均为定值，外电阻变化时，电路中的电流如何变化？

外电阻增大时，路端电压如何变化？

探讨路端电压随外电阻变化的规律。

（1）电路图如图所示。

（2）调节滑动变阻器，改变外电路的电阻，观察路端电压怎样随电流（或外电阻）而改变。

总结实验结论：

当外电阻增大时，电流减小，路端电压增大；

当外电阻减小时，电流增大，路端电压减小。

下面用前面学过的知识讨论它们之间的关系。

路端电压与电流的关系式是什么？

就某个电源来说，电动势E和内阻r是一定的。

当R增大时，由得，I减小，由U=E-Ir，路端电压增大。

反之，当R减小时，由得，I增大，由U=E-Ir，路端电压减小。

刚才我们讨论了路端电压跟外电阻的关系，请同学们思考：

在闭合电路中，当外电阻等于零时，会发生什么现象？

发生上述现象时，电流有多大？

一般情况下，电源内阻很小，像铅蓄电池的内阻只有0.005Ω~0.1Ω，干电池的内阻通常也不到1Ω，所以短路时电流很大，很大的电流会造成什么后果？

实际中，要防止短路现象的发生。

当外电阻很大时，又会发生什么现象呢？

电压表测电动势就是利用了这一原理。

3、闭合电路欧姆定律的应用

师生共同分析课本例题1.

讨论：

电源的U—I图象

根据U=E-Ir，利用数学知识可以知道路端电压U是电流I的一次函数，同学们能否作出U—I图象呢？

从图象可以看出路端电压与电流的关系是什么？

.

直线与纵轴的交点表示的物理意义是什么？

直线的斜率呢？

三、例题精析

考点1：

电功和电功率

【基础】

【例题1】

【题干】不考虑温度对电阻的影响，对一个“220V，40W”的灯泡，下列说法正确的是（）

A.接在110V的电路上时的功率为20WB.接在110V的电路上时的功率为10W

C.接在440V的电路上时的功率为160WD.接在220V的电路上时的功率为40W

【答案】BD

【解析】说明：

灯泡是我们常用的用电器，解题时一般不考虑温度对其电阻的影响。

用电器的标称值，指其额定值，即用电器在正常工作时的电压、功率以及电流值，由P额=U额·

I额可知，P、U、I有同时达到、同时超过、同时不满足的特点。

【巩固】

【例题2】

【题干】规格为“220V　36W”的排气扇，线圈的电阻为40Ω，求接上220V电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热功率分别为多少？

【答案】　35W　1W

【解析】　排气扇正常工作的电流I＝＝A≈0.16A，

发热功率P热＝I2R＝0.162×

40W≈1W，

转化为机械能的功率P机＝P－P热＝36W－1W＝35W.

【拔高】

【例题3】

【题干】额定电压都是110V，额定功率PA＝100W、PB＝40W的电灯两盏，按如下图所示的四种方式接在电压是220V的电路两端，要求每盏电灯均能正常发光，且电路中消耗的电功率最小，则正确的电路是（　　）

【答案】C

【解析】若要使两电灯均正常发光，亦即每灯的电压均为110V．因为PA>

PB，根据R＝，可知，RA<

RB.在电路A中，由串联电路的特点可知电灯A两端的电压UA小于B两端的电压UB，所以UB>

110V，B灯将被烧坏；

B电路中，A灯并联一个电阻后，并联部分电阻更小，当然有R并<

RB，所以仍有UB>

C电路中，B灯与变阻器并联后的电阻可能等于A灯的电阻，所以当变阻器的阻值为某一适当的值时，可以使UA等于UB，这时两灯正常发光，并联部分电路消耗的电功率等于A灯的电功率，所以电路消耗的总并联后的电阻时，电灯两端的电压均为110V，此时两灯均可正常发光，变阻器消耗的电功率等于并联部分消耗的功率，所以电路消耗的总功率为280W．综上所述，本题正确选项为C.

考点2：

纯电阻电路和非纯电阻电路的电功率计算

【例题4】

【题干】一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3V，电流为0.3A。

松开转轴，在线圈两端加电压为2V时，电流为0.8A，电动机正常工作。

求该电动机正常工作时，输入的电功率是多少?

电动机的机械功率是多少?

【答案】0.96W

【解析】解析：

电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得电动机线圈内阻：

电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为

P入=I1U1＝0.8×

2W＝1.6W

电动机的机械功率

P机=P入-I12r=1.6-0.82×

1W=0.96W

在非纯电阻电路里，要注意区别电功和电热，注意应用能量守恒定律。

①电热Q=I2Rt。

②电动机消耗的电能也就是电流的功W=Iut。

③由能量守恒得W=Q+E，E为其他形式的能，这里是机械能；

④对电动机来说，输入的功率P入=IU；

发热的功率P热=I2R；

输出的功率，即机械功率P机=P入-P热=UI-I2R。

【例题5】

【题干】有一提升重物用的直流电动机，内阻r=0.6Ω，R=10Ω，U=160V，电压表的读数为110V，求