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2019-2020年人教版高中物理选修3-1第2章第7节闭合电路的欧姆定律(教案)【知识与技能】
1、能够推导出闭合电路的欧姆定律及其公式,知道电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和
2、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3.掌握电源断路和短路两种特殊情况下的特点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
4、熟练应用闭合电路欧姆定律解决有关的电路问题
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【过程与方法】
1、通过演示路端电压与负载的关系实验,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【情感态度与价值观】
1、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【教学过程】★重难点
一、闭合电路的欧姆定律★闭合电路的欧姆定律1.闭合电路组成1外电路电源外部由用电器和导线组成的电路,在外电路中,沿电流方向电势降低.2内电路电源内部的电路,在内电路中,沿电流方向电势升高.2.闭合电路的欧姆定律1推导如图所示,设电源的电动势为E,外电路电阻为R,内电路电阻为r,闭合电路的电流为I.在时间t内
①外电路中电能转化成的内能为E外=I2Rt.
②内电路中电能转化成的内能为E内=I2rt.
③非静电力做的功为W=Eq=EIt.根据能量守恒定律有W=E外+E内,所以EIt=I2Rt+I2rt.整理后得到E=IR+Ir,即I=.2内容闭合电路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.3表达式I=.4常用的变形式E=IR+Ir,E=U外+U内,U外=E-Ir.3.对闭合电路欧姆定律的理解1I=或E=IR+Ir,只适用于外电路为纯电阻电路的情况,对外电路中含有非纯电阻元件如电动机、电解槽等的不适用.2E=U外+U内=U外+Ir,即电源电动势等于内外电路的电压之和.普遍适用于外电路为任意用电器的情况.3将电压表接在电源两极间测得的电压U外是指路端电压,不是内电路两端的电压,也不是电源电动势,所以U外<E.4电动势和路端电压虽然是有相同的单位且有时数值也相同,但二者是本质不同的物理量.电动势反映了电源将其他形式的能转化为电能的本领大小,路端电压反映了外电路中电能转化为其他形式的能的本领大小.【特别提醒】1对给定的电源,认为E、r不变.2对于有电压变化的闭合电路问题,由E=U外+U内,可知内、外电路电压变化的绝对值相等,即|ΔU外|=|ΔU内|.3外电路含有非纯电阻元件如电动机、电解槽等时,不能直接用欧姆定律解决电流问题,可以根据串、并联电路特点或能量守恒定律进行列式计算.
4、闭合电路的欧姆定律的表达形式表达式物理意义适用条件I=电流与电源电动势成正比,与电路总电阻成反比纯电阻电路E=IR+r
①E=U外+Ir
②E=U外+U内
③电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和
①式适用于纯电阻电路;
②③式普遍适用EIt=I2Rt+I2rt
④W=W外+W内
⑤电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和
④式适用于纯电阻电路,
⑤式普遍适用【典型例题】如图所示的电路中,R1=9Ω,R2=30Ω,S闭合时,电压表V的示数为
11.4V,电流表A的示数为
0.2A,S断开时,电流表A的示数为
0.3A,(各表均为理想表)求
(1)电阻R3的值;
(2)电源电动势E和内阻r的值【答案】
(1)15欧;
(2)12V,1欧【解析】
(1)R2两端电压;所以,R1两端电压为;从而,流过R1的电流;流过电阻R3的电流所以电阻R3的阻值
(2)由闭合电路欧姆定律,当开关闭合时…
①当开关断开时…
②解
①式和
②,得E=12V,★重难点
二、闭合电路的功率问题★闭合电路的功率问题1.各部分功率关系分析由EIt=I2Rt+I2rt知EI=I2R+I2r2.电源输出功率P出==即当R=r时,分母最小,即电源输出功率最大P出与外电阻R的函数关系图象图象分析Rr时,R越大,P出越大Rr时,R越大,P出越小R=r时,P出=,为最大值【特别提醒】
(1)当电源输出功率最大时,机械效率η=50%当R→∞时,η→100%,但此时P出→0,无实际意义
(2)对于内外电路上的固定电阻,其消耗的功率根据P=I2R来判断,与输出功率大小的判断方法不同【典型例题】如图所示,电源的电动势E=110V,电阻R1=21Ω,电动机绕组的电阻R0=
0.5Ω,电键S1始终闭合.当电键S2断开时,电阻R1的电功率是525W,当电键S2闭合时,电阻R1的电功率是336W,求1电源的内电阻;2当电键S2闭合时流过电源的电流和电动机的输出的功率.【答案】
(1)1Ω
(2)22A,1606W【解析】
(1)设S2断开时R1消耗的功率为P1,则,代入数据可以解得r=1Ω.
(2)设S2闭合时R1两端的电压为U,消耗的功率为P2,则,解得U=84V由闭合电路欧姆定律得 E=U+Ir,代入数据,得I=26A流过R1的电流为I1,流过电动机的电流为I2,,而I1+I2=I,所以I2=22A,由UI2=P出+I22R0,代入数据得P出=1606W★重难点
三、闭合电路的动态分析方法★
一、路端电压与负载的关系1.路端电压与负载1路端电压U又叫外电压,它是外电路上总的电势降落.2负载R电路中消耗电能的元件统称为负载.2.路端电压U与负载R的关系1当外电阻R增大时,根据I=可知电流I减小,内电压Ir减小,根据U外=E-Ir可知路端电压U外增大.2当外电阻R减小时,根据I=可知电流I增大,内电压Ir增大,根据U外=E-Ir可知路端电压U外减小.【特别提醒】在闭合电路中,任何一个电阻的增大或减小,都将引起电路总电阻的增大或减小,该电阻两端的电压一定会增大或减小
二、闭合电路的动态分析方法1.闭合电路动态分析的思路闭合电路中由于局部电阻变化或开关的通断引起各部分电压、电流或灯泡明暗发生变化,分析这类问题的基本思路是→→→→→2.闭合电路动态分析的三种方法1程序法基本思路是“部分→整体→部分”,即R局→R总→I总→U外→2结论法——“并同串反”“并同”指某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大;某一电阻减小时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小“串反”指某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小;某一电阻减小时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大3特殊值法与极限法指因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论一般用于滑动变阻器两部分在电路中都有电流时的讨论【典型例题】如图,电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r将滑动变阻器滑片向下滑动,理想电压表V
1、V
2、V3示数变化量的绝对值分别为△V
1、△V
2、△V3,理想电流表A示数变化量的绝对值△I,则A.A的示数减小B.V2的示数增大C.△V3与△I的比值大于rD.△V1小于△V2【答案】C。