高二物理最新教案-闭合电路欧姆定律 精品

课题：§12.2 闭合电路欧姆定律
教学目的：
1、了解电动势的概念、物理意义和测量方法
2、能区分内电路、外电路和全电路，理解内电阻、外电阻，知道内电压、外电压和电动势三者的关系
3、理解闭合电路欧姆定律及其公式
4、能用闭合电路欧姆定律解决相关物理问题
教学重点：内电路、外电路和全电路概念；闭合电路欧姆定律及其公式
教学难点：电动势的概念、内电压与路端电压的意义
教具：干电池（1号、2号和5号）、铅蓄电池、滑动变阻器、小灯泡、电压表和电流表、导线和开关教学过程：
在初中物理中我们就已经了解到，只有当电源、用电器和导线组成闭合电路(图13－5)时，才能形成电流．这一节就要把闭合电路作为整体来研究．下面我们就从电源开始研究。

一、电源：
⒈定义：能够持续地把其它形式的能转化为电能的装置。

注意：电源并不创造能量，也不创造电荷。

⒉电源的作用：电源能在导体（或电路）两端保持一定的电压。

电源有保持两极间有一定电压的作用，且不同种类的电源，保持两极间有一定电压的本领不同．例如：干电池可保持正、负极之间有1．5V的电压；常用的蓄电池可保持两极间有2．0V的电压．电源两极间的电压大小是由电源本身的性质决定的，为了表征电源这种特性，物理学中引入了电动势的概念。

⒊电动势（E）
⑴电动势：理论证明，电源电动势数值上等于没有接入外电路时两极间的电压。

⑵单位：伏特（V）。

电动势是电源的一个重要参数。

电源上都要标示电源的电动势。

例：一节蓄电池（氧化铝、铅版、稀硫酸等构成）：2V；
一节干电池（l号、5号、7号）（锌、碳棒、氯化铵、二氧化锰等构成）：1．5V。

⑶电动势的物理意义：是描述电源能把其他形式的能量转化为电能的本领。

电动势的大小完全由电源自身因素决定，与电路无关。

⑷电动势的测量：可以直接用伏特表去测量。

但是：a、显然是不准确的；b、但可以作为一个粗略的测量手段；c、为了准确测量，我们还要另想办法衡量电源的参量除了电动势之外，还有一个——
⒋内电阻：
当电流流过用电器，根据电荷守恒，它也要流过电源内部，而电源的内部也会受到一定的阻碍作用，这种阻碍称之为内电阻，或内阻，用r表示。

小结：电动势和内阻是衡量电源性能的两个基本参量，它们是基本不变的。

如果供电时间过长，或电源闲置过久，它们也会发生改变：E会变小，r会变大。

由于内部也要阻碍电流，也就要消耗电能，所以，我们也把电
源内部的这种运行叫做内电路，相对的，我们原来接触的只有用电
器的电路就是外电路。

如果把内电路和外电路合起来，就叫全电路
或闭合电路。

二、闭合电路
闭合电路由两部分组成：
⒈闭合电路：
⑴内电路：电源内部的电路。

内电路有内电阻，内电阻上有内电压。

⑵外电路：电源外部的电路。

电源外部的总电阻即为外电阻，其两
端电压叫外电压，通常叫路端电压。

⒉内、外电路的关系：内电路和外电路的关系是串联关系。

因此，我们可以把电源看作是一个理想电源（不考虑内电阻）和一个阻值为电源内阻的电阻串联。

在闭合电路中，电流流过电阻时电势要降落，在电阻两端出现电压。

电势在内、外电阻上都有降落。

所以在内、外电阻上都会产生电压。

设在内电阻上产生的电压为U 内 ，在外电阻上产生的电压为U 外 。

则在整个闭合电路上电势降落的值为U 外 十U 内 。

而电源的作用就是将降落的电势再升高到原有状态，在电源内部，由负极到正极，电势升高的数值即为电源的电动势E 。

类比：电源和滑梯。

通过以上分析可以得出——
⒊电动势和外电压、内电压的关系：E = U 外 十U 内。

为了方便起见，我们将电源做一个处理，将它看成一个理
想电源（没有内需或内耗的工厂）和一个内阻的串联，电路就
成为图3所示的情形——
设电路中的总电流为I ，则U 内 = Ir ，U w 外 = IR ，因为：E
= U 外十U 内，所以，E = IR + Ir ，此式表示，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，
这个结论叫做闭合电路欧姆定律。

三、闭合电路欧姆定律
⒈内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外
电路中的电阻之和成反比。

⒉表达式：I = r
R E +。

常用变形式 U 外＝E －Ir 。

注意：
①公式中各个字母的含义。

②公式I =r
R E +只适用于外电路为纯电阻的闭合电路；公式U 外＝E －Ir 除适用于外电路为纯电阻的 闭合电路外，也适用于外电路为非纯电阻的闭合电路。

③注意：公式I ＝r R E +的研究对象是包含线性元件、电源在内的闭合电路，而公式I ＝
的研究对象是
线性元件和不包含电动势的部分电路。

使用时要注意分清。

例1：电源的电动势为2.0V ，外电路的电阻为9.0Ω，测得电源两极间的电压为1.8V ．求电源的内阻． 分析：电源两极间的电势差就是外电阻上的电势差U 外，本题中可以简单地用U 表示．已知U 和外电阻R ，由部分电路欧姆定律可以求出电路中的电流．已知电源的电动势E ，再应用闭合电路的欧姆定律
就可以得到电源的内阻了．
解：对于外电路，应用部分电路的欧姆定律，可以求出电路中的电流
由I =r R E 解出r 并代入数值，得
电源的内阻是1Ω．
例题2：如图所示，R 1＝14．0Ω， R 2 ＝9．0Ω，当单刀双掷开关 S 扳到位置1时，测得电流强度I 1 ＝0．20A ；当S 板到位置2时，测得电强度I 2 ＝0．30A ，求电源的电动势和内电阻。

分析：根据闭合电路欧姆定律，可列出方程组：
E ＝ I 1 R ＋I 1 r
E ＝ I 2 R ＋I 2 r
解得： E ＝3V 、r ＝l Ω。

在讨论电路问题时要注意和初中把电源当成理想电源时的区别。

电源为理想电
源时，外电阻变化时，路端电压不变，干路电流不变；但考虑内电阻时，外电阻变
化会引起路端电压和干路电流都变化。

思考与讨论：例题2告诉我们一种测量电源电动势和内阻的方法．想想看，需要哪些实验器材？需要测量哪些物理量？试着写出实验步骤．
三、路端电压和短路电流
⒈路端电压跟负载的关系
⑴路端电压：外电路两端的电压常常叫做路端电压．用电压表在电源两端测量的电压就是路端电压．
实验表明，外电阻发生变化时，路端电压也发生变化．现在利用闭合电路的欧姆定律讨论它们之间的关系．
⑵路端电压随外电阻的变化情况
根据公式U 外 ＝E －Ir 和 I ＝ 可得：U 外 ＝ E 。

可以判断：当外电阻增大时，路端电压增大。

当外电路断路时：R ＝∞—→U 端 ＝E 。

这就是用电压表直接测量开路时两端电压即为电动势值的原因。

当外电阻减小时，路端电压减小。

当外电路短路时：R ＝0—→U 端 ＝ 0 。

可见，外电阻的变化会引起路端电压和干路电流都发生一定的变化，而这种变化是因为什么引起的呢？
在初中，不考虑电源内阻时，路端电压不会随外电阻的变化而变化。

显然，是因为电源内电阻的存在，使外电阻的变化引起路端电压变化。

r 越小，路端电压随外电阻的变化越不明显。

内电阻 r ＝ 0 的电源叫做理想电源。

⒉干路电流跟负载的关系
在初中，干路电流跟负载的关系是 I ＝
，干路电流与负载R 成反比（U 一定）。

而在包含电源的闭合电路中，干路电流跟负载的关系是 I ＝。

可以判断：当外电阻增大时，电流减小。

当外电路断路时：R ＝∞—→I ＝0 。

当外电阻减小时，电流增大。

当外电路短路时：R ＝0—→I 短 ＝ 。

由于短路电流很大，电源易烧坏，还可能引起火灾，因此要千万避免短路。

⒊路端电压跟干路电流的关系
⑴根据公式：U 外＝E － I r 可得路端电压跟干路电流的关系。

路端电压U与电流I的关系可以用图象直观地表示．从图中可以
看出，路端电压U随着电流I的增大而减小．
⑵路端电压随电流变化关系图像
分析：
⑴ U 断＝E ＝I r ，即纵坐标轴上的截距即为 E
⑵横坐标轴上的截距为 I短＝
⑶斜率 k = tanα= r 。

四、闭合电路中的能量转化
从能量的角度看，电源的作用是把其他形式的能量转化成电能．电动势越大，电源把其他形式的能量转化为电能的本领越大．
电源提供的电能只有一部分消耗在外电路上，转化为其他形式的能量．由于任何电源都存在着内阻，所以电源不能把转化来的全部电能供给外电路，一部分要消耗在内电路上，转化为内能．
作业布置：阅读教材；必修教材P61练习二上作业本；。