物理选修33 欧姆定律教案

这是一份物理选修33 欧姆定律教案，共5页。教案主要包含了教学结构，解题要点，同步练习，参考答案等内容，欢迎下载使用。

【教学结构】
一、电动势，是本部教材难点，交待清楚即可。
1．电源：把其它形式的能转化为电能的装置。
电源的作用：保持两极间有一定电压，供给电路电能。
2．电动势：电源的属性，描述电源把其它形式能转化为电能本领的物理量。在数值上就等于电源没有接入外电路时两极间电压。用符号ε表示。单位：伏特，ν。
（1）电动势由电源自身决定，与外电路无关
不同类型的电源电动势不同，同种类型不同型号电源电动势相同。
（2）实验：如图1所示电路。
过程：断开电键，伏特表读数U，闭合电键，改变滑线变阻器阻值，R减小，对应伏特表读数，U1、U2、U3。
U为电源电动势，U大于U1、U2、U3，且U1＞U2＞U3
分析产生原因：电源内电阻存在，且内阻r不变，大小由电源自身特点决定。随着R变小，电路电流增大，电源内部电势降落增加，外电路电势降落降低。
（3）电源的电动势等于内、外电路上的电压之和
ε=U+U′，U外电路电压又称路端电压，U′电源内电路电压
分析U、U′的物理意义：电源电动势反映电源的一种特性，它在数值上等于电路中通过1库仑电量时电源提供的电能。
（4）比较电动势和电压的物理意义。
电动势：ε=。w表示正电荷从负极移到正极所消耗的化学能（或其它形式能），ε表示移单位正荷消耗化学能（或其它形式能，反映电源把其它形式能转化为电能的本领）。
电压：U=。w表示正电荷在电场力作用下从一点移到另一点所消耗的电能，电压表示移动单位正电荷消耗的电能。反映把电能转化为其它形式能的本领。
二、闭合电路欧姆定律，是本部教材重点应多下功夫。
1．闭合电路欧姆定律
ε=U+U′，I=或ε=IR+Ir，都称为闭合电路欧姆定律。
式中：ε：若电源是几个电池组成的电池组，应为整个电池组的总电动势，r为总内阻，R为外电路总电阻，I为电路总电流强度。
应注意：ε=U+U′和ε=IR+Ir，两式表示电源使电势升高等于内外电路上的电势降落总和，ε理解为电源消耗其它形式能使电荷电势升高。IR、Ir理解为在内外电路上电势降落。（也称为电压降）
2．讨论路端电压，电路总电流随外电路电阻变化而变化的规律
根据：ε=U+U′、U′=Ir、I=，ε、r不变
R↑→I↓，U↑、U′↓，当R→∞时，I=0、U=ε、U′=0（也称为断路时）
R↓→I↑，U↓、U′↑，当R=0时，I=（短路电流强度）U=0、U′=ε
3．在闭合电路中的能量转化关系
从功率角度讨论能量转化更有实际价值
电源消耗功率（有时也称为电路消耗总功率）：P总=εI
外电路消耗功率（有时也称为电源输出功率）：P出=UI
内电路消耗功率（一定是发热功率）：P内=I2r
εI=UI+I2r
4．电源输出功率随外电路电阻变化关系
ε、r为定值，R为自变量，P出为因变量。
P出=UI=·R·=·R，讨论该函数极值可知，R=r时，输出功率有极大值；
P出= ，电源输出功率与外阻关系图象如图2所示，R＜r时，随R增大输出功率增大，R=r输出功率最大，R＞r时，随R增大，输出功率减小。
三、电池组
图3
－
+
只研究串联电池组
1．连接方法：如图3所示，左侧电池正极与右侧电负极相连。电池组的两
极即为最左侧电池的负极，最右侧电池的正极。
2．若每个电池电动势为ε0，内阻为r0，电池组共有几个电池，电池组的电动势，内阻分别为：ε=nε0，r=nr0
3．电池组中有电池接反，若3个电池电动势均为1.5V，一个接反，则电池组的电动势为1.5V，电池组的内组反接无影响，r=nr0
4．不能用旧电池与新电池串联使用。旧电池内阻是新电池内阻很多倍，因此在电路连通后，旧电池内阻的发热功率很大，得不偿失。

【解题要点】
例一．在闭合电路中（ ）
A．电流总是由高电势流向低电势
B．电流强度越大，电源输出功率越大
C．输出功率越大，电源效率越高
D．电源输出电压越大，电源效率越高
解：在闭合电路中，外电路正电荷在电场力作用下由高电势流向低电势，而内电路则是非电场力。电荷由低电势流向高电势，A选项不正确。电源输出功率最大的条件是外电阻等于内电阻，此时是电压与电流乘积最大。在R＞r的条件下，R越小，电流越大，输出功率越大，在R＜r时，R越小，电流强度越大，而输出功率越小，B选项错误。电源输出功率为有用功率，电源消耗总功率为总功率，则，输出功率最大时，R=r，效率只有50%，R＞＞r时，效率接近100%，而输出功率很小，C选项错误。当外电阻R越大时，输出电压越大，电路效率越高，D选项正确。
记住，背会概念、规律不能准确解答本题，只有熟练掌握这些基本概念规则才有能力解答本题。，以后可当作公式使用。
例二．关于电源和直流电路的性质，下列说法正确的是（ ）
A．电源短路时，电路电流为无穷大
B．电源短路时，路端电压为零，外电阻无穷大
C．外电路断路时，路端电压为最大，外电阻为零
D．外电路总电阻值增大时，路端电压也增大
解：电源短路，即外电路电阻为零，根据全电路欧姆定律：I=，ε、r均为有限值，电流强度也是有限值，不是无穷大。因为r很小，I较大。选项A是错的。外电路电阻无穷大是错的，选项B是错的。外电路断路时，路端电压最大是正确的，但外电阻为零是错误的，选项C是错误的。外电路总电阻增大，电路电流强度减小，根据ε=U+Ir，∵I减小，Ir减小，ε不变，U增大，选项D是正确的。
闭合电路中随外电路电阻变化而路端电压、电流强度发生变化的规律必须熟练掌握。
例三．在图4电路中，当滑动变阻器滑动键P向下移动时，则（ ）
A．A灯变亮、B灯变亮、C灯变亮
B．A灯变亮、B灯变亮、C灯变暗
C．A灯变亮、B灯变暗、C灯变暗
D．A灯变亮、B灯变暗、C灯变亮
解：滑动键P向下移动，变阻器电阻减小，外电路总电阻减小，根据I=，电路电流强度增大，灯A两端电压UA增大，而变亮，根据U=ε－Ir，路端电压变小，U=UA+UB，所以UB减小，灯B电阻不变，所以灯B电流强度IB减小，灯B变暗。电路电流强度I=IB+IC因为I增大、IB减小，所以IC增大。灯C应变亮，选项D是正确的。
综合例二、三的解答可知，处理这类型题目时，必须认清外电路电阻是自变量，根据闭合电路欧姆定律，判断电压、电流强度的变化。
例四．图5为两个不同闭合电路中两个不同电源的I—U图象，则下述说法正确的是（ ）
A．电动势ε1=ε2，发生短路时的电流强度
I1＞I2
B．电动势ε1=ε2，内阻r1＞r2
C．电动势ε1=ε2，内阻r1＜r2
D．当两个电源工作电流变量相同时，电源2的路端电压变化较大
解：闭合电路的I—U图线，I是电路的总电流强度，U是路端电压，图象上图线与U轴交点物理意义是电路电流强度为零，属断路，路端电压即电源电动势，图线与I轴交点的物理意义是路端电压为零，属电源短路，交点坐标值即为短路电流，I=，即r=，可见图线的斜率的绝对值为电源的内电阻。从坐标中看出图线1、2与U轴交于一点表明电动势ε1=ε2，图线1斜率比图线2斜率小，表明r1＜r2，图线1与I轴交点坐标大于图线2与I轴交点坐标。表明I1＞I2。可见选项A、C正确，两个电源电动势相等，内阻r1＜r2，当电流变化量△I1=△I2时，△I1r1＜△I2r2，即电源1内电压变化量小于电源2内电压变化量，所以电源2路端电压变化量大。D选项正确。答案为：A、C、D
处理图象问题时，应认真分析图线，确定各特殊点的物理意义，能帮助你找到解题思路。
例五．在图6所示电路中，R1=10，R2=60，R3=30，电源内阻与电表内阻均不计，当K1、K2都断开或都闭合时，电流表的读数相同，求电阻R4的阻值。
解：K1、K2都断开时，电路为R1、R3、R4串联，电流
I1=ε/（R1+R3+R4）
K1、K2都闭合时，电路为R1、R2并联后与R3串联，电流表示数
I2=
根据题意：I1=I2，则
解方程：=5
答：电阻R4的阻值为5。
本题的特点是电路是变化的，解答此类问题时关键是电路要清楚，然后根据电路特点处理问题。
例六．在图7的电路中，若R1=4，R3=6，电池内阻r=0.6，则电源产生总功率为40W，而输出功率为37.6W，求电源电动势和电阻R2
解：根据题目给出条件可知：电源内电路发热功率I2r=40－37.6=2.4W
电路电流强度I==2A
电源产生总功率：εI=40 ε=20V
外电路总电阻：
R=
根据闭合电路欧姆定律ε=IR+Ir=2×（2.4+R2）+2×0.6=20，解得
R2=7
使用内、外电路消耗电功率和电源产生总功率的关系是解答本题的关键，死记硬背是不能灵活使用这些规律的，必须深刻理解。

【同步练习】
1．在电源一定的电路里，下面说法正确的是（ ）
A．外电路电阻增加一倍，路端电压也增加一倍
B．电源电动势等于内电路与外电路的电压之和
C．外电路短路时，路端电压等于电源的电动势
D．路端电压一定大于内电路电压
2．图8所示为两个电源的特性曲线，即路端电压与电流的关系图象，比较这两个电源的电动势和内阻，正确的是（ ）
A．ε1＞ε2，r1＞r2 B．ε1＞ε2，r1＜r2
C．ε1＝ε2，r1＞r2 D．ε1＜ε2，r1＞r2
3．高压输电过程中，输电电压为U，输电功率为P，输电导线上电阻为R，则有（ ）
A．损失功率为U2/R B．损失功率为P2R/U2
C．电压损失为PR/U D．用户得到的功率为P－P2R/U2
4．在图9电路中，电源电动势是ε，内阻为r，当滑动变阻器R3的滑动头向左移动时（ ）
A．电阻R1的功率将增大 B．电阻R2的功率将减小
C．电源的功率将加大 D．电源的效率将增加
5．如图10所示ε=12V，R1=10，R2=10，电流表内阻不计，当滑动头P由A端滑到B端时，电流表的读数将由 A变为 A。
6．如图11所示，电池组电动势ε=14V，内电阻r=1，电灯为“2V4W”，电动机的内阻r′=0.5，当可变电阻器的阻值R=1时，电灯和电动机都正常工作，求：
（1）电动机的额定电压U′及输出的机械效率。
（2）全电路工作半小时放出的热量。
7．如图12所示，ε=10V，R1=4，R2=6，C=30μF，电池内阻可忽略。（1）闭合开关K，求稳定后通过R1的电流；（2）然后将开关K断开，求这以后流过R1的总电量。

【参考答案】
1．B 2．B 3．B、C、D 4．C 5．1，0
6．（1）U′=8V P出=14W （2）Q=2.52×104J
7．（1）1.0A （2）Q=1.2×10－4C