闭合电路的欧姆定律.docx
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闭合电路的欧姆定律
课题
2.7闭合电路的欧姆定律
学习目标
1通过预习能够推导出闭合电路欧姆定律及其公式,能说出电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和。
2、通过实验理解路端电压与负载的关系,说出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、通过分析和实验掌握电源断路和短路两种特殊情况下的特点。
说出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、通过讨论理解闭合电路的功率表达式,说出闭合电路中能量的转化
学习重、难点
重点1、推导闭合电路欧姆定律,应用定律进行有关讨论。
2、路端电压与负载的关系
难点路端电压与负载的关系
学法指导
通过图像来分析实验。
课前预习
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________.
预习评价
1.一电池外电路断开时的路端电压为3V,接上8Ω的负载后路端电压降为2.4V,则可以判定电池的电动势E和内电阻r为(>
A.E=2.4V,r=1ΩB.E=3V,r=2Ω
C.E=2.4V,r=2ΩD.E=3V,r=1Ω
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2V
B.电源内电阻为
Ω
C.电源短路时电流为6A
D.电路路端电压为1V时,电路中电流为5A
课堂学习流程设计
用案人自我创新
【课程导学】
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>.
【范例精析】
例1如图所示,电源的电动势是6V,内电阻是0.5
小电动机M的线圈电阻为0.5
,限流电阻R0为3
,若电压表的示数为3V,试求:
⑴电源的功率和电源的输出功率
⑵电动机消耗的功率和电动机输出的机械功率
解读⑴在串联电路中,电压表读R0两端的电压,由
欧姆定律得I=
电源的总功率:
P总=EI=6W
由能量转化和守恒定律得:
P输出=P总-Pr=6-12×0.5=5.5W
⑵电源的输出功率为电动机和限流电阻获得功率之和,
P输出=PM+PO
PO=I2RO=3W
PM=P输出-PO=5.5-3=2.5W
有PM=P机+PMr
得P机=PM-PMr=2.5-I2r=2.5-0.5=2W
例2如图所示的电路中,R1和R2是定值电阻,在滑动变阻器R的滑动片P从下端a逐渐滑到上端b的过程中,电阻R1上消耗的电功率<)
A、一定是逐渐减小
B、有可能逐渐减小
C、有可能先变小后变大
D、一定是先变小后变大
解读R1为定值电阻,由P1=I2R1可知R1消耗功率由干路电流I决定,而干路电流的变化则由R、R2部分电路总电阻变化引起,设该部分的总电阻为RP,则
RP=
由极限定理可得:
Rap+R2+RPb=R+R2=定值
当 此时RP最大。 讨论: 若R≤R2,则P在向上移动过程中,RP一定减小。 由闭合电路欧姆定律I= 一定增大,R1消耗变大。 若R>R2,则P在向上移动过程中,RP先变大,当取得最大值后,RP再减小,这样回路中电流先变小,再变大,R1消耗的功率也先变小,再变大。 答案C 例3如图所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=10Ω,R2的阻值未知,R3是一个滑动变阻器,在其滑片从最左端滑至最右端的过程中,测得电源的路端电压U随电流I的变化图线如图所示,其中图线上的A、B两点是滑片在变阻器两个不同的端点时分别得到的。 求: ⑴电源的电动势和内电阻; ⑵定值电阻R2的阻值; ⑶滑动变阻器R3的最大值; ⑷上述过程中R1上得到的最大功率以及电源的最大输出功率。 解读⑴由闭合电路欧姆定律得E=U+Ir 将图象中A、B两点的电压和电流代入和得 E=16+0.2rE=4+0.8r 联立解得E=20Vr=20 ⑵当R3的滑键自左向右滑时,R3阻值变小,使电路总电阻变小,而总电流变大。 由此可知,图线上的A、B两点是滑键分别位于最左端和最右端时所得到的。 当滑键位于最右端时,R3=0,R1被短路,外电路总电阻即为R2,故由B点的U、I值可求出R2。 R2= ⑶当滑键在最左端时,其阻值最大,并对应着图线上的A点,故由A点的U、I值可求出此时外电路总电阻,再根据串、并联电路的规律可求出R3的最大值。 R总= 又R总= 代入数值解得滑动变阻器的最大值R3=300 ⑷当R1消耗的功率最大时,它两端电压最大,由UR1=E-I 当R3=300 时,I= 此时R1两端的电压为: U1=I· 则R1消耗的最大功率为P1m= 又当R外=r时,电源输出功率最大,即有 Pm= 达标检测 A类 1、若用E表示总电动势,U表示外电压,U/表示内电压,R表示外电路总电阻,r表示内电阻,I表示总电流强度,考察下列各关系式 ⑴U/=IR⑵U/=E-U⑶E=U+Ir⑷I=E/(R+r>⑸U=ER/(R+r>⑹U=E+Ir 上述关系式中成立的是<) A、⑴⑵⑶⑷ B、⑵⑶⑷⑸ C、⑶⑷⑸⑹ D、⑴⑶⑸⑹ 2、下列关于闭合电路的说法中,错误的是<) A、电源短路时,电源的内电压等于电动势 B、电源短路时,路端电压为零 C、电源断路时,路端电压最大 D、电源的负载增加时,路端电压增大 3、单位电荷绕闭合电路一周,如外电路是纯电阻电路,外电路中产生的热量仅决定于<) A、电流强度的大小,且与电流强度的平方成正比 B、电源电动势的大小,且与电动势的大小成正比 C、路端电压的大小,且与路端电压的大小成正比 D、各部分电阻值的大小,且与电阻值成反比 4、如图所示A灯与B灯的电阻相同,当滑动变阻器R的滑动片P向上滑动时,两灯亮度变化是<) 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 5、在图所示的电路中,R2为定值电阻,R1为滑动变阻器,当滑动变阻器的滑片P向左滑动时<) A、A、电流表示数变大,电压表示数变小 B、B、电流表示数变小,电压表示数变大 C、C电流表和电压表示数都变小 D、D电流表和电压表示数都变大 6、如上图所示的电路中,调节滑动变阻器,电压表的读数由6V变为5V,电流表读数的变化量为0.5A,则下列说法中正确的是: <) A、A、电流表的读数变小了,电源的内阻为10Ω B、B、电流表的读数变大了,电源的内阻为20Ω C、C、电流表的读数变大了,电源的内阻为2Ω D、由于不知道电流表的具体读数,因此无法计算电源的内阻 7、电动势为3V、内电阻为1 的电源只给一个额定电压为3V的小灯泡供电,若小灯泡两端的实际电压为2.5V,忽略温度对灯泡电阻的影响,则此时小灯泡的实际功率是W,小灯泡的额定功率是 。 8、如图所示电路,当变阻器滑动触头向下滑动时,请讨论电路中各电流表、电压表的示数的变化情况,其中: 电流表A1的读数将 电流表A2的读数将 电流表A3的读数将 电压表V1的读数将 电压表V2的读数将 电压表V3的读数将 9、如图所示,电源电动势E=10V,内电阻r=2 ,R1=28 ,R2=30 ,R3=60 ,电容C=4×10-8F,试求: ⑴开关S断开和闭合时电容器所带电量之比 ⑵开关S闭合后通过R3的电量 10、有一电动势为30V、内电阻为1 的电源,将它与一盏额定电压为6V、额定功率为12W的小灯泡及一台线圈电阻为2 的电动机串联成闭合电路,小灯泡恰好正常发光,求电动机的输出功率。 11、手电筒的两节干电池用了很久后,小灯泡只能发出很微弱的光了。 把这两节干电池取出来,用电压表测量,每一节干电池两端的电压都很接近于1.5V,把它们装入电子钟里,电子钟能正常工作,试用闭合电路欧姆定律来解释这个现象。 B类 1、如图所示的电路中,当滑动变阻器的滑动触点向下移动时,各灯的亮度变化情况是: <) A、A、B、C三灯都变亮 B、A、B灯变亮,C灯变暗 C、A灯变亮,B、C灯变暗 D、A、C灯变亮,B灯变暗 2、在如图所示的电路中,开关S闭合后,和未闭合开关S前相比较三个电表的读数变化情况是: <) A、V变大、A1变大、A2变小 B、V变大、A1变小、A2变大 C、V变小、A1变大、A2变小 D、 V变小、A1变小、A2变大 3、一个电源对外电路负载电阻R供电,电源电动势为E,内阻为r,要让负载电阻R获得尽可能大的电压,R和r的大小关系为;要使R中的电流尽可能大,R和r的大小关系为;要使R消耗的功率尽可能大,R和r的大小关系为。 4、如图所示电路,变阻器R1的最大值为4Ω,此时它的有效电阻为2Ω,定值电阻R2=6Ω,电源内阻r=1Ω。 当开关闭合时,电源消耗的总功率为16W,输出功率为12W,这时灯正常发光。 求: ⑴电灯的电阻; ⑵当开关断开时,要使灯仍能正常发光,R1的滑片应当移到什么位置? 并求出此时电源的输出功率和电源的效率? 学 习 反 思 申明: 所有资料为本人收集整理,仅限个人学习使用,勿做商业用途。
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