2019-2020年高中物理《闭合电路欧姆定律》教案8 新人教版选修3-1.doc

2019-2020年高中物理闭合电路欧姆定律教案8 新人教版选修3-1教学目的：1、了解电动势的概念、物理意义和测量方法2、能区分内电路、外电路和全电路，理解内电阻、外电阻，知道内电压、外电压和电动势三者的关系3、理解闭合电路欧姆定律及其公式4、能用闭合电路欧姆定律解决相关物理问题教学重点：内电路、外电路和全电路概念；闭合电路欧姆定律及其公式教学难点：电动势的概念、内电压与路端电压的意义教具：干电池（1号、2号和5号）、铅蓄电池、滑动变阻器、小灯泡、电压表和电流表、导线和开关教学过程：在初中物理中我们就已经了解到，只有当电源、用电器和导线组成闭合电路(图135)时，才能形成电流这一节就要把闭合电路作为整体来研究下面我们就从电源开始研究。一、电源：定义：能够持续地把其它形式的能转化为电能的装置。注意：电源并不创造能量，也不创造电荷。电源的作用：电源能在导体（或电路）两端保持一定的电压。电源有保持两极间有一定电压的作用，且不同种类的电源，保持两极间有一定电压的本领不同例如：干电池可保持正、负极之间有15V的电压；常用的蓄电池可保持两极间有20V的电压电源两极间的电压大小是由电源本身的性质决定的，为了表征电源这种特性，物理学中引入了电动势的概念。电动势（E）电动势：理论证明，电源电动势数值上等于没有接入外电路时两极间的电压。单位：伏特（V）。电动势是电源的一个重要参数。电源上都要标示电源的电动势。例：一节蓄电池（氧化铝、铅版、稀硫酸等构成）：2V； 一节干电池（l号、5号、7号）（锌、碳棒、氯化铵、二氧化锰等构成）：15V。电动势的物理意义：是描述电源能把其他形式的能量转化为电能的本领。电动势的大小完全由电源自身因素决定，与电路无关。电动势的测量：可以直接用伏特表去测量。但是：a、显然是不准确的；b、但可以作为一个粗略的测量手段；c、为了准确测量，我们还要另想办法衡量电源的参量除了电动势之外，还有一个内电阻：当电流流过用电器，根据电荷守恒，它也要流过电源内部，而电源的内部也会受到一定的阻碍作用，这种阻碍称之为内电阻，或内阻，用r表示。小结：电动势和内阻是衡量电源性能的两个基本参量，它们是基本不变的。如果供电时间过长，或电源闲置过久，它们也会发生改变：E会变小，r会变大。由于内部也要阻碍电流，也就要消耗电能，所以，我们也把电源内部的这种运行叫做内电路，相对的，我们原来接触的只有用电器的电路就是外电路。如果把内电路和外电路合起来，就叫全电路或闭合电路。二、闭合电路闭合电路由两部分组成：闭合电路：内电路：电源内部的电路。内电路有内电阻，内电阻上有内电压。外电路：电源外部的电路。电源外部的总电阻即为外电阻，其两端电压叫外电压，通常叫路端电压。内、外电路的关系：内电路和外电路的关系是串联关系。因此，我们可以把电源看作是一个理想电源（不考虑内电阻）和一个阻值为电源内阻的电阻串联。在闭合电路中，电流流过电阻时电势要降落，在电阻两端出现电压。电势在内、外电阻上都有降落。所以在内、外电阻上都会产生电压。设在内电阻上产生的电压为U 内 ，在外电阻上产生的电压为U 外 。则在整个闭合电路上电势降落的值为U 外 十U 内 。而电源的作用就是将降落的电势再升高到原有状态，在电源内部，由负极到正极，电势升高的数值即为电源的电动势E。类比：电源和滑梯。通过以上分析可以得出电动势和外电压、内电压的关系：E = U 外 十U 内。为了方便起见，我们将电源做一个处理，将它看成一个理想电源（没有内需或内耗的工厂）和一个内阻的串联，电路就成为图3所示的情形设电路中的总电流为I ，则U内 = Ir ，Uw外 = IR，因为：E = U外十U内，所以，E = IR + Ir ，此式表示，闭合电路中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，这个结论叫做闭合电路欧姆定律。三、闭合电路欧姆定律内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路中的电阻之和成反比。表达式：I = 。常用变形式 U外E Ir 。注意：公式中各个字母的含义。公式I =只适用于外电路为纯电阻的闭合电路；公式U外EIr 除适用于外电路为纯电阻的 闭合电路外，也适用于外电路为非纯电阻的闭合电路。注意：公式I的研究对象是包含线性元件、电源在内的闭合电路，而公式I的研究对象是线性元件和不包含电动势的部分电路。使用时要注意分清。例1：电源的电动势为2.0V，外电路的电阻为9.0，测得电源两极间的电压为1.8V求电源的内阻分析：电源两极间的电势差就是外电阻上的电势差U外，本题中可以简单地用U表示已知U和外电阻R，由部分电路欧姆定律可以求出电路中的电流已知电源的电动势E，再应用闭合电路的欧姆定律就可以得到电源的内阻了解：对于外电路，应用部分电路的欧姆定律，可以求出电路中的电流由I =解出r并代入数值，得电源的内阻是1例题2：如图所示，R1140， R2 90，当单刀双掷开关 S 扳到位置1时，测得电流强度I 1 020A；当S板到位置2时，测得电强度I2 030A ，求电源的电动势和内电阻。 分析：根据闭合电路欧姆定律，可列出方程组： E I1 RI1 r E I2 RI2 r解得： E3V、rl。在讨论电路问题时要注意和初中把电源当成理想电源时的区别。电源为理想电源时，外电阻变化时，路端电压不变，干路电流不变；但考虑内电阻时，外电阻变化会引起路端电压和干路电流都变化。思考与讨论：例题2告诉我们一种测量电源电动势和内阻的方法想想看，需要哪些实验器材？需要测量哪些物理量？试着写出实验步骤三、路端电压和短路电流路端电压跟负载的关系路端电压：外电路两端的电压常常叫做路端电压用电压表在电源两端测量的电压就是路端电压实验表明，外电阻发生变化时，路端电压也发生变化现在利用闭合电路的欧姆定律讨论它们之间的关系路端电压随外电阻的变化情况 根据公式U外 E Ir 和 I 可得：U外 E 。可以判断：当外电阻增大时，路端电压增大。当外电路断路时：RU 端 E 。这就是用电压表直接测量开路时两端电压即为电动势值的原因。当外电阻减小时，路端电压减小。当外电路短路时：R0U端 0 。可见，外电阻的变化会引起路端电压和干路电流都发生一定的变化，而这种变化是因为什么引起的呢？在初中，不考虑电源内阻时，路端电压不会随外电阻的变化而变化。显然，是因为电源内电阻的存在，使外电阻的变化引起路端电压变化。r 越小，路端电压随外电阻的变化越不明显。内电阻 r 0 的电源叫做理想电源。干路电流跟负载的关系在初中，干路电流跟负载的关系是 I ，干路电流与负载R 成反比（U一定）。而在包含电源的闭合电路中，干路电流跟负载的关系是 I 。可以判断：当外电阻增大时，电流减小。当外电路断路时：RI0 。 当外电阻减小时，电流增大。当外电路短路时：R0I 短 。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。路端电压跟干路电流的关系根据公式：U 外 E I r 可得路端电压跟干路电流的关系。路端电压U与电流I的关系可以用图象直观地表示从图中可以看出，路端电压U随着电流I的增大而减小路端电压随电流变化关系图像分析： U 断 E I r ，即纵坐标轴上的截距即为 E横坐标轴上的截距为 I短 斜率 k = tan= r 。四、闭合电路中的能量转化从能量的角度看，电源的作用是把其他形式的能量转化成电能电动势越大，电源把其他形式的能量转化为电能的本领越大电源提供的电能只有一部分消耗在外电路上，转化为其他形式的能量由于任何电源都存在着内阻，所以电源不能把转化来的全部电能供给外电路，一部分要消耗在内电路上，转化为内能作业布置：阅读教材；必修教材P61练习二上作业本；