高二物理教案：第17讲 闭合电路的欧姆定律

高二物理教案：第17讲 闭合电路的欧姆定律

辅导教案 学员姓名： 学科教师：‎ 年 级：高二 辅导科目：物理 ‎ 授课日期 ‎××年××月××日 ‎ 时 间 A / B / C / D / E / F段 主 题 闭合电路的欧姆定律 教学内容 1、 明确电动势与内阻的概念；‎ 2、 明确内电路与外电路的分析方法；‎ 3、 掌握闭合回路的欧姆定律的使用方法；‎ 4、 掌握电动势与内阻的简单计算；‎ 学法指导：主要突出学生的思考能力，可以借助初中的电学知识引导分析 ‎1、如图将一铜片和一锌片分别插入一个水果内，就构成了简单的“水果电池”，其电动势约为1.5V，但这种电池并不能点亮额定电压为1.5V，额定电流为0.3A的小灯泡。那这到底是什么缘故呢？‎ ‎ ‎ 1. 把小灯泡接入电路，电压表读数小于1.5V，为什么不是1.5V呢？是谁“偷走了”电压吗？‎ 一、 电源电动势 1、 定义：电源将其它形式的能转化为电能的本领。‎ ‎ 用E表示，单位为V。电动势是标量。‎ 2、 物理意义：反映了电源将其他形式的能转化为电能的能力的大小，如电动势1.5V的物理意义是当1C的电荷通过电源时，能够把1.5J的其它形式的能转化为电能。‎ 3、 影响因素：电源的电动势仅取决于电源本身对于给定的电源。‎ 二、 内电路与外电路 1、 定义：电源外部的电路为外电路；电源内部的电路为内电路。外电路两端的电压为外电压，内电路两端的电压为内电压。‎ 2、 等效图 三、 闭合回路的欧姆定律 1、 内容：闭合电路里的电流，跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比。‎ 2、 公式：‎ ‎3、路端电压与外电阻的关系 （1） 当外电阻R增大时，根据可知，电流I减小（E和r为定值），内电压Ir减小，根据U=E-Ir可知路端电压U增大。 特例：当外电路断开时，R=∞，I=0，Ir=0，U=E。 （2）当外电阻R减小时，根据 可知，电流I增大，内电压Ir增大，根据U=E-Ir可知路端电压U减小。‎ 特例：当外电阻R=0（短路）时， ，内电压，路端电压U=0。‎ 一、 电动势概念的理解 教学指导：加强概念的记忆，可以采用背诵加理解的方式 例1 关于电源电动势的说法，正确的是（　 ） A、非静电力把单位正电荷从电源负极移送到正极所做的功等于电源的电动势 B、电场力把正电荷从电源正极移送到负极所做的功等于电源电动势 C、电源把其它形式的能转化为电能越多电动势就越高 D、电源电动势一定等于路端电压 ‎ ‎【答案】A ‎【解析】电源电动势是表征电源特性的物理量，其数值上等于非静电力把单位正电荷从电源负极移送到正极所做的功，即反映了在两极间移动单位电荷时把其它形式的能转化成电能的大小，电动势数值上等于外电路断开时两极间的电压，或者在外电路接通时，内外电路上电压之和。‎ ‎ 变式训练：一节干电池的电动势为1.5V，这表示该电池（ ）‎ ‎（A）能将1.5J的化学能转变成电能 ‎（B）接入电路工作时两极间的电压恒定为1.5V ‎（C）它存储的电能比电动势为1.2V可充电电池存储的电能多 ‎（D）将1C电量的电荷由负极移送到正极的过程中，非静电力做了1.5J的功 ‎【答案】D 二、 闭合回路欧姆定律的计算 学法指导：比较重要的是引导学生对于电路的分析 ‎【例2】在如图所示电路中，R1=0.8Ω，R3=6Ω，滑动变阻器的全值电阻R2=12Ω，电源电动势ε=6V，内阻r=0.2Ω，当滑动变阻器的滑键在变阻器中央位置时，闭合电键S，电路中的电流表和电压表的读数各是多少？‎ 分析与解答：由图可以看出，R2与R3并联后，与R1串联，组成外电路，外电路的总电阻为：　　 。根据全电路欧姆定律，电路中的总电流强度为即电流表A1的读数为1.5A。再研究R2与R3组成的并联电路，根据部分电路欧姆定律，并联部分的电压为: 　　 =1.5×3=4.5（V）。 　　即电压表V2的读数为4.5V。再研究含有R2的支路，根据部分电路欧姆定律，通过R2的电流强度为 。即电流表A2的读数为0.75A。 电压表V1测量电源的路端电压，根据ε=U外+U内得U1=ε-Ir=6-1.5×0.2=5.7（V）。即电压表V1的读数为5.7V。‎ 变式训练1：在上图所示电路图中，若已知R3=4.8Ω，滑动变阻器的全值电阻R2=12Ω，ε=6V，r=0.2Ω；当变阻器的滑键在中央位置时，闭合S，电流表A2的读数为0.4A，这时电流表A1和两电压表的读数各是多少？R1的阻值多大？ 　　‎ 分析与解答：因为内、外电路中只要有一个电阻值未知，就不能用闭合电路欧姆定律求电路中的总电流强度，所以此题须用已知的某一部分电路中的电流强度和相应的电压，根据部分电路欧姆定律或串并联电路的规律求总电流强度，然后再求其他物理量，此题答案是0.9A，5.82V，2.4V，3.8Ω。 ‎ 变式训练2在上图所示电路中，若已知电流表A2读数为0.4A，ε=6V，r=0.2Ω，R1=0.8Ω，R3=6Ω；当S闭合时，电流表A1和两电压表的读数各是多少？变阻器R2的使用阻值是多少？ ‎ 分析与解答：由于R2的使用阻值未知，所以不可能用全电路欧姆定律求总电流强度，因为I3和R2均为未知量，所以也不能用串并联电路的规律求总电流强度，再从内电路看，因为路端电压U1未知，所以也不能从内电路求总电流强度，此题须另辟新途径：运用部分电路欧姆定律、全电路欧姆定律和串并联电路规律列出联立方程求解。此题答案是：1.2A，5.76V，4.8V，12Ω。 ‎ 三、闭合电路中的动态及故障问题 ‎【例3】在图示电路中，灯L1、L2的电阻分别为R1、R2，变阻器的最大电阻为R0，若有电流通过，灯就发光，假设灯的电阻不变，当变阻器的滑片P由a端向b端移动时，灯L1、L2的亮度变化情况是（ ） ‎ ‎（A）当R2＞R0时，L1变暗，L2变亮 ‎（B）当R2＞R0时，L1先变暗后变亮，L2先变亮后变暗 ‎（C）当R2＜R0时，L1先变暗后变亮，L2先变亮后变暗 ‎（D）当R2＜R0时，L1先变暗后变亮，L2不断变亮 ‎【答案】AD ‎【解析】动态电路的问题可用“串反并同”的方法，此题中，可把滑动变阻器分成2块，通过控制变量的思想，发现滑动变阻器左边部分阻值减小可以使得L2变亮，而滑动变阻器右边部分阻值增大也可以使得L2变亮，所以L2不断变亮；而对于L1需要把变阻器和L1看出一个整体，可以找到总电阻的规律，再使用“串反并同”可简单得到答案。‎ 变式训练：如图所示，电灯L标有“4V 1W”，滑动变阻器的总电阻为50W，当滑臂P滑至某位置时，L恰好正常发光，此时电流表示数为0.45 A，由于外电路发生故障，电灯L突然熄灭，此时电流表示数变为0.5 A，电压表示数变为10 V，若导线完好，电路中各处接触良好，则发生故障前，滑动变阻器接入电路的阻值为　　　W，电源的电动势大小为　　　V．‎ ‎【答案】20 ， 12.5‎ ‎【解析】电路故障为L断路，由故障后的电流表及电压表示数可得，同时可列出；‎ 故障前，L正常发光，可列出，联立方程组可求得。同时易求得滑动变阻器接入电路的电阻为20Ω。‎ 四、闭合电路中的极值问题 ‎2‎ A R1‎ R2‎ ‎1‎ S ‎【例3】如图，电源的内阻不可忽略。已知定值电阻R1=10Ω，R2=8Ω。当电键S接位置1时，电流表的示数为0.20A。那么当电键S接位置2时，电流表的示数可能是下列的哪些值（ ）‎ A．0.28A； B．0.25A； C．0.22A； D．0.19A。‎ ‎【答案】C ‎【解析】由，可得I>0.2A；由S在位置1可得，所以在位置2可得，综上，可得答案C。‎ V ‎1 R1‎ ‎2 R2‎ K 变式训练：在如图所示的电路中，电源内阻不能忽略，电阻，。当电键K拨向“1”时伏特表示数为5.0V，K拨向“2”时伏特表的示数可能是（ ）‎ A．5.2V B．4.8V C．4.0V D．3.6V ‎【答案】B ‎【解析】由，可得U<5V；由K在位置1可得；所以在位置2可得；综上，可得答案B。‎ ‎（时间30分钟，满分100分，附加题20分）‎ ‎1、如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑片向上滑动时（　 ）‎ A、MN间电压减小 B、MN间电压不变 ‎ C、通过R2的电流减少 D、通过滑动变阻器的电流减小 ‎2、在如图所示的电路中，当滑线变阻器的滑动触点向b端移动时（　 ）‎ A、伏特表V的读数增大，安培表A的读数减少 B、伏特表V和安培表A的读数都增大 C、伏特表V和安培表A的读数都减少 D、伏特表V的读数减少，安培表A的读数增大 ‎3、如图所示，电路中电源电动势为ε，内电阻为r，当滑动变阻器的滑片P从滑线变阻器R的中点位置向左滑动时，小灯泡L1、L2、L3亮度变化情况是（　 ）‎ A、L1灯变亮，L2灯变暗，L3灯变亮 B、L1灯变暗，L2灯变亮，L3灯变暗 C、L1、L2两灯都变亮，L3灯变暗 D、L1、L2两灯都变暗，L3灯变亮 ‎4、电源电动势为ε，内阻为r，向可变电阻R供电.关于路端电压，下列说法中正确的是 ( ) ‎ A．因为电源电动势不变，所以路端电压也不变 B．因为U=IR，所以当R增大时，路端电压也增大 C．因为U=IR，所以当I增大时，路端电压也增大 D．因为U=ε-Ir，所以当I增大时，路端电压下降 ‎5、如图所示电路中，电池内阻符号为r，电键S原来是闭合的.当S断开时，电流表（ ）‎ A．r=0时示数变大，r≠0时示数变小 B．r=0时示数变小，r≠0时示数变大 C．r=0或r≠0时，示数都变大 D．r=0时示数不变，r≠0时示数变大 ‎6、如图所示，电源的电动势和内阻分别为E、r，在滑动变阻器的滑片P由a向b移动的过程中，电流表、电压表的示数变化情况为 ‎ A．电流表先减小后增大，电压表先增大后减小 B．电流表先增大后减小，电压表先减小后增大 C．电流表一直减小，电压表一直增大 D．电流表一直增大，电压表一直减小 ‎7、图中S断开时，伏特表示数为6V，当S闭合后，ab间电压可能是（ ）‎ ‎ A．11V B．10V C．9V D．8V ‎8、如图所示的电路中，R1、R2、R3、R4的阻值相等，电池的内阻可以忽略，安培表和伏特表本身电阻对电路影响可以忽略，两表读数分别是0.2安和4.8伏，现将两表位置互换，其它部分不变，两电表示数各变为  ， 。 ‎ ‎9、如图所示，R2=R3=3欧，电路正常工作时，安培表A的示数为2安，伏特表V的示数为3伏，经过一段时间，电路中某电阻断了，其它元件、电表均完好不变，这时，A的示数为2.25安，V的示数为6.75伏，求电源的电动势和内电阻。电动势为     ，内电阻为     。 　　　　　‎ ‎10、如图所示电路中，定值电阻R=20Ω，通过滑动变阻器连接到电动势ε=5V、内阻r=1Ω的电源上。滑片移动到某位置时，电压表示数2.5V，电流表示数0.1A。（电表均为理想电表）求：滑动变阻器的总电阻和滑片P的位置。‎ A V R P a b 附加题：‎ 1、 如图为测量内、外电路电压的实验装置。图中电压表V和V'测量的分别是什么电压？若电压表V的示数为0.9V，电压表V'的示数为0.2V，则电源的电动势是多少？若移动变阻器的滑键，当电压表V的示数减小时，电压表V'的示数如何变化？‎ ‎2、如图电路中，电源内阻，电阻，合上S时电流表示数为1.5A，电压表示数为2V，求断开S后，电压表的示数（电流表和电压表为理想表）。‎ ‎3、如图所示电路，第一次电键Sl、S2、S3都闭合时，电流表示数为2.5A．第二次电键Sl断开，S2、S3闭合时，电流表示数为1A．第三次电键Sl闭合，S2、S3断开时，电压表示数为10V，电流表示数比第一次改变了2A，若电源内阻不计．求：‎ ‎(1)电阻R1的值．‎ ‎(2)电阻R2、R3的值和电源电动势E的大小．‎ 答案：‎ 基础练习：‎ 1、 D 2、 A 3、 A 4、 D 5、 D 6、 A 7、 D 8、 I'=0.33（A）U'=ε=6（V）‎ 9、 ε=9（V），r=1（Ω） ‎ 10、 ‎10Ω，滑片P在正中间 附加题 1、 电压表V测量的是外电路上的电压（也叫路端电压），电压表V'测量的是内电路上的电压，该电源的电动势为ε=U+U'=0.9+0.2=1.1（V）。 根据U'=ε-U可知，当外电压U减小时，内电压U'增大。‎ 2、 ‎3.2V 3、 ‎（1）R1=20Ω （2）R2=40Ω， R3=30Ω， E=30V ‎（时间30分钟）‎ ‎（1. 包含预习和复习两部分内容； 2. 建议作业量不宜过多，最好控制在学生30分钟内能够完成）‎ ‎【巩固练习】‎ A组 ‎1．下列说法正确的是 ( )‎ ‎ A．电源被短路时，放电电流无穷大 ‎ B．外电路断路时，路端电压最高 ‎ C．外电路电阻减小时，路端电压升高 D．不管外电路电阻怎样变化，其电源的内、外电压之和保持不变 ‎2．直流电池组的电动势为E，内电阻为r，用它给电阻为R的直流电动机供电，当电动机正常工作时，电动机两端的电压为U，通过电动机的电流是I，下列说法中正确的是 （ ）‎ A．电动机输出的机械功率是UI B．电动机电枢上发热功率为I2R C．电源消耗的化学能功率为EI D．电源的输出功率为EI-I2r ‎3．A、B、C是三个不同规格的灯泡，按图2-34所示方式连接恰好能正常发光，已知电源的电动势为E，内电阻为r，将滑动变阻器的滑片P向左移动，则三个灯亮度变化是（ ）‎ A．都比原来亮 B．都比原来暗 C．A、B灯比原来亮，C灯变暗 D．A、B灯比原来暗，C灯变亮 A B C P 图2-34‎ R1‎ R3‎ M O P N r E r R2‎ 图2-35‎ ‎4．如图2-35所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，电路中O点接地，当滑动变阻器的滑片P向右滑动时，M、N两点电势变化情况是（ ）‎ A．都升高 B．都降低 C．M点电势升高，N点电势降低 D．M点电势降低，N点电势升高 E．M点电势的改变量大于N点电势的改变量 ‎5．如图2-36所示的电路中，电键S1、S2、S3、S4均闭合，C是极板水平放置的平行板电容器，极板间悬浮着一油滴P，欲使P向下运动，应断开电键( ) ‎ 图2-36‎ A．S1 B．S2 C．S3 D．S4‎ ‎6．如图2-37所示电路中，电源的总功率是40W，R1=4Ω，R2=6Ω，a、b两点间的电压是4.8V，电源的输出功率是37.6W。求电源的内电阻和电动势。‎ R11‎ R2‎ R3‎ E r a b 图2-37‎ B组 ‎1.电源电动势为ε，内阻为r，向可变电阻R供电.关于路端电压，下列说法中正确的是 ( ) ‎ A．因为电源电动势不变，所以路端电压也不变 B．因为U=IR，所以当R增大时，路端电压也增大 C．因为U=IR，所以当I增大时，路端电压也增大 D．因为U=ε-Ir，所以当I增大时，路端电压下降 ‎ 2．一个电源分别接上8Ω和2Ω的电阻时，两电阻消耗的电功率相等，则电源内阻为 （ ）‎ A．1Ω B．2Ω C．4Ω D．8Ω 图2-38‎ ‎3.如图2-38所示电路中，电池内阻符号为r，电键S原来是闭合的.当S断开时，电流表 ( )‎ A．r=0时示数变大，r≠0时示数变小 B．r=0时示数变小，r≠0时示数变大 C．r=0或r≠0时，示数都变大 D．r=0时示数不变，r≠0时示数变大 图2-39‎ ‎4.甲、乙、丙三个灯泡，按图2-39方式连接到电池组上，如果丙灯泡处发生短路，某同学对电路各部分发生的变化作了如下推测(设各灯灯丝不被烧毁):①丙灯两端电压为零，②电池组的路端电压为零，③甲灯变得更亮，④乙灯变得更亮，其中 ( ) ‎ A．只有①、③正确 B．只有②、③止确 C．只有③、④正确 D．只有①、②正确 图2-40‎ ‎5.如图2-40所示，电源的电动势和内阻分别为E、r，在滑动变阻器的滑片P由a向b移动的过程中，电流表、电压表的示数变化情况 A．电流表先减小后增大，电压表先增大后减小 B．电流表先增大后减小，电压表先减小后增大 C．电流表一直减小，电压表一直增大 D．电流表一直增大，电压表一直减小 图2-41‎ ‎6.如图2-41所示电路中，电阻R1=8Ω.当电键S断开时，电压表的示数为5.7V，电流表的示数为0.75A，电源总功率是9W；当电键S闭合时，电压表的示数为4V.若电键断开和闭合时电源内部损耗的电功率之比是9:16，求电源的电动势和电阻R2、R3.‎ ‎7.如图2-42所示是对蓄电池组进行充电的电路.A、B两端接在充电机的输出端上，蓄电池组的内阻r=20Ω，指示灯L的规格为“6V，3W”.当可变电阻R调到20Ω时，指示灯恰能正常发光，电压表示数为52V(设电压表内阻极大)，试求:(1)蓄电池组的总电动势.(2)充电机的输出功率.(3)对蓄电池组的输入功率.(4)充电机的充电效率. ‎ 图2-42‎ 答案：‎ A组 ‎1．BD 2．BCD 3．C 4．BE 5．B 6．20V 0.6Ω B组 ‎1.D 2.C 3.D 4.A 5.A 6. ε=12V，R2=8Ω，R3=3.6Ω 7. (1)36V (2)31W (3)23W (4)74.2%‎ ‎【预习思考】‎