13版高中物理《课时讲练通》2.7闭合电路的欧姆定律(人教版选修3-1)

7闭合电路的欧姆定律1课时目标·导航1课时目标·导航4分层达标·训练4分层达标·训练2课前感知·预习2课前感知·预习3课堂导学·探究3课堂导学·探究1.通过闭合电路欧姆定律的理论推导过程，体验能量转化和守恒定律在电路中的具体应用，理解内、外电路的能量转化。2.理解内、外电路的电势降落，理解闭合电路的欧姆定律。3.会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系，并能进行相关的电路分析和计算。重点：1.能理论推导闭合电路欧姆定律，并会应用闭合电路欧姆定律分析、计算有关电路问题。2.理解路端电压与负载的关系。难点：1.内电路的电阻、电势降落的理解。2.分析路端电压随负载变化的关系。一、闭合电路的欧姆定律1.闭合电路的组成(1)外电路：_________的电路，在外电路中，沿电流方向电势_____。(2)内电路：_________的电路，在内电路中，沿电流方向电势_____。2.闭合电路中的能量转化根据能量守恒定律，_____________等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和。电源外部降低电源内部升高非静电力做功3.闭合电路欧姆定律(1)内容：闭合电路的电流跟电源的_______成正比，跟内、外电路的_____之和成反比。(2)公式：I=_____。(3)适用范围：_______电路。(4)常用的变形公式及适用范围①公式：E=________或U=_____。②适用范围：任何闭合电路。电动势电阻ERr纯电阻U外+U内E-Ir二、路端电压与负载的关系(1)外电阻R增大电流I_____路端电压U_____外电阻R增大到无限大(断路)电流I=__路端电压U=__(2)外电阻R减小电流I_____路端电压U_____外电阻R=0(短路)电流路端电压U=__EIRr减小UEIr增大EIRr0UEIrEEIRr增大UEIr减小EIRrEIr0UEIr【判一判】(1)闭合电路中，沿电流方向电势降低。()(2)公式E=I(R+r)适用于任何电路。()(3)在闭合电路中，电源短路时，放电电流为无限大。()(4)在闭合电路中，路端电压随外电阻的增大而增大。()提示：(1)在外电路中，沿电流方向电势降低，在内电路中，沿电流方向电势升高，故(1)错；(2)公式E=I(R+r)只适用于外电路为纯电阻电路的闭合电路，故(2)错；(3)电源短路时，由于电源内阻较小，所以放电电流很大，但不是无限大，故(3)错；(4)根据和U=E-Ir知，路端电压随外电阻的增大而增大，故(4)对。EIRr闭合电路的欧姆定律1.探究闭合电路中电势的变化(1)在外电路中，沿电流方向，电势如何变化？为什么？提示：沿电流方向电势降低。因为正电荷的移动方向就是电流方向，在外电路中，正电荷受静电力作用，从高电势向低电势运动。(2)在内电路中，沿电流方向，电势如何变化？为什么？提示：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。2.探究闭合电路欧姆定律(1)结合下图，根据能量转化与守恒定律推导纯电阻电路的闭合电路欧姆定律。提示：根据能量守恒定律，W=Q外+Q内,即EIt=I2Rt+I2rt,则有E=IR+Ir或者EIt内能I2RtI2rtEIRr。(2)电源的电动势和内外电路上的电压关系是怎样的？试推导此关系。提示：根据欧姆定律，外电路两端的电势降落U外=IR，习惯上称为路端电压，内电路的电势降落U内=Ir，习惯上称为内电压，代入E=IR+Ir，得E=U外+U内，此式表明，电源的电动势等于内外电路电势降落之和。【知识点拨】闭合电路欧姆定律三个表达式的适用条件(1)E=IR+Ir或者的适用条件：外电路是纯电阻电路。(2)E=U外+U内或U=E-Ir对任何闭合电路都成立。EIRr【规律方法】闭合电路中的电功率和电源的效率(1)电源的总功率：P=EI=(U+U′)I若外电路是纯电阻电路，还有P=I2(R+r)=(2)电源内部消耗的功率：P内=I2r=U′I=(3)电源的输出功率：P出=P总-P内=EI-I2r=UI若外电路为纯电阻电路，还有P出=I2R。(4)电源的效率：2ERr2UrPURη100%100%100%PERr出总(最后一个等号只适用于纯电阻电路)电源的输出功率≤当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，为2222ER4RrEP4rRrRr出2mEP4r。2E,4r【探究归纳】闭合电路的欧姆定律1.在外电路中，沿电流方向电势降低。在内电路中，沿电流方向电势升高。2.三个表达式(1)E=IR+Ir。(2)(3)E=U外+U内。EIRr。【典例1】(2012·西安高二检测)如图所示，电阻R1＝12Ω，R2＝8Ω，当开关S断开时，电流表A的示数为0.5A；当S闭合时，A的示数为0.75A。试求：(1)电源的电动势和内电阻分别是多少?(2)S闭合时，电源的效率是多大？【思路点拨】解答本题应把握以下两点：(1)根据闭合电路欧姆定律列式求解。(2)利用电源效率的计算式求解。【解析】(1)当S断开时，由闭合电路欧姆定律有：E=0.5(R1+R2+r)①当S闭合时，R2被短路，同理有：E=0.75(R1+r)②联立①②并代入已知数据解得：E=12V，r=4Ω(2)S闭合时，电源的效率为：答案：(1)12V4Ω(2)75%11PRIUη100%100%100%75%PIERr出总路端电压与负载的关系1.探究讨论下列情况中路端电压与外电阻的关系。(1)就某个电源来说，电动势E和内阻r是一定的，当外电阻R增大时，路端电压如何变化？当外电阻R减小时，路端电压又如何变化？【思路分析】本探究问题可按如下思路分析：外电阻变化→电流变化→内电压变化→路端电压变化提示：当外电阻R增大时，根据可知电流I减小，内电压U内=Ir减小，由U=E-Ir知，路端电压增大。同理当外电阻R减小时，路端电压减小。EIRr(2)特殊地，当外电阻减小到零，即外电路短路时，路端电压、电路中的电流有何特点？当外电阻增大到无穷大，即外电路断路时，路端电压又有何特点？提示：外电路短路时，R=0，U外=IR=0，此时E=Ir，则(短路电流)。由于r较小，故短路电流很大，容易烧毁电源。外电路断路时，R=∞，根据可知电流I=0，则U内=Ir=0，所以U=E。EIrEIRr2.如图，以电路的电流为横轴，路端电压为纵轴，建立路端电压U与电流I的U-I图象，请思考，图线与纵轴的交点表示的物理意义是什么？纵坐标从零开始时，图线与横轴的交点表示的物理意义是什么？直线的斜率的绝对值表示的物理意义又是什么？提示：图线与纵轴的交点表示电源的电动势；图线与横轴的交点表示短路电流；图线斜率的绝对值表示电源的内阻，即ΔUrΔI。【规律方法】动态电路的分析方法——程序法基本思路是“局部→整体→局部”。分析步骤详解如下：(1)明确局部电路变化时所引起的局部电路电阻的变化。(2)根据局部电阻的变化，确定电路的外电阻R外总如何变化。(3)根据闭合电路欧姆定律确定电路的总电流如何变化。EIRr总外总，(4)由U内=I总r，确定电源的内电压如何变化。(5)由U外=E-U内，确定电源的外电压如何变化。(6)由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化。(7)确定支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化。【探究归纳】路端电压与负载的关系1.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，但不呈线性变化。2.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。【典例2】(2011·北京高考)如图所示电路，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()A.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【思路点拨】解答本题时可按以下思路分析：局部电阻变化→总电阻变化→干路电流变化→内压降变化→路端电压变化→各支路电压、电流变化【解析】选A。在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中，滑动变阻器R0的电阻减小，电路总电阻减小，干路电流增大，内压降增加，路端电压减小，电压表的示数减小，同时，定值电阻R1上的电压也增加，使得定值电阻R2两端电压降低，导致电流表的示数减小，所以A正确。【规律方法】动态电路分析的方法：极限法和口诀法(1)极限法：因变阻器的滑片滑动而引起的电路变化问题，可以将变阻器的滑片分别移动到两个极端去讨论，此时要注意是否出现极值情况，即变化是否为单调变化。(2)口诀法：由该类型的题目可以总结出“并同串反”的实用技巧。所谓“并同”指，当某一个电阻变大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率随之增大；反之亦然。所谓“串反”指，当某一个电阻变大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率反而减小；反之亦然。【温馨提示】闭合电路欧姆定律是本章的重点，它是理解电学实验测电源的电动势和内阻的基础，同时，它涉及串并联电路问题，电压、电流、功率的计算问题，综合性强。【典例】如图所示的电路中，电池的电动势E=9.0V，内电阻r=2.0Ω，固定电阻R1=1.0Ω，R2为可变电阻，其阻值在0～10Ω范围内调节，问：(1)取R2=________时，R1消耗的电功率最大；(2)取R2=________时，R2消耗的电功率最大，此时电源的效率为________。考查内容闭合电路中的功率【思路点拨】解答本题需要把握以下三点：(1)闭合电路欧姆定律的内容及表达式。(2)闭合电路中各种功率及电源效率的公式。(3)输出功率达到最大值的条件。【解析】R1是定值电阻，R1消耗的功率当R2=0时，R1消耗的电功率最大。将R1等效为内阻的一部分，则总内阻为R1+r=3.0Ω。当R2=3.0Ω时，R2消耗的功率最大，此时电路中的电流电源的总功率P总=EI=9.0×1.5W=13.5W，电源的输出功率P出=I2(R1+R2)=1.52×(1.0+3.0)W=9W，电源的效率答案：(1)0(2)3.0Ω66.7%2211122E9.0P()R()1.0RRr1.0R2.012E9.0IA1.5ARRr1.03.02.0，P9η100%100%66.7%P13.5出总。