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2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第2章 第7節(jié) 閉合電路的歐姆定律（教案） 【知識(shí)與技能】 1、能夠推導(dǎo)出閉合電路的歐姆定律及其公式，知道電源的電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)、外電路上電勢(shì)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(lái)分析、計(jì)算有關(guān)問(wèn)題。 3．掌握電源斷路和短路兩種特殊情況下的特點(diǎn)。知道電源的電動(dòng)勢(shì)等于電源沒(méi)有接入電路時(shí)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(wèn)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(guò)程與方法】 1、通過(guò)演示路端電壓與負(fù)載的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生利用“實(shí)驗(yàn)研究，得出結(jié)論”的探究物理規(guī)律的科學(xué)思路和方法。 2、通過(guò)利用閉合電路歐姆定律解決一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 【情感態(tài)度與價(jià)值觀】 1、通過(guò)本節(jié)課教學(xué)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，通過(guò)探究物理規(guī)律培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。 【教學(xué)過(guò)程】 ★重難點(diǎn)一、閉合電路的歐姆定律★ 閉合電路的歐姆定律 1．閉合電路組成 (1)外電路：電源外部由用電器和導(dǎo)線組成的電路，在外電路中，沿電流方向電勢(shì)降低． (2)內(nèi)電路：電源內(nèi)部的電路，在內(nèi)電路中，沿電流方向電勢(shì)升高． 2．閉合電路的歐姆定律 (1)推導(dǎo)：如圖所示，設(shè)電源的電動(dòng)勢(shì)為E，外電路電阻為R，內(nèi)電路電阻為r，閉合電路的電流為I.在時(shí)間t內(nèi)： ①外電路中電能轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能為E外＝I2Rt. ②內(nèi)電路中電能轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能為E內(nèi)＝I2rt. ③非靜電力做的功為W＝Eq＝EIt. 根據(jù)能量守恒定律有W＝E外＋E內(nèi)， 所以EIt＝I2Rt＋I(xiàn)2rt. 整理后得到E＝IR＋I(xiàn)r，即I＝. (2)內(nèi)容：閉合電路的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比． (3)表達(dá)式：I＝. (4)常用的變形式：E＝IR＋I(xiàn)r，E＝U外＋U內(nèi)，U外＝E－Ir. 3．對(duì)閉合電路歐姆定律的理解 (1)I＝或E＝IR＋I(xiàn)r，只適用于外電路為純電阻電路的情況，對(duì)外電路中含有非純電阻元件(如電動(dòng)機(jī)、電解槽等)的不適用． (2)E＝U外＋U內(nèi)＝U外＋I(xiàn)r，即電源電動(dòng)勢(shì)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． (3)將電壓表接在電源兩極間測(cè)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(dòng)勢(shì)，所以U外＜E. (4)電動(dòng)勢(shì)和路端電壓雖然是有相同的單位且有時(shí)數(shù)值也相同，但二者是本質(zhì)不同的物理量．電動(dòng)勢(shì)反映了電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小，路端電壓反映了外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的本領(lǐng)大?。? 【特別提醒】 (1)對(duì)給定的電源，認(rèn)為E、r不變． (2)對(duì)于有電壓變化的閉合電路問(wèn)題，由E＝U外＋U內(nèi)，可知：內(nèi)、外電路電壓變化的絕對(duì)值相等，即|ΔU外|＝|ΔU內(nèi)|. (3)外電路含有非純電阻元件(如電動(dòng)機(jī)、電解槽等)時(shí)，不能直接用歐姆定律解決電流問(wèn)題，可以根據(jù)串、并聯(lián)電路特點(diǎn)或能量守恒定律進(jìn)行列式計(jì)算． 4、閉合電路的歐姆定律的表達(dá)形式 表達(dá)式 物理意義 適用條件 I＝ 電流與電源電動(dòng)勢(shì)成正比，與電路總電阻成反比 純電阻電路 E＝I(R＋r) ① E＝U外＋I(xiàn)r ② E＝U外＋U內(nèi) ③ 電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電路中內(nèi)、外電壓之和 ①式適用于純電阻電路；②③式普遍適用 EIt＝I2Rt＋I(xiàn)2rt ④ W＝W外＋W內(nèi) ⑤ 電源提供的總能量等于內(nèi)、外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的總和 ④式適用于純電阻電路，⑤式普遍適用 【典型例題】如圖所示的電路中，R1=9Ω，R2=30Ω，S閉合時(shí)，電壓表V的示數(shù)為11.4V，電流表A的示數(shù)為0.2A，S斷開(kāi)時(shí)，電流表A的示數(shù)為0.3A，（各表均為理想表）求： （1）電阻R3的值； （2）電源電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r的值。 【答案】（1）15歐；（2）12V，1歐 【解析】（1）R2兩端電壓：； 所以，R1兩端電壓為：； 從而，流過(guò)R1的電流：； 流過(guò)電阻R3的電流 所以電阻R3的阻值 （2）由閉合電路歐姆定律， 當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)…① 當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)…② 解①式和②，得E=12V， ★重難點(diǎn)二、閉合電路的功率問(wèn)題★ 閉合電路的功率問(wèn)題 1．各部分功率關(guān)系分析 由EIt＝I2Rt＋I(xiàn)2rt知 EI＝I2R＋I(xiàn)2r 2．電源輸出功率 P出＝＝ 即當(dāng)R＝r時(shí)，分母最小，即電源輸出功率最大。 P出與外電阻R的函數(shù)關(guān)系圖象 圖象分析Rr時(shí)，R越大，P出越小R＝r時(shí)，P出＝，為最大值 【特別提醒】 （1）當(dāng)電源輸出功率最大時(shí)，機(jī)械效率η＝50%。當(dāng)R→∞時(shí)，η→100%，但此時(shí)P出→0，無(wú)實(shí)際意義。 （2）對(duì)于內(nèi)外電路上的固定電阻，其消耗的功率根據(jù)P＝I2R來(lái)判斷，與輸出功率大小的判斷方法不同。 【典型例題】如圖所示，電源的電動(dòng)勢(shì)E=110V，電阻R1=21Ω，電動(dòng)機(jī)繞組的電阻R0=0.5Ω，電鍵S1始終閉合．當(dāng)電鍵S2斷開(kāi)時(shí)，電阻R1的電功率是525W，當(dāng)電鍵S2閉合時(shí)，電阻R1的電功率是336W，求 (1)電源的內(nèi)電阻； (2)當(dāng)電鍵S2閉合時(shí)流過(guò)電源的電流和電動(dòng)機(jī)的輸出的功率． 【答案】（1）1Ω（2）22A，1606W 【解析】（1）設(shè)S2斷開(kāi)時(shí)R1消耗的功率為P1，則，代入數(shù)據(jù)可以解得r=1Ω． （2）設(shè)S2閉合時(shí)R1兩端的電壓為U，消耗的功率為P2，則，解得U=84V 由閉合電路歐姆定律得E=U+Ir，代入數(shù)據(jù)，得I=26A 流過(guò)R1的電流為I1，流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流為I2，， 而I1+I2=I，所以I2=22A， 由UI2=P出+I22R0，代入數(shù)據(jù)得P出=1606W ★重難點(diǎn)三、閉合電路的動(dòng)態(tài)分析方法★ 一、路端電壓與負(fù)載的關(guān)系 1．路端電壓與負(fù)載 (1)路端電壓U：又叫外電壓，它是外電路上總的電勢(shì)降落． (2)負(fù)載R：電路中消耗電能的元件統(tǒng)稱(chēng)為負(fù)載． 2．路端電壓U與負(fù)載R的關(guān)系 (1)當(dāng)外電阻R增大時(shí)，根據(jù)I＝可知電流I減小，內(nèi)電壓Ir減小，根據(jù)U外＝E－Ir可知路端電壓U外增大． (2)當(dāng)外電阻R減小時(shí)，根據(jù)I＝可知電流I增大，內(nèi)電壓Ir增大，根據(jù)U外＝E－Ir可知路端電壓U外減?。? 【特別提醒】 在閉合電路中，任何一個(gè)電阻的增大(或減小)，都將引起電路總電阻的增大(或減小)，該電阻兩端的電壓一定會(huì)增大(或減小) 二、閉合電路的動(dòng)態(tài)分析方法 1．閉合電路動(dòng)態(tài)分析的思路 閉合電路中由于局部電阻變化(或開(kāi)關(guān)的通斷)引起各部分電壓、電流(或燈泡明暗)發(fā)生變化，分析這類(lèi)問(wèn)題的基本思路是： →→→→→ 2．閉合電路動(dòng)態(tài)分析的三種方法 (1)程序法：基本思路是“部分→整體→部分”， 即：R局→R總→I總→U外→。 (2)結(jié)論法——“并同串反”。 “并同”：指某一電阻增大時(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大；某一電阻減小時(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小。 “串反”：指某一電阻增大時(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小；某一電阻減小時(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大。 (3)特殊值法與極限法：指因滑動(dòng)變阻器滑片滑動(dòng)引起電路變化的問(wèn)題，可將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)端分別滑至兩個(gè)極端去討論。一般用于滑動(dòng)變阻器兩部分在電路中都有電流時(shí)的討論。 【典型例題】如圖，電路中定值電阻阻值R大于電源內(nèi)阻阻值r。將滑動(dòng)變阻器滑片向下滑動(dòng)，理想電壓表V1、V2、V3示數(shù)變化量的絕對(duì)值分別為△V1、△V2、△V3，理想電流表A示數(shù)變化量的絕對(duì)值△I，則 ( ) A． A的示數(shù)減小 B．V2的示數(shù)增大 C．△V3與△I的比值大于r D．△V1小于△V2 【答案】C