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高中物理必修三素养提升学案
第12章 电能 能量守恒定律
第2节　闭合电路的欧姆定律
【学习目标】
1.知道电源是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的装置,知道电动势的定义式。
2.经历闭合电路欧姆定律的理论推导过程,理解内外电路的能量转化,体验能量转化和守恒定律在电路中的具体应用。
3.理解闭合电路欧姆定律,通过探究路端电压与电流的关系,体会图像法在研究物理问题中的作用。
4.能根据闭合电路欧姆定律解释路端电压与负载的关系。
5.知道欧姆表测量电阻的原理。
【自主预习】
一、电动势
[填空]
1.电源是通过　　　　力做功把其他形式的能转化为电能的装置。
2.电动势在数值上等于　　　　把1 C的正电荷在电源内部从　　　　极移送到　　　　极所做的功;电动势E表示为E=　　　　;单位是　　　　,符号是　　　　;电动势由电源中　　　　决定,跟电源的体积无关,也跟外电阻无关。
3.电源内部也有电阻,这个电阻叫作电源的　　　　。
二、闭合电路欧姆定律
1.内容:
2.闭合电路欧姆定律的表达形式:
(1)
(2)
三、路端电压与负载的关系
【答案】
一、1.非静电
2.非静电力　负　正　 　伏特　V　非静电力的性质
3.内阻
二、1.闭合电路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。
2.①I= 　②E=IR+Ir　E=U外+U内
三、U=E-Ir=E-r

【课堂探究】
我们知道,流过某一电阻的电流与加在电阻上的电压成正比,与阻值成反比,这是部分电路的欧姆定律。但是,只有用导线把电源、用电器连成一个闭合电路,电路中才有电流。那么闭合电路中电流的大小与那些因素有关呢 这节课我们来研究这个问题。
[实验展示]演示课本中演示实验,两个电路中电池、灯泡规格都相同。观察闭合开关后两电路中灯泡的亮度。并联电路中灯泡的亮度明显比单独一个灯泡暗。如何解释这一现象呢
(一)电动势
[情境设问]在电源外部正电荷应该怎样移动,为什么 能量如何变化 为了维持导体两端恒定的电势差需要在电源内部不断地把从电源正极通过外电路流向电源负极的正电荷从负极不断地移回到正极,这个过程受到哪些力 分别做什么功 能量如何转化
电动势:
1.定义:
2.定义式:
3.单位:
4.物理意义:
5.电动势由　　　　决定,跟电源的体积无关,也跟外电路无关。
(二)闭合电路欧姆定律及其能量分析
[讨论]
1.若外电路中的用电器都是纯电阻R,在时间t内外电路中有多少电能转化为内能
2.内电路也有电阻r,当电流通过内电路时,也有一部分电能转化为内能,是多少
3.电流流经电源时,在时间t内非静电力做多少功
4.以上各能量之间有什么关系
结论:
闭合电路欧姆定律:
(三)路端电压与负载的关系
[思考与讨论]实验观察电压表、电流表的示数变化,记录电压表、电流表的示数并作图分析。
(1)图像:
(2)两种特殊情况:
短路:
断路:
(3)结论:路端电压U随R的增大而　　　　　,随R的减小而　　　　。
【答案】(一)
[情境设问]正极向负极移动　静电力作用　电能转化为其他形式的能　
非静电力　非静电力做功　其他形式能转化为电能
1.定义:电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。
2.定义式:E=
3.单位:V　1 V=1 J/C
4.物理意义:反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小。
5.非静电力的性质
(二)1.Q外=I2Rt
2.Q内=I2rt
3.W=Eq=EIt
4.W=Q外+Q内
结论:EIt=I2Rt+I2rt
闭合电路欧姆定律:
E=IR+Ir
即:I=
E=U外+U内
(三)1.
2.①R↓→I↑→U内↑→U外↓当R=0,I=,U内=E,U外=0
②R↑→I↓→U内↓→U外↑当R→∞,I=0,U内=0,U外=E
3.增大　减小
【典例分析】
【例题1】(多选)铅蓄电池的电动势为2 V,这表示(　　)
A.电路中每通过1 C的电量,电源把2 J的化学能转变为电能
B.铅蓄电池不接入电路时两极间的电压为2 V
C.铅蓄电池在1 s内将2 J的化学能转变成电能
D.铅蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池(电动势为1.5 V)强
【解析】根据电动势的意义可知，电路中每通过1 C的电量,电源把2 J的化学能转变为电能，A正确；:电源是把其他形式的能转化为电能的装置。蓄电池两极间不接入电路时的电压为电动势。电源的电动势越大,说明电源把其他形式的能转化为电能的本领越强，BD正确C错误。
【答案】:ABD
【例题2】如图所示R1=14 Ω,R2=9 Ω,当开关S切换到位置1时,电流表的示数为I1=0.2 A;当开关S切换到位置2时I2=0.3 A,求电源的电动势和内阻r。
【解析】开关切换到位置1或2时都组成闭合电路,已知两种情况下的电流和外电阻,利用闭合电路欧姆定律列方程组可求解。
由E=I1（R1+r），E=I2（R2+r），
联立解得：
E=3.0 V,r=1.0 Ω
【例题3】如图,电源的电动势和内阻都保持不变,当滑动变阻器的滑动触点向上端移动时(　　)
A.电压表的读数增大,电流表的读数减小
B.电压表和电流表的读数都增大
C.电压表和电流表的读数都减小
D.电流表的读数增大,电压表的读数减小
【解析】:当滑动变阻器的滑动触点向上端移动时R3↑→R外↑→R总↑→I总↓→U内↓U外↑→电压表读数增加;I总↓→U1↓(U外↑,U外=U1+U2)→U2↑→I2↑(I总=I2+I3)→I3↓→电流表读数减小。A正确。
【答案】A
【方法归纳】闭合电路欧姆定律之中的动态分析的具体步骤:
(1)判断动态源及动态源总电阻的变化,判断全电路总电阻的变化情况。
(2)判断闭合电路干路电流的变化情况。
(3)依据U=E-Ir,判断外电路电压(路端电压)的变化情况。
(4)依据分压、分流原理判断动态部分的物理量的变化。
[课堂练习]
1.(多选)电源电动势是2 V表示(　　)
A.该电源在通有2 A电流时每1 s能提供1 J的电能
B.该电源在通有1 A电流时每1 s能提供2 J的电能
C.该电源不接用电器时两端电压是2 V
D.该电源每提供1 J电能就有2 C电量通过电源
【答案】.BC
【解析】根据电动势的物理意义可知，该电源在通有1 A电流时每1 s能提供2 J的电能，B正确AD错误；该电源不接用电器时两端电压是2 V，C正确。
2. 如图所示,R为电阻箱,V为理想电压表。当电阻箱读数为R1=2 Ω时,电压表读数为U1=4 V;当电阻箱读数为R2=5 Ω时,电压表读数为U2=5 V,求:电源的电动势E和内阻r。
【解析】.由闭合电路欧姆定律
E=U1+r ①
E=U2+r ②
联立①②并代入数据解得E=6 V，,r=1 Ω。
　　3.如图所示是一实验电路图,在滑动触头由a端滑向b端的过程中,下列表述正确的是(　　)
A.路端电压变小
B.电流表的示数变大
C.电源内阻消耗的功率变小
D.电路的总电阻变大
【解析】:当滑片向b端滑动时,接入电路中的电阻减少,使得总电阻减小,D错误;根据I=,可知总电流在增加,根据闭合电路中的欧姆定律有E=Ir+U外,可知路端电压在减小,，A正确;流过电流表的示数为I=,可知电流在减小,B错误;根据P=I2r,可知内阻消耗的功率在增大,C错误。
【答案】:A
【核心素养专练】
1.如图所示,电源电动势为E,内阻为r,合上开关S后各电灯都能发光。如果某一时刻灯L1的灯丝烧断,之后各灯虽亮度变化,但并未损坏,则 (　　)
A.L3变亮,L2、L4变暗
B.L2、L3变亮,L4变暗
C.L4变亮,L2、L3变暗
D.L3、L4变亮,L2变暗
【.解析】:灯L1的灯丝烧断之后电路总电阻变大,由闭合电路欧姆定律可知路端电压增大,由P=可知L3变亮;总电流变小,由于通过L3的电流变大,所以L4所在支路电流一定变小(L4变暗),L4两端电压一定变小,所以L2两端电压变大,L2变亮。B选项正确。
【答案】:B
2.某电池当外电路断开时的路端电压为3 V,接上8 Ω的负载电阻后其路端电压降为2.4 V,则可以判定该电池的电动势E和内电阻r为(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.E=2.4 V，,r=1 Ω B.E=3 V,，r=2 Ω
C.E=2.4 V，,r=2 Ω D.E=3 V,，r=1 Ω
【.解析】:断路时的路端电压等于电源电动势,故E=3 V,由闭合电路欧姆定律E=U+r,可知r=×8 Ω=2 Ω,B选项正确。
【答案】:B
3.许多人造卫星都用太阳能电池供电。太阳能电池由许多片电池板组成。某电池板的开路电压是600 μV,短路电流是30 μA。求这块电池板的内阻。
【解析】断路电压的大小可认为等于电源电动势,即E=(600×10-6) V。
短路电流I=,由此可求内阻r=20 Ω。
4.电源的电动势为4.5 V,内阻为0.5 Ω,外电路的电阻为4.0 Ω,路端电压是多大 如果在外电路上并联一个6.0 Ω的电阻,路端电压又是多大 如果6.0 Ω的电阻不是并联,而是串联在外电路中,路端电压又是多大
【解析】:外电路电阻为4.0 Ω,电路中的电流为
I===1.0 A
路端电压为U=IR=1.0×4.0 V=4.0 V。
如果在外电路中并联一个6.0 Ω的电阻,则由并联电路总电阻的公式可求得外电路总电阻R=2.4 Ω。电路中的电流为
I==≈1.6 A
路端电压为U=IR=1.6×2.4 V≈3.8 V
如果在外电路中串联一个6.0 Ω的电阻,则外电路总电阻R=10 Ω。电路中的电流为
I==≈0.43 A
路端电压为U=IR=0.43×10 V=4.3 V
【参考答案】
自主预习
一、1.非静电
2.非静电力　负　正　 　伏特　V　非静电力的性质
3.内阻
二、1.闭合电路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。
2.①I= 　②E=IR+Ir　E=U外+U内
三、U=E-Ir
课堂探究
(一)
[情境设问]正极向负极移动　静电力作用　电能转化为其他形式的能　
非静电力　非静电力做功　其他形式能转化为电能
1.定义:电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。
2.定义式:E=
3.单位:V　1 V=1 J/C
4.物理意义:反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小。
5.非静电力的性质
(二)1.Q外=I2Rt
2.Q内=I2rt
3.W=Eq=EIt
4.W=Q外+Q内
结论:EIt=I2Rt+I2rt
闭合电路欧姆定律:
E=IR+Ir
即:I=
E=U外+U内
(三)1.
2.①R↓→I↑→U内↑→U外↓当R=0,I=,U内=E,U外=0
②R↑→I↓→U内↓→U外↑当R→∞,I=0,U内=0,U外=E
3.增大　减小
【例题1】例题分析:电源是把其他形式的能转化为电能的装置。蓄电池两极间的电压为电动势。电源的电动势越大,说明电源把其他形式的能转化为电能的本领越强。
例题解答:ABD
【例题2】例题分析:开关切换到位置1或2时都组成闭合电路,已知两种情况下的电流和外电阻,利用闭合电路欧姆定律列方程组可求解。
例题解答:E=3.0 V,r=1.0 Ω
【例题3】例题分析:闭合电路欧姆定律之中的动态分析的具体步骤:
(1)判断动态源及动态源总电阻的变化,判断全电路总电阻的变化情况。
(2)判断闭合电路干路电流的变化情况。
(3)依据U=E-Ir,判断外电路电压(路端电压)的变化情况。
(4)依据分压、分流原理判断动态部分的物理量的变化。
例题解答:当滑动变阻器的滑动触点向上端移动时R3↑→R外↑→R总↑→I总↓→U内↓U外↑→电压表读数增加;I总↓→U1↓(U外↑,U外=U1+U2)→U2↑→I2↑(I总=I2+I3)→I3↓→电流表读数减小。选A。
课堂练习
1.BC
2.由闭合电路欧姆定律
E=U1+r ①
E=U2+r ②
联立①②并代入数据解得E=6 V,r=1 Ω。
3.解析:当滑片向b端滑动时,接入电路中的电阻减少,使得总电阻减小,D错误;根据I=,可知总电流在增加,根据闭合电路中的欧姆定律有E=Ir+U外,可知路端电压在减小,A正确;流过电流表的示数为I=,可知电流在减小,B错误;根据P=I2r,可知内阻消耗的功率在增大,C错误。
答案:A
核心素养专练
1.解析:灯L1的灯丝烧断之后电路总电阻变大,由闭合电路欧姆定律可知路端电压增大,由P=可知L3变亮;总电流变小,由于通过L3的电流变大,所以L4所在支路电流一定变小(L4变暗),L4两端电压一定变小,所以L2两端电压变大,L2变亮。B选项正确。
答案:B
2.解析:断路时的路端电压等于电源电动势,故E=3 V,由闭合电路欧姆定律E=U+r,可知r=×8 Ω=2 Ω,B选项正确。
答案:B
3.解:断路电压的大小可认为等于电源电动势,即E=(600×10-6) V。短路电流I=,由此可求内阻r=20 Ω。
4.解:外电路电阻为4.0 Ω,电路中的电流为
I===1.0 A
路端电压为U=IR=1.0×4.0 V=4.0 V。
如果在外电路中并联一个6.0 Ω的电阻,则由并联电路总电阻的公式可求得外电路总电阻R=2.4 Ω。电路中的电流为
I==≈1.6 A
路端电压为U=IR=1.6×2.4 V≈3.8 V
如果在外电路中串联一个6.0 Ω的电阻,则外电路总电阻R=10 Ω。电路中的电流为
I==≈0.43 A
路端电压为U=IR=0.43×10 V=4.3 V
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