3.閉合電路歐姆定律

1、112 閉合電路歐姆定律【教學(xué)目的】1、掌握閉合電路歐姆定律的內(nèi)容2、會(huì)應(yīng)用定律對(duì)全電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析3、會(huì)計(jì)算閉合電路的功率分配【教學(xué)重點(diǎn)】閉合電路歐姆定律的內(nèi)容，會(huì)用定律求解電路的各個(gè)參量【教學(xué)難點(diǎn)】閉合電路的功率分配規(guī)律【課時(shí)安排】2課時(shí)【教學(xué)過(guò)程】如果說(shuō)研究部分電路是研究電能消耗與需求的規(guī)律（電功這是這種需求的總的量度），那么研究閉合電路就是同時(shí)研究電能需求與供應(yīng)，是對(duì)一個(gè)封閉系統(tǒng)進(jìn)行的統(tǒng)籌、全面的了解。一、閉合電路歐姆定律1、內(nèi)電路與外電路：以電源兩極為界，電源一邊的稱(chēng)內(nèi)電路，用電器一邊的稱(chēng)外電路。很顯然，從能量的角度看，內(nèi)電路是供電機(jī)構(gòu)，外電路是用電機(jī)構(gòu)。啟發(fā)：如果把供電和用電比作生

2、產(chǎn)和消費(fèi)，那么，有沒(méi)有絕對(duì)的生產(chǎn)者和消費(fèi)者？學(xué)生：沒(méi)有。（鞋廠的員工自身要穿鞋，種田的農(nóng)民自己要吃飯）2、外電壓、內(nèi)電壓與電動(dòng)勢(shì)：外電路用電對(duì)應(yīng)的電勢(shì)降落叫外電壓（別稱(chēng)：路段電壓U路），如果只是純電阻，有U外 = IR（I為干路電流，R為外路總電阻）。內(nèi)電路用電對(duì)應(yīng)的電勢(shì)降落叫內(nèi)電壓U內(nèi) ，由于內(nèi)路的消耗只有焦耳熱，有U內(nèi) = Ir（r為內(nèi)電阻）。至于電動(dòng)勢(shì)E ，則是衡量電源作為生產(chǎn)者，其絕對(duì)生產(chǎn)能力的一個(gè)物理量。這種“生產(chǎn)”體現(xiàn)為將其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能，也就是非靜電力（靜電力的對(duì)立面，能自發(fā)的將正電荷從低電勢(shì)到高電勢(shì)）搬運(yùn)電荷做功，所以，*電動(dòng)勢(shì)的定義為：非靜電力將單位正電荷從電源的負(fù)極移

3、至正極所作的功。顯然，外路和內(nèi)路的靜電力做功使電勢(shì)分別降落U外和U內(nèi) ，而內(nèi)路的非靜電力做功又使電勢(shì)升高E ，而從電源正極外路內(nèi)路正極，電勢(shì)必將回歸原來(lái)的值，所以：E = U內(nèi) + U外 。3、閉合電路歐姆定律：閉合電路中的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟內(nèi)、外電路電阻之和成反比。表達(dá)式：I =從外電壓（路端電壓）的說(shuō)明，我們不難理解，閉合電路歐姆定律仍然只適用于外路是純電阻的情形。此外，此式和部分電路歐姆定律有些相似，但是實(shí)質(zhì)有很大的不同，因?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r是相對(duì)恒定的，它反應(yīng)的是干路電流I隨外電阻R的變化關(guān)系，所以既談不上“成正比”，也談不上“成反比”。過(guò)渡：那么，閉合電路歐姆定律反映了參量

4、之間的哪些依賴(lài)關(guān)系呢？二、閉合電路的動(dòng)態(tài)討論1、總量討論三部曲有了總量之間的依賴(lài)關(guān)系，才方便討論支路的問(wèn)題。我們這里仍然默認(rèn)E和r是不變的，變化的總量只包括：干路電流I 、路端電壓（或外電壓）U 、外路總電路R 。顯然，當(dāng)R增大，I =減小，U = IR =R =減小，或U = EIr減小。這就是定式“三部曲”，即：R，I，U，或R，I，U。由于U和I是比較容易測(cè)量的量，故U = EIr的關(guān)系被引起一定程度的重視。且由于U隨I單調(diào)減，且為直線方程，故描繪成如圖11-2-1所示U-I圖象后，再對(duì)其的特點(diǎn)加以總結(jié)a、特殊點(diǎn)的意義：縱截距為E但不可以直接地準(zhǔn)確測(cè)量（沒(méi)有真正理想的 eq oac(,V

5、)表），橫截距為但一般不可??；b、“斜率”的絕對(duì)值為r ；本關(guān)系雖然告訴我們E不可直接測(cè)量，但卻給出了間接測(cè)量E的途徑（分組實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)介）。2、元件參量的討論總量的規(guī)律出來(lái)之后，各支路用電器的參量又將如何改變呢？我們通過(guò)一個(gè)事例加以說(shuō)明例題選解：勸學(xué)P171之“名題賞析”之“例4”解題要點(diǎn)：R3，R總，IA1 = I干，Uv = U路，至此屬于總量的討論。Uv1 = I干R1Uv2 = U路Uv1必然是增加的IA2 =IA3 = I干IA2必然是減小的提問(wèn)：判斷IA3時(shí)，如果用IA3 =，合適嗎？學(xué)生：不合適，因?yàn)椋瑢?huì)出現(xiàn)困境。再提問(wèn)：判斷UV2時(shí)，用UV2 = I干(R2R3)，合適嗎？學(xué)

6、生：不合適，因?yàn)镮干，而(R2R3)，也會(huì)出現(xiàn)困境。從剛才的例子可以看出，對(duì)元件的電壓或電流的討論，選擇合適的途徑是很重要的。（也不排除有這樣的情形，用“分配規(guī)律”和歐姆定律都不能定性判斷元件參量的變化情況，但元件的參量變化又是必然的，這時(shí)就應(yīng)該啟用定量的討論了，但是這種問(wèn)題的討論現(xiàn)在很少做要求。）而且，先分析定值電阻上的I、U、P的變化情況，后分析變化電阻上的I、U、P的變化情況，這樣會(huì)要一些。附加例題：如圖11-2-2所示的電路中，令R2的觸頭下移，討論三盞燈的亮度變化情況。學(xué)生：當(dāng)堂完成（答案：A變亮，B變暗，C變亮。）（教師提示：C應(yīng)取分壓途徑。）應(yīng)用：勸學(xué)P172之“名題賞析”之“例

7、6”解題要點(diǎn)：油滴向下動(dòng)，要求電容器中場(chǎng)強(qiáng)減小，即要求極板間電壓減小。注意S2和S4的討論：前者致使UC由U路變成E ，是增大的；后者由于C的下極板電量無(wú)處調(diào)節(jié)，致使QC恒定，場(chǎng)強(qiáng)也必然是恒定的。末了解說(shuō)“點(diǎn)評(píng)”問(wèn)題應(yīng)用：勸學(xué)P171之“名題賞析”之“例5”解題要點(diǎn)：斷路相當(dāng)于電阻增大，而UA或者IA增大都可以使A燈亮度變大。三、閉合電路的功率分配1、電源的功率：是描述閉合電路中的電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能快慢的物理量，它在數(shù)值上等于總電流I與電動(dòng)勢(shì)E的乘積，即P = IE 。提問(wèn)：對(duì)于外路是純電阻的情形，R增大時(shí)，P怎樣變化？學(xué)生：?jiǎn)握{(diào)減小（因?yàn)镻 =）。2、電源的輸出功率：是指外電路上電

8、功率，它在數(shù)值上等于總電流I與電路兩端電壓U的乘積，即P出 = IU 。對(duì)于純電阻電路，電源的輸出功率為：P出 = I2R = ()2R =因E、r恒定，當(dāng)R = r時(shí)，輸出功率有最大值P出max =。也就是說(shuō)，當(dāng)Rr時(shí)，P隨R的增大而增大，當(dāng)Rr時(shí)，P出隨R的增大而減小，P出-R圖象如圖11-2-3所示。提問(wèn)：從圖11-2-3可以看出，P出(R)并不是單值函數(shù)。那么，同一功率對(duì)應(yīng)的兩個(gè)外電阻值R1和R2有什么關(guān)系呢？學(xué)生：在草稿上推算（答案：R1R2 = r2）3、電源內(nèi)部損耗的功率：指內(nèi)電阻的熱功率，即P內(nèi) = I2r提問(wèn)：對(duì)于外路是純電阻的情形，R增大時(shí)，P內(nèi)怎樣變化？學(xué)生：?jiǎn)握{(diào)減小（因

9、為P內(nèi) =）。值得注意的是，根椐能量守恒定律，肯定有P = P出 + P內(nèi) ，即P內(nèi) = PP出 。但根據(jù)這個(gè)關(guān)系并不能直接判斷出P內(nèi)隨R的變化規(guī)律。4、電源的效率：指電源的輸出功率與電源的功率之比，即 =。顯然，會(huì)隨著R的增大單調(diào)增大。例題選解：勸學(xué)P171之“名題賞析”之“例3”解題要點(diǎn)：第（1）問(wèn)是定值電阻的功率討論，看I的變化即可。第（3）是中規(guī)中矩的輸出功率討論，第（2）問(wèn)是變相的輸出功率討論（將R1、E、r看成新的電源系統(tǒng)），它們都可以直接應(yīng)用定式。雜例選解：勸學(xué)P172之“名題賞析”之“例7”解題要點(diǎn)：本題應(yīng)充分應(yīng)用全電路“分壓比是電阻的正比”。（1）甲電路中，S斷開(kāi)時(shí)，外路就是

10、R1串聯(lián)R2（R3是等勢(shì)體）， eq oac(,V)測(cè)路端電壓，故UV1 =(R1 + R2) ，即16 =；S閉合時(shí)，外路就是R1R3在一起串聯(lián)R2 ， eq oac(,V)測(cè)R2的電壓，故UV2 =R2 ，即10 =。解此兩式即刻得E和r的值。（2）甲電路中，S斷開(kāi)時(shí)，IR1 = I干 = 0.8A ，S閉合時(shí)，IR1 = 0.5A ，然后求PR1 。（3）乙電路中，S斷開(kāi)時(shí)，UV3 =R1 ；S閉合時(shí)，UV4 =(R1R2) 。四、小結(jié)本單元是全章的中心，相對(duì)初中的知識(shí)，有一個(gè)質(zhì)的升華。閉合電路歐姆定律告訴我們，用電和供電是相互制約的，真正的恒壓源并不存在?！袄?”還給我們介紹了一個(gè)等效思想，它是意味深長(zhǎng)的，譬如，我們的的交流電網(wǎng)，臨近用戶(hù)的變壓器輸出端的電壓是基本不變的，但輸出端到用電器之間的導(dǎo)線電阻不可忽略，這個(gè)電阻和“恒定的輸出電壓”就可以等效為一個(gè)新的電源，針對(duì)這個(gè)“電源”，我們就很容易理解傍晚的白熾燈為什么沒(méi)有深夜的亮度大。下面是“提綱”問(wèn)題1、什么是全電路歐姆定律？怎樣敘述？公式怎樣？2、路端電壓的表達(dá)式是怎樣的？純電阻電路時(shí)路端電壓的表達(dá)式是怎樣的？3、外電路的任一處電阻增大，總電阻怎樣變化？總電流怎樣變化？路端電壓怎樣變化？4、輸出功率怎樣隨外電路電阻變化？什么情況下輸出功率