高中物理 第2章 恒定電流 第7節(jié) 閉合電路的歐姆定律課件 新人教版選修3-1.ppt

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第7節(jié)閉合電路的歐姆定律,,(教師參考)一、教學(xué)目標(biāo)知識與技能1.能夠推導(dǎo)出閉合電路歐姆定律及其公式,知道電源的電動勢等于內(nèi)、外電路上電勢降落之和2.理解路端電壓與負(fù)載的關(guān)系,知道這種關(guān)系的公式表達(dá)和圖線表達(dá),并能用來分析、計算有關(guān)問題3.掌握電源斷路和短路兩種特殊情況下的特點.知道電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓4.熟練應(yīng)用閉合電路歐姆定律解決有關(guān)的電路問題5.理解閉合電路的功率表達(dá)式,知道閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化過程與方法1.利用能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出閉合電路的歐姆定律2.通過利用閉合電路歐姆定律解決一些簡單的實際問題,培養(yǎng)學(xué)生運用物理知識解決實際問題的能力,,情感、態(tài)度與價值觀1.通過探究物理規(guī)律培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力2.通過實驗探究,加強(qiáng)對學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)3.通過實際問題分析,拉近物理與生活的距離,增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣二、教學(xué)重點難點教學(xué)重點1.閉合電路歐姆定律的推理和應(yīng)用2.路端電壓與電流(或負(fù)載)關(guān)系的理解和分析應(yīng)用教學(xué)難點電動勢的理解,研究閉合電路歐姆定律三、重難點突破方略閉合電路歐姆定律推導(dǎo)過程的突破方略【情境展示】如圖所示的閉合電路中,A為電源正極,B為電源負(fù)極,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r,外電路電阻為R,閉合電路的電流為I.,,【問題1】在t時間內(nèi),外電路中消耗的電能W外是多少?學(xué)生:=I2Rt【問題2】內(nèi)電路中也存在恒定電場,正電荷在靜電力的作用下移動,在t時間內(nèi),內(nèi)電路中消耗的電能W內(nèi)是多少?學(xué)生:=I2rt【情境展示】閉合電路中的電源是一個化學(xué)電池.BC和DA是在電源的負(fù)極B、正極A附近的兩個化學(xué)反應(yīng)層,這兩個化學(xué)反應(yīng)層都產(chǎn)生電動勢.,,【問題3】設(shè)這兩個化學(xué)反應(yīng)層產(chǎn)生電動勢之和為E,在t時間內(nèi),電源中非靜電力做的功W是多少?學(xué)生:W=Eq=EIt【問題4】靜電力做功等于閉合電路消耗的電能,非靜電力做功等于由電源轉(zhuǎn)化來的電能,根據(jù)能量守恒,你能得到什么關(guān)系?學(xué)生:根據(jù)能量守恒定律,W=E外+E內(nèi),即EIt=I2Rt+I2rt.教師:整理得E=IR+Ir.【問題5】若外電路是純電阻電路,依據(jù)上面得到的結(jié)果,推導(dǎo)出閉合電路中的電流I與電動勢E、內(nèi)阻r、外電阻R的關(guān)系式.,自主學(xué)習(xí),課堂探究,達(dá)標(biāo)測評,自主學(xué)習(xí)課前預(yù)習(xí)感悟新知,,(教師參考)情境鏈接一利用如圖所示的電路,引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象:(1)閉合S1,L1燈發(fā)光;(2)閉合S2,L2燈發(fā)光,L1燈變暗.在觀察實驗的基礎(chǔ)上提出問題:為什么會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象?信息S1和S2都閉合后,通過電路的總電流比單一閉合S1時要大,則電源兩端電壓變小,L1燈變暗.,,情境鏈接二電池用舊了,內(nèi)阻增大很多,電動勢也減小,在很多以干電池作電源的用電器說明書中都有一個要求:請勿將新、舊電池混合使用,為什么新、舊電池不能混聯(lián)?新、舊電池混聯(lián)會有什么壞處?信息如果將新、舊電池并聯(lián)使用,舊電池因電動勢比新電池略低,等于是用新電池給舊電池充電.如果將新、舊電池串聯(lián)使用,舊電池內(nèi)阻很大,新電池輸出的能量,大部分消耗在舊電池的內(nèi)阻上.,教材梳理,一、閉合電路閱讀教材第60頁圖2.7-1,了解閉合電路的構(gòu)成.1.閉合電路:用導(dǎo)線把電源、用電器連成一個.2.外電路:電源外部的電路,即用電器、導(dǎo)線組成外電路.在外電路中,電流的方向為從電源的流向,沿電流方向電勢.3.內(nèi)電路:電源內(nèi)部的電路.在內(nèi)電路中,電流的方向為從電源的流向,沿電流方向電勢.想一想電荷在內(nèi)電路中移動時,靜電力對電荷做正功還是做負(fù)功?非靜電力對電荷做正功還是做負(fù)功?答案:在內(nèi)電路中,靜電力和非靜電力都是對電荷做正功.,閉合電路,正極,負(fù)極,降低,負(fù)極,正極,升高,二、閉合電路歐姆定律閱讀教材第60～61頁“閉合電路的歐姆定律”部分,理解閉合電路的歐姆定律的內(nèi)容.1.內(nèi)容:閉合電路的電流跟電源的電動勢成,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成.,3.適用條件:適用于外電路為電路.4.電動勢與內(nèi)外電路電勢降落的關(guān)系:電動勢等于電勢降落之和,即E=U外+U內(nèi).想一想把電壓表直接連接到電源兩端,電壓表讀數(shù)和電動勢大小相比,是大還是小?答案:電壓表測的是路端電壓,小于電動勢.,正比,反比,純電阻,內(nèi)外電路,,三、路端電壓與負(fù)載的關(guān)系閱讀教材第61～62頁“路端電壓與負(fù)載的關(guān)系”部分,知道路端電壓的表達(dá)式,了解路端電壓隨負(fù)載變化的定性關(guān)系.1.路端電壓(1)定義:外電路上總的,其大小為U=IR.(2)表達(dá)式:U=E-Ir.2.路端電壓與負(fù)載的關(guān)系(1)當(dāng)外電阻R增大時,電流I減小,則U內(nèi)=Ir減小,路端電壓U.(2)當(dāng)外電阻R減小時,路端電壓U.,電勢降落,增大,減小,E,0,議一議教材第62頁“思考與討論”中作出U與I關(guān)系的函數(shù)圖像,圖像斜率的絕對值物理意義是什么?答案:路端電壓U與電流I圖像斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻.,自主檢測,1.下列關(guān)于閉合電路的說法中,錯誤的是()A.電源短路時,電源的內(nèi)電壓等于電動勢B.電源短路時,路端電壓為零C.電源斷路時,路端電壓最大D.電源的負(fù)載增加時,路端電壓增大,,D,解析:當(dāng)電源兩端短路時,外電阻R=0,此時E=Ir=U內(nèi),選項A,B正確;當(dāng)外電路斷開時,電流I變?yōu)?,U=E,選項C正確;當(dāng)電源的負(fù)載增加時,電流增大,由路端電壓U=E-Ir可知,U減小,選項D錯誤.,,B,3.如圖所示,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r.當(dāng)逐一閉合開關(guān),接入燈泡增多時,以下說法不正確的是()A.燈少時燈泡較亮,燈多時燈泡較暗B.燈多時各燈兩端的電壓較低C.燈多時通過電源的電流較大D.燈多時通過各燈的電流較大,D,,4.如圖為a,b兩個電源路端電壓隨通過電源電流變化的曲線,由圖可知()A.電源a的內(nèi)電阻較小,電動勢較大B.電源a的內(nèi)電阻較大,電動勢較大C.電源b的內(nèi)電阻較大,電動勢較小D.電源b的內(nèi)電阻較大,電動勢較大,,解析:U-I圖像與縱坐標(biāo)的截距表示電源電動勢,所以Ea>Eb,圖像斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻,所以ra>rb,故選項B正確.,B,課堂探究核心導(dǎo)學(xué)要點探究,要點一,閉合電路的歐姆定律,【問題導(dǎo)引】在如圖所示的電路中,開關(guān)S閉合后,電路中產(chǎn)生電流,電路中電源起到了什么作用,電路中的能量是怎樣轉(zhuǎn)化的,遵循怎樣的規(guī)律?答案:電源提供電能,電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,電流通過內(nèi)、外電路又把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,能量轉(zhuǎn)化過程中遵循能量轉(zhuǎn)化和守恒定律.,【例1】在如圖所示的電路中,R1=20.0Ω,R2=10.0Ω,當(dāng)開關(guān)S扳到位置1時,電流表的示數(shù)為I1=0.20A;當(dāng)開關(guān)S扳到位置2時,電流表的示數(shù)為I2=0.30A,求電源的電動勢和內(nèi)電阻.,,?思路探究?(1)當(dāng)開關(guān)S扳到位置1或位置2時,由其電流的大小能否求出路端電壓?答案:能,根據(jù)U=IR即可求出路端電壓.(2)由閉合電路的規(guī)律E=U+Ir可知,電動勢E和內(nèi)阻r出現(xiàn)在同一方程中,從數(shù)學(xué)的角度看如何求電源的電動勢和內(nèi)電阻?答案:列出兩個關(guān)于E和r的方程解方程組求得.此題中通過單刀雙擲開關(guān)S給出了兩個電路,分別列出兩個方程聯(lián)立求解即可.,,解析:當(dāng)開關(guān)S扳到位置1時有U1=I1R1=0.2020.0V=4.00V由E=U+Ir得E=4.00+0.20r當(dāng)開關(guān)S扳到位置2時有U2=I2R2=0.3010.0V=3.00V由E=U+Ir得E=3.00+0.30r聯(lián)立解得E=6V,r=10Ω.答案:6V10Ω,,(教師備用)變式:例1中若用電壓表測量電路中的路端電壓,當(dāng)開關(guān)S分別扳到位置1或位置2時,電壓表的示數(shù)分別為6.0V和5.0V,則電源的電動勢和內(nèi)電阻是多少?,,答案:7.5V5Ω,,例1-1:如圖所示,電源電動勢為6V,內(nèi)阻為1Ω,R1=5Ω,R2=10Ω,滑動變阻器R3阻值變化范圍為0～10Ω,求電路中的總電流的變化范圍.,答案:0.55～1A,針對訓(xùn)練1:(2016肇慶市高二統(tǒng)一檢測)如圖所示的電路中,已知電阻R1=9Ω,R2=15Ω,電源的電動勢E=12V,內(nèi)電阻r=1Ω,電流表的讀數(shù)I=0.4A.求電阻R3的阻值和它消耗的電功率.,,答案:30Ω1.2W,,,要點二,電源U-I圖像的理解和應(yīng)用,【問題導(dǎo)引】由U=E-Ir可知,U-I圖像是一條傾斜的直線,如圖所示,圖線縱截距、橫截距及斜率表示的意義是什么?答案:(1)外電路斷開的狀態(tài)對應(yīng)坐標(biāo)系中的A點,此時電流為零,內(nèi)電壓為零,路端電壓等于電源的電動勢E,即縱軸截距為電動勢.(2)電源短路時對應(yīng)于坐標(biāo)系中的B點,此時短路電流的大小等于橫軸截距I0.,,,【例2】電路圖如圖(甲)所示,若電阻R阻值未知,電源電動勢和內(nèi)阻也未知,電源的路端電壓U隨電流I的變化圖線及外電阻的U-I圖線如圖(乙)所示,求:(1)電源的電動勢和內(nèi)阻;(2)電源的路端電壓;(3)電源的輸出功率.,,?思路探究?(1)由電源的U-I圖線可知電源電動勢和內(nèi)阻是多大?答案:電源的U-I圖線的縱坐標(biāo)截距表示電源電動勢,所以E=4V;圖線斜率的絕對值表示電源內(nèi)阻,所以r=1Ω.(2)圖(乙)中兩圖線交點的數(shù)據(jù)表示什么物理意義?答案:表示閉合電路的路端電壓U=3V,總電流I=1A.,,,答案:(1)4V1Ω(2)3V(3)3W,(2)由題圖知,電源與電阻構(gòu)成閉合回路時對應(yīng)路端電壓U=3V.,規(guī)律方法U-I圖像及應(yīng)用(1)涉及圖像的問題,往往考查圖像正、負(fù)值的物理意義,考查縱、橫坐標(biāo)的物理意義,考查斜率的物理意義等.(2)圖像的面積也可能有物理意義,例如本題中虛線與坐標(biāo)軸圍成的長方形的面積表示電阻R的功率,也是電源的輸出功率.,,(教師備用)例2-1:(多選)如圖所示的U-I圖像中,直線Ⅰ為某電源的路端電壓與電流的關(guān)系,直線Ⅱ為某一電阻R的U-I關(guān)系圖線,用該電源直接與電阻R連接成閉合電路,由圖像可知()A.R的阻值為1.5ΩB.電源電動勢為3.0V,內(nèi)阻為0.5ΩC.電源的輸出功率為3WD.電源內(nèi)部消耗功率為1.5W,AD,,,針對訓(xùn)練2:(多選)如圖所示為某一電源的U-I曲線,由圖可知()A.電源電動勢為2VB.電源內(nèi)電阻為13ΩC.電源短路時電流為6AD.電路路端電壓為1V時,電路中電流為5A,,AD,要點三,路端電壓和負(fù)載的關(guān)系,【問題導(dǎo)引】在閉合電路中,當(dāng)路端電壓增大時,負(fù)載中的電流也增大嗎?答案:當(dāng)路端電壓增大時,負(fù)載中的電流是減小的.因為負(fù)載中的電流、路端電壓是由電源和負(fù)載來決定的.,【例3】(2016孝感高中期中)在如圖所示的電路中,R1=2Ω,R2=R3=4Ω,當(dāng)開關(guān)S接a時,R2上消耗的電功率為4W;當(dāng)開關(guān)S接b時,電壓表示數(shù)為4.5V.試求:(1)當(dāng)開關(guān)S接a時,通過電源的電流和電源兩端的電壓;(2)電源的電動勢和內(nèi)電阻;(3)當(dāng)開關(guān)S接c時,電源輸出功率.,,?思路探究?(1)當(dāng)開關(guān)S接a時,電阻R1,R3中有電流嗎?答案:電阻R1被短路,無電流;電阻R3是斷路,無電流.(2)當(dāng)開關(guān)S接c時,電阻R2與R3的串、并聯(lián)關(guān)系如何?答案:電阻R2與R3為并聯(lián).,,,答案:(1)1A4V(2)6V2Ω(3)4W,方法總結(jié)(1)當(dāng)負(fù)載變化時路端電壓也變化,一定要弄清外電路中各負(fù)載的串、并聯(lián)情況,算出外電路的總阻值.(2)電源的電動勢和內(nèi)阻可由閉合電路的歐姆定律列方程或方程組求解.,(教師備用)例3-1:(多選)如圖所示,當(dāng)電路中可變電阻R的阻值增大時()A.通過R1的電流I增大B.通過R1的電流I減小C.A,B兩點間的電壓增大D.A,B兩點間的電壓減小,,,解析:可變電阻R的阻值增大時,總電阻增大,由閉合電路的歐姆定律可知總電流變小,通過R1的電流I減小,故選項A錯誤,B正確;由歐姆定律可知電阻R1及內(nèi)阻r的電壓減小,則A,B兩點間的電壓增大,故選項C正確,D錯誤.,BC,針對訓(xùn)練3:如圖(甲)所示為某元件R的U-I特性曲線,把它連成圖(乙)所示電路.已知電源電動勢E=5V,內(nèi)阻r=1.0Ω,定值電阻R0=4Ω.閉合開關(guān)S后,求:,,(1)該元件的電功率;(2)電源的輸出功率.,,解析:(1)把電源和R0看作等效電源,該電源的U-I圖像如圖線Ⅱ所示,元件R與電源組成閉合電路時,R中電流IR=0.4A,電壓UR=3.0V,則PR=URIR=3.00.4W=1.2W.(2)由于P出=R0+PR,則P出=(0.424+1.2)W=1.84W.答案:(1)1.2W(2)1.84W,,,,,(教師參考)【教材探究】1.教材P61“說一說”中,如何解釋這種現(xiàn)象?答案:家庭電路的用電器都是并聯(lián)的,當(dāng)傍晚用電多的時候或插上電爐、電暖氣等功率大的電器時,負(fù)載增多,外電阻R減小,干路中電流增加,輸電線路上的電壓增加,用電器兩端的電壓變小,燈光變暗.2.教材P62“思考與討論”中,若縱軸U不從零開始取值,如何確定電源的電動勢和內(nèi)電阻?答案:若縱軸U不從零取值,圖線與縱軸的交點仍表示電源的電動勢,圖線斜率的絕對值仍表示電源的內(nèi)阻,但I(xiàn)軸上的截距不表示短路電流.,,,達(dá)標(biāo)測評隨堂演練檢測效果,1.電動勢為3V的電池,在電路中輸出3A的電流,由此可知()A.內(nèi)、外電阻相差1ΩB.內(nèi)、外電阻之和為1ΩC.外電阻為1ΩD.內(nèi)電阻為1Ω,B,,2.(多選)在閉合電路中,下列敘述正確的是()A.閉合電路中的電流跟電源電動勢成正比,跟整個電路的電阻成反比B.當(dāng)外電路斷開時,路端電壓等于零C.當(dāng)外電路短路時,電路中的電流無窮大D.當(dāng)外電阻增大時,路端電壓也增大,AD,,3.如圖所示的電路中,把R由2Ω改變?yōu)?Ω時,電流減小為原來的一半,則電源的內(nèi)電阻應(yīng)為()A.4ΩB.8ΩC.6ΩD.2Ω,D,,4.(多選)如圖所示為測量電池電動勢和內(nèi)電阻的U-I圖線,由圖可知()A.電池電動勢的測量值為1.40VB.電池內(nèi)阻的測量值為3.50ΩC.外電路發(fā)生短路時的電流為0.40AD.電壓為1.20V時,電流I′=0.20A,AD,(教師參考)課堂小結(jié),,謝謝觀賞！,