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7闭合电路的欧姆定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引学习目标1.能运用闭合电路欧姆定律分析、解决闭合电路的有关问题。2.明确路端电压与外电阻、电流的关系,会解决闭合电路的动态分析问题。3.能解决闭合电路中的功率问题。重点难点重点:1.对闭合电路欧姆定律的理解和应用。2.路端电压与外电阻、电流的关系。3.求解闭合电路的功率问题。难点:1.对路端电压与外电阻、电流关系图象的理解。2.闭合电路的动态分析问题。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引一、闭合电路的欧姆定律1.闭合电路组成(1)外电路:电源外部的电路,在外电路中,沿电流方向电势降低。(2)内电路:电源内部的电路,在内电路中,沿电流方向电势升高。2.闭合电路中的能量转化如图所示,电路中电流为I,在时间t内,非静电力做功等于内外电路中电能转化为其他形式能的总和,即EIt=I2Rt+I2rt。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引3.闭合电路的欧姆定律(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。(2)公式:I=ER+r。(3)适用范围:纯电阻电路。(4)常用的变形公式及适用范围:E=U外+U内或U=E-Ir。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引预习交流1用电压表接在电源两极间测得的电压是电源的内电压还是电源的电动势?答案:电压表的示数指的是路端电压,而不是内电压,通过这种方式无法测量内电压;也不是电源的电动势,由于电源有内阻,所以电压表的示数要小于电源电动势的值。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引二、路端电压与负载的关系1.路端电压与电流的关系(1)公式:U=E-Ir。(2)图象(UI图象):如图所示,是一条倾斜的直线,该线与纵轴交点的纵坐标表示电动势,斜率的绝对值表示内阻。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引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。(2)外电阻R减小时,电流I增大,外电压U减小,当R减小到零时,I=Er,U=0。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引预习交流2大家几乎都注意过这种现象,傍晚是每一天的用电高峰时段,灯光较暗,而夜深人静时,若打开灯的话,灯光特别亮;在家用电器使用中,如夏季打开空调后,你会发现灯泡变暗,而关掉空调后灯又会马上亮起来,这是为什么呢?答案:当电路中接入较多的用电器时,由于这些用电器是并联的,其总电阻会变小,干路中的电流就会很大,干路上就会有较大的电压降,造成用户用电器两端的电压变低,所以灯泡亮度也就变暗了。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测一、闭合电路欧姆定律活动与探究探究闭合电路欧姆定律用电压表分别测量新干电池和旧干电池两极的电压(近似等于电动势),你有什么发现?若将新干电池和旧干电池分别对同一规格的小灯泡供电,灯泡的亮度有何不同?怎样解释这一现象?课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测1.闭合电路由哪两部分组成?答案:内电路和外电路。2.闭合电路中电流与电源电动势的关系是怎样的?试推导此关系。答案:设电源的电动势为E,外电路(纯电阻电路)电阻为R,内电路电阻为r,闭合电路的电流为I。在时间t内,外电路中电能转化成的内能为Q外=I2Rt;内电路中电能转化成的内能为Q内=I2rt;非静电力做的功为W=Eq=EIt(在数值上等于电源转化的总电能)。根据能量守恒定律,有W=Q外+Q内,所以EIt=I2Rt+I2rt,整理后得到E=IR+Ir,即I=ER+r。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移与应用例1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的滑片向下滑动的过程中()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,电流表的示数增大解析:由变阻器R0的滑片向下滑可知R0连入电路的有效电阻减小,则R总减小,由I=ER总+r可知I增大,由U内=Ir可知U内增大,由E=U内+U外可知U外减小,故电压表示数减小。由U1=IR1可知U1增大,由U外=U1+U2可知U2减小,由I2=U2R2可知电流表示数变小,故A正确。答案:A课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移训练1在如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r。L1、L2是两个小灯泡,闭合开关S后,两灯均能发光。当滑动变阻器的滑片向右滑动时,会出现()A.L1变暗,L2变暗B.L1变亮,L2变暗C.L1变亮,L2变亮D.L1变暗,L2变亮答案:D解析:滑片向右滑动时,滑动变阻器连入电路中的电阻变大,线路中总电阻变大,总电流减小,所以L1变暗,L2两端的电压增大,所以L2变亮。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测1.路端电压U与外电阻R之间的关系(1)当外电阻R增大时,根据I=ER+r可知,电流I减小(E和r为定值),内电压Ir减小,根据U=E-Ir可知路端电压U增大,如图所示。(2)当外电阻R减小时,根据I=ER+r可知,电流I增大,内电压Ir增大,根据U=E-Ir可知路端电压U减小。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测2.电路动态分析的基本思路和基本步骤(1)电路分析的基本思路:“局部→整体→局部”。即:R局增大减小→R总增大减小→I总减小增大→U增大减小→I局U局(2)电路分析的基本步骤①明确各部分电路的串、并联关系,特别要注意电流表或电压表测量的是哪部分电路的电流或电压。②由局部电路中电阻的变化确定外电路总电阻的变化。③根据I=ER+r判断闭合电路中总电流的变化情况。④根据U=E-Ir判断路端电压的变化情况。⑤依据串、并联电路的特点判断局部的电流或电压的变化。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测注意:(1)理想电流表可以认为是短路,理想电压表可以认为是断路。(2)含电容器的支路电压稳定时可认为是断路,电容器两端的电压等于与电容器并联的那部分电阻两端的电压。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测二、闭合电路的功率分析活动与探究探究闭合电路中的功率问题1.(1)讨论在闭合电路中如何求解一个电源的电动势和内阻。(2)如果以路端电压为纵坐标、电路中的电流I为横坐标,画出的UI图象如图所示,分析此图象我们可得到什么信息?课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测答案:(1)①由E=U+Ir知,只要知道两组U、I的值(U1,I1)、(U2,I2)就可以通过解方程组,求出E、r的值。②由E=U+URr知,只要知道两组U、R的值(U1,R1)、(U2,R2)就能求解E、r。③由E=IR+Ir知,只要知道两组I、R的值(I1,R1)、(I2,R2)就能求解E、r。(2)①图线与纵轴的交点表示电源电动势E。②图线与横轴的交点表示短路电流I0。③图线斜率的绝对值表示电源内阻。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测2.分析闭合电路中电源的总功率EI。电源内阻消耗的功率I2r与电源的输出功率I2R存在什么关系?讨论什么情况下电源的输出功率最大,此时电源的效率为多少?答案:由能量守恒EIt=I2Rt+I2rt知EI=I2R+I2r。(1)电源的输出功率P出=I2R=E2(R+r)2R=E2R(R-r)2+4Rr=E2(R-r)2R+4r由此可知当R=r时,电源有最大输出功率P出max=E24r。(2)此时电源的效率η=I2RI2(R+r)=RR+r=50%。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移与应用例2如图所示,电路中E=3V,r=0.5Ω,R0=1.5Ω,变阻器的最大阻值R=10Ω。(1)在变阻器的阻值R为多大时,变阻器上消耗的功率最大?最大为多大?(2)在变阻器的阻值R为多大时,定值电阻R0上消耗的功率最大?最大为多大?课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测解析:(1)此种情况可以把R0归入电源内电阻,这样变阻器上消耗的功率,也就是电源的输出功率。即当R=r+R0=2Ω时,R消耗功率最大为:Pm=E24R=324×2W=98W。(2)定值电阻R0上消耗的功率可以表达为:P=I2R0,因为R0不变,当电流最大时功率最大,此时应有电路中电阻最小,即当R=0时,R0上消耗的功率最大:Pm'=E2(R0+r)2R0=32(1.5+0.5)2×1.5W=278W。答案:(1)2Ω98W(2)0278W课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测警示:在解答第二问时,有些同学又会用第一问的方法来求解,把R归为内阻,调节R使内阻R+r=R0,这样使用是错误的。因为R0是定值电阻,由P=I2R0知,只要电流最大,P就最大。在研究电阻R上消耗的最大功率时,应注意区分“可变与定值”这两种情况,两种情况中求解的思路和方法是不相同的。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移训练2如图所示,图线A为某电源的UI图线,图线B为某电阻R的UI图线,由上述电源和电阻组成闭合电路时,则:(1)电源的输出功率P出是多大?(2)电源内部损耗的电功率P内是多少?课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测答案:(1)4W(2)2W解析:(1)根据题意,从图线A可读出E=3V,r=EI短=36Ω=0.5Ω。从图线B可读出R=𝛥U𝛥I=1Ω。由电源E=3V,r=0.5Ω与电阻R=1Ω组成的闭合电路中,I=ER+r=31.5A=2A,则P出=I2R=4W。(2)P内=I2r=2W。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测输出功率随外电阻R的变化关系电源的输出功率:P出=UI=E2R(R+r)2=E2(R-r)2R+4r。由上式可以看出:1.当R=r时,电源的输出功率最大,P出max=E24r,此时电源效率η=50%。2.当Rr时,随着R的增大输出功率越来越小。3.当Rr时,随着R的增大输出功率越来越大。4.当P出P出max时,每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2,且R1·R2=r2。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测5.P出与R的关系如图所示。注意:1.要注意电源的最大输出功率与某一个定值电阻消耗功率最大的区别,定值电阻消耗功率最大是当通过它的电流最大的时候。2.判断可变电阻的功率变化时,可将