高中物理第十二章電能能量守恒定律2.閉合電路的歐姆定律學案新人教版

2.閉合電路的歐姆定律新課程標準核心素養(yǎng)目標1.理解閉合電路歐姆定律2．會測量電源的電動勢和內阻3．探究電源兩端電壓與電流的關系物理觀念通過觀察電路，形成閉合電路的概念，通過分析電荷在導體中的運動，形成電動勢的概念科學思維了解內電路、外電路，理解閉合電路歐姆定律的內涵，并能進行簡單計算科學探究通過類比方法，加深對電動勢的理解，通過理論分析，得出路端電壓與負載之間的關系科學態(tài)度與責任了解各種型號的電池，通過歐姆定律可以解決電路中的簡單問題必備知識·自主學習——突出基礎性素養(yǎng)夯基一、電動勢1.非靜電力：電源把________從負極搬運到正極的力．2．電源：通過非靜電力做功把其他形式的能________為電能的裝置．3．電動勢(1)定義：用________所做的功與所移動的電荷量之比叫作電動勢．(2)公式：E＝________．(3)單位：________，用“________”表示．(4)電動勢與電源的________無關，跟外電路的組成及變化________(選填“有”或“無”)關．二、閉合電路歐姆定律及其能量分析如圖所示電路：1．閉合電路中的能量轉化(1)時間t內電源輸出的電能(等于非靜電力做功的大小)為W＝Eq＝________．(2)在時間t內，外電路轉化的內能為Q外＝________．內電路轉化的內能為Q內＝________．(3)根據(jù)能量守恒定律，非靜電力做的功W＝Q外＋Q內，即EIt＝________，進一步得：I＝ER+r2．閉合電路的歐姆定律(1)內容：閉合電路的電流跟電源的______________成正比，跟______________成反比．(2)表達式：I＝________．(3)另一種表達形式：E＝________．即：電源的電動勢等于內、外電路________之和．三、路端電壓與負載的關系1．負載和路端電壓：負載是外電路中的________，路端電壓是外電路的________．2．路端電壓U與電流I的關系(1)路端電壓U與電流I的函數(shù)關系式：U＝________．(2)U-I圖像：如圖所示，該直線與縱軸交點的縱坐標表示________，斜率的絕對值表示電源的________．3．路端電壓與外電阻的關系：當R增大時，路端電壓U________，當R減小時，路端電壓U________．[情境思考]市面上有形形色色的電池，它們產生電能的“本領”一樣嗎？如何比較不同電池發(fā)電“本領”的高低呢？提示：不一樣．通過比較電動勢判斷產生電能“本領”的高低．[提升](1)公式：I＝ER+r(2)公式：E＝U外＋U內或E＝U外＋Ir，適用于任何電路．【思考辨析】判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”．(1)電動勢與電勢差實質上是一樣的．()(2)在電源內部，正電荷向正極移動過程中，電場力做負功，電荷電勢能增加．()(3)所有的電源，均是將化學能轉化為電能的裝置．()(4)E＝U＋Ir適用于任何電路．()(5)外電路短路時，電路中的電流無窮大．()(6)電源斷路時，電流為零，所以路端電壓也為零．()關鍵能力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點一電動勢探究總結1.電源電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉化為電勢能的裝置．(1)在化學電池(干電池、蓄電池)中，非靜電力是化學作用，它使化學能轉化為電勢能．(2)在發(fā)電機中，非靜電力是電磁作用，它使機械能轉化為電勢能．2．電動勢(1)電源的電動勢是表征電源把其他形式的能轉化為電能的本領大小的物理量，即非靜電力移送相同電荷量的電荷做功越多，做功本領越強，則電動勢越大．(2)公式E＝Wq是電動勢的定義式而不是決定式，E的大小與W和q(3)電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把1C的正電荷在電源內從負極移送到正極所做的功．典例示范例1關于電動勢，下列說法正確的是()A．所有電池的電動勢都是1.5VB．體積越大的電源，其電動勢一定越大C．電動勢在數(shù)值上等于電源正負極之間的電壓D．電動勢表示電源將其他形式的能轉化為電能的本領思維方法理解電動勢的“三點注意”(1)電動勢由電源本身決定，與外電路無關．(2)電動勢是標量，但有方向，物理學中規(guī)定方向為由負極經電源內部指向正極，即電源內部電流的方向．(3)電源的內部也有電阻(即內電阻)，當電流流經電源內部時也有電壓降落(即內電壓)針對訓練1關于電壓與電動勢的說法中正確的是()A．電壓與電動勢的單位都是伏特，所以電動勢與電壓是同一物理量的不同叫法B．電動勢就是電池兩極的電壓C．電動勢公式E＝Wq中的W與電壓U＝Wq中的D．電動勢與電壓從能量轉化的角度來說有本質的區(qū)別探究點二閉合電路的歐姆定律的理解和應用探究總結1．內、外電路中的電勢變化如圖所示，外電路中電流由電源正極流向負極，沿電流方向電勢降低，內電路中電流由電源負極流向正極，沿電流方向電勢升高．2．閉合電路的歐姆定律的表達形式表達式物理意義適用條件I＝E電流與電源電動勢成正比，與電路總電阻成反比純電阻電路E＝I(R＋r)①E＝U外＋Ir②E＝U外＋U內③電源電動勢在數(shù)值上等于電路中內、外電壓之和①式適用于純電阻電路；②、③式普遍適用典例示范例2在閉合電路中，下列敘述正確的是()A．當外電路斷開時，路端電壓等于零B．閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比，跟內外電路的電阻之和成反比C．當外電路短路時，電路中的電流趨近于無窮大D．當外電阻增大時，路端電壓將減小例3如圖所示，已知電源電動勢E＝6.0V，內阻r＝0.5Ω，定值電阻R1＝5.5Ω，R2＝2.0Ω.求：(1)開關S1閉合而S2斷開時電壓表的示數(shù)；(2)開關S1和S2都閉合時電壓表的示數(shù)．思維方法使用閉合電路歐姆定律解決問題的一般步驟(1)分析電路結構，電表位置，畫出等效電路圖(不要漏掉內電阻)．(2)求總電流I：若已知內、外電路上所有電阻的阻值和電源電動勢，可用閉合電路的歐姆定律直接求出；若內、外電路上有多個未知電阻，可利用某一部分電路的已知電流和電壓求總電流I.(3)根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點或部分電路歐姆定律求各部分電路的電壓和電流．針對訓練2如圖所示的電路中，當開關S接a點時，標有“4V，8W”的小燈泡L正常發(fā)光，當開關S接b點時，通過電阻R的電流為1A，這時電阻R兩端的電壓為5V．求：(1)電阻R的阻值；(2)電源的電動勢和內阻．探究點三閉合電路的功率問題導學探究1.手電筒中的電池用久了，雖然電池的電動勢沒減小多少，但小燈泡卻不怎么亮了，為什么？2.試從能量角度分析為什么“不能直接將導線連接電源兩端”．探究總結1.閉合電路中的幾類功率：功率名稱通用表達式純電阻表達式電源總功率P總＝EIP總＝I2(R＋r)內部消耗功率P內＝I2rP內＝I2r電源輸出功率P外＝U外IP外＝I2R三者關系P總＝P外＋P內2.純電阻電路中電源的輸出功率：P出＝UI＝I2R＝E2RR+r電源輸出功率隨外電阻變化關系如圖所示：(1)當R＝r時，電源的輸出功率最大，Pm＝E2(2)當R>r時，隨著R增大，P出減小．(3)當R<r時，隨著R增大，P出增大．(4)同一個輸出功率P(除最大功率外)都對應兩個不同的外電阻R1和R2.3．電源的效率：(1)定義：輸出功率占電路消耗的總功率的比值，表達式為η＝P外P總＝UI(2)若外電路為純電阻電路，則：η＝P出P總＝UE＝IRI可見，外電路電阻越大，電源效率越高．典例示范例4在如圖所示的電路中，已知電源電動勢E＝3V，內電阻r＝1Ω，電阻R1＝2Ω，滑動變阻器R的阻值連續(xù)可調，問：(1)當R多大時，R消耗的功率最大？最大功率為多少？(2)當R多大時，R1消耗的功率最大？最大功率為多少？(3)當R多大時，電源的輸出功率最大？最大功率為多少？思維方法功率最大值的求解方法(1)對定值電阻來說，其電流最大時功率也最大．(2)電源的輸出功率在外電阻等于內阻時最大，若不能相等，外電阻越接近內阻時，電源的輸出功率越大．(3)如圖，求解滑動變阻器R2消耗的最大功率時，可把定值電阻R1等效為電源內阻的一部分，則R2＝R1＋r時，R2上消耗的功率最大．針對訓練3將一個電源與一電阻箱連接構成閉合回路，測得的電阻箱所消耗的功率P與電阻箱的讀數(shù)R的關系如圖所示，下列說法正確的是()A．電源最大輸出功率可能大于45WB．電源的內阻為5ΩC．電源的電動勢為45VD．電阻箱消耗的功率為最大值時，電源的效率大于50%針對訓練4如圖所示的電路，電源電動勢為12V，內阻恒定且不可忽略．初始時刻，電路中的電流等于I0，且觀察到電動機正常轉動．現(xiàn)在調節(jié)滑動變阻器使電路中的電流減小為I0的一半，觀察到電動機仍在轉動．不考慮溫度對電阻的影響，下列說法正確的是()A．電源的熱功率減為初始時的一半B．電源的總功率減為初始時的一半C．電動機的熱功率減為初始時的一半D．變阻器的功率減為初始時的四分之一課堂檢測·素養(yǎng)達標——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達標1．(多選)關于電動勢和電壓，下列說法正確的是()A.電動勢E是由電源本身決定的，跟外電路無關B．電動勢E的單位與電勢、電勢差的單位都是伏特，故三者本質上一樣C．電動勢不是電壓，但它數(shù)值上等于將1C正電荷在電源內從負極運送到正極電場力做功的大小D．電動勢是表示電源把其他形式的能轉化為電勢能的本領大小的物理量2．(多選)在新冠肺炎疫情出現(xiàn)后，全國上下紛紛參與到了這場沒有硝煙的“戰(zhàn)爭”中．某廠家生產的醫(yī)用監(jiān)護儀緊急發(fā)往疫區(qū)醫(yī)院，其配套的電池如圖所示，某同學根據(jù)電池上的標識，所做判斷正確的是()A．電源接入電路時兩極間的電壓為12VB．電源沒有接入電路時兩極間的電壓為12VC．該電池充電一次可以提供的最大電能為×104JD．該電池充電一次可以提供的最大電能為×104J3．(多選)一個電動勢為E、內電阻為r的電池，接上負載電阻R，構成閉合電路，下列說法正確的是()A．當R＝r時，路端電壓為U＝EB．當R＝0時，路端電壓為U＝EC．當R＝r時，電源輸出的功率最大D．當R＝r時，電源的效率為η＝50%4．[教材P88(練習與應用)T3改編]許多人造地球衛(wèi)星都用太陽能電池供電．太陽能電池由許多片電池板組成．某電池板不接負載時的電壓是600μV，短路電流為30μA.若將該電池板與一阻值為20Ω的電阻器連成一閉合電路，則它的路端電壓是()A．200μVB．300μVC．400μVC．600μV5.在如圖所示的電路中，R1＝9Ω，R2＝5Ω，當a、b兩點間接理想的電流表時，其讀數(shù)為0.5A；當a、b兩點間接理想的電壓表時，其讀數(shù)為1.8V．求電源的電動勢和內阻．2．閉合電路的歐姆定律必備知識·自主學習一、1．正電荷2．轉化3．(1)非靜電力(2)Wq二、1．(1)EIt(2)I2RtI2rt(3)I2Rt＋I2rt2．(1)電動勢內、外電路的電阻之和(2)E(3)U外＋U內電勢降落三、1．用電器電勢降落2．(1)E－Ir(2)電動勢內阻3．增大減小思考辨析答案：(1)×(2)√(3)×(4)√(5)×(6)×關鍵能力·合作探究探究點一【例1】【解析】A錯：一節(jié)干電池的電動勢是1.5V，一節(jié)鉛蓄電池的電動勢是2V．B錯：電動勢是表征電源把其他形式的能轉化為電能本領大小的物理量，與電源的體積無關，如各種體積干電池的電動勢都是1.5V．C錯：從外電路來看，電源正負極之間的電壓是路端電壓．一般情況下，路端電壓小于電源電動勢，電源沒有接入電路時兩極間的電壓在數(shù)值上等于電源的電動勢．D對：電動勢表示電源將其他形式的能轉化為電能的本領．【答案】D針對訓練1解析：電壓和電動勢雖然單位相同，但它們表征的物理意義不同，電壓是表征電場力做功將電能轉化為其他形式的能的本領大小的物理量，而電動勢是表征電源通過非靜電力做功將其他形式的能轉化為電能的本領大小的物理量，故電壓與電動勢不是同一個物理量，A錯誤、D正確；只有電源開路時，電動勢才等于電源兩極間的電壓，B錯誤；電動勢公式E＝Wq上中的W答案：D探究點二【例2】【解析】A錯：根據(jù)閉合電路歐姆定律U＝E－Ir可知，當外電路斷開時，電流I＝0，路端電壓U＝E.B對：根據(jù)閉合電路歐姆定律I＝ER+r得知，閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比，跟內外電路的電阻之和成反比．C錯：當外電路短路時，R＝0，短路電流I短＝Er，電源內阻r>0，所以電路中的電流【答案】B【例3】【解析】(1)S1閉合，S2斷開，根據(jù)閉合電路歐姆定律可得通過電源的電流I1＝ER2+r電壓表示數(shù)U1＝I1R2＝×2.0V＝4.8V(2)開關都閉合時，R1、R2并聯(lián)后接入電路，R并＝R1電路中電流I2＝ER并+r電壓表示數(shù)U2＝I2R并＝×1.47V≈4.48V【答案】(1)4.8V(2)4.48V針對訓練2解析：(1)當開關S接b點時，由歐姆定律得，電阻R的阻值為R＝UI＝5(2)當開關S接a時，U1＝4V，I1＝P1U1當開關S接b時，U2＝5V，I2＝1A根據(jù)閉合電路歐姆定律得：E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r聯(lián)立得：E＝6V，r＝1Ω.答案：(1)5Ω(2)6V1Ω探究點三1．提示：電池用久了，電動勢基本不變，但內阻卻明顯增大，根據(jù)I＝ER+r，電路中的電流變小，由P＝I2R2．提示：由閉合電路歐姆定律知，當外電路斷路時，電流I＝Er，通常電源的內阻非常小，則電流非常大，電源內部產生的大量的電熱Q內＝I2rt【例4】【解析】(1)把R1視為內電路的一部分，則當R＝R1＋r＝3Ω時，R消耗的功率最大，其最大值為Pm＝E2(2)對定值電阻R1，由P＝I2R知，當電路中的電流最大時其消耗的功率最大，此時R＝0，所以P1＝I2R1＝ER1+r(3)根據(jù)電源的輸出功率與外電阻的關系知，R外越接近于r時，電源的輸出功率越大，故當R＝0時電源的輸出功率最大，P出＝I2R1＝ER1+r2R【答案】(1)3Ω0.75W(2)02W(3)02W針對訓練3解析：由圖可知，電源的輸出功率最大為45W，故A錯誤；當內外電阻相等時，電源的輸出功率最大，由圖可知，電源的內阻為5Ω，故B正確；由Pm＝E24r可知，E＝30V，故C錯誤；根據(jù)效率公式可得η＝RR+r答案：B針對訓練4解析：A、C錯：電源的內阻和電動機的內阻不變，根據(jù)公式P＝I2R知：電路中的電流減小為I0的一半，則電源的熱功率減為初始時的14，電動機的熱功率減為初始時的14.B對：根據(jù)P＝EI知：電路中的電流減小為I0的一半，而電源的電動勢不變，則電源的總功率減為初始時的一半．D錯：電路中的電流減小為I0的一半，說明變阻器接入電路的電阻增大，所以由P＝I2R知變阻器的功率大于初始時的答案