高中物理第十二章电能能量守恒定律2.闭合电路的欧姆定律学案新人教版

2.闭合电路的欧姆定律新课程标准核心素养目标1.理解闭合电路欧姆定律2．会测量电源的电动势和内阻3．探究电源两端电压与电流的关系物理观念通过观察电路，形成闭合电路的概念，通过分析电荷在导体中的运动，形成电动势的概念科学思维了解内电路、外电路，理解闭合电路欧姆定律的内涵，并能进行简单计算科学探究通过类比方法，加深对电动势的理解，通过理论分析，得出路端电压与负载之间的关系科学态度与责任了解各种型号的电池，通过欧姆定律可以解决电路中的简单问题必备知识·自主学习——突出基础性素养夯基一、电动势1.非静电力：电源把________从负极搬运到正极的力．2．电源：通过非静电力做功把其他形式的能________为电能的装置．3．电动势(1)定义：用________所做的功与所移动的电荷量之比叫作电动势．(2)公式：E＝________．(3)单位：________，用“________”表示．(4)电动势与电源的________无关，跟外电路的组成及变化________(选填“有”或“无”)关．二、闭合电路欧姆定律及其能量分析如图所示电路：1．闭合电路中的能量转化(1)时间t内电源输出的电能(等于非静电力做功的大小)为W＝Eq＝________．(2)在时间t内，外电路转化的内能为Q外＝________．内电路转化的内能为Q内＝________．(3)根据能量守恒定律，非静电力做的功W＝Q外＋Q内，即EIt＝________，进一步得：I＝ER+r2．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______________成反比．(2)表达式：I＝________．(3)另一种表达形式：E＝________．即：电源的电动势等于内、外电路________之和．三、路端电压与负载的关系1．负载和路端电压：负载是外电路中的________，路端电压是外电路的________．2．路端电压U与电流I的关系(1)路端电压U与电流I的函数关系式：U＝________．(2)U­I图像：如图所示，该直线与纵轴交点的纵坐标表示________，斜率的绝对值表示电源的________．3．路端电压与外电阻的关系：当R增大时，路端电压U________，当R减小时，路端电压U________．[情境思考]市面上有形形色色的电池，它们产生电能的“本领”一样吗？如何比较不同电池发电“本领”的高低呢？提示：不一样．通过比较电动势判断产生电能“本领”的高低．[提升](1)公式：I＝ER+r(2)公式：E＝U外＋U内或E＝U外＋Ir，适用于任何电路．【思考辨析】判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”．(1)电动势与电势差实质上是一样的．()(2)在电源内部，正电荷向正极移动过程中，电场力做负功，电荷电势能增加．()(3)所有的电源，均是将化学能转化为电能的装置．()(4)E＝U＋Ir适用于任何电路．()(5)外电路短路时，电路中的电流无穷大．()(6)电源断路时，电流为零，所以路端电压也为零．()关键能力·合作探究——突出综合性素养形成探究点一电动势探究总结1.电源电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置．(1)在化学电池(干电池、蓄电池)中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能．(2)在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能．2．电动势(1)电源的电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，即非静电力移送相同电荷量的电荷做功越多，做功本领越强，则电动势越大．(2)公式E＝Wq是电动势的定义式而不是决定式，E的大小与W和q(3)电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功．典例示范例1关于电动势，下列说法正确的是()A．所有电池的电动势都是1.5VB．体积越大的电源，其电动势一定越大C．电动势在数值上等于电源正负极之间的电压D．电动势表示电源将其他形式的能转化为电能的本领思维方法理解电动势的“三点注意”(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)，当电流流经电源内部时也有电压降落(即内电压)针对训练1关于电压与电动势的说法中正确的是()A．电压与电动势的单位都是伏特，所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法B．电动势就是电池两极的电压C．电动势公式E＝Wq中的W与电压U＝Wq中的D．电动势与电压从能量转化的角度来说有本质的区别探究点二闭合电路的欧姆定律的理解和应用探究总结1．内、外电路中的电势变化如图所示，外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低，内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向电势升高．2．闭合电路的欧姆定律的表达形式表达式物理意义适用条件I＝E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E＝I(R＋r)①E＝U外＋Ir②E＝U外＋U内③电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和①式适用于纯电阻电路；②、③式普遍适用典例示范例2在闭合电路中，下列叙述正确的是()A．当外电路断开时，路端电压等于零B．闭合电路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C．当外电路短路时，电路中的电流趋近于无穷大D．当外电阻增大时，路端电压将减小例3如图所示，已知电源电动势E＝6.0V，内阻r＝0.5Ω，定值电阻R1＝5.5Ω，R2＝2.0Ω.求：(1)开关S1闭合而S2断开时电压表的示数；(2)开关S1和S2都闭合时电压表的示数．思维方法使用闭合电路欧姆定律解决问题的一般步骤(1)分析电路结构，电表位置，画出等效电路图(不要漏掉内电阻)．(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，可用闭合电路的欧姆定律直接求出；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流和电压求总电流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．针对训练2如图所示的电路中，当开关S接a点时，标有“4V，8W”的小灯泡L正常发光，当开关S接b点时，通过电阻R的电流为1A，这时电阻R两端的电压为5V．求：(1)电阻R的阻值；(2)电源的电动势和内阻．探究点三闭合电路的功率问题导学探究1.手电筒中的电池用久了，虽然电池的电动势没减小多少，但小灯泡却不怎么亮了，为什么？2.试从能量角度分析为什么“不能直接将导线连接电源两端”．探究总结1.闭合电路中的几类功率：功率名称通用表达式纯电阻表达式电源总功率P总＝EIP总＝I2(R＋r)内部消耗功率P内＝I2rP内＝I2r电源输出功率P外＝U外IP外＝I2R三者关系P总＝P外＋P内2.纯电阻电路中电源的输出功率：P出＝UI＝I2R＝E2RR+r电源输出功率随外电阻变化关系如图所示：(1)当R＝r时，电源的输出功率最大，Pm＝E2(2)当R>r时，随着R增大，P出减小．(3)当R<r时，随着R增大，P出增大．(4)同一个输出功率P(除最大功率外)都对应两个不同的外电阻R1和R2.3．电源的效率：(1)定义：输出功率占电路消耗的总功率的比值，表达式为η＝P外P总＝UI(2)若外电路为纯电阻电路，则：η＝P出P总＝UE＝IRI可见，外电路电阻越大，电源效率越高．典例示范例4在如图所示的电路中，已知电源电动势E＝3V，内电阻r＝1Ω，电阻R1＝2Ω，滑动变阻器R的阻值连续可调，问：(1)当R多大时，R消耗的功率最大？最大功率为多少？(2)当R多大时，R1消耗的功率最大？最大功率为多少？(3)当R多大时，电源的输出功率最大？最大功率为多少？思维方法功率最大值的求解方法(1)对定值电阻来说，其电流最大时功率也最大．(2)电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大，若不能相等，外电阻越接近内阻时，电源的输出功率越大．(3)如图，求解滑动变阻器R2消耗的最大功率时，可把定值电阻R1等效为电源内阻的一部分，则R2＝R1＋r时，R2上消耗的功率最大．针对训练3将一个电源与一电阻箱连接构成闭合回路，测得的电阻箱所消耗的功率P与电阻箱的读数R的关系如图所示，下列说法正确的是()A．电源最大输出功率可能大于45WB．电源的内阻为5ΩC．电源的电动势为45VD．电阻箱消耗的功率为最大值时，电源的效率大于50%针对训练4如图所示的电路，电源电动势为12V，内阻恒定且不可忽略．初始时刻，电路中的电流等于I0，且观察到电动机正常转动．现在调节滑动变阻器使电路中的电流减小为I0的一半，观察到电动机仍在转动．不考虑温度对电阻的影响，下列说法正确的是()A．电源的热功率减为初始时的一半B．电源的总功率减为初始时的一半C．电动机的热功率减为初始时的一半D．变阻器的功率减为初始时的四分之一课堂检测·素养达标——突出创新性素养达标1．(多选)关于电动势和电压，下列说法正确的是()A.电动势E是由电源本身决定的，跟外电路无关B．电动势E的单位与电势、电势差的单位都是伏特，故三者本质上一样C．电动势不是电压，但它数值上等于将1C正电荷在电源内从负极运送到正极电场力做功的大小D．电动势是表示电源把其他形式的能转化为电势能的本领大小的物理量2．(多选)在新冠肺炎疫情出现后，全国上下纷纷参与到了这场没有硝烟的“战争”中．某厂家生产的医用监护仪紧急发往疫区医院，其配套的电池如图所示，某同学根据电池上的标识，所做判断正确的是()A．电源接入电路时两极间的电压为12VB．电源没有接入电路时两极间的电压为12VC．该电池充电一次可以提供的最大电能为×104JD．该电池充电一次可以提供的最大电能为×104J3．(多选)一个电动势为E、内电阻为r的电池，接上负载电阻R，构成闭合电路，下列说法正确的是()A．当R＝r时，路端电压为U＝EB．当R＝0时，路端电压为U＝EC．当R＝r时，电源输出的功率最大D．当R＝r时，电源的效率为η＝50%4．[教材P88(练习与应用)T3改编]许多人造地球卫星都用太阳能电池供电．太阳能电池由许多片电池板组成．某电池板不接负载时的电压是600μV，短路电流为30μA.若将该电池板与一阻值为20Ω的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是()A．200μVB．300μVC．400μVC．600μV5.在如图所示的电路中，R1＝9Ω，R2＝5Ω，当a、b两点间接理想的电流表时，其读数为0.5A；当a、b两点间接理想的电压表时，其读数为1.8V．求电源的电动势和内阻．2．闭合电路的欧姆定律必备知识·自主学习一、1．正电荷2．转化3．(1)非静电力(2)Wq二、1．(1)EIt(2)I2RtI2rt(3)I2Rt＋I2rt2．(1)电动势内、外电路的电阻之和(2)E(3)U外＋U内电势降落三、1．用电器电势降落2．(1)E－Ir(2)电动势内阻3．增大减小思考辨析答案：(1)×(2)√(3)×(4)√(5)×(6)×关键能力·合作探究探究点一【例1】【解析】A错：一节干电池的电动势是1.5V，一节铅蓄电池的电动势是2V．B错：电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量，与电源的体积无关，如各种体积干电池的电动势都是1.5V．C错：从外电路来看，电源正负极之间的电压是路端电压．一般情况下，路端电压小于电源电动势，电源没有接入电路时两极间的电压在数值上等于电源的电动势．D对：电动势表示电源将其他形式的能转化为电能的本领．【答案】D针对训练1解析：电压和电动势虽然单位相同，但它们表征的物理意义不同，电压是表征电场力做功将电能转化为其他形式的能的本领大小的物理量，而电动势是表征电源通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，故电压与电动势不是同一个物理量，A错误、D正确；只有电源开路时，电动势才等于电源两极间的电压，B错误；电动势公式E＝Wq上中的W答案：D探究点二【例2】【解析】A错：根据闭合电路欧姆定律U＝E－Ir可知，当外电路断开时，电流I＝0，路端电压U＝E.B对：根据闭合电路欧姆定律I＝ER+r得知，闭合电路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．C错：当外电路短路时，R＝0，短路电流I短＝Er，电源内阻r>0，所以电路中的电流【答案】B【例3】【解析】(1)S1闭合，S2断开，根据闭合电路欧姆定律可得通过电源的电流I1＝ER2+r电压表示数U1＝I1R2＝×2.0V＝4.8V(2)开关都闭合时，R1、R2并联后接入电路，R并＝R1电路中电流I2＝ER并+r电压表示数U2＝I2R并＝×1.47V≈4.48V【答案】(1)4.8V(2)4.48V针对训练2解析：(1)当开关S接b点时，由欧姆定律得，电阻R的阻值为R＝UI＝5(2)当开关S接a时，U1＝4V，I1＝P1U1当开关S接b时，U2＝5V，I2＝1A根据闭合电路欧姆定律得：E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r联立得：E＝6V，r＝1Ω.答案：(1)5Ω(2)6V1Ω探究点三1．提示：电池用久了，电动势基本不变，但内阻却明显增大，根据I＝ER+r，电路中的电流变小，由P＝I2R2．提示：由闭合电路欧姆定律知，当外电路断路时，电流I＝Er，通常电源的内阻非常小，则电流非常大，电源内部产生的大量的电热Q内＝I2rt【例4】【解析】(1)把R1视为内电路的一部分，则当R＝R1＋r＝3Ω时，R消耗的功率最大，其最大值为Pm＝E2(2)对定值电阻R1，由P＝I2R知，当电路中的电流最大时其消耗的功率最大，此时R＝0，所以P1＝I2R1＝ER1+r(3)根据电源的输出功率与外电阻的关系知，R外越接近于r时，电源的输出功率越大，故当R＝0时电源的输出功率最大，P出＝I2R1＝ER1+r2R【答案】(1)3Ω0.75W(2)02W(3)02W针对训练3解析：由图可知，电源的输出功率最大为45W，故A错误；当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，由图可知，电源的内阻为5Ω，故B正确；由Pm＝E24r可知，E＝30V，故C错误；根据效率公式可得η＝RR+r答案：B针对训练4解析：A、C错：电源的内阻和电动机的内阻不变，根据公式P＝I2R知：电路中的电流减小为I0的一半，则电源的热功率减为初始时的14，电动机的热功率减为初始时的14.B对：根据P＝EI知：电路中的电流减小为I0的一半，而电源的电动势不变，则电源的总功率减为初始时的一半．D错：电路中的电流减小为I0的一半，说明变阻器接入电路的电阻增大，所以由P＝I2R知变阻器的功率大于初始时的答案