第十二章《电能 能量守恒定律》学习活动五：闭合电路的欧姆定律--高二上学期物理人教版（2019）必修第三册.docx

《第十二章《电能 能量守恒定律》学习活动五：闭合电路的欧姆定律--高二上学期物理人教版（2019）必修第三册.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十二章《电能 能量守恒定律》学习活动五：闭合电路的欧姆定律--高二上学期物理人教版（2019）必修第三册.docx（6页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第十二章电能 能量守恒定律学习活动五：闭合电路的欧姆定律课前准备：1.部分电路的欧姆定律内容、表达式及使用条件是什么？2.电动势是如何定义的？电源是怎样一种装置？课堂教学：【学习任务一】闭合电路中的电路结构及电流与电势关系问题1.什么样的电路是闭合电路？如何分辨内电路与外电路？导线内的电场方向如何？预测学生回答：用导线将电源、用电器连成的闭合回路称为闭合电路。电源内部的电路称为内电路，除电源之外的电路部分可以称为外电路。在外电路中，导线内的电场沿导线方向从正极指向负极。在内电路中，电场仍从正极指向负极。问题2.在外电路中，沿电流方向电势如何变化？在内电路中电势又是如何变化的？预测学生回答：沿电

2、流方向电势降低。因为正电荷在静电力的作用下运动，静电力做正功，电势能减少，电势在降低。而在内电路中沿电流方向电势升高，因为电源内部非静电力将正电荷从电势低处移到电势高处。教师总结提升：在外电路中，沿电流方向电势降低；而在内电路中沿电流方向电势升高。【学习任务二】闭合电路中的能量转化设电源电动势为E，内阻为r，外电路电阻为R，闭合电路的电流为I，请思考下列问题：1.在t时间内，外电路中消耗的电能Q外是多少？2.在t时间内，内电路中消耗的电能Q内是多少？3.在t时间内，电源中非静电力做的功W是多少？4.全电路中的能量是如何转化的？学生比较容易得到：（1）Q外=I2Rt（2）Q内=I2rt（3）W=

3、Eq=EIt根据能量守恒定律知，非静电力做功将其它形式的能转化为电能，又通过内、外电路将电能转化为内能，W=Q外+Q内即EIt=I2Rt+I2rt整理得：E=IR+Ir=U+Ir即这就是闭合电路的欧姆定律。【学习任务三】闭合电路中的欧姆定律根据部分电路欧姆定律进行知识的迁移与内化，得到闭合电路的欧姆定律内容及表达式。（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：（3）适用条件：外电路是纯电阻的电路。根据欧姆定律，外电路两端的电压为U=IR，习惯上称为路端电压，内电路的电势降落为U内=Ir，代入E=IR+Ir得。该式表

4、明，电动势等于内外电路电压之和。【学习任务四】路端电压与负载的关系问题1.对给定的电源，E、r均为定值，外电阻变化时，电路中的电流如何变化？内、外电压如何变？你能否设计一个电路研究并验证呢？提示：在负载电阻变化时，电流相应变化，如果用U=IR研究路端电压的变化，两个量同时变化，IR乘积无法判断路端电压到底如何变。能否换个思路试试？请大家思考讨论。预测学生回答：据可知，R增大时I减小；R减小时I增大。由于公式U=IR中电流、电阻均在变化无法直接得到结论，可以尝试从电源两端用控制变量法得到外电阻与路端电压的关系，即电动势E和内阻r是一定的，从E=IR+Ir=U+Ir变形得到U=E-Ir来判断：当R

5、增大时I减小，E、r不变，则U增大；反之R减小则U减小。经过思考与讨论设计实验电路图如图所示。按电路图连接电路并调节滑动变阻器，观察电压表示数随外电阻变化的规律。总结实验结论：当外电阻增大时，电流减小，电压表示数增大即路端电压增大；当外电阻减小时，电流增大，电压表示数减小即路端电压减小。问题2.闭合电路中的路端电压与电流的关系式是什么？如何用图像法处理？提示：数学上y-x图像中，y=kx+b是怎么画的？根据U=E-Ir，要想得到U-I图像，公式变形为：U=-rI+E，根据已有数学知识画出U-I图像。讨论两种特殊情况：（1）在闭合电路中，当外电阻等于零时，会发生什么现象？电流有多大？预测学生回答

6、：当外电阻等于零时发生短路现象，外电阻R=0，U外=0，U内=E，故短路电流。教师提示：一般情况下，电源内阻很小，像铅蓄电池的内阻只有0.0050.1，干电池的内阻通常也不到1，所以短路时电流很大，很大的电流可能烧坏电源，甚至引起火灾。因此实际使用中要注意用电安全。（2）当外电阻很大时，又会发生什么现象呢？预测学生回答：当外电阻很大时可以认为是断路。断路时，外电阻R，电流I=0，U内=0，U=E。教师点拨：电压表测电动势就是利用了这一原理。进一步明确U-I图像含义：图线与纵轴截距的意义图线与横轴截距的意义图像斜率的意义与部分电路欧姆定律U-I曲线的区别教师总结提升：路端电压U与电流I的关系图像

7、是一条倾斜的直线。随着电流I的增大内电压增大，而路端电压U减小。直线与纵轴的交点表示电源的电动势E，直线与横轴的交点表示短路电流，直线斜率的绝对值表示电源的内电阻。外电路接线性电阻，其U-I图像是过坐标原点的倾斜直线，与路端电压-电流图像的交点即为工作状态点。【能力拓展】如果电路中含有电动机、电解槽等非纯电阻电路时，它们正常工作时，电能不完全转化为内能，不再满足闭合电路欧姆定律。例如：一个装四节5号电池的小风扇，将其拆解开测量其不同状态时的电压和电流值。在正常工作时测得工作电压是5.6V，工作电流为90mA。当卡住转轴的时候发现电流变大了，工作电压减小。请思考这是什么原因？当电机正常运行的时候

8、，电流做功一小部分转化为电热，更多的是机械输出，即UII2RMt，得UIRM，当电机卡住时就可以当纯电阻处理，其分压自然就减少，工作电流会增加。【学习小结】1.在外电路中，沿电流方向电势降低；而在内电路中沿电流方向电势升高。电源电动势等于闭合电路内、外电阻上的电势降落U内和U外之和，即E=U内+U外。2.明确闭合电路欧姆定律的内容、表达式及适用条件。3.明确闭合电路的路端电压与负载关系，路端电压随着外电阻的增大而增大，随着外电阻的减小而减小。4.路端电压与电流的关系式为U=E-Ir，其U-I图线是一条倾斜的直线。能根据闭合电路欧姆定律处理实际问题。【学习评价自测】如图所示电路中，R1=0.8，

9、R3=6，滑动变阻器的全值电阻R2=12，电源电动势E=6V，内阻r=0.2，当滑动变阻器的滑片在变阻器中央位置时，闭合开关S，电路中的电流表和电压表的读数各是多少?答案：0.75A，5.7V解析：外电路的总电阻为根据闭合电路欧姆定律可知，电路中的总电流为即电流表A1的读数为1.5A对于R2与R3组成的并联电路，根据部分电路欧姆定律，并联部分的电压为即电压表V2的读数为4.5V对于含有R2的支路，根据部分电路欧姆定律，通过R2的电流为即电流表A2的读数为0.75A电压表V1测量电源的路端电压，根据E=U外+U内得U1=E-Ir=6V-1.50.2V=5.7V即电压表V1的读数为5.7V。注意事项：1.电路中的电流表、电压表均视为理想电表（题中特别指出的除外），即电流表内阻视为零，电压表内阻视为无穷大。2.解答闭合电路问题的一般步骤：（1）首先要认清外电路上各元件的串并联关系，对于复杂的电路能画出等效电路图。（2）解题关键是求总电流I，求总电流的具体方法是：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I；若内外电路上有多个电阻值未知，可利用某一部分电路的已知电流和电压求总电流I；当以上两种方法都行不通时，可以应用联立方程求出I。（3）求出总电流后，再根据串、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。学科网（北京）股份有限公司