【优化课堂】高二物理人教版选修3-1课件：2.7 闭合电路的欧姆定律

【答案】
2V
1Ω
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闭合电路问题的求解方法 (1)分析电路特点：认清各元件之间的串、并联关系，特别 要注意电压表测量哪一部分的电压，电流表测量哪个用电器的 电流． (2)求干路中的电流：若各电阻阻值和电动势都已知，可用 闭合电路的欧姆定律直接求出；也可以利用各支路的电流之和 来求．
预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表 格中 问题1 问题2 问题3 问题4
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学生分组探究一 对闭合电路欧姆定律的进一步理解 (深化理解) 第1步 探究——分层设问，破解疑难
1．用电压表测量闭合电路电源两端电压，电压表示数等于 电源电动势吗？ E 2．在含有电动机的电路中能直接用 I＝ 求电流吗？ R＋r
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【解析】
2
(1)可变电阻R0上消耗的热功率：
25 P0＝I R0＝ R0－1002 ＋400 R0 R0－100 Ω＝0时，P0最大，其最大值： 25 1 P大＝ W＝ W. 400 16
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2．某电路当外电路断开时，路端电压为3 V，接上8 Ω的负 载电阻后其路端电压降为2.4 V，则可以判定该电路中电源的电 动势E和内电阻r分别为( A．E＝2.4 V，r＝1 Ω C．E＝2.4 V，r＝2 Ω
【解析】
) B．E＝3 V，r＝2 Ω D．E＝3 V，r＝1 Ω
当外电路断开时，电动势和路端电压相等，故E
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【解析】 滑片P向右移动时，外电阻R外增大，由闭合电
E 路欧姆定律I＝ 知，I减小，由P总＝EI可得P总减小，故选项 R外＋r R外 A错误；根据η＝ ＝ R外＋r
2 知，选项 B 正确；由 P 损＝I r知， r 1＋ R外
1
选项C正确；由P出－R外图象，因不知R外的初始值与r关系，所以 无法判断P出的变化情况，选项D错误．
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【解析】 当改接L2时，RL2<RL1(由灯泡额定值可求得)，
灯泡的实际消耗功率(即电池组的输出功率)变化有两个极端情 况：当将电池组内阻视为r→0时，电源可看作稳压电源，因 RL2<RL1，L2具有最大功率 U2 Pmax＝ ＝4 W RL2 当电源内阻r≫R外，则可看作恒流电源，因RL2＜RL1，故 L2具有最小功率
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第 4步
巧练——精选习题，落实强化
3．(多选)直流电路如图2－7－6所示，在滑动变阻器的滑片 P向右移动时，电源的( A．总功率一定增大 B．效率一定增大 C．内部损耗功率一定减小 D．输出功率一定先增大后减小 )
图2－7－6
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[再思考] 假如用发电机直接给教室内的电灯供电，电灯两端的电压 等于发电机的电动势吗？
【提示】
不等于．因为发电机内部有电阻，有电势降
落．发电机内部电压与电灯两端电压之和才等于电动势．
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第2步
结论——自我总结，素能培养
闭合电路欧姆定律各种表达式的意义及适用条件
物理意义 电流与电源电动势成正 E I＝ 比，与电路总电阻成反 R＋r 比 E＝I(R＋r) ① 电源电动势在数值上等 E＝U外＋Ir ② 于电路中内、外电压之 E＝U外＋U内 ③ 和 电源提供的总能量等于 EIt＝I2Rt＋I2rt ④ 内、外电路中电能转化 W＝W外＋W内 ⑤ 为其他形式的能的总和
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路端电压与负载(外电阻)的关系
[先填空] 1．路端电压与电流的关系
图2－7－2
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(1)公式：U＝ E－Ir . (2)图象(U－I图象)，该直线与纵轴交点的纵坐标表示
电动势
，斜率的绝对值表示电源的 内阻
闭合电路欧姆定律
[先填空] 1．闭合电路的组成及电流流向
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外电路 电源 正极 降低 内部 负极 升高 正极 负极
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2．闭合电路中的能量转化 如图2－7－1所示，电路中电流为I，在时间t内， 非静电
(3)0
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0.225 W
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闭合电路中功率分析方法 当内、外电路电阻相等时，电源有最大输出功率，这个条 件适用求变阻器上消耗的最大功率，不适用于求定值电阻上消 耗功率的最大值．因为R0是可变电阻，不能当作电源内阻．当 R0的阻值等于零时电路中会出现最大电流，而此时却是R的最大 功率的条件．
U U ＝3 V，根据I＝R，U＝E－Ir＝E－Rr得r＝2 Ω，故选B.
【答案】
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B
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学生分组探究二 第 1步
闭合电路的功率和效率(深化理解)
探究——分层设问，破解疑难
1．外电路的电阻越大，电源的输出功率越大吗？ 2．电源的输出功率越大，电源的效率越高吗？
．
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2．路端电压随外电阻的变化规律 (1)外电阻R增大时，电流I减小 ，外电压U增大 ，当R增大 到无限大(断路)时，I＝ 0 ，U＝ E ，即断路时的 路端电压 于电源 电动势 ． (2)外电阻R减小时，电流I 增大 ，路端电压U 减小 ，当R减 E 小到零时，I＝ r ，U＝ 0 . 等
力做功 等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和，即
EIt＝
I2Rt＋I2rt
.
图2－7－1
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3．闭合电路欧姆定律
电动势 电阻
E R＋r
纯电阻 E－Ir
U外
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[再思考] 手电筒中的电池用久了，虽然电动势没减小多少，但小灯 泡却不怎么亮了，为什么？
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第 3步 例证——典例印证，思维深化 如图2－7－5所示，电路中电池的电动势E＝5 V， 内电阻r＝10 Ω，固定电阻R＝90 Ω，R0是可变电阻，在R0从零 增加到400 Ω的过程中，求：
图2－7－5
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第 2步
结论——自我总结，素能培养
1．各部分功率关系分析 由EIt＝I2Rt＋I2rt知 P电源＝EI 2 2 2 EI＝I R＋I rP外＝I R P ＝ I2 r 内
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(1)可变电阻R0上消耗功率最大的条件和最大热功率； (2)电池的电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和； (3)R0调到多少时R上消耗的功率最大，最大功率是多少？ 【思路点拨】 (1)当R0＝R＋r时，R0消耗功率最大．
(2)对于固定电阻，由P＝I2R可知，电流最大时功率最大， 电流最小时功率最小．
【答案】 BC
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4．(多选)将一标有“6 V,3 W”的小灯泡L1接到某电池组上 (电源内阻不能忽略)，小灯泡恰好正常发光，若改将“6 V,4 W” 的灯泡L2接到该电池组上，则该灯的实际功率可能是(不考虑温 度对灯丝电阻的影响) A．1.5 W C．3.5 W B．2.5 W D．4.5 W
2．电源的输出功率 当外电路为纯电阻电路时讨论如下： (1)电源的输出功率
2 2 2 E E R E P出＝I2R＝ R＝ ＝ R＋r2 R－r2＋4Rr R－r2 R ＋4r
E2 由此可知当R＝r时，电源有最大输出功率P出max＝ . 4r
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(3)应用闭合电路的欧姆定律解决问题时，应根据部分电路 的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电 流．
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第 4步 巧练——精选习题，落实强化 )
1．下列说法中，错误的是(
图2－7－3
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新课标物理· Leabharlann 修3-1【思路点拨】 件，列方程组求解．
解答该题可根据E＝U＋Ir，结合题设条
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【解析】
当S闭合时，R1、R2并联接入电路，当S断开
时，只有R1接入电路，此时路端电压增大、干路电流减小． 当S闭合时，由闭合电路欧姆定律得： U＝E－Ir，即1.6＝E－0.4 r① 当S断开时，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得： U′＝E－I′r，即1.6＋0.1＝E－(0.4－0.1)r② 由①②得：E＝2 V，r＝1 Ω
(2)P出与外电阻R的函数关系图象，如图2－7－4所示．
图2－7－4
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(3)电源的效率 P出 IU外 U外 IR R 1 η＝ P ＝ IE ＝ E ＝ ＝ ＝ ，可见，外电阻R r IR＋r R＋r 1＋R 越大，电源的效率越高．
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A．电源短路时，电源的内电压等于电动势 B．电源短路时，路端电压为零 C．电源开路时，路端电压最大 D．电源的负载增加时，路端电压也增大
【解析】
电源的负载增加，是并入的用电器增多，并入
的用电器越多外电阻越小，路端电压越小，故D说法错误．
【答案】
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D
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自 主 学 习 · 基 础 知 识
7
合 作 探 究 · 重 难 疑 点
闭合电路的欧姆定律
解 题 技 巧 · 素 养 培 优
课 时 作 业
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[学习目标]
1.理解闭合电路的欧姆定律及其公式，知道电 2.理解
源的电动势等于内、外电路上电势降落之和．(重点)
(2)当电流最小时，电阻r和R消耗的热功率最小，此时R0应 调到最大400 Ω，内阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和为 E P小＝( )2(R＋r)＝0.01 W. R0＋R＋r (3)R0＝0时，电路中的总电阻最小，因此电路中的电流最 大，此时R上有最大功率 E 2 52 即PR＝( ) R＝ 2×90 W＝0.225 W. R＋r 90＋10 1 【答案】 (1)100 Ω W (2)0.01 W 16
【提示】 电池用久了电动势不变但内阻增大，根据I＝
E 电流减小，小灯泡功率减小变暗 R＋r
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[后判断] (1)电源电动势越大，电流一定越大．(×) (2)当外电路断路时，电源两端的电压在数值上等于电动 势．(√) (3)在闭合电路中，电源的电动势等于内、外电路上电压之 和，所以电动势实质上就是电压．(×)
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表达式
适用条件 纯电阻电路 ①式适用于纯电 阻电路；②③式 普遍适用 ④式适用于纯电 阻电路，⑤式普 遍适用
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第 3步 例证——典例印证，思维深化 如图2－7－3所示的电路中，当S闭合时，电压表 和电流表(均为理想电表)的示数各为1.6 V和0.4 A．当S断开时， 它们的示数各改变0.1 V和0.1 A，求电源的电动势和内阻．
路端电压与负载的关系，知道这种关系的公式表达和图线表 达，并能用来分析、计算有关问题．(难点) 3.掌握电源断路
和短路两种特殊情况下的特点．知道电源的电动势等于电源没 有接入电路时两极间的电压． 解决有关的电路问题．(难点) 4.熟练应用闭合电路的欧姆定律
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