第二節(jié) 路端電壓與負(fù)載的關(guān)系

1、第二節(jié) 路端電壓與負(fù)載的關(guān)系重點(diǎn)： 1 。閉合電路中路端電壓隨總電流的變化規(guī)律；       2 純電阻電路中路端電壓、總電流隨外電阻的變化規(guī)律；       3 分析閉合電路狀態(tài)變化的方法。 難點(diǎn)：閉合電路狀態(tài)變化的分析方法 教學(xué)方法：從實(shí)驗(yàn)中歸納出規(guī)律；利用軟件畫出圖像來觀察規(guī)律；利用動(dòng)畫直觀表現(xiàn)抽象的知識(shí)和過程。 教具：實(shí)驗(yàn)電路（用演示電表便于觀察），電腦多媒體系統(tǒng)， excel 軟件、幾何畫板軟件和 flash 課件。 教學(xué)過程 復(fù)習(xí)：電源兩端的電壓是會(huì)變化的。 引入：變化規(guī)律是什么呢？

2、 概念解釋：路端電壓：電源兩極間的電壓，也即外電路兩端的總電壓。 負(fù)載：即用電器。   路端電壓與干路電流的關(guān)系 【實(shí)驗(yàn)】用兩節(jié)干電池，連成如圖 1 所示的電路。用演示電壓表、電流表來測(cè)量路端電壓和干路電流，并讓學(xué)生記錄數(shù)據(jù)，輸入電腦。 操作：讓電壓從大到小變化，在 2 。 4v 1 。 9v 之間記錄電壓、電流值，如表 1 ： 表 1 ：路端電壓隨干路電流的變化 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 U 端 （ v ） 2.4 2.3 2.2 2.1 2.0 1.9 I （ A ） 【數(shù)據(jù)分析與處理】 用 excel 根據(jù)點(diǎn)作圖，先畫出點(diǎn)，讓學(xué)生觀察變化趨勢(shì)，并猜想函數(shù)關(guān)系； 用 exce

3、l 擬合出圖線，觀察誤差大小如圖 2 所示。 可見，在誤差范圍內(nèi)，路端電壓與干路電流成一次函數(shù)關(guān)系。 【理論解釋】內(nèi)電壓   U 內(nèi) Ir ，隨 I 而變。由于 E U 端 U 內(nèi) ，      所以     U 端 E Ir 可見， U 端 與 I 是一次函數(shù)關(guān)系，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。 【結(jié)論】閉合電路中，路端電壓隨干路電流的增大而減小，其函數(shù)關(guān)系為： U 端 E Ir 這個(gè)關(guān)系用圖像表示，如圖 3 所示 【圖像意義】 圖像上一個(gè)點(diǎn)表示一個(gè)電路狀態(tài)。 A 點(diǎn)：短路狀態(tài)。 I 短 E/r B 點(diǎn)：斷路狀態(tài)。此時(shí) U

4、端 E 斜率： k r 。這從函數(shù)關(guān)系式 U 端 E Ir 可以看出來， r 處于一次函數(shù)的斜率的位置上。 這個(gè)關(guān)系是對(duì)所有閉合電路都適用的。 我們也可以讓 excel 寫出剛才實(shí)驗(yàn)中所繪圖線的函數(shù)關(guān)系，如圖 2 ，從中看出我們所用干電池組的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。 電動(dòng)勢(shì)約為 2.7v ，內(nèi)阻約為 1.1 。   純電阻電路中 U 端 、 I 總 和R 外 的關(guān)系 【理論分析】對(duì)純電阻電路，由閉合電路歐姆定律                 I

5、 總 可見， I 總 隨R的增大而減小； 而路端電壓       U 端 IR     可見， U 端 隨 R的增大而增大。     【結(jié)論】純電阻電路中， U 端 隨 R的增大而增大，I 總 隨R的增大而減小。     這是純電阻電路中電源的路端電壓和總電流隨外電路變化的規(guī)律，是以后常用的重要規(guī)律。    【軟件繪圖分析】具體地， U 端 隨 R的增大按什么規(guī)律增大呢？我們可以用幾何畫板軟件畫出U 端 的函數(shù)圖像。 以我們剛才做的實(shí)驗(yàn)

6、為例，為簡便起見，設(shè) E3v，r1，則上式變?yōu)?。 畫出函數(shù)圖像如圖，如圖 4所示。 從圖像可以得出：當(dāng) R 趨近于無窮大時(shí)， U 端 趨近于 3v ，即電源的電動(dòng)勢(shì)。 同樣地，電流隨 R 的變化規(guī)律也可以描繪出來，如圖 5 所示。 從圖中可以看出：當(dāng) R 趨近于無窮大時(shí)， I 趨近于 0 ；而當(dāng) R 0 時(shí)， I 3A ，即短路電流。   例題分析 例：如圖 6 ，當(dāng)滑動(dòng)變阻器 R 1 的滑動(dòng)觸頭向下滑動(dòng)時(shí)，分析各電表的示數(shù)如何變化。 首先要看清電路結(jié)構(gòu)，這可以通過簡化電路看出來，電壓表當(dāng)作斷路，電流表當(dāng)作短路，可以逐步簡化得到如圖 7 電路。 【思考討論】 提示：注意電源路端電壓

7、和總電流的變化規(guī)律。 【提問】 表 A 1 和 V 1 的變化比較容易判斷，而表 A 2 和 V 2 的示數(shù)變化分析起來比較困難，可以利用動(dòng)畫演示，直觀表現(xiàn)，啟發(fā)思維，如圖 8 、圖 9 所示。比較 R 1 滑動(dòng)前后路端電壓和干路電流的變化，可以提醒學(xué)生結(jié)合電路總的變化來分析局部電路變化。 【分析步驟】   由滑動(dòng)變阻器的變化得出外電阻的變化； R 1 增大得出 R 外 變大   由外電阻的變化得出路端電壓和總電流的變化； 由 R 外 變大得出 U 端 變大， I 總 變小。即電壓表 v 1 增大，電流表 A 1 減小。   結(jié)合路端電壓和總電流的變化判斷局部電路的變化。 U 2 U 端 IR 3 ，由于 U 端 增大， I 減小，則 U 2 增大； 電流表 A 2 的讀數(shù) I A2 I 總 U 2 /R 2 ，由于 I