2019-2020年度高中物理上学期第七周 电源的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律教学设计.doc

2019-2020年度高中物理上学期第七周 电源的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律教学设计课题4.电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律课时2考点、知识点电动势、闭合电路的欧姆定律学习目标1. 知道电源是将其他形式的能转化为电能的装置2了解电路中自由电荷定向移动过程中静电力和非静电力做功与能量转化间的关系(难点)3了解电源电动势及内阻的含义4理解闭合电路欧姆定律，理解内、外电路的电势降落(重点)5会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系，并能进行电路分析与计算(重点、难点)重、难点电动势概念的理解(重点、难点)闭合电路欧姆定律，理解内、外电路的电势降落(重点)闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系，并能进行电路分析与计算(重点、难点)学习环节和内容学生活动建议教师活动建议调整记录 电 源 的 电 动 势 和 内 阻环节一：1电源的电动势(1)电源：把其它形式的能转化为电能的装置(2)电动势大小等于没有接入电路时两极间的电压，用字母E表示物理意义：表示电源把其他形式的能转化成电势能的本领2电源的内阻电源内部也是一段电路，也有电阻，它就是电源的内电阻，简称内阻，常用符号r来表示1电源提供的电能越多，电源的电动势越大()2电池是将化学能转化为电势能，光电池是将光能转化为电势能()3当电路中通过1库仑的电荷量时，电源消耗的其他形式能的数值等于电源电动势的值()电动势的大小与电流把其他形式的能量转化为电能的本领有什么关系？【提示】电动势是电源的特征量，电动势不同表明电源把其他形式的能转化为电能本领的大小不同环节二：如图241是一块手机上使用的锂离子电池上的几个数据：“电压：3.7 V容量：850 mAh”，“充电电压：4.2 V”图241探讨1：电动势表明了电源什么特性？【提示】把其他形式能转化为电能的本领探讨2：上述电源若通过非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移到正极所做的功是多少？【提示】WqU3.7 J.1电动势的理解(1)电动势由电源本身决定，与外电路无关(2)电动势是标量，但有方向，物理学中规定方向为由负极经电源内部指向正极，即电源内部电流的方向(3)电源的内部也有电阻(即内电阻)，当电流经电源内部时也有电压降(即内电压)2电动势与电压区别电动势电压物理意义不同表示非静电力做功将其他形式的能转化为电能的本领表示电场力做功将电能转化为其他形式的能的本领数值大小数值上等于将单位电荷量的正电荷从电源负极移到正极非静电力所做的功数值上等于将单位电荷量的正电荷从导体一端移到另一端电场力所做的功决定因素不同由电源本身决定由电源及导体的电阻、导体的连接方式决定环节三:1(多选)关于电动势下列说法正确的是()A在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电势能增加B对于给定的电源，移动正电荷的非静电力做功越多，电动势就越大C电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位正电荷做的功越多D电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移送到正极的电荷量越多【解析】电源是将其他形式的能转化为电势能的装置，是通过电源内部的非静电力做功来完成的，所以非静电力做功，电势能就增加，因此A正确电源电动势是反映电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量，电动势在数值上等于移送单位正电荷所做的功，不能说电动势越大，非静电力做功越多，也不能说电动势越大，移送的电荷量越多，所以C正确，B、D错误【答案】AC2(多选)下列说法中正确的是() 【导学号：33410081】A电源的电动势实质上就是电源两极间的电压B电源的电动势在数值上等于断路时两极间的电压C电源的电动势与电压的单位相同，但与电压有本质的区别D电动势越大，电源两极间的电压一定越高【解析】电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量而电压是电场中两点间的电势差，电动势与电压有着本质的区别，所以A选项错，C选项对当电源开路时，两极间的电压在数值上等于电源的电动势，但在闭合电路中，电源两极间的电压(路端电压)随外电阻的增大而增大，随外电阻的减小而减小，当电源短路时，R外0，这时路端电压为零，所以B选项正确，D选项错【答案】BC3(多选)铅蓄电池的电动势为2 V，这表示()A电路中每通过1 C的电荷，电源把2 J的化学能转化为电势能B没有接入电路时蓄电池两极间的电压为2 VC蓄电池在1 s内将2 J的化学能转化成电势能D蓄电池将化学能转化为电势能的本领比一节干电池(电动势为1.5 V)的大【解析】根据电动势的定义和表达式E，非静电力移动1 C电荷所做的功WqE12 J2 J，由功能关系可知有2 J的化学能转化为电势能，A正确，C错误电源两极间的电势差(电压)UE2 V，B正确电动势是描述电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量，E蓄电池2 V E干电池1.5 V，故D正确【答案】ABD理解电动势的两点注意(1)电动势与电压有本质的区别，不能认为电动势就是电压，电动势E，电压U.(2)电源电动势在数值上等于电源没有接入电路时，电源两极间的电压闭 合 电 路 欧 姆 定 律环节四: 1闭合电路只有用导线把电源、用电器连成一个闭合电路才有电流用电器、导线组成外电路，电源内部是内电路在外电路中，沿电流方向电势降低，在内电路中电流从负极到正极2闭合电路欧姆定律(1)内容：在外电路为纯电阻的闭合电路中，电流的大小跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比(2)公式：I.(3)适用范围：外电路为纯电阻电路1电源的电动势等于外电路电阻两端的电压()2对整个闭合电路来说，内、外电阻串联，它们分担的电压之和等于电源电动势的大小()3在闭合电路中，电源的电动势等于内、外电路上电压之和，所以电动势实质上就是电压()如图242所示，电压表的示数就是电源电动势吗？图242【提示】不是电压表示数近似等于电源电动势环节五:手电筒中的电池用久了，虽然电动势没减少多少，但小灯泡却不怎么亮了探讨1：电源电动势几乎不变，其内阻变化大吗？【提示】内阻明显变大探讨2：电路中电流变化大吗？【提示】电流有明显变化闭合电路欧姆定律的表达形式表达式物理意义适用条件I电流与电源电动势成正比，与电路总电阻成反比纯电阻电路EI(Rr)EU外IrEU外U内电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和式适用于纯电阻电路；、式普遍适用EItI2RtI2rtWW外W内电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和式适用于纯电阻电路；式普遍适用环节六: 4如图243所示的电路中，把R由2 改变为6 时，电流强度减小为原来的一半，则电源的内电阻应为() 【导学号：33410082】图243A4 B8 C6 D2 【解析】据闭合电路欧姆定律：EI(Rr)当R2 时，EI(2r)当R6 时，E(6r)解得r2 ，故选项D正确【答案】D5如图244所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(理想电表)的读数分别为1.6 V和0.4 A，当S断开时，它们的示数变为1.7 V和0.3 A，则电源的电动势和内阻各为多少？图244【解析】当S闭合时，R1和R2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U1EI1r代入数据得：E1.60.4r当S断开时，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U2EI2r代入数据得：E1.70.3r联立得：E2 V，r1 .【答案】2 V1 解决闭合电路问题的一般步骤(1)分析电路，认清各元件的串、并联关系，必要时画等效电路图，特别注意电压表和电流表对应的电路(2)求总电流I：若已知内、外电路上所有电阻的阻值和电源电动势，可用闭合电路欧姆定律直接求出；若内、外电路上有多个未知电阻，可利用某一部分电路的已知电阻和电压求总电流I；当以上方法都行不通时，可以联立方程求出I.(3)根据串、并联电路的特点或部分电路欧姆定律求各部分电路的电压和电流(4)注意适用条件：外电路含有非纯电阻元件时(如电动机、电解槽等)，不能直接用欧姆定律解决电流问题，可以根据串、并联电路特点或能量守恒定律进行列式计算路 端 电 压 与 外 电 阻 的 关 系环节七: 1路端电压与电流的关系公式：UEIr.2路端电压与外电阻的关系：根据UIRR可知，当R增大时，路端电压U增大，当R减小时，路端电压U减小3两种特例(1)当外电路断路(如开关断开)时，外电阻R为无穷大，I为零，Ir也为零，可得UE，即外电路断路时的路端电压等于电源电动势的大小(2)当外电路短路时，外电阻R0，此时电路中的电流最大，即Im，路端电压为零1当电源两端短路时，路端电压等于电源电动势()2电源断路时，路端电压无限大()3电源短路时，电流无限大()为什么电源电动势在数值上等于电源没接入电路时两极间的电压？【提示】当电源没有接入电路时，电源中的电流等于零，此时内电压等于零，所以这时的路端电压在数值上等于电源电动势环节八: 傍晚用电量是每一天的高峰时段，万家灯火，但灯光较暗；又如在家用电器使用中，打开大功率的空调后，你会发现灯泡会暗探讨1：使用的用电器变多时，总电阻如何变化？【提示】当电路中接入较多的用电器时，由于这些用电器是并联的，其总电阻会变小探讨2：灯泡为什么变暗？【提示】总电阻变小，干路中的电流就会很大干路上就会分去较多的电压，造成灯泡两端的电压降低，所以灯泡的亮度也就变暗了1路端电压与外电阻的关系对纯电阻电路有U，图像表达：图像中各点的物理意义可从数学的角度去理解，曲线以UE作为渐近线，某点的切线斜率为该状态下的电流，原点处曲线的切线斜率应该等于短路电流图2452路端电压与电流(1)由UEIr可知，UI图像是一条倾斜的直线，如图246所示图246(2)纵轴的截距等于电源的电动势E，横轴的截距等于外电路短路时的电流，I短.(3)直线斜率的绝对值等于电源的内阻，即r，斜率越大，表明电源的内阻越大3闭合电路动态分析的思路闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化，分析这类问题的基本思路是：环节九: 6一太阳能电池板，测得它的开路电压为800 mV，短路电流为40 mA，若将该电池板与一阻值为20 的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是() 【导学号：33410083】A0.10 VB0.20 VC0.30 VD0.40 V【解析】电源没有接入外电路时，路端电压值等于电源电动势，所以电动势E800 mV.由闭合电路欧姆定律得短路电流I短，所以电源内阻r 20 ，该电源与20 的电阻连成闭合电路时，电路中电流I mA20 mA，所以路端电压UIR400 mV0.4 V，D正确【答案】D7如图247所示的电路，电源内阻不可忽略开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中()图247A电压表与电流表的示数都减小B电压表与电流表的示数都增大C电压表的示数增大，电流表的示数减小D电压表的示数减小，电流表的示数增大【解析】当R0滑动端向下滑动时，R0减小，则电路中总电阻减小，总电流增大，路端电压减小，所以电压表示数减小，又由于R1两端电压增大，故R2两端电压减小，故电流表示数减小，A项正确【答案】A8(多选)如图248所示为某一电源的UI曲线，由图可知()图248A电源电动势为2 VB电源内电阻为 C电源短路时电流为6 AD电路路端电压为1 V时，电路中电流为5 A【解析】由UI图得知，电源的电动势E2 Vr| 0.2 .当U1 V时，I A5 A.【答案】AD闭合电路的动态分析闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流(或灯泡亮暗)发生变化的问题分析的具体步骤如下：学生课前独立完成学生合作探究完成课堂训练，加深学生对于知识点的理解，同时学生展示，差改错。学生课前独立完成学生合作探究完成课堂训练，加深学生对于知识点的理解，同时学生展示，差改错。学生课前独立完成学生合作探究完成课堂训练，加深学生对于知识点的理解，同时学生展示，差改错。改学生导学案，统计学生完成情况教师旁观引导学生完成探究过程教师组织小组合作完成课堂练习，教师旁观记录学生完成情况。并对学生展示内容作最终总结改学生导学案，统计学生完成情况教师旁观引导学生完成探究过程教师组织小组合作完成课堂练习，教师旁观记录学生完成情况。并对学生展示内容作最终总结改学生导学案，统计学生完成情况教师旁观引导学生完成探究过程课堂练习，教师旁观记录学生完成情况。并对学生展示内容作最终总结课题学生实验：测量电源的电动势和内阻课时1考点、知识点伏安法测量电源的电动势和内电阻学习目标1.学会用伏安法测量电源的电动势和内电阻2.学会用“公式法”和“图像法”处理实验数据重、难点经历实验过程，掌握实验方法，学会根据图像合理外推进行数据处理的方法学习环节和内容学生活动建议教师活动建议调整记录环节一：一、实验目的1.学会用伏安法测量电源的电动势和内电阻2学会用“公式法”和“图像法”处理实验数据二、实验原理改变滑动变阻器的阻值，测出至少两组I、U数据，代入方程EUIr，可得到方程组EU1I1r，EU2I2r解此方程组可求得电动势E，内阻r.三、实验器材待测电池一节，电流表(00.6 A)、电压表(03 V)各一块，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干，铅笔，坐标纸环节二：一、实验步骤1确定电流表、电压表的量程，按图连接好电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端图2512闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数3同样的方法，依次记录多组U、I值4断开开关S，拆除电路二、数据处理1公式法利用依次记录的多组数据(一般6组)，分别记录如表所示实验序号123456I/AI1I2I3I4I5I6U外/VU1U2U3U4U5U6分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值E，r作为测量结果2图像法把测出的多组U、I值，在U I图中描点画图像，使U I图像的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧，如图252所示，由UEIr可知：图252(1)纵轴截距等于电源的电动势E，横轴截距等于外电路短路时的电流Im.(2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻r.(3)若电源内阻r0(理想电源)，则UE.三、误差分析1偶然误差主要来源于电压表和电流表的读数以及作UI图像时描点不准确2系统误差主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在UI坐标系中表示出来，如图253所示，可见E测E真，r测r真图253四、注意事项1为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，宜选用旧电池和内阻较大的电压表2电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电电流不宜超过0.3 A，短时间放电电流不宜超过0.5 A因此实验中不宜将I调得过大，读电表的示数要快，每次读完后应立即断电3当干电池的路端电压变化不很明显时，作图像时，纵轴单位可取的小一些，且纵轴起点可不从零开始如图254所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，求内阻时要在直线上取相隔较远的两点，用r求出图2544为了提高测量的精确度，在实验中I、U的变化范围要大一些，计算E、r时，U1和U2、I1和I2的差值要大一些5用伏安法测电动势E和内电阻r时，可以设计成两种电路甲乙图255如图255所示，在实验中我们选择甲图的原因有：依据闭合电路的欧姆定律EUIr，在实验中需要测路端电压U和电源中的电流I，可以看出，甲图中由于电压表的分流作用，使电流表测得的不是真实的电源中的电流；乙图中由于电流表的分压作用，电压表测得的不是真实的路端电压这两个电路都存在系统误差，由于电流表的电阻和电源的内阻差不多大，则乙图测量的电源内阻阻值和真实值相差太大故电流表的分压作用不能忽略，所以选用甲图电路较好6仪器的选择(1)电流表量程的选择：量程要大于电源允许通过的最大电流，对于电池来讲允许通过的最大电流是0.5 A故需要选00.6 A.(2)电压表量程的选择：量程要大于电源电动势，对一节干电池来讲，电压表量程在大于1.5 V的前提下越小越好(3)滑动变阻器的选择：滑动变阻器的最大电阻为待测电阻的几倍时较好，在该实验中因电源内阻比较小，故滑动变阻器选择较小一点的即可环节三：实验探究1对实验原理的考查为测量一电源的电动势及内阻(1)下列三个电压表中选一个改装成量程为9 V的电压表A量程为1 V、内阻大约为1 k的电压表B量程为2 V、内阻大约为2 k的电压表C量程为3 V、内阻为3 k的电压表选择电压表_串联_k的电阻可以改装成量程为9 V的电压表(2)利用一个电阻箱、一只开关、若干导线和改装好的电压表(此表用符号、或与一个电阻串联来表示，且可视为理想电压表)，在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图(3)根据以上实验原理电路图进行实验，读出电压表示数为1.50 V时，电阻箱的阻值为15.0 ；电压表示数为2.00 V时，电阻箱的阻值为40.0 ，则电源的电动势E_V、内阻r_.【解析】(1)改装电压表时，其内阻值要准确告知，所以排除A、B而选C；再由闭合电路欧姆定律可知U(RVR串)，代入数据得R串6 k.(2)电路图如图所示：(3)根据闭合电路欧姆定律可得通式为，将U11.50 V、R115.0 及U22.00 V、R240.0 代入上式解得：E2.5 V、r10 .【答案】(1)C6(2)图见解析(3)2.510实验探究2实验操作与数据处理在用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻的实验中，所用电流表和电压表的内阻分别为0.1 和1 k.下面分别为实验原理图及所需的器件图图256(1)试在实物图中画出连线，将器件按原理图连接成实验电路(2)一位同学记录的6组数据见表试根据这些数据在图257中画出UI图线根据图像读出电池的电动势E_V，根据图像求出电池内阻r_.I/A0.120.200.310.320.500.57U/V1.371.321.241.181.101.05图257【解析】(1)按照原理图将实物连接如图(2)根据表格中U、I数据，在方格纸UI坐标上找点描迹如图，连直线时第四组数据(0.32 A,1.18 V)标出的点应该舍去，然后将直线延长，交U轴于U11.47 V，此即为电源电动势；交I轴于I0.65 A，注意此时U21.00 V，由闭合电路欧姆定律得I.求得r 0.72 .【答案】(1)见解析(2)1.470.020.720学生课前独立完成学生合作探究完成课堂训练，加深学生对于知识点的理解，同时学生展示，差改错。学生课前独立完成学生合作探究完成课堂训练，加深学生对于知识点的理解，同时学生展示，差改错。改学生导学案，统计学生完成情况教师旁观引导学生完成探究过程教师组织小组合作完成课堂练习，教师旁观记录学生完成情况。并对学生展示内容作最终总结改学生导学案，统计学生完成情况教师旁观引导学生完成探究过程教师组织小组合作完成课堂练习，教师旁观记录学生完成情况。并对学生展示内容作最终总结