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- 2021-06-01 发布
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2.7 闭合电路的欧姆定律 学案(人教版选修3-1)
一、闭合电路的欧姆定律
1.闭合电路:只有用导线把电源、用电器连成一个____________电路,电路中才有电流.用电器、导线组成____________,电源内部是__________.在外电路中,正电荷在恒定电场的作用下由____________移向____________;在电源内部,非静电力把正电荷从____________移到________.电路中________定向移动的方向就是电流的方向.在外电路中沿电流方向____________降低.
2.能量转化和守恒:在闭合电路中,非静电力做的功等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和.
3.闭合电路的欧姆定律:
(1)内容:闭合电路的电流跟电源的________成正比,跟内、外电路的________之和成反比 .
(2)公式表示:①I=;②E=I(R+r);③E=U外+U内.
(3)适用条件:①②两式适用于________电路,③式适用于一切电路.
二、路端电压与负载的关系
1.路端电压:就是________,也可以理解为电源两极间的电压.
2.负载:电路中,消耗电能的元件常常称为负载.负载变化时,电路中的电流就会变化,路端电压也随之变化.
3.路端电压随负载的变化:U=E-Ir,或U=E-r.
(1)当R增大时,U______________;(2)R减小时,U__________;(3)当r=0时,U不随________的变化而变化,这种电源称为理想电源;(4)当R=0时,这种情况叫________,I=
,由于电源内阻一般很小,故电路中的电流会很大,会导致烧毁电源甚至引起火灾,绝对不允许将电源正负极用导线直接连在一起;(5)当R→∞时,这种情况叫________,此时路端电压等于________.
一、闭合电路的欧姆定律
[问题情境]
用电压表分别测量新干电池和旧干电池两极的电压(近似等于电动势),你有什么发现?若将新干电池和旧干电池分别对同一规格的小灯泡供电,灯泡的亮度有何不同?怎样解释这一现象?
1.闭合电路由哪两部分组成?
2.推导:闭合电路的欧姆定律.
[要点提炼]
1.在外电路中,沿电流方向电势______________.
2.闭合电路的欧姆定律:
[问题延伸]
电源两端的电势差可以这样理解,把电源看做两部分,一部分是理想的电源,电动势为E,另一
部分是电源的内电阻r,沿着电流的方向,经过理想电源电势就升高一个电动势E,经过内电阻电势就降低一个Ir,则电源两极间的电压为______________.
二、路端电压与负载的关系
[问题情境]
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?
1.什么是负载?
2.试分析:当外电阻R增大时,路端电压如何变化?
[要点提炼]
1.路端电压与外电阻的关系:当外电阻增大时,路端电压______;当外电阻减小时,路端电压______.
2.路端电压与电流的关系
图1
对纯电阻电路有:U=E-Ir,对给定的电源,电动势和内电阻为定值,所以路端电压与电流是线性关系,如图1所示,图象表达:U轴截距是________________,I轴截距等于__________,直线的斜率等于____________.
3.外电路断开时,路端电压等于____________,外电路短路时,电路中的电流等于____________(表达式).
例1 如图2所示的电路中,电阻R=10 Ω.当开关S断开时,电压表示数为6 V.当开关S闭合时,电压表示数为5.46 V,则电源的内阻为多少?
图2
例2 如图3所示是一个实验电路图.当滑动触头由a端滑向b端的过程中,下列表述正确的是( )
图3
A.路端电压变小
B.电流表的示数变大
C.电源内阻消耗的功率变小
D.电路的总电阻变大
听课记录:
变式训练1 在如图4所示的电路中,E为电源的电动势,r为电源内阻,R1、R3均为定值电阻,R2为滑动变阻器.当R2的滑动触头在a端时合上开关S,此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U,现将R2的滑动触头向b端移动,则三个电表示数变化情况是( )
图4
A.I1增大,I2不变,U增大
B.I1减小,I2增大,U减小
C.I1增大,I2减小,U增大
D.I1减小,I2不变,U减小
例3 如图5所示,线段A为某电源的U-I图线,线段B为某电阻R的U-I图线,由上述电源和电阻组成闭合电路时,则:
图5
(1)电源的输出功率P出是多大?
(2)电源内部损耗的电功率P内是多少?
变式训练2 如图6所示为两个独立电路A和B的路端电压与其总电流的关系图线,则( )
图6
A.路端电压都为U1时,它们的外电阻相等
B.电流都是I1时,两电源内电压相等
C.电路A的电动势大于电路B的电动势
D.电路A中电源的内阻大于电路B中电源的内阻
【即学即练】
1.一电池外电路断开时的路端电压为3 V,接上8 Ω的负载后路端电压降为2.4 V,则可以判定电池的电动势E和内电阻r为( )
A.E=2.4 V,r=1 Ω B.E=3 V,r=2 Ω
C.E=2.4 V,r=2 Ω D.E=3 V,r=1 Ω
2. 如图7所示,电源电动势为E,内阻为r.当逐一闭合开关,接入灯泡增多时,以下说法正确的是( )
图7
A.灯少时各灯较亮,灯多时各灯较暗
B.灯多时各灯两端的电压较低
C.灯多时通过电源的电流较大
D.灯多时通过各灯的电流较大
3.
如图8所示,A灯和B灯都未正常发光,当滑动变阻器R的滑片P向上滑动时,两灯亮度的变化是( )
图8
A.A灯变亮,B灯变亮
B.A灯变暗,B灯变亮
C.A灯变暗,B灯变暗
D.A灯变亮,B灯变暗
4.如图9所示为某一电源的U-I曲线,由图可知( )
图9
A.电源电动势为2 V
B.电源内电阻为 Ω
C.电源短路时电流为6 A
D.电路路端电压为1 V时,电路中电流为5 A
参考答案
课前自主学习
一、1.闭合 外电路 内电路 正极 负极 负极 正极 正电荷 电势
3.(1)电动势 电阻 (3)纯电阻
二、1.外电压 3.(1)增大 (2)减小 (3)负载 (4)短路 (5)断路 电源电动势
核心知识探究
一、
[问题情境]
1.内电路和外电路
2.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,外电路中电能转化成的内能为Q外=I2Rt;内电路中电能转化成的内能为Q内=I2rt;非静电力做的功为W=Eq=EIt(在数值上等于电源转化的总电能).根据能量守恒定律,有W=Q外+Q内,所以EIt=I2Rt+I2rt,整理后得到E=IR+Ir,即I=.
[要点提炼]
1.降低
2.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.
[问题延伸]
U=E-Ir.
二、
[问题情境]
1.电路中,消耗电能的元件常常称为负载.
2.当外电阻R增大时,根据I=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.
[要点提炼]
1.增大 减小
2.电动势 短路电流 内阻的相反数
3.电源电动势
解题方法探究
例1 1 Ω
解析 当S断开时,R外→∞,E=U外=6 V;S闭合时,U外′=IR,I= A=0.546 A.再由E=U外′+Ir得r== Ω≈1 Ω
例2 A [滑动触头由a端滑向b端的过程中,总电阻变小,D错误;干路电流变大,路端电压变小,A正确;内阻消耗的功率变大,C错误;定值电阻R3两端电压降低,电流表示数变小,B错误.]
变式训练1 B [R2减小,R总减小,I增大,Ir增大,路端电压即U减小,I(r+R3)增大,R1、R2两端并联电压减小,I1减小,I2增大,B正确.]
例3 (1)4 W (2)2 W
解析 (1)根据题意,从图线A可读出E=3 V,r== Ω=0.5 Ω.
从图线B可读出R==1 Ω.
由电源E=3 V,r=0.5 Ω与电阻R=1 Ω组成的闭合电路中,I′== A=2 A,则P出=I′2R=4 W.
(2)P内=I′2r=2 W.
变式训练2 ACD [在路端电压与总电流的U-I关系图线中,图线在U轴上的截距表示电动势E,图线斜率的绝对值表示电源的内阻,可见EA>EB,rA>rB.图中两直线的交点坐标为(I1,U1),由R=可知,路端电压都为U1时,它们的外电阻相等.由U′=Ir可知,电流都是I1
时,因r不等,两电源内电压不等.所以选项A、C、D正确.]
即学即练
1.B [当外电路断路时,I=0,U外=E=3 V;接上8 Ω负载时,I′== A=0.3 A,则r=== Ω=2 Ω.]
2.ABC [由于灯泡并联在电路中,所以接入电路的灯泡越多,总电阻越小,电路的总电流越大,电源的内电压越大,路端电压越低,选项B、C正确;路端电压越低,流过每个灯的电流越小,各电灯越暗,选项A正确,选项D错误.]
3.A [当滑动变阻器R的滑片P向上滑动时,接入电路的有效电阻变大,R与灯A的并联电阻变大,闭合回路的总电阻变大,则总电流变小,由U=E-Ir可知路端电压变大,灯B两端电压变大,则灯B变亮;由串联电路的分压关系可知灯A两端电压变大,则灯A也变亮.因此选项A正确.]
4.AD [由U-I图知,电源的电动势E=2 V,r=||= Ω=0.2 Ω.当U=1 V时,I== A=5 A.]
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