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2019-2020年高中物理 2.4 電源的電動勢和內(nèi)阻-閉合電路歐姆定律教案 教科版選修3-1 ●課標(biāo)要求 1．知道電源的電動勢和內(nèi)阻． 2．理解閉合電路的歐姆定律． 3．測量電源的電動勢和內(nèi)電阻． ●課標(biāo)解讀 1．知道電源是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置． 2．了解電路中自由電荷定向移動過程中靜電力和非靜電力做功與能量間轉(zhuǎn)化的關(guān)系． 3．了解電源電動勢及內(nèi)阻的含義． 4．理解閉合電路歐姆定律，理解內(nèi)外電路的電勢降落． 5．會用閉合電路歐姆定律分析路端電壓與負(fù)載的關(guān)系，并能進行電路分析與計算． ●教學(xué)地位 閉合電路歐姆定律的應(yīng)用是高考命題的熱點，常與其他電路知識相結(jié)合，以選擇題的形式出現(xiàn). (教師用書獨具) ●新課導(dǎo)入建議 日常生活中我們會接觸到各種各樣的電源，如石英鐘、遙控器中用的干電池(1號、5號、7號等)；摩托車、汽車、電動車上用的蓄電池；手機中用的鋰電池；電子手表中用的鈕扣電池等．干電池、手機中的鋰電池、鈕扣電池和一節(jié)鉛蓄電池的電動勢各是多大？同一個電池對不同電阻供電時，電池兩極電壓和電路中的電流與外電路電阻有什么關(guān)系？今天我們就來解決這些問題． ●教學(xué)流程設(shè)計 課前預(yù)習(xí)安排： 1．看教材2.填寫【課前自主導(dǎo)學(xué)】(同學(xué)之間可進行討論)步驟1：導(dǎo)入新課，本節(jié)教學(xué)地位分析步驟2：老師提問，檢查預(yù)習(xí)效果(可多提問幾個學(xué)生)步驟3：師生互動完成“探究1”互動方式(除例1外可再變換命題角度，補充一個例題以拓展學(xué)生思路)  步驟7：完成“探究3”(重在講解規(guī)律方法技巧)步驟6：師生互動完成“探究2”(方式同完成“探究1”相同)步驟5：讓學(xué)生完成【遷移應(yīng)用】檢查完成情況并點評步驟4：教師通過例題講解總結(jié)閉合電路動態(tài)問題的分析方法  步驟8：指導(dǎo)學(xué)生完成【當(dāng)堂雙基達標(biāo)】，驗證學(xué)習(xí)情況步驟9：先由學(xué)生自己總結(jié)本節(jié)的主要知識，教師點評，安排學(xué)生課下完成【課后知能檢測】 課　標(biāo)　解　讀 重　點　難　點 1.知道電源是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置． 2.了解電路中自由電荷定向移動過程中靜電力和非靜電力做功與能量轉(zhuǎn)化間的關(guān)系． 3.了解電源電動勢及內(nèi)阻的含義． 4.理解閉合電路歐姆定律，理解內(nèi)外電路的電勢降落． 5.會用閉合電路歐姆定律分析路端電壓與負(fù)載的關(guān)系，并能進行電路分析與計算. 1.電動勢概念的建立．(重點) 2.運用能量關(guān)系進行閉合電路歐姆定律的推導(dǎo)．(重點) 3.閉合電路歐姆定律的應(yīng)用．(重點) 4.電動勢概念的理解．(難點) 5.理解路端電壓與負(fù)載的關(guān)系，并能用來分析解決問題．(難點) 電源的電動勢和內(nèi)阻 1.基本知識 (1)電源的電動勢 ①電源：把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置． ②電動勢 (ⅰ)大小等于沒有接入電路時兩極間的電壓，用字母E表示． (ⅱ)物理意義：表示電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化成電勢能的本領(lǐng)． (2)電源的內(nèi)阻 電源內(nèi)部也是一段電路，也有電阻，它就是電源的內(nèi)電阻，簡稱內(nèi)阻，常用符號r來表示． 2．思考判斷 (1)電源提供的電能越多，電源的電動勢越大．() (2)電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢能，光電池是將光能轉(zhuǎn)化為電勢能．(√) (3)當(dāng)電路中通過1庫侖的電荷量時，電源消耗的其他形式能的數(shù)值等于電源電動勢的值．(√) 3．探究交流 電源的電動勢和外接電路的負(fù)載有什么關(guān)系？ 【提示】　電源的電動勢只和電源本身有關(guān)，與所接的負(fù)載無關(guān). 閉合電路歐姆定律 1.基本知識 (1)閉合電路 只有用導(dǎo)線把電源、用電器連成一個閉合電路才有電流．用電器、導(dǎo)線組成外電路，電源內(nèi)部是內(nèi)電路． 在外電路中，沿電流方向電勢降低，在內(nèi)電路中電流從負(fù)極到正極． (2)閉合電路歐姆定律 ①內(nèi)容：在外電路為純電阻的閉合電路中，電流的大小跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比． ②公式：I＝. ③適用范圍：外電路為純電阻電路． 2．思考判斷 (1)電源的電動勢等于外電路電阻兩端的電壓．() (2)對整個閉合電路來說，內(nèi)、外電阻串聯(lián)，它們分擔(dān)的電壓之和等于電源電動勢的大?。?√) (3)在閉合電路中，電源的電動勢等于內(nèi)、外電路上電壓之和，所以電動勢實質(zhì)上就是電壓．() 3．探究交流 閉合電路歐姆定律公式中，E、R、r的物理意義各是什么？ 【提示】　E代表電源的電動勢，R代表外電路的電阻，r代表內(nèi)電路的電阻. 路端電壓與外電阻、電流的關(guān)系 1.基本知識 (1)U＝E－Ir，對給定的電源來說，E和r是一定的 ①當(dāng)外電阻R增大時，電流I減小，內(nèi)電壓減小，路端電壓增大，當(dāng)外電路斷開，即R為無窮大時，I＝0，U內(nèi)＝0，U外＝E.這就是說，開路時的路端電壓等于電源電動勢． ②當(dāng)外電阻R減小時，電流I增大，內(nèi)電壓增大，路端電壓減?。? ③當(dāng)電源兩端短路時，則電阻R＝0，此時電流I＝，叫短路電流． (2)路端電壓與電流的關(guān)系圖像 由U＝E－Ir可知，U－I圖像是一條向下傾斜的直線．如圖2－4－1所示： 圖2－4－1 ①圖線與縱軸截距的意義：電源電動勢． ②圖線與橫軸截距的意義：短路電流． ③圖線斜率的意義：電源的內(nèi)阻． 2．思考判斷 (1)當(dāng)電源短路時，路端電壓等于電源的電動勢．() (2)由于電源內(nèi)阻很小，所以短路時會形成很大的電流，為保護電源，絕對不能把電源兩極直接相連接．(√) (3)電源斷開時，電流為零，所以路端電壓也為零．() 3．探究交流 上述路端電壓U與電流I的圖像中，表示外電阻還是內(nèi)電阻？ 【提示】　因U為路端電壓，表示外電阻R的大小，而表示圖線斜率，就是電源內(nèi)阻的大小. 對閉合電路歐姆定律的深入理解 【問題導(dǎo)思】　 1．用電壓表測量閉合電路電源兩端的電壓，電壓表的示數(shù)等于電源電動勢嗎？ 2．在含有電動機的電路中，能用閉合電路的歐姆定律求電流嗎？ 3．當(dāng)外電路的電阻增大時，閉合電路中的電流如何變化？路端電壓是增大還是減小？ 1．對閉合電路的歐姆定律的理解 (1)I＝或E＝IR＋Ir，只適用于外電路為純電阻電路的情況，對外電路中含有非純電阻元件(如電動機、電解槽等)的電路不適用． (2)E＝U外＋U內(nèi)＝U外＋Ir，即電源電動勢等于內(nèi)外電路的電壓之和．普遍適用于外電路為任意用電器的情況，當(dāng)外電路斷開時，I＝0，內(nèi)電壓U內(nèi)＝Ir＝0，U外＝E，即只有當(dāng)外電路斷開時，電源兩端的電壓才等于電動勢． (3)將電壓表接在電源兩極間測得的電壓U外是指路端電壓，不是內(nèi)電路兩端的電壓，也不是電源電動勢，所以U外ΔU2 B．ΔU1<ΔU2 C．電壓表V1的示數(shù)變小 D．電壓表V2的示數(shù)變小 【解析】　當(dāng)R3的觸頭向右移動時，接入電路的電阻減小，電源輸出電流增大，電壓表V2的示數(shù)變大，電壓表V1的示數(shù)變小，選項C正確，D錯誤；設(shè)電源內(nèi)阻為r，內(nèi)阻上電壓變化量為ΔUr＝ΔIr，當(dāng)R3的觸頭向右移動時，Ur增大，U2增大，U1減小，所以ΔU1>ΔU2，選項A正確，B錯誤． 【答案】　AC 5．如圖2－4－9所示的電路中，當(dāng)S閉合時，電壓表和電流表(均為理想電表)的示數(shù)分別為1.6 V和0.4 A．當(dāng)S斷開時，它們的示數(shù)各改變0.1 V和0.1 A，求電源的電動勢和內(nèi)阻． 圖2－4－9 【解析】　方法一：當(dāng)S閉合時，R1、R2并聯(lián)接入電路，由閉合電路歐姆定律E＝U＋Ir得E＝1.6 V＋0.4r；當(dāng)S斷開時，只有R1接入電路，由閉合電路歐姆定律E＝U＋Ir得E＝(1.6＋0.1)V＋(0.4－0.1)r，由上兩式得E＝2 V，r＝1 Ω. 方法二：(圖像法)畫出U－I圖像如圖所示，因為圖線的斜率r＝||＝1 Ω，由閉合電路歐姆定律得E＝U＋Ir＝1.6 V＋0.41 V＝2 V，故電源電動勢為2 V. 【答案】　E＝2 V　r＝1 Ω 1．對于不同型號的干電池，下列說法中正確的是(　　) A．1號干電池的電動勢大于5號干電池的電動勢 B．1號干電池的容量比5號干電池的容量大 C．1號干電池的內(nèi)阻比5號干電池的內(nèi)阻大 D．把1號和5號干電池分別連入電路中，若電流I相同，則它們做功的快慢相同 【解析】　電池的電動勢取決于正、負(fù)極材料及電解液的化學(xué)性質(zhì)，與體積大小無關(guān)，A錯．電池的容量與體積大小有關(guān)，B正確．電池的內(nèi)阻與體積大小無關(guān)，C錯.1號和5號電池電動勢相同，電流相同時，做功快慢也相同，D正確． 【答案】　BD 2．一太陽能電池板，測得它的開路電壓為800 mV，短路電流為40 mA，若將該電池板與一阻值為20 Ω的電阻器連成一閉合電路，則它的路端電壓為(　　) A．0.10 V　　　　　　　　B．0.20 V C．0.30 V D．0.40 V 【解析】　由題意知它的開路電壓為800 mV，可知電源電動勢為800 mV，由題意短路電流為40 mA，而短路電流I短＝，可得電源內(nèi)阻為r＝20 Ω，該電池板與一阻值為20 Ω的電阻器連成一閉合電路，內(nèi)外電阻相等，即路端電壓為400 mV＝0.40 V，所以D對． 【答案】　D 3. 圖2－4－10 如圖2－4－10所示為某一電源的U－I曲線，由圖可知(　　) A．電源電動勢為2 V B．電源內(nèi)電阻為 Ω C．電源短路時電流為6 A D．電路路端電壓為1 V時，電路中電流為5 A 【解析】　在U－I圖知，電源的電動勢E＝2 V．r＝||＝ Ω＝0.2 Ω.當(dāng)U＝1 V時，I＝＝ A＝5 A 【答案】　AD 圖2－4－11 4．如圖2－4－11所示電路中，當(dāng)電阻箱R由2 Ω改為6 Ω時，電流減小為原來的一半，則電源的內(nèi)電阻為(　　) A．1 Ω B．2 Ω C．3 Ω D．4Ω 【解析】　設(shè)電源電動勢為E，內(nèi)阻為r 當(dāng)R＝2 Ω時的電流為I 則I＝① 由題意可知I＝② 聯(lián)立①②解得r＝2 Ω，故選項B正確． 【答案】　B 5. 圖2－4－12 (xx阿壩州高二檢測)在圖2－4－12所示電路中E為電源，其電動勢E＝9.0 V，內(nèi)阻可忽略不計；AB為滑動變阻器，其電阻R＝30 Ω；L為一小燈泡．其額定電壓U＝6.0 V，額定功率P＝1.8 W；K為電鍵．開始時滑動變阻器的觸頭位于B端，現(xiàn)在接通電鍵K，然后將觸頭緩慢地向A端滑動，當(dāng)?shù)竭_某一位置C處時，小燈泡剛好正常發(fā)光，則CB之間的電阻應(yīng)為(　　) A．10 Ω 　　B．20 Ω　　C．15 Ω　　D．5 Ω 【解析】　本題中小燈泡正好正常發(fā)光，說明此時小燈泡達到額定電流I額＝P/U＝1.8/6.0 A＝0.3 A，兩端電壓達到額定電壓U額＝6.0 V，而小燈泡和電源、滑動電阻AC串聯(lián)，則電阻AC的電流與小燈泡的電流相等，則 RAC＝＝＝ Ω＝10 Ω，RCB＝R－RAC＝(30－10) Ω＝20 Ω，所以B選項正確． 【答案】　B 6．如圖2－4－13所示電路中，4個電阻阻值均為R，開關(guān)S閉合時，有質(zhì)量為m、帶電量為q的小球靜止于水平放置的平行板電容器的正中間．現(xiàn)斷開開關(guān)S，則下列說法正確的是(　　) 圖2－4－13 A．小球帶負(fù)電 B．?dāng)嚅_開關(guān)后電容器的帶電量減小 C．?dāng)嚅_開關(guān)后帶電小球向下運動 D．?dāng)嚅_開關(guān)后帶電小球向上運動 【解析】　由電路圖知，電容器的上極板帶正電，小球受到向上的電場力而平衡，所以小球帶負(fù)電，A正確．當(dāng)開關(guān)S斷開后，電容器兩端的電壓(即豎直方向電阻的分壓)變小，電容器的帶電量減小，小球受到的電場力變小，小球?qū)⑾蛳逻\動，B、C正確，D錯誤． 【答案】　ABC 7．如圖2－4－14所示是一實驗電路圖．在滑動觸頭由a端滑向b端的過程中，下列表述正確的是(　　) 圖2－4－14 A．路端電壓變小 B．電流表的示數(shù)變大 C．流過電源的電流變小 D．電路的總電阻變大 【解析】　當(dāng)滑片向b端滑動時，接入電路中的電阻減少，使得總電阻減小，D錯．根據(jù)I＝，可知總電流在增加，根據(jù)閉合電路中的歐姆定律有E＝Ir＋U外，可知路端電壓在減小，A對，C錯．流過電流表的示數(shù)為I＝，可知電流在減小，B錯． 【答案】　A 8. 圖2－4－15 (xx海南高考)如圖2－4－15所示E為內(nèi)阻不能忽略的電池，R1、R2、R3為定值電阻，S0、S為開關(guān)，○V與?分別為電壓表與電流表．初始時S0與S均閉合，現(xiàn)將S斷開，則(　　) A．○V的讀數(shù)變大，?的讀數(shù)變小 B．○V的讀數(shù)變大，?的讀數(shù)變大 C．○V的讀數(shù)變小，?的讀數(shù)變小 D．○V的讀數(shù)變小，?的讀數(shù)變大 【解析】　S斷開時，外電路總電阻增大，總電流減小，故路端電壓增大，電壓表示數(shù)增大，由于R3兩端電壓增大，故通過R3的電流增大，電流表示數(shù)增大，故B正確． 【答案】　B 9.(xx武漢高二檢測)如圖2－4－16所示電路，閉合開關(guān)S，兩個燈泡都不亮，電流表指針幾乎不動，而電壓表指針有明顯偏轉(zhuǎn)，該電路的故障可能是(　　) 2－4－16 A．電流表壞了或未接好 B．從點a經(jīng)過燈L1到點b的電路中有斷路 C．燈L2的燈絲斷了或燈座未接通 D．電流表和燈L1、L2都壞了 【解析】　由于閉合開關(guān)，兩燈不亮，電流表無示數(shù)，可以判定電路中某處斷路，電壓表有示數(shù)，所以應(yīng)是a經(jīng)L1到b點間有斷路，故B正確． 【答案】　B 10. 圖2－4－17 法國和德國兩名科學(xué)家先后獨立發(fā)現(xiàn)了“巨磁電阻”效應(yīng)，共同獲得xx年諾貝爾物理學(xué)獎．所謂“巨磁電阻”效應(yīng)，是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在巨大變化的現(xiàn)象．物理興趣小組的同學(xué)從“巨磁電阻”效應(yīng)聯(lián)想到一些應(yīng)用，他們的探究如下：為了兒童安全，布絨玩具必須檢測其中是否存在金屬斷針，可以先將玩具放置在強磁場中，若其中有斷針，則斷針被磁化，用磁報警裝置可以檢測到斷針的存在．如圖2－4－17所示是磁報警裝置一部分電路示意圖，其中RB是利用“巨磁電阻”效應(yīng)而制作的磁敏傳感器，它的電阻隨斷針的出現(xiàn)而減小，a、b接報警器，當(dāng)傳感器RB所在處出現(xiàn)斷針時，電流表的電流I、ab兩端的電壓U將(　　) A．I變大，U變大 B．I變小，U變小 C．I變大，U變小 D．I變小，U變大 【解析】　當(dāng)RB處出現(xiàn)斷針時，RB減小，R總減小，I總 增大，I總r增大，Uab＝E－I總r將減??；由于I總增大，所以R1分壓增大，UR1＋URB＝Uab，可得URB減小，IR3減小，由IR3＋I＝I總，可得I增大． 【答案】　C 11. 圖2－4－18 如圖2－4－18所示的電路中，電源的電動勢E＝3.0 V，內(nèi)阻r＝1.0 Ω；電阻R1＝10 Ω，R2＝10 Ω，R3＝30 Ω，R4＝35 Ω；電容器的電容C＝10 μF.電容器原來不帶電．求接通電鍵K并達到穩(wěn)定的過程中流過R4的總電荷量． 【解析】　由電阻的串并聯(lián)公式，得閉合電路的總電阻為 R＝＋r＝9.0 Ω 由歐姆定律得通過電源的電流I＝E/R＝1/3 A 電源的路端電壓U＝E－Ir＝8/3 V 電阻R3兩端的電壓U′＝U＝2 V 通過R4的總電荷量就是電容器的帶電荷量 Q＝CU′＝2.010－5 C 【答案】　2.010－5 C 12．如圖2－4－19所示的電路中，電阻R1＝9 Ω，R2＝15 Ω，電源電動勢E＝12 V，內(nèi)電阻r＝1 Ω.求當(dāng)電流表示數(shù)為0.4 A時，變阻器R3的阻值為多大？ 圖2－4－19 【解析】　R2兩端的電壓U2＝I2R2＝0.415 V＝6 V，設(shè)總電流為I，則有：E－I(r＋R1)＝U2，即12－I(1＋9)＝6，解得I＝0.6 A，通過R3的電流I3＝I－I2＝(0.6－0.4)A＝0.2 A，所以R3的阻值為：R3＝＝ Ω＝30 Ω. 【答案】　30 Ω