2020高中物理 第二章 第7节 闭合电路欧姆定律（第2课时）教案 新人教版选修3-1 8页

第二章 恒定电流 ‎ 第7节　　闭合电路的欧姆定律（二）‎ ‎【课前准备】‎ ‎【课型】新授课 【课时】2课时 ‎【教学三维目标】‎ ‎（一）知识与技能 ‎1.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.‎ ‎2.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.‎ ‎（二）过程与方法 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 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 ‎【教学重点难点】‎ 重点：路端电压与负载的关系 难点：路端电压与负载的关系 ‎【教学方法】理论、探究、讨论、分析 、练习 ‎【教学过程】‎ ‎【新课】‎ ‎【问题】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？‎ ‎【回答】据I＝可知，R增大时I减小；R减小时I增大。‎ ‎【问题】外电阻增大时，路端电压如何变化？‎ ‎【演示】‎ 按电路图连接电路,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.‎ ‎【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.‎ ‎【问题】路端电压与电流的关系式是什么？‎ ‎【回答】U＝E－Ir ‎【结论】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I＝得，I减小，由U＝E－Ir，路端电压增大。反之，当R减小时，由I＝得，I增大，由U＝E－Ir，路端电压减小.‎ ‎【说一说】大家几乎都注意过这种现象，傍晚是每一天的用电高峰时段，灯光较暗，而夜深人静时，若打开灯的话，灯光会特别亮；在家用电器使用中，如夏季打开空调后，你会发现灯泡会变暗，而关掉空调后灯泡又会马上亮起来，这是为什么呢？‎ ‎【点拨】用电多时，负载增多．当外电阻R增大时，根据I＝ER＋r可知，总电流I减小(E和r为定值)；内电压Ir减小，根据U外＝E－Ir可知，路端电压U外增大．‎ ‎【问题】在闭合电路中，当外电阻等于零时，会发生什么现象？‎ ‎【回答】发生短路现象.‎ ‎【问题】发生上述现象时，电流有多大？‎ ‎【回答】当发生短路时，外电阻R＝0，U外＝0，U内＝E＝Ir，故短路电流I＝.‎ ‎【问题】一般情况下，电源内阻很小，像铅蓄电池的内阻只有0.005 Ω～0.1 Ω，干电池的内阻通常也不到1 Ω，所以短路时电流很大，很大的电流会造成什么后果？‎ ‎【回答】可能烧坏电源，甚至引起火灾.‎ ‎【问题】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？‎ ‎【回答】断路.断路时，外电阻R→∝，电流I＝0，U内＝0，U外＝E.‎ ‎【说明】有两个极端情况：‎ ‎（1）当R→∞，也就是当电路断开时，I→0则U=E。当开路（亦称开路）时，路端电压等于电源的电动势。在用电压表测电源的电压时，是有电流通过电源和电压表，外电路并非开路，这时测得的路端电压并不等于电源的电动势.只有当电压表的电阻非常大时，电流非常小，此时测出的路端电压非常近似地等于电源的电动势.‎ ‎（2）当R→0时，I→E/r，可以认为U=0，路端电压等于零.这种情况叫电源短路，发生短路时，电流I叫做短路电流，，一般电源内阻都比较小，所以短路电流很大.由于短路电流很大，电源易烧坏，还可能引起火灾，因此要千万避免短路．‎ 由U＝E－Ir可知，r＝0时，U＝E与外电路无关，可见r≠0是U随R变化的内因，R发生变化是U变化的外因．‎ 从而得出故障的种类和位置。一般的故障有两种：断路或局部短路。‎ ‎【例题1】在图中R1＝14 Ω，R2＝9 Ω。当开关处于位置1时，电流表读数I1＝0.2 A；当开关处于位置2时，电流表读数I2＝0.3 A。求电源的电动势E和内电阻r。‎ 解析：根据闭合电路欧姆定律，题述的两种情况可列以下两个方程 E＝I1R1＋I1r E＝I2R2＋I2r 消去E，解出r，得r＝ 代入数值，得r＝1 Ω 将r代入E＝I1R1＋I1r中，得 E＝3 V ‎【总结】解答闭合电路问题的一般步骤：‎ ‎(1)首先要认清外电路上各元件的串并联关系，必要时，应进行电路变换，画出等效电路图。‎ ‎(2)解题关键是求总电流I，求总电流的具体方法是：若已知内、外电路上所有电阻的阻值和电源电动势，可用闭合电路的欧姆定律(I＝)直接求出I；若内外电路上有多个电阻值未知，可利用某一部分电路的已知电流和电压求总电流I；当以上两种方法都行不通时，可以应用联立方程求出I。‎ ‎(3)求出总电流后，再根据串、并联电路的特点或部分电路欧姆定律求各部分电路的电压和电流。‎ ‎【思考与讨论】‎ U/V I/Ａ O 设电源电动势E=3v，内阻r =2Ω . 根据路端电压与电流的关系U＝E－Ir ，以U为纵坐标 ， I为横坐标，作出U与I的关系的函数，并讨论 ‎（1）外电路断开的状态对应图中的哪个点？怎样看出这时路端电压与电动势的关系？‎ ‎（2）电动势E的大小对图像有什么影响？‎ ‎（3）电源短路的状态对应于图中哪一点？怎么样读出这时电流大小？‎ ‎（4）r的大小对图像有什么影响？‎ ‎【点拨】（1）外电路断开的状态时对应图中图象与纵轴的交点，路端电压与电动势相等 ‎（2）在纵轴上的截距表示电源的电动势E ‎（3）在横轴上的截距表示电源的短路电流 ‎（4）图象斜率的绝对值表示电源的内阻，内阻越大，图线倾斜得越厉害．‎ ‎【问题】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，图象是一条向下倾斜的直线. 从图象可以看出路端电压与电流的关系是什么？‎ ‎【回答】U随着I的增大而减小.‎ ‎【问题】直线与纵轴的交点表示的物理意义是什么？直线的斜率呢？‎ ‎【回答】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.‎ ‎【规律总结】电路端电压随电流变化的特性图，以下几个特点：‎ ‎1．线与U轴的交点就是电源的电动势.‎ ‎2．曲线与I轴的交点就是电源短路电流.‎ ‎3．曲线的斜率大小是电源内电阻的大小.‎ ‎4．曲线上某一点坐标之积是输出功率.‎ ‎【拓展】‎ 一、闭合电路的动态分析 ‎1、总电流I和路端电压U随外电阻R的变化规律：‎ 当R增大时，I变小，又据U=E-Ir知，U变大.当R增大到∞时，I=0，U=E（断路）.‎ 当R减小时，I变大，又据U=E-Ir知，U变小.当R减小到零时，I=E r ，U=0（短路）‎ ‎2、所谓动态就是电路中某些元件（如滑动变阻器的阻值）的变化，会引起整个电路中各部分相关电学物理量的变化。解决这类问题必须根据欧姆定律及串、并联电路的性质进行分析，同时，还要掌握一定的思维方法，如程序法，直观法，极端法，理想化法和特殊值法等等。‎ ‎3、基本思路是“部分→整体→部分”，从阻值变化的部分入手，由欧姆定律和串、并联电路特点判断整个电路的总电阻，干路电流和路端电压的变化情况，然后再深入到部分电路中，确定各部分电路中物理量的变化情况。‎ ‎【练习】在如图所示的电路中，R1、R2、R3、R4皆为定值电阻，R5为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r，设电流表A的读数为I，电压表V的读数为U，当R5的滑动触头向a端移动时，判定正确的是（ ）‎ A．I变大，U变小　　　　B．I变大，U变大 C．I变小，U变大　　　D．I变小，U变小 解析: 当R5向a端移动时，其电阻变小，整个外电路的电阻也变小，总电阻也变小，根据闭合电路的欧姆定律知道，回路的总电流I变大，内电压U内=Ir变大，外电压U外=E-U内变小，所以电压表的读数变小，外电阻R1及R4两端的电压U=I（R1+R4）变大，R5两端的电压，即R2、R3两端的电压为U’=U外-U变小，通过电流表的电流大小为U’/(R2+R3)变小.‎ 答案：D ‎【规律总结】 在某一闭合电路中，如果只有一个电阻变化，这个电阻的变化会引起电路其它部分的电流、电压、电功率的变化，它们遵循的规则是：‎ ‎1、凡与该可变电阻有并关系的用电器，通过它的电流、两端的电压、它所消耗的功率都是该可变电阻的阻值变化情况相同.阻值增大，它们也增大.‎ ‎2、凡与该可变电阻有串关系的用电器，通过它的电流、两端的电压、它所消耗的功率都是该可变电阻的阻值变化情况相同.阻值增大，它们也增大.所谓串、并关系是指：该电阻与可变电阻存在着串联形式或并联形式用这个方法可以很简单地判定出各种变化特点.简单记为：并同串反 二、含容电路的分析与计算 电容器是一个储存电能的元件，在直流电路中，当电容器充、放电时，电路有充电、放电电流，一旦电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件，在电容器处电路可看作是断路.‎ ‎【练习】如下图所示，U=10V，电阻R1=3Ω，R2=2Ω，R3=5Ω，电容器的电容C1=4μF，C2=1μF，求：‎ ‎（1）若电路稳定后，C1、C2的带电量？‎ ‎（2）S断开以后通过R2的电量及R2中电流的方向？‎ 解析:（1）电路稳定后，R1、R2是串联，R3上没有电流，C1两端的电压等于R2的电压，C2的电压等于R1+R2的电压，即：U1= U R2=4V U 2=U=10V C1的电量Q1=C1U1=1.6×10‎-5C C2的电量Q2=C2U2=1.0×10‎‎-5C ‎(2)S断开后C1要通过R2、R3放电，C2要通过R3、R2、R1放电，通过R2的电量是：‎ Q=Q1+Q2=2.6×10‎-5C,‎ 由电路分析知道，C1下极板带正电，C2右极板带正电，断开S后瞬间，其R2上的放电电流方向为从右向左.‎ ‎【规律总结】（1）确定电容器和哪个电阻并联，该电阻两端电压即为电容器两端电压。‎ ‎（2）在计算出电容器的带电量后，必须同时判定两板的极性，并标在图上。‎ ‎（3）在充放电时，电容器两根引线上的电流方向总是相同的，所以要根据正极板电荷变化情况来判断电流方向。‎ ‎（4）如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量的差；如果变化前后极板带电的电性改变，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和。‎ ‎【课时小结】‎ 本节课主要学习了路端电压与负载的关系：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.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.以及闭合电路的欧姆定律的实际应用.‎ ‎【布置作业】‎ 课本P63，问题与练习4,5‎ ‎【板书设计】‎ ‎7 闭合电路的欧姆定律 二、路端电压与负载的关系 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.‎ 电路端电压随电流变化的特性图，以下几个特点：‎ ‎1．线与U轴的交点就是电源的电动势.‎ ‎2．曲线与I轴的交点就是电源短路电流.‎ ‎3．曲线的斜率大小是电源内电阻的大小.‎ ‎4．曲线上某一点坐标之积是输出功率.‎