2020高中物理 第2章 第7节 闭合电路欧姆定律学案 新人教版选修3-1
2．7《 闭合电路欧姆定律》学案
【学习目标】
1．理解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．理解闭合电路欧姆定律，知道电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和。
3．理解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。
4．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。
5．熟练应用闭合电路欧姆定律解决有关的电路问题。
【重点难点】
重点：推导闭合电路欧姆定律，并应用定律解决有关问题；
难点：路端电压与负载的关系。
【课前预习】
1．闭合电路的组成：（1）内电路：是指电源 的电路，其电阻称为内电阻，内电阻所降落的电压称为 ；（2）外电路：是指电源 的电路,由 和 组成，其两端电压称为 或 ；（3）在外电路中，沿电流方向电势 。
2．闭合电路中电源电动势E和外电压U外、内电压U内三者之间的关系： 。
3.闭合电路欧姆定律：
（1）内容：闭合电路的电流，跟电源的电动势成_______，跟内、外电路的电阻之和成__________.
（2）公式： 。
4．路端电压与外电阻的关系：
（1）根据U=E-Ir、I=可知：当R_____时，U增大，当R_____时，U减小；
（2）当外电路断开时，R=∞，I=_____,U=_____，即断路时的路端电压 电源电动势；
当外电路短路时，R=0，I=_____,U=_____。
5.路端电压与电流的关系图像：
由U=E-Ir可知，U-I图像是一条向下倾斜的直线，如图所示，说出：
(1)图线与纵轴截距的意义：_____________________；
(2)图线与横轴截距的意义：_____________________；
(3)图像斜率的意义：___________________________。
6.内外电路功率、电源输出功率、电源效率的区别。
(1)各部分功率关系分析
由EIt＝I2Rt＋I2rt知，EI＝I2R＋I2r
其中EI为电源的总功率，I2r为电源内耗功率，I2R为外电路消耗功率，也是电源的输出功率．
(2)电源输出功率特点
P出＝UI＝I2R＝R＝＝，由此式可看出，当R＝r时，P出有最大值，即Pm＝＝.
由图可以看出
①当R＝r时，输出功率最大，P出＝.
②当R
r时，若R增大，则P出减小．
③除R＝r外，图象上总有两点输出功率P出相等，如图中R1与R2，则由()2·R1
＝()2·R2 整理得：R1R2＝r2.
(3)电源的效率
①定义：输出功率跟电路消耗的总功率的比值，即η＝＝.
②如果外电路为纯电阻电路，则η＝＝＝＝，所以外电路电阻越大，电源效率越高．
③当电源输出功率最大时，R＝r，η＝50%.
【预习检测】
1.在闭合电路中，下列叙述正确的是( )
A.闭合电路中的电流跟电源电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比
B.当外电路断开时，路端电压等于零
C.当外电路短路时，电路中的电流趋近于∞
D.当外电阻增大时，路端电压也增大
2.一太阳能电池板，测得他的开路电压为800mV,短路电流40mA.如将该电池板与一阻值为20Ω的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是（ ）
A、0.10V B、0.20V C、0.30V D、0.40V
3．如图所示电路中.A、B两灯均正常发光，R为一滑动变阻器，P为滑动片，若将滑动片向下滑动，则( )
A.A灯变亮
B.B灯变亮
C.R1上消耗功率变大
D.总电流变小
【典题探究】
【例1】. 如图所示，电源电动势E=1.5V，内阻r=0.5Ω，电阻R1=R2，当合上电键S1时，通过电源的电流为1A。求：电键S1、S2都合上时通过电源的总电流和电源两端的电压。
【解析】：要求通过电源的电流，还需要知道外电路的总电阻。当S1合上时根据闭合电路欧姆定律有： 得：
当S1、S2都合上时有：
路端电压U外=E-Ir=0.75V
【拓展】 ： 本题让学生简单运用闭合电路欧姆定律处理问题，让学生知道总电阻是二分之一，电流是二倍关系，只有在电压不变的情况下才成立，由于电源存在内阻，路端电压将随着外电路电阻的变化而变化。
【例2】 如图所示，电阻R1=14Ω，R2=9Ω，合上电键S1时，电压表示数为2.8V，当S1、S2都合上时，电压表示数为2.5V。求电源电动势和内阻。
【解析】：根据闭合电路欧姆定律来求电动势和内阻，一个方程中有两个未知的量，而题中给了两种情况下电压表的两次示数，因此可以列出两个方程：
（其中R12是电阻R1、R2并联后的总电阻）
解得：E=3V，r=1Ω
【拓展】；本题给出了根据闭合电路欧姆定律测量电源电动势和内阻的方法，由于定律表达式中包含两个要测量的量，所以至少要进行两次实验，取得两组数据，列出方程组进行求解。实际测量中为了减小误差往往要进行多次测量，描绘路端电压与电流关系的图线，对图线进行分析得到测量结果。
【例3】. 如图所示，当滑动变阻器的滑动触头P向右移动时．三个灯泡亮度的变化情况是 ( )
A．L1变亮，L2和L3皆变暗
L1
L2
L3
P
E、r
B．L1变亮，L2不能确定，L3变暗
C．L1变暗，L2变亮，L3也变亮
D．L1变亮，L2变亮，L3变暗
【解析】：当P向右移动时，滑动变阻器的电阻减小，则总电阻减小，总电流增大，内电压增大，路端电压减小，所以L3变亮；因为U3变大，且路端电压变小，所以L1变暗；总电流变大，又I1变小的，所以L2的电流增大，L2变亮 。因此，本题的正确选项应为C.
【拓展】： 电路中任一局部发生变化，将引起各处的电流和电压的变化。判断这类问题，可以先从局部的变化推出总电流、路端电压的变化，再根据串、并联电路的特点以及部分电路欧姆定律作出相应的判断，只有电源的电动势和内阻是不变的。解决电路故障题目时，该方法同样适合。
【例4】如图所示，已知电源的电动势E=10V，内电阻r=1Ω，定值电阻R0=4Ω，滑动变阻器的总阻值R=10Ω．求：
（1）电源的最大输出功率多大？
（2）定值电阻R0消耗的功率的最大值是多大？
（3）滑动变阻器上消耗的功率的最大值是多大？
分析与解：（1）电源的输出功率应出现在外电路内电阻相等的时候，但现在有定值电阻在，这个条件已不可能满足，只有在滑动变阻器的电阻为0时，输出功率才最大，即
P出max= =5.76W．
（2）定值电阻R0消耗的功率的最大值与上一问相等，即P0 max=5.76W．
（3）滑动变阻器的阻值改变时，通过它的电流、两端电压及它的电阻都在改变，但我们有一个简易的方法解决这个问题：定值电阻合并到电源内阻中，即认为电源内r’=5Ω，则当个电阻R=r’=5Ω时，电源有最大输出功率，即为滑动变阻器上消耗的最大功率．
PR max= =1.8W．
2.7 闭合电路欧姆定律
【学案答案】
【课前预习】
1（1）内部 内电压 （2）外部 用电器 导线 外电压 路端电压 （3）降低
2．E=U外+U内
3．（1）正比 反比 （2）
4．（1）增大 减小 （2）0 E 等于 E/r 0
5．（1）表示电源电动势E （2）表示外电路短路时的电流 （3）表示电源的内阻r
【预习检测】
1．AD 2.D 3.C
堂中互动
【典题探究】
例 1 U外=E-Ir=0.75V
例 2 E =3V r=1Ω
例 3 C
例 4 （1）0 （2）2.5Ω （3）1.5Ω 50%
