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2019-2020年高中物理《閉合電路歐姆定律》教案8 新人教版選修3-1 教學(xué)目的： 1、了解電動勢的概念、物理意義和測量方法 2、能區(qū)分內(nèi)電路、外電路和全電路，理解內(nèi)電阻、外電阻，知道內(nèi)電壓、外電壓和電動勢三者的關(guān)系 3、理解閉合電路歐姆定律及其公式 4、能用閉合電路歐姆定律解決相關(guān)物理問題 教學(xué)重點：內(nèi)電路、外電路和全電路概念；閉合電路歐姆定律及其公式 教學(xué)難點：電動勢的概念、內(nèi)電壓與路端電壓的意義 教具：干電池（1號、2號和5號）、鉛蓄電池、滑動變阻器、小燈泡、電壓表和電流表、導(dǎo)線和開關(guān) 教學(xué)過程： 在初中物理中我們就已經(jīng)了解到，只有當(dāng)電源、用電器和導(dǎo)線組成閉合電路(圖13－5)時，才能形成電流．這一節(jié)就要把閉合電路作為整體來研究．下面我們就從電源開始研究。 一、電源： ⒈定義：能夠持續(xù)地把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 注意：電源并不創(chuàng)造能量，也不創(chuàng)造電荷。 ⒉電源的作用：電源能在導(dǎo)體（或電路）兩端保持一定的電壓。 電源有保持兩極間有一定電壓的作用，且不同種類的電源，保持兩極間有一定電壓的本領(lǐng)不同．例如：干電池可保持正、負極之間有1．5V的電壓；常用的蓄電池可保持兩極間有2．0V的電壓．電源兩極間的電壓大小是由電源本身的性質(zhì)決定的，為了表征電源這種特性，物理學(xué)中引入了電動勢的概念。 ⒊電動勢（E） ⑴電動勢：理論證明，電源電動勢數(shù)值上等于沒有接入外電路時兩極間的電壓。 ⑵單位：伏特（V）。 電動勢是電源的一個重要參數(shù)。電源上都要標示電源的電動勢。 例：一節(jié)蓄電池（氧化鋁、鉛版、稀硫酸等構(gòu)成）：2V； 一節(jié)干電池（l號、5號、7號）（鋅、碳棒、氯化銨、二氧化錳等構(gòu)成）：1．5V。 ⑶電動勢的物理意義：是描述電源能把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)。電動勢的大小完全由電源自身因素決定，與電路無關(guān)。 ⑷電動勢的測量：可以直接用伏特表去測量。 但是：a、顯然是不準確的；b、但可以作為一個粗略的測量手段；c、為了準確測量，我們還要另想辦法衡量電源的參量除了電動勢之外，還有一個—— ⒋內(nèi)電阻： 當(dāng)電流流過用電器，根據(jù)電荷守恒，它也要流過電源內(nèi)部，而電源的內(nèi)部也會受到一定的阻礙作用，這種阻礙稱之為內(nèi)電阻，或內(nèi)阻，用r表示。 小結(jié)：電動勢和內(nèi)阻是衡量電源性能的兩個基本參量，它們是基本不變的。如果供電時間過長，或電源閑置過久，它們也會發(fā)生改變：E會變小，r會變大。 由于內(nèi)部也要阻礙電流，也就要消耗電能，所以，我們也把電源內(nèi)部的這種運行叫做內(nèi)電路，相對的，我們原來接觸的只有用電器的電路就是外電路。如果把內(nèi)電路和外電路合起來，就叫全電路或閉合電路。 二、閉合電路 閉合電路由兩部分組成： ⒈閉合電路： ⑴內(nèi)電路：電源內(nèi)部的電路。內(nèi)電路有內(nèi)電阻，內(nèi)電阻上有內(nèi)電壓。 ⑵外電路：電源外部的電路。電源外部的總電阻即為外電阻，其兩端電壓叫外電壓，通常叫路端電壓。 ⒉內(nèi)、外電路的關(guān)系：內(nèi)電路和外電路的關(guān)系是串聯(lián)關(guān)系。 因此，我們可以把電源看作是一個理想電源（不考慮內(nèi)電阻）和一個阻值為電源內(nèi)阻的電阻串聯(lián)。 在閉合電路中，電流流過電阻時電勢要降落，在電阻兩端出現(xiàn)電壓。電勢在內(nèi)、外電阻上都有降落。所以在內(nèi)、外電阻上都會產(chǎn)生電壓。設(shè)在內(nèi)電阻上產(chǎn)生的電壓為U 內(nèi) ，在外電阻上產(chǎn)生的電壓為U 外 。則在整個閉合電路上電勢降落的值為U 外 十U 內(nèi) 。而電源的作用就是將降落的電勢再升高到原有狀態(tài)，在電源內(nèi)部，由負極到正極，電勢升高的數(shù)值即為電源的電動勢E。 類比：電源和滑梯。 通過以上分析可以得出—— ⒊電動勢和外電壓、內(nèi)電壓的關(guān)系：E = U 外 十U 內(nèi)。 為了方便起見，我們將電源做一個處理，將它看成一個理想電源（沒有內(nèi)需或內(nèi)耗的工廠）和一個內(nèi)阻的串聯(lián)，電路就成為圖3所示的情形—— 設(shè)電路中的總電流為I ，則U內(nèi) = Ir ，Uw外 = IR，因為：E = U外十U內(nèi)，所以，E = IR + Ir ，此式表示，閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比，這個結(jié)論叫做閉合電路歐姆定律。 三、閉合電路歐姆定律 ⒈內(nèi)容：閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路中的電阻之和成反比。 ⒉表達式：I = 。常用變形式 U外＝E －Ir 。 注意： ①公式中各個字母的含義。 ②公式I =只適用于外電路為純電阻的閉合電路；公式U外＝E－Ir 除適用于外電路為純電阻的 閉合電路外，也適用于外電路為非純電阻的閉合電路。 ③注意：公式I＝的研究對象是包含線性元件、電源在內(nèi)的閉合電路，而公式I＝的研究對象是線性元件和不包含電動勢的部分電路。使用時要注意分清。 例1：電源的電動勢為2.0V，外電路的電阻為9.0Ω，測得電源兩極間的電壓為1.8V．求電源的內(nèi)阻． 分析：電源兩極間的電勢差就是外電阻上的電勢差U外，本題中可以簡單地用U表示．已知U和外電阻R，由部分電路歐姆定律可以求出電路中的電流．已知電源的電動勢E，再應(yīng)用閉合電路的歐姆定律就可以得到電源的內(nèi)阻了． 解：對于外電路，應(yīng)用部分電路的歐姆定律，可以求出電路中的電流 由I =解出r并代入數(shù)值，得 電源的內(nèi)阻是1Ω． 例題2：如圖所示，R1＝14．0Ω， R2 ＝9．0Ω，當(dāng)單刀雙擲開關(guān) S 扳到位置1時，測得電流強度I 1 ＝0．20A；當(dāng)S板到位置2時，測得電強度I2 ＝0．30A ，求電源的電動勢和內(nèi)電阻。 分析：根據(jù)閉合電路歐姆定律，可列出方程組： E＝ I1 R＋I1 r E＝ I2 R＋I2 r 解得： E＝3V、r＝lΩ。 在討論電路問題時要注意和初中把電源當(dāng)成理想電源時的區(qū)別。電源為理想電源時，外電阻變化時，路端電壓不變，干路電流不變；但考慮內(nèi)電阻時，外電阻變化會引起路端電壓和干路電流都變化。 思考與討論：例題2告訴我們一種測量電源電動勢和內(nèi)阻的方法．想想看，需要哪些實驗器材？需要測量哪些物理量？試著寫出實驗步驟． 三、路端電壓和短路電流 ⒈路端電壓跟負載的關(guān)系 ⑴路端電壓：外電路兩端的電壓常常叫做路端電壓．用電壓表在電源兩端測量的電壓就是路端電壓． 實驗表明，外電阻發(fā)生變化時，路端電壓也發(fā)生變化．現(xiàn)在利用閉合電路的歐姆定律討論它們之間的關(guān)系． ⑵路端電壓隨外電阻的變化情況 根據(jù)公式U外 ＝E －Ir 和 I＝ 可得：U外 ＝E 。 可以判斷：當(dāng)外電阻增大時，路端電壓增大。當(dāng)外電路斷路時：R＝∞—→U 端 ＝E 。這就是用電壓表直接測量開路時兩端電壓即為電動勢值的原因。 當(dāng)外電阻減小時，路端電壓減小。當(dāng)外電路短路時：R＝0—→U端 ＝ 0 。 可見，外電阻的變化會引起路端電壓和干路電流都發(fā)生一定的變化，而這種變化是因為什么引起的呢？ 在初中，不考慮電源內(nèi)阻時，路端電壓不會隨外電阻的變化而變化。顯然，是因為電源內(nèi)電阻的存在，使外電阻的變化引起路端電壓變化。r 越小，路端電壓隨外電阻的變化越不明顯。內(nèi)電阻 r ＝ 0 的電源叫做理想電源。 ⒉干路電流跟負載的關(guān)系 在初中，干路電流跟負載的關(guān)系是 I ＝，干路電流與負載R 成反比（U一定）。而在包含電源的閉合電路中，干路電流跟負載的關(guān)系是 I ＝。 可以判斷：當(dāng)外電阻增大時，電流減小。當(dāng)外電路斷路時：R＝∞—→I＝0 。 當(dāng)外電阻減小時，電流增大。當(dāng)外電路短路時：R＝0—→I 短 ＝ 。 由于短路電流很大，電源易燒壞，還可能引起火災(zāi)，因此要千萬避免短路。 ⒊路端電壓跟干路電流的關(guān)系 ⑴根據(jù)公式：U 外 ＝E － I r 可得路端電壓跟干路電流的關(guān)系。 路端電壓U與電流I的關(guān)系可以用圖象直觀地表示．從圖中可以看出，路端電壓U隨著電流I的增大而減?。? ⑵路端電壓隨電流變化關(guān)系圖像 分析： ⑴ U 斷 ＝E ＝I r ，即縱坐標軸上的截距即為 E ⑵橫坐標軸上的截距為 I短 ＝ ⑶斜率 k = tanα= r 。 四、閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化 從能量的角度看，電源的作用是把其他形式的能量轉(zhuǎn)化成電能．電動勢越大，電源把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)越大． 電源提供的電能只有一部分消耗在外電路上，轉(zhuǎn)化為其他形式的能量．由于任何電源都存在著內(nèi)阻，所以電源不能把轉(zhuǎn)化來的全部電能供給外電路，一部分要消耗在內(nèi)電路上，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能． 作業(yè)布置：閱讀教材；必修教材P61練習(xí)二上作業(yè)本；