学案9闭合电路的欧姆定律人教版选修31.docx

学案9闭合电路的欧姆定律
[学习目标定位]1.了解内电路、外电路，知道电动势等于内、外电路电势降落之和.2.掌握闭合电路欧姆定律的内容，理解各物理量及公式的物理意义.3.会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系．

一、闭合电路的欧姆定律
1．闭合电路
(1)闭合电路由外电路和内电路组成，用电器、导线组成外电路，电源内部是内电路．
(2)电路中正电荷的定向移动方向就是电流的方向，所以在外电路中，沿电流方向电势降低．
2．闭合电路的欧姆定律
(1)内容：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)公式：I＝eq\f(E,R＋r).
(3)我们用U外表示IR，它是外电路上总的电势降落，习惯上叫做路端电压；用U内表示Ir，它是内电路的电势降落．所以E＝U外＋U内，这就是说，电源的电动势等于内外电路电势降落之和．
二、路端电压与负载的关系
1．电路中，消耗电能的元件常常称为负载，负载变化时，电路中的电流就会变化，路端电压也随之变化．
2．路端电压的表达式：U＝E－Ir.
3．路端电压随外电阻的变化规律
(1)当外电阻R增大时，由I＝eq\f(E,R＋r)可知电流I减小，路端电压U＝E－Ir增大．
(2)当外电阻R减小时，由I＝eq\f(E,R＋r)可知电流I增大，路端电压U＝E－Ir减小．
(3)两种特殊情况：
①当外电路断开时，电流I变为0，U＝E.这就是说，断路时的路端电压等于电源电动势．
②当电源两端短路时，外电阻R＝0，此时I＝eq\f(E,r).

一、闭合电路的欧姆定律
[问题设计]
1．在时间t内，外电路和内电路产生的焦耳热各是多少？电源非静电力做功是多少？它们之间有怎样的关系？
答案外电路产生的焦耳热为I2Rt，内电路产生的焦耳热为I2rt，非静电力做功为EIt.根据能量守恒定律有：EIt＝I2Rt＋I2rt.
2．你能进一步得出电路中的电流与电动势E、外电阻R和内电阻r的关系吗？
答案E＝IR＋Ir或I＝eq\f(E,R＋r)
[要点提炼]
1．电源非静电力做功等于内、外电路消耗的电能．
2．闭合电路欧姆定律的三种表达形式：I＝eq\f(E,R＋r)；E＝U外＋U内；E＝IR＋Ir.
[延伸思考]闭合电路欧姆定律的三种表达形式的适用范围是否相同？
答案不相同．I＝eq\f(E,R＋r)和E＝IR＋Ir只适用于外电路是纯电阻的电路．E＝U外＋U内适用于任何电路．
二、路端电压与负载的关系
[问题设计]1．在如图1所示的电路中，电源的电动势E＝10V，内电阻r＝1Ω，试求当外电阻分别是3Ω、4Ω、7Ω时所对应的路端电压．通过数据计算，你发现了怎样的规律？

图1
答案外电压分别为7.5V、8V、8.75V．随着外电阻的增大，路端电压逐渐增大．
2.如图2所示，以电路中的电流为横轴，路端电压为纵轴，建立路端电压U与电流I的U－I图象，请思考，图线与纵轴的交点表示的物理意义是什么？纵坐标从零开始时，图线与横轴的交点表示的物理意义是什么？直线的斜率的绝对值表示的物理意义又是什么？

图2
答案图线与纵轴的交点表示电源的电动势；图线与横轴的交点表示短路电流；图线斜率的绝对值表示电源的内阻，即r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|.
[要点提炼]
1．路端电压随着外电阻的增大而增大，随着外电阻的减小而减小，但不呈线性变化．
外电路断开时，路端电压等于电源电动势；外电路短路时，电路中的电流I＝eq\f(E,r)(表达式)．
2.路端电压与电流的关系式为U＝E－Ir，其图象如图3所示．

图3
(1)在图象中U轴截距表示电源电动势，I轴截距等于短路电流．
(2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻，即内阻r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|.

一、闭合电路欧姆定律的应用
例1如图4所示，电源电动势为6V，内阻为1Ω，R1＝5Ω，R2＝10Ω，滑动变阻器R3阻值变化范围为0～10Ω，求电路中的总电流的变化范围．

图4
解析当R3阻值为零时，R2被短路，外电阻最小，电流最大．
R外＝R1＝5Ω，I＝eq\f(E,R外＋r)＝eq\f(6,5＋1)A＝1A.
当R3阻值为10Ω时，外电阻最大，电流最小．
R并＝eq\f(R3R2,R3＋R2)＝5Ω，R外′＝R1＋R并＝10Ω，
I′＝eq\f(E,R外′＋r)＝eq\f(6,10＋1)A≈0.55A.
答案0.55A～1A
针对训练1如图5为汽车蓄电池与车灯(电阻不变)、启动电动机组成的电路，蓄电池内阻为0.05Ω，电流表内阻不计，只接通S1时，电流表示数为10A，电压表示数为12V，再接通S2，启动电动机工作时，电流表示数变为8A．则此时通过启动电动机的电流是()

图5
A．2A