《12.2闭合电路的欧姆定律》教案、导学案、同步练习

21/21《12.2闭合电路的欧姆定律》教案【教学目标】一、知识与技能1．借助实验，知道闭合电路欧姆定律。2．能利用实验结果对实际问题进行简单分析。3．知道闭合电路中各点的电势高低，加深对于电动势及回路中能量转化的理解。二、过程与方法1．懂得使用电压传感器，学会测量电源电动势的一种方法。2．通过实验，学会处理实验数据，归纳、总结的科学研究方法。三、情感、态度与价值观1．了解电池的结构，感悟物理贴近生活、联系实际。2．结合实验和探索过程，学会观察、勤于思考，体会科学研究方法，提高科学素养。【教学重点】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。【教学难点】路端电压与负载的关系。【教学过程】一、复习提问、新课导入1.教师：（演示实验）为什么多接几个小灯泡之后，会比之前要暗？2.介绍闭合电路的组成和内电压、外电压的含义。由导线、电源、用电器连成的电路叫做闭合电路。用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路。2.提出问题：E、U、U’、R、r和I这些物理量之间的内在联系是怎样的？二、新课教学（一）电动势1.电源：（1）保持两极间有电压。（2）通过非静电力做功把其它形式的能转化为电能的装置。2.电动势：电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。（1）非静电力做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的这种特性，叫做电动势。用字母E表示。E（2）单位：V（3）电动势与外电路无关，由电源本身特性决定的。（4）电动势的实质：表征电源把其它形式的能转化为电能的本领。（二）闭合电路欧姆定律及其能量分析1.内电路和外电路（1）内电路：电源内部的电路，叫内电路。如发电机的线圈、电池内的溶液等。（2）外电路：电源外部的电路，叫外电路。包括用电器、导线等。2.内电阻和外电阻（1）内电阻：内电路的电阻，通常称为电源的内阻。（2）外电阻：外电路的总电阻。3.电源的电动势与内、外电路中的电势降落关系【实验探究】【理论分析】设电源电动势为E，内阻为r，与一个负载连成闭合电路，负载两端电压为U，电路中电流为I，通电时间为t：根据能量守恒定律，有W∴EIt=UIt+即：E4.闭合电路欧姆定律（1）内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比，这个结论叫做闭合电路的欧姆定律。（2）公式：I＝EQ\F(E,R＋r)（3）适用条件：外电路是纯电阻的电路。（三）路端电路与负载的关系路端电压：外电路的电势降落，也就是外电路两端的电压，通常叫做路端电压。1.路端电路与电压的关系【实验探究】对某一给定的闭合电路来说，电流、路端电压、内电压随外电阻的改变而改变，变化情况如下：R变化情况RRRRIUU当外电阻增大时，电流减小，路端电压增大；当外电阻减小时，电流增大，路端电压减小。定性分析R↑→I(＝EQ\F(E,R＋r))↓→Ir↓→U(＝E－Ir)↑R↓→I(＝EQ\F(E,R＋r))↑→Ir↑→U(＝E－Ir)↓①当外电路断开时，R→∞此为直接测量电源电动势的依据。②当电源两端短路时，R＝由于r很小，电路中电流很大，容易烧坏电源。（绝对不允许将电源两端用导线直接连接在一起。）2.路端电路与电流的关系路端电压U与电流I的关系图像是一条向下倾斜的直线。U—I图像如图所示。①在纵轴上的截距表示电源电动势??②在横轴上的截距表示电源短路电流③图象斜率的绝对值表示电源的内阻（内阻越大，图线倾斜得越厉害）3.闭合电路中的功率（1）闭合电路中的能量转化qE＝qU外＋qU内在某段时间内，电能提供的电能等于内、外电路消耗的电能的总和。电源的电动势又可理解为在电源内部移送1C电量时，电源提供的电能。（2）闭合电路中的功率EI＝U外I＋U内IEI＝I2R＋I2r说明了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，另一部分消耗在内阻上，转化为内能。（3）电源提供的电功率电源提供的电功率，又称之为电源的总功率。PR↑→P↓，R→∞时，P＝0R↓→P↑，R→0时，P（4）外电路消耗的电功率外电路上消耗的电功率，又称之为电源的输出功率。P＝U外I定性分析I＝EQ\F(E,R＋r)U外＝E－Ir＝EQ\F(RE,R＋r)从这两个式子可知，R很大或R很小时，电源的输出功率均不是最大。定量分析P所以，当R＝r时，电源的输出功率为最大，P＝图像表述：从P－R图像中可知，当电源的输出功率小于最大输出功率时，对应有两个外电阻R1．R2时电源的输出功率相等。可以证明，R1．R2和r必须满足：r=R1（5）内电路消耗的电功率内电路消耗的电功率是指电源内电阻发热的功率。P内＝U内I＝ER↑→P内↓，R↓→P内↑。（6）电源的效率电源的输出功率与总功率的比值。η＝EQ\F(P外,P)＝EQ\F(R,R＋r)当外电阻R越大时，电源的效率越高。当电源的输出功率最大时，η＝50%。三、当堂检测【题1】关于电动势下列说法中正确的是（）A.在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加B.对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大C.电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移动，单位电荷量做功越多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到正极，移送电荷量越多【题2】如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表（均为理想电表）的示数各为1.6V和0.4A。当S断开时，它们的示数各改变0.1V和0.1A，求电源的电动势。【题3】如图所示的电路中，电源的电动势和内阻分别为E和r，当闭合开关S，向左移动滑动变阻器的滑片时，下列说法正确的是（）A.电流表的示数变大，电压表的示数变大B.电流表的示数变大，电压表的示数变小C.电流表的示数变小，电压表的示数变小D.电流表的示数变小，电压表的示数变大【题4】如图所示电路中，电源电动势E=10V，内电阻r=0.5Ω，电动机的电阻R0=1.0Ω，电阻R1=1.5Ω，电动机正常工作时，电压表的示数U1=3.0V，求：（1）电源释放的电功率。（2）电动机消耗的电功率，将电能转化为机械能的功率。（3）电源的输出功率。《12.2闭合电路的欧姆定律》导学案【学习目标】一、知识与技能1．借助实验，知道闭合电路欧姆定律。2．能利用实验结果对实际问题进行简单分析。3．知道闭合电路中各点的电势高低，加深对于电动势及回路中能量转化的理解。二、过程与方法1．懂得使用电压传感器，学会测量电源电动势的一种方法。2．通过实验，学会处理实验数据，归纳、总结的科学研究方法。三、情感、态度与价值观1．了解电池的结构，感悟物理贴近生活、联系实际。2．结合实验和探索过程，学会观察、勤于思考，体会科学研究方法，提高科学素养。【学习重点】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。【学习难点】路端电压与负载的关系。【学习过程】一、新课学习思考：为什么多接几个小灯泡之后，会比之前要暗？由导线、电源、用电器连成的电路叫做______________。用电器和导线组成____________，电源内部是____________。（一）电动势1.电源：（1）保持两极间有__________。（2）通过_____________做功把其它形式的能转化为__________的装置。2.电动势：______________________________________________________。（1）______________做的功与_______________________之比来表示电源的这种特性，叫做电动势。用字母E表示。表达式：__________________（2）单位：_________（3）电动势与外电路无关，由____________特性决定的。（4）电动势的实质：表征____________________________________。（二）闭合电路欧姆定律及其能量分析1.内电路和外电路（1）内电路：电源内部的电路，叫内电路。如___________________________。（2）外电路：电源外部的电路，叫外电路。包括用_______________________。2.内电阻和外电阻（1）内电阻：内电路的电阻，通常称为________________________。（2）外电阻：外电路的总电阻。3.电源的电动势与内、外电路中的电势降落关系设电源电动势为E，内阻为r，与一个负载连成闭合电路，负载两端电压为U，电路中电流为I，通电时间为t：推导过程：4.闭合电路欧姆定律（1）内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势___________，跟内、外电路的电阻之和____________，这个结论叫做闭合电路的欧姆定律。（2）公式：_____________（3）适用条件：______________________。（三）路端电路与负载的关系路端电压：外电路的电势降落，也就是外电路两端的电压，通常叫做路端电压。1.路端电路与电压的关系【实验探究】对某一给定的闭合电路来说，电流、路端电压、内电压随外电阻的改变而改变，变化情况如下：R变化情况RRRRI=UU当外电阻增大时，电流减小，路端电压增大；当外电阻减小时，电流增大，路端电压减小。定性分析①当外电路断开时，R____________此为直接测量电源电动势的依据。②当电源两端短路时，R____________由于r很小，电路中电流很大，容易烧坏电源。（绝对不允许将电源两端用导线直接连接在一起。）2.路端电路与电流的关系路端电压U与电流I的关系图像是一条向下倾斜的直线。画出U—I图像：①在纵轴上的截距表示___________②在横轴上的截距表示___________③图象斜率的绝对值表示_________（内阻越大，图线越__________）3.闭合电路中的功率（1）闭合电路中的能量转化qE＝_________________在某段时间内，电能提供的电能等于内、外电路消耗的电能的____________。电源的电动势又可理解为_________________________________。（2）闭合电路中的功率EI＝_________________=_________________说明了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，另一部分消耗在___________上，转化为___________。（3）电源提供的电功率电源提供的电功率，又称之为电源的总功率。PR↑→P___，R→∞时，P______。R↓→P___，R→0时，P______。（4）外电路消耗的电功率外电路上消耗的电功率，又称之为电源的输出功率。P＝U外I定性分析I＝EQ\F(E,R＋r)U外＝E－Ir＝EQ\F(RE,R＋r)从这两个式子可知，R很大或R很小时，电源的输出功率__________________。定量分析所以，当R＝r时，电源的输出功率为最大，_______________。图像表述：从P－R图像中可知，当电源的输出功率小于最大输出功率时，对应有两个外电阻R1．R2时电源的输出功率相等。可以证明，R1．R2和r必须满足：r=_______________。（5）内电路消耗的电功率内电路消耗的电功率是指电源内电阻发热的功率。P内＝U内I＝ER↑→P内_______，R↓→P内_______。（6）电源的效率电源的输出功率与总功率的比值。η＝EQ\F(P外,P)＝EQ\F(R,R＋r)当外电阻R越大时，电源的效率越高。当电源的输出功率最大时，η＝______。二、当堂检测【题1】关于电动势下列说法中正确的是（）A.在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加B.对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大C.电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移动，单位电荷量做功越多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到正极，移送电荷量越多【题2】如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表（均为理想电表）的示数各为1.6V和0.4A。当S断开时，它们的示数各改变0.1V和0.1A，求电源的电动势。【题3】如图所示的电路中，电源的电动势和内阻分别为E和r，当闭合开关S，向左移动滑动变阻器的滑片时，下列说法正确的是（）A.电流表的示数变大，电压表的示数变大B.电流表的示数变大，电压表的示数变小C.电流表的示数变小，电压表的示数变小D.电流表的示数变小，电压表的示数变大【题4】如图所示电路中，电源电动势E=10V，内电阻r=0.5Ω，电动机的电阻R0=1.0Ω，电阻R1=1.5Ω，电动机正常工作时，电压表的示数U1=3.0V，求：（1）电源释放的电功率。（2）电动机消耗的电功率，将电能转化为机械能的功率。（3）电源的输出功率。《12.2闭合电路的欧姆定律》同步练习基础巩固1.(多选)电池给灯泡供电与人将球抛出在能量转化方面有相似之处,我们可以将电势能类比于重力势能,如图所示,下列说法正确的是()A.可以将电流通过灯泡时电流做功与抛球时人对球做功相类比B.可以将电池的非静电力做功与抛球时人对球做的功类比C.可以将电流通过灯泡时做的功与重力对球做的功类比D.可以将电池的非静电力做功与重力对球做功类比解析将电势能类比重力势能,电流通过灯泡做功,电势能减少,可类比重力做功,重力势能减少,非静电力做功,电势能增加,可类比人抛球对球做功,球重力势能增加,故B、C正确。答案BC2.(多选)如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图像,则下列说法正确的是()A.电动势E1=E2,短路电流I1>I2B.电动势E1=E2,内阻r1>r2C.电动势E1>E2,内阻r1<r2D.当两电源的工作电流变化量相同时,电源2的路端电压变化较大解析由题图可知两电源的U-I图线交纵轴于一点,则说明两电源的电动势相同;交横轴于两不同的点,很容易判断电源1的短路电流大于电源2的短路电流,则A项正确。又由两图线的倾斜程度可知图线2的斜率的绝对值大于图线1的斜率的绝对值,即电源2的内阻大于电源1的内阻,则可知B、C项错误。由图象可判断当两电源的工作电流变化量相同时,电源2的路端电压的变化量大于电源1的路端电压的变化量,可知D项正确。答案AD3.如图所示,当开关S断开时,电压表示数为3V,当开关S闭合时,电压表示数为1.8V,则外电阻R与电源内阻r之比为()A.5∶3 B.3∶5C.2∶3 D.3∶2解析S断开时,电压表的示数等于电源的电动势,即E=3V。S闭合时,U外=1.8V,所以U内=E-U外=1.2V。因U外=IR,U内=Ir,所以R∶r=U外∶U内=1.8∶1.2=3∶2。答案D4.一块数码相机中用的锂电池的电动势为3.6V,容量为1000mA·h(相当于用1000mA的电流释放可放电1h,用500mA的电流释放可放电2h,以此类推)。当关闭液晶屏时可拍摄照片400张左右,则每拍一张照片所消耗的电能约为J;当打开液晶屏时可拍摄照片150张左右,则每拍一张照片液晶屏消耗的电能约为J。解析电源输出的总电能E=UQ=UIt=3.6×1×3600J=12960J。关闭液晶屏时,每拍一张照片消耗的电能E1=E400=32.打开液晶屏时,每拍一张照片消耗的电能E2=E150=86.每拍一张照片液晶屏消耗的电能E3=E2-E1=86.4J-32.4J=54J。答案32.4545.铅蓄电池的电动势为2V,一节干电池的电动势为1.5V,将铅蓄电池和干电池分别接入电路,两个电路中的电流分别为0.1A和0.2A。试求:两个电路都工作20s,电源所消耗的化学能分别为多少?哪一个电源把化学能转化为电能的本领更大?解析对于铅蓄电池的电路,20s内通过的电荷量为q1=I1t=2C,对于干电池的电路,20s内通过的电荷量为q2=I2t=4C。由电动势的定义式得电源消耗的化学能分别为W1=q1E1=4J,W2=q2E2=6J。电动势反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小,电动势越大,电源本领越大,故铅蓄电池把化学能转化为电能的本领更大。答案4J6J铅蓄电池把化学能转化为电能的本领更大能力提升1.有两个阻值相同都为R的电阻,串联起来接在电动势为E的电源上,通过每个电阻的电流为I,若将这两个电阻并联起来,仍接在该电源上,此时通过一个电阻的电流为2I3,则该电源的内阻是(A.R B.R2 C.4R D.解析由闭合电路欧姆定律得,两电阻串联时I=E2R+r,两电阻并联时23I=1答案C2.(多选)如图所示的U-I图像中,直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系,直