闭合电路欧姆定律.docx

闭合电路欧姆定律.docx

《闭合电路欧姆定律.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《闭合电路欧姆定律.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

闭合电路欧姆定律

第四节闭合电路欧姆定律

●教学目标

一、知识目标

１.理解电动势的定义，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.

2.知道电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和.

3.理解闭合电路欧姆定律及其公式，并能熟练地用来解决有关的电路问题.

4.理解路端电压与电流（或外电阻）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.

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、能力目标

1.通过演示路端电压与外电阻的关系实验，培养学生利用“实验研究，得出结论”的探究物理规律的科学思路和方法.

2.通过研究路端电压与电流关系的公式、图线及图线的物理意义，培养学生应用数学工具解决物理问题的能力.

3.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、德育目标

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

●教学重点

1.闭合电路的欧姆定律

2.路端电压与电流（外电阻）关系的公式表示及图线表示.

●教学难点

1.电动势的概念.

2.路端电压与电流（或外电阻）的关系.

●教学方法

在教师指导下，师生共同探讨的启发式教学，通过演示实验，讨论、讲解、练习、电教等方法完成教学任务.

●教学用具

干电池（1号、5号、2号），铅蓄电池、可调内阻电池、叠层电池、滑动变阻器、电压表、电流表、导线若干、示教板电路1、示教板电路2、实物投影仪、多媒体电脑、自制课件.

●课时安排

1课时

●教学过程

［投影］本节课学习目标：

1.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.

2.知道闭合电路中，电源的电动势与内、外电压的关系.

3.掌握闭合电路的欧姆定律，并能用来解决有关的电路问题.

4.知道路端电压与电流的关系式及图线.

5.知道路端电压随外电阻的增大而增大，随着外电阻的减小而减小.

6.知道闭合电路中功率的表达式.

●学习目标完成过程

一、引入

［教师］

（1）最简单的电路由哪几部分组成？

（2）用电器中持续恒定电流的条件是什么？

［学生］

（1）最简单的电路是由电源、用电器、开关、导线组成的电流路径.

（2）用电器中有持续恒定电流的条件是：

用电器两端有恒定的电压，即用电器接在电源的两极上.

［教师］同学们在实验室常用的电源有哪些？

［学生］干电池、蓄电池.

［教师］向学生出示各种电池，并认识它们的正、负极.

干电池（1号、5号、2号）、铅蓄电池、可调内阻铅蓄电池、叠式电池、钮扣式氧化银电池.

［演示实验］用电压表测量电池没有接入电路时两极间的电压.

［实验结果］干电池（1号、5号、2号）的电压约1.5V，铅蓄电池的电压约2.0V，可调内阻铅蓄电池的电压约2.0V，叠层电池的电压约9.0V.

［教师］从上面的实验可得出什么结论？

［学生讨论并回答］

从上面的测量结果可以看出：

没有接入电路时类型相同的电池两极间的电压相同，而类型不同的电池两极间的电压不同.

［教师］此电压是由什么因素决定的？

［学生］由电源本身的性质决定的.

［教师］物理上为了表征电源的这种特性，引入电动势的概念.

［板书］第四节闭合电路欧姆定律

二、教学新课

（一）电动势

［板书］电源的电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压.

［教师］上面我们讨论了电源没有接入电路时电动势的数值，那么当电源接入闭合电路中时，情况又怎么样呢？

为此，我们先认识闭合电路的两部分组成.

［投影］介绍闭合电路，学生认识内电路、外电路、内电阻、外电阻.如图所示

［学生］总结外电路、内电路、外电阻、内电阻.

外电路：

电源外部的电路，包括用电器、导线等.

内电路：

电源内部的电路.

外电阻：

外电路的总电阻.

内电阻：

内电路的电阻、通常称为电源的内阻.

［教师］利用CAI课件研究闭合电路中，电源电动势E跟U内、U外的关系：

如图所示.

（1）在外电路中，电流由电势高的一端流向电势低的一端，在外电阻上沿电流方向有电势降落

U外，在内阻上也有电势降落U内.

（2）在电源内部，由负极到正极电势升高，升高的数值等于电源的电动势E.

（3）理论分析表明：

在闭合电路中，电源内部电势升高的数值等于电路中电势降落的数值，即电源的电动势E等于U内与U外之和.

［板书］在闭合电路中，电源的电动势E等于内外电路上的电势降落U内、U外之和.

E=U外+U内

［教师］闭合电路中电势升降可用“儿童滑梯”作类比.图中儿童滑梯两端的高度差相当于内、外电阻两端的电势差，电源就像升降机，升降机举起的高度相当于电源的电动势.如图所示.

［练习］出示如图装置示教板，将开关分别拨向1和2，从电压表读出的是什么？

［学生］电源电动势.

［教师］分别将开关拨向1和2，让学生通过电压表的实物投影读出电源E1和E2的电动势.

［学生］E1=3V，E2=9V

［教师］将电压表换成小灯泡，开关接1时，小灯泡很亮，几乎发白光.问开关接2时，会发生什么情况？

［学生］烧毁或更亮.

［教师］开关接通2，小灯光还不如接1时亮.

［学生］好奇，形成强烈反差.

［教师］学习了闭合电路的欧姆定律后，我们就能解释这一现象了.

（二）闭合电路欧姆定律

［投影］如右图所示电路

［教师］闭合电路中，流过内电路和外电路的电流有什么关系？

［学生］相等.

［教师］电源的电动势E与内外电压U内、U外之间的关系怎样？

［学生］E=U内+U外

［教师］设闭合电路中的电流为I，外电阻为R，内阻为r，电源电动势为E，由部分电路欧姆定律可以将上式进一步写成怎样的形式？

［学生］根据欧姆定律，外电压U外=IR，内电压U内=Ir，代入E=U内+U外可得，E=Ir+IR

［教师］如果我们要探讨电路里电流I和哪些因素有关，有什么关系，还需要把上式改写成怎样的形式？

［学生］可以改写成：

I=

［教师］这就是闭合电路的欧姆定律.

［板书］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.

（三）路端电压跟负载的关系

［教师］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？

［学生］据I=

可知，R增大时I减小；R减小时I增大.

［教师］外电阻增大时，路端电压如何变化？

［学生］有人说变大，有人说变小.

［教师］实践是检验真理的惟一标准，让我们一起来做下面的实验.

［演示实验］探讨路端电压随外电阻变化的规律.

（1）投影实验电路图如图所示.

（2）按电路图连接电路.

（3）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.

［学生］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.

［教师］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？

［学生］U=E-Ir

［教师］就某个电源来说，电动势E和内阻r是一定的，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？

［学生］路端电压U与电流I的关系图象是一条向下倾斜的直线.

［投影］U—I图象如图所示.

［教师］从图象可以看出路端电压与电流的关系是什么？

［学生］U随着I的增大而减小.

［教师］直线与纵轴的交点表示的物理意义是什么？

直线的斜率呢？

［学生］直线与纵轴的交点表示电源的电动势E，直线的斜率的绝对值表示电源的内阻.

［板书］路端电压随着电流的增大而减小，或路端电压随着外电阻的增大而增大.

［教师］能否根据闭合电路的欧姆定律从理论上分析路端电压与电流（或外电阻）的关系呢？

［学生］在教师的指导下分析：

当外电阻R增大时，根据闭合电路欧姆定律I=

可知，电流I减小，内电压U内=Ir减小，路端电压U=E-Ir增大.

同理可判断R减小时的情况.

［教师］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？

［学生］发生短路现象.

［教师］发生上述现象时，电流有多大？

［学生］当发生短路时，外电阻R=0，U外=0，U内=E=Ir，故短路电流I=

.

［教师］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？

［学生］若电路中有保险丝，会引起保险丝熔断.否则可能烧坏电源，也可能引起火灾.

［教师］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？

［学生］断路.断路时，外电阻R→∝，电流I=0，U内=0，U外=E.

［教师］电压表测电动势就是利用了这一原理.

［练习］出示如图的示教板.逐个合上开关，灯泡的亮度会不会发生变化？

［学生］讨论，看法不一.

［演示实验］学生观察.

［实验结果］发现接入电路中的灯泡越多，灯泡的亮度逐渐变暗.

［教师］怎样解释上面的现象?

［学生］随着灯泡逐渐接入，外电路的总电阻逐渐减小，外电路的端电压逐渐减小，据P=

可知，灯泡消耗的实际功率逐渐变小，灯泡亮度变暗.

［练习］请同学们思考示教板1的实验中，为什么接2时小灯泡更暗？

［学生］讨论并回答.

应该是开关接2时，E2和小灯泡构成闭合电路,由于E2的内阻很大,故第二次加在小灯泡两端的电压比第一次小,所以第二次灯泡发光较暗.

［教师］同学们的推理是否正确?

让我们用实验验证一下.

［演示实验］用电压表测出示教板1电路中,开关接1和接2两种情况下的路端电压.

［实验结果］第二次时的路端电压确实小于第一次时的路端电压,证实了同学们的回答是正确的.

（四）闭合电路中的功率

［教师］据E=U外+U内，两边乘以电流，得到EI=U外I+U内I，式中的EI、U外I、U内I分别表示什么物理意义？

［学生］EI表示电源提供的电功率；U外I表示外电路上消耗的电功率；U内I表示内电路上消耗的电功率.

［教师］EI=U外I+U内I说明了什么？

［学生］说明了电源提供的电能只有一部分消耗在外电路上，转化为其他形式的能，另一部分消耗在内阻上，转化为内能.

［教师］实际上，上式也表明：

电源的电动势越大，电源提供的电功率就越大，这表示电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大.

［板书］闭合电路中的功率：

EI=U外I+U内I

（五）例题分析

［投影］教材例题1，如图所示.

解析：

由题意知，电动势E=1.5V，外电阻R=1.38Ω，内阻r=0.12Ω.

由闭合电路欧姆定律可求出电流I：

I=

A=1A

路端电压为U=IR=1×1.38V=1.38V

［说明］路端电压随外电阻变化的根本原因是由于电源有内阻，若电源的内阻r=0，这样的理想电源，它的路端电压不随外电阻的变化而变化，初中讨论的都是这样的电源.但是实际中的电源都有内阻，正是由于r≠0，才导致了路端电压随外电阻的变化而变化.

［投影］教材例题2，如图所示.

解析：

由题意知，R1=14Ω，R2=9Ω，I1=0.2A,I2=0.3A，根据闭合电路欧姆定律可列出方程：

E=I1R1+I1rE=I2R2+I2r

消去E，解出r，得r=

代入数值，得r=1Ω.

将r值代入E=I1R1+I1r中，得E=3V

［说明］这道例题为我们提供了一种测量电源的电动势E和内阻r的方法.同学们课后可以思考：

若给你一个电压表、一个电阻箱、导线若干、开关，如何测一节干电池的电动势和内阻？

若给你一个电压表和一个电流表呢？

三、巩固练习

1.在如图所示的电路中，R1=10Ω，R2=20Ω，滑动变阻器R的阻值为0~50Ω，当滑动触头P由I向b滑动的过程中，灯泡L的亮度变化情况是_______

A.逐渐变亮

B.逐渐变暗

C.先变亮后变暗

D.先变暗后变亮

2.如图所示电路，电源内阻不能忽略，R1阻值小于变阻器的总电阻（R1≠0），当滑动变阻器的滑片P停在变阻器的中点时，电压表的示数为U，电流表的示数为I，那么滑片P向上移动的全过程中_______

A.电压表的示数总小于U

B.电流表的示数总大于I

C.电压表的示数先增大后减小

D.电流表的示数先减小后增大

参考答案：

1.B

解析：

灯泡的亮度由灯的实际功率大小决定.电灯灯丝电阻不变，研究通过灯丝电流的大小可知灯的亮度.

电源电动势E和内阻r不变，通过灯泡电流由外电路总电阻决定.外电阻是由滑动变阻器进入电路部分电阻决定，当滑动触头由a向b滑动过程中，滑动变阻器连入电路部分电阻增大，总电阻增大，即R总=RL+

，其中R′表示滑动变阻器接入电路中的阻值.总电流I=

减少，PL=I2RL，故灯泡的实际功率减小，灯泡变暗.综上所述，选择B.

2.BC

解析：

本题属外电路电阻变化，判断路端电压和部分电路的电流变化的问题.电流表的示数是通过电阻R1的电流IR1，电压表示数表示的是路端电压，数值为U=E-Ir，如果用R0′和R0″分别表示滑动变阻器P上方电阻和下方电阻，则外电阻R=R2+

，当R0″=R1+R0′时外电阻R最大，当滑片P从变阻器的中点向上移动的过程中，R0′从

到

时，外电路电阻R先增大后减小，对应的电压表示数也是先增大后减小.由电源和电阻R2组成的等效电源的端电压U′=E-I（R2+I）也是先增大后减小.当电压U′增大时，电流表示数IR1增大，由于IR1=

，其中U′增大，R0′减小；当U′减小时，电流表示数不能用IR1=

判断其变化，而要利用IR1=I-I″来判断，I是干路中的总电流，当U′减小时I增大，I″是滑动变阻器滑片P下方支路的电流I″=

，在U′减小时，I″也减小，所以U′减小时IR1=I-I″是增大的，即电流表的示数总是大于原来示数I.

综上所述，选择答案BC.

四、小结

通过本节课的学习，主要学习了以下几个问题：

1.电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压，其大小是因电源本身的性质决定的.在电源上接上外电路时，电源内外有相同的电流，这时在内、外电阻上有电势降落U内和U外，这时电源电动势就等于内、外电压之和，即E=U内+U外.

2.闭合电路的欧姆定律的内容及公式.

3.路端电压随着外电阻的增大而增大，随着外电阻的减小而减小.

4.路端电压与电流的关系式为U=E-Ir，其U—I图线是一条倾斜的直线.

5.闭合电路中的功率关系为EI=U外I+U内I即P总=P外+P内.

五、作业

1.练习四写在作业本上

2.

3.预习分组实验七——测定电源内阻和电动势.

六、板书设计

七、本节优化训练设计

1.如图所示，A、B为两个独立电源的路端电压与其总电流I的关系图线，则下列说法中正确的是______.

A.路端电压都为U0时，它们的外电阻相等

B.电流都是I0时，两电源的内电压相等

C.电源A的电动势大于电源B的电动势

D.电源A的内阻小于电源B的内阻

２.若E表示电源的电动势，U表示外电压，U′表示内电压，R表示外电路的总电阻，r表示内电阻，I表示电流，则下列各式中正确的是______.

A.U′=IR

B.U′=E-U

C.U=E+Ir

D.U=

E

3.如图所示，已知R1=R2=R3=1Ω，当开关S闭合后，电压表的读数为1V；当开关S断开后，电压表的读数为0.8V，则电池的电动势等于______.

A.1VB.1.2VC.2VD.4V

４.如图所示，L1、L2、L3三个灯泡连接的电路.如果L3灯发生短路，某同学对各灯发生变化作如下的判断，正确的是_______.

A.L3灯两端电压为零

B.电池组路端电压为零

C.L1灯变得更亮

D.L2灯变得更亮

５.如图所示电路中，A、B、C、D是四只相同的电灯，当滑动变阻器的滑键向下滑动时，下列说法中正确的是_______.

A.A灯变亮

B.B灯变亮

C.C灯变亮

D.D灯变亮

6.如图所示的电路，变阻器AB的电阻是9Ω，AP是AB的

，E=6V，r=1Ω，求电流表和电压表的示数_______.

7.如图所示电路，E=6V，r=1Ω,R1=4Ω,R2=11Ω,R3=12Ω,求

（1）当S断开时电流表与电压表的示数.

（2）当S闭合时电流表与电压表的示数.

8.如图所示，R4为滑动变阻器，电阻的变化和长度成正比，A、B为两端点，R1=2Ω，R2=R3=R4=6Ω，电源内阻r=1Ω,当滑动变阻器的滑动头移到A点时，电压表的读数为5V，

（1）当滑动头移到B点时，电路消耗的总功率是多大？

（2）当滑动头移到中点C时，R4上消耗的功率是多大？

（3）滑动头在A、B、C三点时，电源的效率各是多少？

9.如图所示电路，电源内阻r=6Ω，电路消耗的功率为400W，外电路消耗的功率为376W，电阻R1=50Ω，求

（1）电路中的电流.

（2）电源的电动势.

（3）电阻R2上消耗的功率.

10.如图所示电路，两个电阻R都为0.4Ω.接通S时，电压表示数为4V；断开S时电压表示数为2.4V，求电源电动势和内阻.

参考答案：

1.AC

解析：

电源外电阻的大小，在数值上等于电源路端电压与回路电流之比，现A、B两图线的交点坐标为U0、I0，即说明两电源在输出相同的电压U0时，电流I0相同，可见两电源的外电阻相等，故A选项正确.

图线与纵轴的交点的坐标值表示电动势的大小，与横轴的交点的坐标值表示电路中的短路电流，图线的斜率大小表示电动势与短路电流的比值，即表示内阻的大小.由图线可知，A的电动势EA大于B的电动势EB，A的内阻rA大于B的内阻rB，故C选项正确，D选项错误.

电源的内电压等于回路电流与电源内阻的乘积，即U内=I0r，由于A的内阻rA大，故A电源的内电压大.故B选项错误.

综上所述，选择AC.

2.BD

3.C

解析：

设电池的电动势为E，内阻为r，根据闭合电路欧姆定律有，当S断开时，E=0.8+0.8+0.8r①

当S闭合时，R2、R3并联后的总电阻为0.5Ω，则有：

E=1+0.5+r②

解得E=2V

4.AC

5.BD

6.I=1.33A，U=4V

解析：

把变阻器的电阻分成PA、PB两部分，阻值分别为R1、R2，R1、R2并联，因R1=3Ω，R2=6Ω，所以外电阻为

R=

=

Ω=2Ω

所以路端电压，即电压表的示数为

U=

V=4V

通过R1的电流，即电流表的示数为

I=

A=1.33A

7.

（1）0.25A3V

（2）0.4A1.2V

解析：

（1）当S断开时，外电阻R=R2+R3=（11+12）Ω=23Ω，

电流表示数I=

A=0.25A

电压表示数U=IR3=0.25×12V=3V

（2）当S闭合时，外电阻为R′，R′=R2+

Ω=14Ω

电流表示数I′=

A=0.4A

电压表示数U′=I′

=0.4×3V=1.2V

8.

（1）12W

（2）1.92W（3）A点：

；B点：

；C点：

解析：

（1）当滑动头在A点时，外电阻为R，R=R1+

Ω=5Ω

路端电压U=5V，总电流I=

A=1A

电源电动势E=I（R+r）=1×（5+1）V=6V

当滑动头移到B点时，外电阻为R1，则电路消耗的总功率P总=

W=12W

（2）当滑动头移到中点C时，外电阻为R，R=R1+

Ω=4Ω

电流I=

A=1.2A

流过R4的电流IBC=

I=

×1.2A=0.8A

R4消耗的功率P=IBC2RBC=0.82×3W=1.92W

（3）滑动头在A点时，外电阻为5Ω，在B点时，外电阻为2Ω，在C点时，外电阻为4Ω，故滑动头在A点时电源的效率为

，B点为

，C点对

.

9.

（1）I=2A

（2）U=200V（3）P2=176W

解析：

（1）据闭合电路中的功率关系

P总=P外+P内得P内=P总-P外=（400-376）W=24W

电路中的电流I=

=

A=2A

（2）据P总=EI得E=

V=200V

（3）电阻R1消耗的功率P1=I2R1=22×50W=200W

电阻R2消耗的功率P2=P外-P1=（376-200）W=176W

10.E=6V，r=0.2Ω

解析：

设电源电动势为E，内阻为r，接通S时，E=4+

r

当S断开时，E=2.4×2+

解得r=0.2Ω，E=6V

..