电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律教案.docx

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一、教学目标
〔一〕学问与技能
知道电动势和内阻是表征电源特性的物理量。
理解电源的路端电压与电动势的关系U=E-Ir,会解释测得的电源路端电压区分于电源电动势的缘由。
理解闭合电路欧姆定律,并会用它来计算电路电路问题。
〔二〕过程与方法
创设环境使学生能从差异中觉察问题和冲突、从试验探究中领悟物理概念的提出。
通过用公式、图像分析路端电压随外电阻变化而变化的规律,培育学生用多种方法分析问题的力量.
〔三〕情感态度与价值观
通过外电阻的转变而引起I、U变化的深入分析,树立事物之间存在普遍的相互联系的观点.
通过对闭合电路的分析计算,培育学生能量守恒的思想.
二、教学重点和难点
重点:①正确理解电动势的物理意义;②对闭合电路欧姆定律的理解和应用.
难点:路端电压、电流随外电阻变化规律.
三、教学过程:
电源的电动势和内阻
〔一〕引入课
问:如何使小灯泡发光?
〔答案:接电源,供给电压,有电流等〕
演示:把一小灯泡用导线接在旧电池两端,闭合开关,觉察小灯泡不亮或微微发光,测得电池两端有电压;换上同样型号的干电池,闭合开关后,觉察,小灯泡正常发光,测得两端也有电压,但比旧电池大。
问:旧电池有电压为什么小灯泡不亮或微微发光呢?
〔二〕课教学

电源的作用
演示:①充电的电容器放电,用导线将小灯泡接到两极板上,小灯泡渐渐变暗,最终不亮;
②当把电容器换成干电池时,小灯泡的亮度长时间保持不变。
理论分析:
①充了电的电容器之间有电势差,当用导线把一个小灯泡与电容器的两极板连接起来时,正电荷从正极板沿着导线运动到负极板发生中和,电路中就有了电流流过,随着两极板之间的电荷量的削减,两极板之间的电势差将渐渐削减,当正负电荷完全中和时,两极板之间的电势差削减为0,电流也就消逝了〔即小灯泡渐渐变暗,最终不亮〕。
②当用电池代替电容器时,小灯泡的亮度长时间保持不变,说明电路中有持续的电流〔即电池的作用:电池内部通过化学反响,不断地移动电荷,从而维持电池两极之间的电势差〕干电池的实质:将化学能转化为电势能的装置
电源的实质:是把其他形式的能转化为电势能的装置〔如干电池、光电池、发电机等〕
电动势
电源的电动势
投影:①展现1#、2#、5#、7#电池,并请几位同学观看电池上的规格〔〕
②
可见,电源两极间电压是由电源本身性质打算的,不同的电源,将其他形式的能转化为电势能的本领不同。即同种电源两极间电压相等,不同种电源两极间电压不同。为了表示电源的这种特性,物理学中引入电动势这一物理量。
电源电动势的理解
电动势:表征电源将其他形式的能转化为电势能的特性,用符号E表示,单位V。
电动势是标量,但有方向,规定其方向为电源内部的电流方向,由电源的负极指向正极。电动势的大小:电源电动势等于电源没有接人电路时两极间的电压,是一个确定的量。数值上等于电源将单位正电荷从负极转送到正极时,非静电力所做的功
由电源自身的特性打算,与电源的体积无关,与外电路无关。不同的电源的电动势一般是不同的,
-4-13〕怎样测量电动势

可见电池所标的值,实际上就是电池的电动势.
4〕电动势和电压〔电势差〕的区分
物理量物理意义
定义式
电压U
描述电场力做功,将电能转化为其他形式能的本领,表征电场的性质
U=W/q,W为电场力做的功
电动势E
表征非静电力做功,反映电源把其他形式能转化为电能的本领,表征电源的性质E=W/q,W为非静电力做的功
联系 电动势等于电源未接入电路时两极间的电压
〔三〕稳固教学
关于电源电动势,以下说法中正确的选项是 (C),
的物理量,与是否接有外电路无关

解析:电动势是电源本身的特性,与外电路无关,数值上等于电源没有接入电路时,电源两极间的电压,但电动势与电势差有本质的区分,故A、B、D错,C对。
2、以下关于电源的说法,正确的选项是 〔BD〕A、电源向外供给的电能越多,表示电动势越大
B、电动势在数值上等于电源将单位正电荷从负极转送到正极时,非静电力所做的功C、电源的电动势与外电路有关,外电路电阻越大,电动势越大
D、电动势越大的电源,将其他形式的能转化为电能的本领越大
电源的内阻
演示〔或讲解〕:“探究小灯泡变暗的缘由”
①争论灯泡变暗的可能缘由
②电压表测得的电压与断路时测得的电压相等吗?争论其缘由
③串联始终电阻Ro,从灯泡的亮度变化,争论变化的缘由,从中得到启发
结论:电流通过电源内部时,电源内部也是一段电路,也有电阻,称为内阻,用r来表
示
闭合电路欧姆定律
〔一〕引入阶段
之前,我们始终无视电源的内阻,把电源看成抱负电源,认为电源两端的电压与电动势是一样的,外电路的电阻就是整个电路的电阻
之前计算电路中的总电流I时,是如何计算?现在考虑电源内阻之后,整个电路的电流又该如何确定?整个电路的欧姆定律形式有是什么样的呢?
〔二〕课教学
1、闭合电路欧姆定律
设:电动势为E,内阻为r,电路中外电路的电阻为R
闭合电路由电源外部的电路〔外电路〕和电源内部的电路〔内电路〕组成.
理论分析:把电源的内阻考虑进去之后,画出等效电路〔课本图2-4-4〕,当电流流过电源内部时,在内电阻上会产生电势的降落Ir等于内阻r两端的电压,Ir称电池的内电压,即U内=Ir;在电源外部,当电流流经到外电阻时,外电阻上也存在着电势的降落IR,称为路端电压或外电压U外,即U外=IR
电流在整个闭合电路上的电势降落为U内+U外,在电源的作用下,电源两极间维持着肯定的电势差,当没有电流流过时,两极间的电势差数值上等于电动势
理论实践证明,当电路中存在电流时,电源电动势等于闭合电路总的电势降落之和。即,在闭合电路中,电源内部电势上升的数值等于电路中外电阻上的电势降落与内电阻
上电势降落之和,即
E=U外+U内=IR+Ir ①
I=E/(R+r) ②
②式表示:在外电路为纯电路的闭合电路中,电流大小跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比,这个规律叫做闭合电路欧姆定律.
例:
如下图电路,R由2Ω变为6Ω时,电路中的电流变为原来的一半,则电源的内阻是


E
I=R+r
得r+6=2(r+2),解得r=2Ω,B正确。
2、电路动态分析
1〕用闭合电路欧姆定律分析“探究小灯泡变暗的缘由”
当并联在电路中的小灯泡渐渐增加时,外电路中总电阻削减,对于某个电源而言,认为,在不长的时间内E和r不变,即,整个电路的总电阻削减,由闭合电路欧姆定律可知,电路中的总电流增加,Ir得内电压增加,路端电压减小,从而导致灯泡渐渐变暗;路端电压随着外电阻的增加在增加,随外电阻的减小而减小.
当外电路断开时,I=0,U=E;
党外电路短路时,R=0,短路电流I=E/r
例1、如下图,E为内阻不能无视的电池,
R1、R2、R3为定值电阻,S0、S为开关,电压
与 分别为
表与电流表。初始时S0与S均闭合,现将S断开,则( )
的读数变大,
的读数变大,
的读数变小,
的读数变小,
的读数变小 图4
的读数变大的读数变小的读数变大
解析:当S断开后,闭合电路的总电阻增加,依据闭合电路欧姆定律可知,总电流减小,故路端电压U=E-Ir增加,即 的读数变大;由于定值电阻R1两端的电压减小,故
R3两端的电压增加,通过R3的电流增加,即答案:B
电路分析解题思路:
的读数变大;选项B正确。
(1)分析电路,明确各局部电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象;(2)由局部电阻变化推断总电阻的变化;
由I=ER+r推断总电流的变化;
据U=E-Ir推断路端电压的变化;
由欧姆定律及串、并联电路的规律推断各局部电路电压及电流的变化。
例2、在如下图的电路中,E为电源电动势,r为电源内阻,R1和R3均为定值电阻,R2为滑动变阻器。当R2的滑动触点在a端时合上开关S,此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U。现将R2的滑动触点向b端移动,则三个电表示数的变化状况如何?
[解析]由电路图可知,滑动触点向b移动,R2实际应用阻值减小,总电阻变小,总电流增大,由U=E-Ir可知,电压表示数减小,由UR3=IR3可知,R3两端电压变大,由U=UR3+UR1可知,UR1变小,由IA1=UR1R1可知,示数减小,由I=IA1+IA2可知,IA2变大
例3如下图的电路中,电源的电动势为E,内阻无视不计。R1、R2、R3、R4均为定值电阻,C是电容器,开关S是断开的。现将开关S闭合,则在闭合S后的较长时间内,通过R4的电荷量是多少?
图7
3 4 2
1 2 3 4 2
解析:S断开时,电源与R、R串联,R、R和电容器串联后与R并联,由于电容器可看做断路,故R、R上电压为零,电容器上电压等于R的电压,且上板电势高,带正电。
R
R
Q=CR2E
1 +
1 2
1 2 3 4 1
S闭合时,R、R串联后与R并联,R和电容器串联后并联在R两端,电容器上的电
压等于R1两端的电压,且上板电势低,带负电。
R
R
Q=CR1E
2 +
1 2
闭合S后的较长时间内,通过R4的电荷量为
ΔQ=Q

1 2
+Q=
CR2E
+CR1E

R
=CE。
1
总结:
2 R1+R2 R+
当电路中有电容器时,要明确电容器测的实际是哪局部的电压从例题中总结路端电压发生变化的缘由
引导学生分析:
由U=E-Ir可知,r=0时,U=E与外电路无关,可见r≠0是U随R变化的内因,R发生变化是U变化的外因
3、路端电压随电流变化的图像〔U-I图〕
在物理学中,常用图像反映物理量间的关系〔如伏安特性曲线的U-I图像〕
引导学生作出闭合电路的路端电压和电流的关系图〔U-I图线〕,见课本2-4-6:图线中的横轴截距、纵轴截距和斜率的物理意义是什么?
斜线与纵轴交点表示电动势值,与横轴交点表示短路电流,斜率确定值表示内阻r.
E=U外+U内,并且当I增加时,U内增加,U外削减,所以,倾斜直线下方代表U外,上方直到E的局部代表U内
让学生再次答复旧电池不能使小灯泡发光的缘由。
例1、如图2-4-5所示是某电源的路端电压与电流的关系图像,由图像可知:电源的电动势为 6 V,电源的内阻为 2 Ω, 18 Ω.
4、闭合电路中的功率
闭合电路中的功率
E=U外+U内
上式两边都乘以I,得到
EI=U外I+U内I
此公式的物理意义是什么?请同学分小组争论后,选代表答复.
上式中U外I和U内I分别表示外电路〔输出功率〕和内电路上消耗的电功率,EI表示电源供给的电功率〔总功率〕.
①上式的物理意义在于,电源供给的电能一局部消耗在外电路上,转化为其他形式的能,另一局部消耗在内电路上,转化为内能,表达了能量守恒规律.
②式中说明,电动势E越大,电源供给的电功率越大,可见,电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量,反映了电源的供电力量.
电源的总功率P总=EI=P内+P出
电源内消耗的功率P内=IU内=I²r=P总-P出
电源的输出功率P出=IU外=EI-I²r=P总-P内
电源的最大输出功率与外电阻的关系
电源的最大输出功率争论〔外电路为纯电阻时〕
当R=r时也即I=E/2r时,电源的输出功率最大,Pma=x𝐸2⁄4𝑟
当R>r和R<r时,
〔3〕P出与外电阻R的函数关系图像
当R<r时,随着R的增大,P出增大当R>r时,随着R的增加,P出削减
除R=r外,外电阻有两个值对应的输出功率相等,可得R1R2=r²
当I=E/2r时,输出功率到达最大
〔4〕P出与电流I的函数关系图像
〔5〕电源的效率
P /P =R/R+r= 1
出 总 1+𝑟/𝑅
可见,外电阻R越大,电源的效率越高,当电源有最大输出功率率时,电源的输出效率到达
例1、如图,电源的电动势为E,内阻为r,定值电阻R1与滑动变阻器R2并联,求:当R2阻值为多大时R2消耗的功率最大?
50%,但电源的效率并不是最高
思路:把R1和r看成电路内阻r’
〔四〕作业
1、点金
2、测电源电动势E和内阻r,有多种方法,各需要哪些器材,请同学画出电路示意图
四、板书设计五、教学反思