2019-2020年高中物理 2.4 電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻-閉合電路歐姆定律教案 教科版選修3-1.doc

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2019-2020年高中物理 2.4 電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻-閉合電路歐姆定律教案 教科版選修3-1 ●課標(biāo)要求 1．知道電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻． 2．理解閉合電路的歐姆定律． 3．測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻． ●課標(biāo)解讀 1．知道電源是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置． 2．了解電路中自由電荷定向移動(dòng)過(guò)程中靜電力和非靜電力做功與能量間轉(zhuǎn)化的關(guān)系． 3．了解電源電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻的含義． 4．理解閉合電路歐姆定律，理解內(nèi)外電路的電勢(shì)降落． 5．會(huì)用閉合電路歐姆定律分析路端電壓與負(fù)載的關(guān)系，并能進(jìn)行電路分析與計(jì)算． ●教學(xué)地位 閉合電路歐姆定律的應(yīng)用是高考命題的熱點(diǎn)，常與其他電路知識(shí)相結(jié)合，以選擇題的形式出現(xiàn). (教師用書(shū)獨(dú)具) ●新課導(dǎo)入建議 日常生活中我們會(huì)接觸到各種各樣的電源，如石英鐘、遙控器中用的干電池(1號(hào)、5號(hào)、7號(hào)等)；摩托車(chē)、汽車(chē)、電動(dòng)車(chē)上用的蓄電池；手機(jī)中用的鋰電池；電子手表中用的鈕扣電池等．干電池、手機(jī)中的鋰電池、鈕扣電池和一節(jié)鉛蓄電池的電動(dòng)勢(shì)各是多大？同一個(gè)電池對(duì)不同電阻供電時(shí)，電池兩極電壓和電路中的電流與外電路電阻有什么關(guān)系？今天我們就來(lái)解決這些問(wèn)題． ●教學(xué)流程設(shè)計(jì) 課前預(yù)習(xí)安排： 1．看教材2.填寫(xiě)【課前自主導(dǎo)學(xué)】(同學(xué)之間可進(jìn)行討論)步驟1：導(dǎo)入新課，本節(jié)教學(xué)地位分析步驟2：老師提問(wèn)，檢查預(yù)習(xí)效果(可多提問(wèn)幾個(gè)學(xué)生)步驟3：師生互動(dòng)完成“探究1”互動(dòng)方式(除例1外可再變換命題角度，補(bǔ)充一個(gè)例題以拓展學(xué)生思路)  步驟7：完成“探究3”(重在講解規(guī)律方法技巧)步驟6：師生互動(dòng)完成“探究2”(方式同完成“探究1”相同)步驟5：讓學(xué)生完成【遷移應(yīng)用】檢查完成情況并點(diǎn)評(píng)步驟4：教師通過(guò)例題講解總結(jié)閉合電路動(dòng)態(tài)問(wèn)題的分析方法  步驟8：指導(dǎo)學(xué)生完成【當(dāng)堂雙基達(dá)標(biāo)】，驗(yàn)證學(xué)習(xí)情況步驟9：先由學(xué)生自己總結(jié)本節(jié)的主要知識(shí)，教師點(diǎn)評(píng)，安排學(xué)生課下完成【課后知能檢測(cè)】 課　標(biāo)　解　讀 重　點(diǎn)　難　點(diǎn) 1.知道電源是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置． 2.了解電路中自由電荷定向移動(dòng)過(guò)程中靜電力和非靜電力做功與能量轉(zhuǎn)化間的關(guān)系． 3.了解電源電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻的含義． 4.理解閉合電路歐姆定律，理解內(nèi)外電路的電勢(shì)降落． 5.會(huì)用閉合電路歐姆定律分析路端電壓與負(fù)載的關(guān)系，并能進(jìn)行電路分析與計(jì)算. 1.電動(dòng)勢(shì)概念的建立．(重點(diǎn)) 2.運(yùn)用能量關(guān)系進(jìn)行閉合電路歐姆定律的推導(dǎo)．(重點(diǎn)) 3.閉合電路歐姆定律的應(yīng)用．(重點(diǎn)) 4.電動(dòng)勢(shì)概念的理解．(難點(diǎn)) 5.理解路端電壓與負(fù)載的關(guān)系，并能用來(lái)分析解決問(wèn)題．(難點(diǎn)) 電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 1.基本知識(shí) (1)電源的電動(dòng)勢(shì) ①電源：把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置． ②電動(dòng)勢(shì) (ⅰ)大小等于沒(méi)有接入電路時(shí)兩極間的電壓，用字母E表示． (ⅱ)物理意義：表示電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化成電勢(shì)能的本領(lǐng)． (2)電源的內(nèi)阻 電源內(nèi)部也是一段電路，也有電阻，它就是電源的內(nèi)電阻，簡(jiǎn)稱內(nèi)阻，常用符號(hào)r來(lái)表示． 2．思考判斷 (1)電源提供的電能越多，電源的電動(dòng)勢(shì)越大．() (2)電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能，光電池是將光能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能．(√) (3)當(dāng)電路中通過(guò)1庫(kù)侖的電荷量時(shí)，電源消耗的其他形式能的數(shù)值等于電源電動(dòng)勢(shì)的值．(√) 3．探究交流 電源的電動(dòng)勢(shì)和外接電路的負(fù)載有什么關(guān)系？ 【提示】　電源的電動(dòng)勢(shì)只和電源本身有關(guān)，與所接的負(fù)載無(wú)關(guān). 閉合電路歐姆定律 1.基本知識(shí) (1)閉合電路 只有用導(dǎo)線把電源、用電器連成一個(gè)閉合電路才有電流．用電器、導(dǎo)線組成外電路，電源內(nèi)部是內(nèi)電路． 在外電路中，沿電流方向電勢(shì)降低，在內(nèi)電路中電流從負(fù)極到正極． (2)閉合電路歐姆定律 ①內(nèi)容：在外電路為純電阻的閉合電路中，電流的大小跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比． ②公式：I＝. ③適用范圍：外電路為純電阻電路． 2．思考判斷 (1)電源的電動(dòng)勢(shì)等于外電路電阻兩端的電壓．() (2)對(duì)整個(gè)閉合電路來(lái)說(shuō)，內(nèi)、外電阻串聯(lián)，它們分擔(dān)的電壓之和等于電源電動(dòng)勢(shì)的大?。?√) (3)在閉合電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)、外電路上電壓之和，所以電動(dòng)勢(shì)實(shí)質(zhì)上就是電壓．() 3．探究交流 閉合電路歐姆定律公式中，E、R、r的物理意義各是什么？ 【提示】　E代表電源的電動(dòng)勢(shì)，R代表外電路的電阻，r代表內(nèi)電路的電阻. 路端電壓與外電阻、電流的關(guān)系 1.基本知識(shí) (1)U＝E－Ir，對(duì)給定的電源來(lái)說(shuō)，E和r是一定的 ①當(dāng)外電阻R增大時(shí)，電流I減小，內(nèi)電壓減小，路端電壓增大，當(dāng)外電路斷開(kāi)，即R為無(wú)窮大時(shí)，I＝0，U內(nèi)＝0，U外＝E.這就是說(shuō)，開(kāi)路時(shí)的路端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)． ②當(dāng)外電阻R減小時(shí)，電流I增大，內(nèi)電壓增大，路端電壓減?。? ③當(dāng)電源兩端短路時(shí)，則電阻R＝0，此時(shí)電流I＝，叫短路電流． (2)路端電壓與電流的關(guān)系圖像 由U＝E－Ir可知，U－I圖像是一條向下傾斜的直線．如圖2－4－1所示： 圖2－4－1 ①圖線與縱軸截距的意義：電源電動(dòng)勢(shì)． ②圖線與橫軸截距的意義：短路電流． ③圖線斜率的意義：電源的內(nèi)阻． 2．思考判斷 (1)當(dāng)電源短路時(shí)，路端電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì)．() (2)由于電源內(nèi)阻很小，所以短路時(shí)會(huì)形成很大的電流，為保護(hù)電源，絕對(duì)不能把電源兩極直接相連接．(√) (3)電源斷開(kāi)時(shí)，電流為零，所以路端電壓也為零．() 3．探究交流 上述路端電壓U與電流I的圖像中，表示外電阻還是內(nèi)電阻？ 【提示】　因U為路端電壓，表示外電阻R的大小，而表示圖線斜率，就是電源內(nèi)阻的大小. 對(duì)閉合電路歐姆定律的深入理解 【問(wèn)題導(dǎo)思】　 1．用電壓表測(cè)量閉合電路電源兩端的電壓，電壓表的示數(shù)等于電源電動(dòng)勢(shì)嗎？ 2．在含有電動(dòng)機(jī)的電路中，能用閉合電路的歐姆定律求電流嗎？ 3．當(dāng)外電路的電阻增大時(shí)，閉合電路中的電流如何變化？路端電壓是增大還是減??？ 1．對(duì)閉合電路的歐姆定律的理解 (1)I＝或E＝IR＋I(xiàn)r，只適用于外電路為純電阻電路的情況，對(duì)外電路中含有非純電阻元件(如電動(dòng)機(jī)、電解槽等)的電路不適用． (2)E＝U外＋U內(nèi)＝U外＋I(xiàn)r，即電源電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)外電路的電壓之和．普遍適用于外電路為任意用電器的情況，當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí)，I＝0，內(nèi)電壓U內(nèi)＝Ir＝0，U外＝E，即只有當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí)，電源兩端的電壓才等于電動(dòng)勢(shì)． (3)將電壓表接在電源兩極間測(cè)得的電壓U外是指路端電壓，不是內(nèi)電路兩端的電壓，也不是電源電動(dòng)勢(shì)，所以U外ΔU2 B．ΔU1<ΔU2 C．電壓表V1的示數(shù)變小 D．電壓表V2的示數(shù)變小 【解析】　當(dāng)R3的觸頭向右移動(dòng)時(shí)，接入電路的電阻減小，電源輸出電流增大，電壓表V2的示數(shù)變大，電壓表V1的示數(shù)變小，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤；設(shè)電源內(nèi)阻為r，內(nèi)阻上電壓變化量為ΔUr＝ΔIr，當(dāng)R3的觸頭向右移動(dòng)時(shí)，Ur增大，U2增大，U1減小，所以ΔU1>ΔU2，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤． 【答案】　AC 5．如圖2－4－9所示的電路中，當(dāng)S閉合時(shí)，電壓表和電流表(均為理想電表)的示數(shù)分別為1.6 V和0.4 A．當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，它們的示數(shù)各改變0.1 V和0.1 A，求電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻． 圖2－4－9 【解析】　方法一：當(dāng)S閉合時(shí)，R1、R2并聯(lián)接入電路，由閉合電路歐姆定律E＝U＋I(xiàn)r得E＝1.6 V＋0.4r；當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，只有R1接入電路，由閉合電路歐姆定律E＝U＋I(xiàn)r得E＝(1.6＋0.1)V＋(0.4－0.1)r，由上兩式得E＝2 V，r＝1 Ω. 方法二：(圖像法)畫(huà)出U－I圖像如圖所示，因?yàn)閳D線的斜率r＝||＝1 Ω，由閉合電路歐姆定律得E＝U＋I(xiàn)r＝1.6 V＋0.41 V＝2 V，故電源電動(dòng)勢(shì)為2 V. 【答案】　E＝2 V　r＝1 Ω 1．對(duì)于不同型號(hào)的干電池，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．1號(hào)干電池的電動(dòng)勢(shì)大于5號(hào)干電池的電動(dòng)勢(shì) B．1號(hào)干電池的容量比5號(hào)干電池的容量大 C．1號(hào)干電池的內(nèi)阻比5號(hào)干電池的內(nèi)阻大 D．把1號(hào)和5號(hào)干電池分別連入電路中，若電流I相同，則它們做功的快慢相同 【解析】　電池的電動(dòng)勢(shì)取決于正、負(fù)極材料及電解液的化學(xué)性質(zhì)，與體積大小無(wú)關(guān)，A錯(cuò)．電池的容量與體積大小有關(guān)，B正確．電池的內(nèi)阻與體積大小無(wú)關(guān)，C錯(cuò).1號(hào)和5號(hào)電池電動(dòng)勢(shì)相同，電流相同時(shí)，做功快慢也相同，D正確． 【答案】　BD 2．一太陽(yáng)能電池板，測(cè)得它的開(kāi)路電壓為800 mV，短路電流為40 mA，若將該電池板與一阻值為20 Ω的電阻器連成一閉合電路，則它的路端電壓為(　　) A．0.10 V　　　　　　　　B．0.20 V C．0.30 V D．0.40 V 【解析】　由題意知它的開(kāi)路電壓為800 mV，可知電源電動(dòng)勢(shì)為800 mV，由題意短路電流為40 mA，而短路電流I短＝，可得電源內(nèi)阻為r＝20 Ω，該電池板與一阻值為20 Ω的電阻器連成一閉合電路，內(nèi)外電阻相等，即路端電壓為400 mV＝0.40 V，所以D對(duì)． 【答案】　D 3. 圖2－4－10 如圖2－4－10所示為某一電源的U－I曲線，由圖可知(　　) A．電源電動(dòng)勢(shì)為2 V B．電源內(nèi)電阻為 Ω C．電源短路時(shí)電流為6 A D．電路路端電壓為1 V時(shí)，電路中電流為5 A 【解析】　在U－I圖知，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝2 V．r＝||＝ Ω＝0.2 Ω.當(dāng)U＝1 V時(shí)，I＝＝ A＝5 A 【答案】　AD 圖2－4－11 4．如圖2－4－11所示電路中，當(dāng)電阻箱R由2 Ω改為6 Ω時(shí)，電流減小為原來(lái)的一半，則電源的內(nèi)電阻為(　　) A．1 Ω B．2 Ω C．3 Ω D．4Ω 【解析】　設(shè)電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r 當(dāng)R＝2 Ω時(shí)的電流為I 則I＝① 由題意可知I＝② 聯(lián)立①②解得r＝2 Ω，故選項(xiàng)B正確． 【答案】　B 5. 圖2－4－12 (xx阿壩州高二檢測(cè))在圖2－4－12所示電路中E為電源，其電動(dòng)勢(shì)E＝9.0 V，內(nèi)阻可忽略不計(jì)；AB為滑動(dòng)變阻器，其電阻R＝30 Ω；L為一小燈泡．其額定電壓U＝6.0 V，額定功率P＝1.8 W；K為電鍵．開(kāi)始時(shí)滑動(dòng)變阻器的觸頭位于B端，現(xiàn)在接通電鍵K，然后將觸頭緩慢地向A端滑動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一位置C處時(shí)，小燈泡剛好正常發(fā)光，則CB之間的電阻應(yīng)為(　　) A．10 Ω 　　B．20 Ω　　C．15 Ω　　D．5 Ω 【解析】　本題中小燈泡正好正常發(fā)光，說(shuō)明此時(shí)小燈泡達(dá)到額定電流I額＝P/U＝1.8/6.0 A＝0.3 A，兩端電壓達(dá)到額定電壓U額＝6.0 V，而小燈泡和電源、滑動(dòng)電阻AC串聯(lián)，則電阻AC的電流與小燈泡的電流相等，則 RAC＝＝＝ Ω＝10 Ω，RCB＝R－RAC＝(30－10) Ω＝20 Ω，所以B選項(xiàng)正確． 【答案】　B 6．如圖2－4－13所示電路中，4個(gè)電阻阻值均為R，開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，有質(zhì)量為m、帶電量為q的小球靜止于水平放置的平行板電容器的正中間．現(xiàn)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，則下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖2－4－13 A．小球帶負(fù)電 B．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)后電容器的帶電量減小 C．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)后帶電小球向下運(yùn)動(dòng) D．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)后帶電小球向上運(yùn)動(dòng) 【解析】　由電路圖知，電容器的上極板帶正電，小球受到向上的電場(chǎng)力而平衡，所以小球帶負(fù)電，A正確．當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，電容器兩端的電壓(即豎直方向電阻的分壓)變小，電容器的帶電量減小，小球受到的電場(chǎng)力變小，小球?qū)⑾蛳逻\(yùn)動(dòng)，B、C正確，D錯(cuò)誤． 【答案】　ABC 7．如圖2－4－14所示是一實(shí)驗(yàn)電路圖．在滑動(dòng)觸頭由a端滑向b端的過(guò)程中，下列表述正確的是(　　) 圖2－4－14 A．路端電壓變小 B．電流表的示數(shù)變大 C．流過(guò)電源的電流變小 D．電路的總電阻變大 【解析】　當(dāng)滑片向b端滑動(dòng)時(shí)，接入電路中的電阻減少，使得總電阻減小，D錯(cuò)．根據(jù)I＝，可知總電流在增加，根據(jù)閉合電路中的歐姆定律有E＝Ir＋U外，可知路端電壓在減小，A對(duì)，C錯(cuò)．流過(guò)電流表的示數(shù)為I＝，可知電流在減小，B錯(cuò)． 【答案】　A 8. 圖2－4－15 (xx海南高考)如圖2－4－15所示E為內(nèi)阻不能忽略的電池，R1、R2、R3為定值電阻，S0、S為開(kāi)關(guān)，○V與?分別為電壓表與電流表．初始時(shí)S0與S均閉合，現(xiàn)將S斷開(kāi)，則(　　) A．○V的讀數(shù)變大，?的讀數(shù)變小 B．○V的讀數(shù)變大，?的讀數(shù)變大 C．○V的讀數(shù)變小，?的讀數(shù)變小 D．○V的讀數(shù)變小，?的讀數(shù)變大 【解析】　S斷開(kāi)時(shí)，外電路總電阻增大，總電流減小，故路端電壓增大，電壓表示數(shù)增大，由于R3兩端電壓增大，故通過(guò)R3的電流增大，電流表示數(shù)增大，故B正確． 【答案】　B 9.(xx武漢高二檢測(cè))如圖2－4－16所示電路，閉合開(kāi)關(guān)S，兩個(gè)燈泡都不亮，電流表指針幾乎不動(dòng)，而電壓表指針有明顯偏轉(zhuǎn)，該電路的故障可能是(　　) 2－4－16 A．電流表壞了或未接好 B．從點(diǎn)a經(jīng)過(guò)燈L1到點(diǎn)b的電路中有斷路 C．燈L2的燈絲斷了或燈座未接通 D．電流表和燈L1、L2都?jí)牧? 【解析】　由于閉合開(kāi)關(guān)，兩燈不亮，電流表無(wú)示數(shù)，可以判定電路中某處斷路，電壓表有示數(shù)，所以應(yīng)是a經(jīng)L1到b點(diǎn)間有斷路，故B正確． 【答案】　B 10. 圖2－4－17 法國(guó)和德國(guó)兩名科學(xué)家先后獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了“巨磁電阻”效應(yīng)，共同獲得xx年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．所謂“巨磁電阻”效應(yīng)，是指磁性材料的電阻率在有外磁場(chǎng)作用時(shí)較之無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)存在巨大變化的現(xiàn)象．物理興趣小組的同學(xué)從“巨磁電阻”效應(yīng)聯(lián)想到一些應(yīng)用，他們的探究如下：為了兒童安全，布絨玩具必須檢測(cè)其中是否存在金屬斷針，可以先將玩具放置在強(qiáng)磁場(chǎng)中，若其中有斷針，則斷針被磁化，用磁報(bào)警裝置可以檢測(cè)到斷針的存在．如圖2－4－17所示是磁報(bào)警裝置一部分電路示意圖，其中RB是利用“巨磁電阻”效應(yīng)而制作的磁敏傳感器，它的電阻隨斷針的出現(xiàn)而減小，a、b接報(bào)警器，當(dāng)傳感器RB所在處出現(xiàn)斷針時(shí)，電流表的電流I、ab兩端的電壓U將(　　) A．I變大，U變大 B．I變小，U變小 C．I變大，U變小 D．I變小，U變大 【解析】　當(dāng)RB處出現(xiàn)斷針時(shí)，RB減小，R總減小，I總 增大，I總r增大，Uab＝E－I總r將減??；由于I總增大，所以R1分壓增大，UR1＋URB＝Uab，可得URB減小，IR3減小，由IR3＋I(xiàn)＝I總，可得I增大． 【答案】　C 11. 圖2－4－18 如圖2－4－18所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝3.0 V，內(nèi)阻r＝1.0 Ω；電阻R1＝10 Ω，R2＝10 Ω，R3＝30 Ω，R4＝35 Ω；電容器的電容C＝10 μF.電容器原來(lái)不帶電．求接通電鍵K并達(dá)到穩(wěn)定的過(guò)程中流過(guò)R4的總電荷量． 【解析】　由電阻的串并聯(lián)公式，得閉合電路的總電阻為 R＝＋r＝9.0 Ω 由歐姆定律得通過(guò)電源的電流I＝E/R＝1/3 A 電源的路端電壓U＝E－Ir＝8/3 V 電阻R3兩端的電壓U′＝U＝2 V 通過(guò)R4的總電荷量就是電容器的帶電荷量 Q＝CU′＝2.010－5 C 【答案】　2.010－5 C 12．如圖2－4－19所示的電路中，電阻R1＝9 Ω，R2＝15 Ω，電源電動(dòng)勢(shì)E＝12 V，內(nèi)電阻r＝1 Ω.求當(dāng)電流表示數(shù)為0.4 A時(shí)，變阻器R3的阻值為多大？ 圖2－4－19 【解析】　R2兩端的電壓U2＝I2R2＝0.415 V＝6 V，設(shè)總電流為I，則有：E－I(r＋R1)＝U2，即12－I(1＋9)＝6，解得I＝0.6 A，通過(guò)R3的電流I3＝I－I2＝(0.6－0.4)A＝0.2 A，所以R3的阻值為：R3＝＝ Ω＝30 Ω. 【答案】　30 Ω