電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻閉合電路歐姆定律教案

2.4電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻閉合電路歐姆定律一、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1．知道電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻是表征電源特性的物理量。2．理解電源的路端電壓與電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系U=E-Ir，會(huì)解釋測(cè)得的電源路端電壓區(qū)別于電源電動(dòng)勢(shì)的原因。3．理解閉合電路歐姆定律，并會(huì)用它來(lái)計(jì)算電路電路問(wèn)題。（二）過(guò)程與方法1．創(chuàng)設(shè)環(huán)境使學(xué)生能從差異中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和矛盾、從實(shí)驗(yàn)探究中領(lǐng)悟物理概念的提出。2．通過(guò)用公式、圖像分析路端電壓隨外電阻變化而變化的規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生用多種方法分析問(wèn)題的能力．（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀1.通過(guò)外電阻的改變而引起I、U變化的深入分析，樹立事物之間存在普遍的相互聯(lián)系的觀點(diǎn)．2.通過(guò)對(duì)閉合電路的分析計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生能量守恒的思想．二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.重點(diǎn)：①正確理解電動(dòng)勢(shì)的物理意義；②對(duì)閉合電路歐姆定律的理解和應(yīng)用．2.難點(diǎn)：路端電壓、電流隨外電阻變化規(guī)律.三、教學(xué)過(guò)程：電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻（一）引入新課問(wèn)：如何使小燈泡發(fā)光？（答案：接電源，提供電壓，有電流等）演示：把一小燈泡用導(dǎo)線接在舊電池兩端，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮或微微發(fā)光，測(cè)得電池兩端有電壓；換上同樣型號(hào)的新干電池，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)，小燈泡正常發(fā)光，測(cè)得兩端也有電壓，但比舊電池大。問(wèn)：舊電池有電壓為什么小燈泡不亮或微微發(fā)光呢？（二）新課教學(xué)1．電源電動(dòng)勢(shì)（1）電源的作用演示：①充電的電容器放電，用導(dǎo)線將小燈泡接到兩極板上，小燈泡逐漸變暗，最后不亮；②當(dāng)把電容器換成干電池時(shí)，小燈泡的亮度長(zhǎng)時(shí)間保持不變。理論分析：①充了電的電容器之間有電勢(shì)差，當(dāng)用導(dǎo)線把一個(gè)小燈泡與電容器的兩極板連接起來(lái)時(shí)，正電荷從正極板沿著導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)到負(fù)極板發(fā)生中和，電路中就有了電流流過(guò)，隨著兩極板之間的電荷量的減少，兩極板之間的電勢(shì)差將逐漸減少，當(dāng)正負(fù)電荷完全中和時(shí)，兩極板之間的電勢(shì)差減少為0，電流也就消失了（即小燈泡逐漸變暗，最后不亮）。②當(dāng)用電池代替電容器時(shí)，小燈泡的亮度長(zhǎng)時(shí)間保持不變，說(shuō)明電路中有持續(xù)的電流（即電池的作用：電池內(nèi)部通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，不斷地移動(dòng)電荷，從而維持電池兩極之間的電勢(shì)差）干電池的實(shí)質(zhì)：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置電源的實(shí)質(zhì)：是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置（如干電池、光電池、發(fā)電機(jī)等）（2）電動(dòng)勢(shì)1）電源的電動(dòng)勢(shì)投影：①展示1#、2#、5#、7#電池，并請(qǐng)幾位同學(xué)觀察電池上的規(guī)格（均為1.5V）②蓄電池電壓為2.0V可見，電源兩極間電壓是由電源本身性質(zhì)決定的，不同的電源，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的本領(lǐng)不同。即同種電源兩極間電壓相等，不同種電源兩極間電壓不同。為了表示電源的這種特性，物理學(xué)中引入電動(dòng)勢(shì)這一物理量。2）電源電動(dòng)勢(shì)的理解電動(dòng)勢(shì)：表征電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的特性，用符號(hào)E表示，單位V。電動(dòng)勢(shì)是標(biāo)量，但有方向，規(guī)定其方向?yàn)殡娫磧?nèi)部的電流方向，由電源的負(fù)極指向正極。電動(dòng)勢(shì)的大小：電源電動(dòng)勢(shì)等于電源沒(méi)有接人電路時(shí)兩極間的電壓，是一個(gè)確定的量。數(shù)值上等于電源將單位正電荷從負(fù)極轉(zhuǎn)送到正極時(shí)，非靜電力所做的功由電源自身的特性決定，與電源的體積無(wú)關(guān)，與外電路無(wú)關(guān)。不同的電源的電動(dòng)勢(shì)一般是不同的，常見的幾種電池的電動(dòng)勢(shì)干電池的電動(dòng)勢(shì)一般為1.5V鉛蓄電池的電動(dòng)勢(shì)一般為2.0V其余見表2-4-13）怎樣測(cè)量電動(dòng)勢(shì)用電壓表直接測(cè)量電源兩極．各種型號(hào)的干電池電動(dòng)勢(shì)為1.5V可見電池所標(biāo)的值，實(shí)際上就是電池的電動(dòng)勢(shì)．4）電動(dòng)勢(shì)和電壓（電勢(shì)差）的區(qū)別LINKExcel.Sheet.12"工作簿1""Sheet1!R1C1:R4C3"\a\f5\h物理量電壓U電動(dòng)勢(shì)E物理意義描述電場(chǎng)力做功，將電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的本領(lǐng)，表征電場(chǎng)的性質(zhì)表征非靜電力做功，反映電源把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)，表征電源的性質(zhì)定義式U＝W/q，W為電場(chǎng)力做的功E＝W/q，W為非靜電力做的功聯(lián)系電動(dòng)勢(shì)等于電源未接入電路時(shí)兩極間的電壓（三）鞏固教學(xué)1．關(guān)于電源電動(dòng)勢(shì)，下列說(shuō)法中正確的是 (C)A．同一電源接入不同的電路，電動(dòng)勢(shì)會(huì)發(fā)生改變B．電源電動(dòng)勢(shì)就是接入電源兩極間的電壓表測(cè)量的電壓C．電源電動(dòng)勢(shì)表征電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量，與是否接有外電路無(wú)關(guān)D．電源電動(dòng)勢(shì)與電勢(shì)差是一回事解析：電動(dòng)勢(shì)是電源本身的特性，與外電路無(wú)關(guān)，數(shù)值上等于電源沒(méi)有接入電路時(shí)，電源兩極間的電壓，但電動(dòng)勢(shì)與電勢(shì)差有本質(zhì)的區(qū)別，故A、B、D錯(cuò)，C對(duì)。2、下列關(guān)于電源的說(shuō)法，正確的是（BD）A、電源向外提供的電能越多，表示電動(dòng)勢(shì)越大B、電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電源將單位正電荷從負(fù)極轉(zhuǎn)送到正極時(shí)，非靜電力所做的功C、電源的電動(dòng)勢(shì)與外電路有關(guān)，外電路電阻越大，電動(dòng)勢(shì)越大D、電動(dòng)勢(shì)越大的電源，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)越大2．電源的內(nèi)阻演示（或講解）：教材P.56.活動(dòng)“探究小燈泡變暗的原因”=1\*GB3①討論燈泡變暗的可能原因=2\*GB3②電壓表測(cè)得的電壓與斷路時(shí)測(cè)得的電壓相等嗎？討論其原因=3\*GB3③串聯(lián)一直電阻Ro,從燈泡的亮度變化，討論變化的原因，從中得到啟示結(jié)論：電流通過(guò)電源內(nèi)部時(shí)，電源內(nèi)部也是一段電路，也有電阻，稱為內(nèi)阻，用r來(lái)表示閉合電路歐姆定律引入階段之前，我們一直忽略電源的內(nèi)阻，把電源看成理想電源，認(rèn)為電源兩端的電壓與電動(dòng)勢(shì)是一樣的，外電路的電阻就是整個(gè)電路的電阻之前計(jì)算電路中的總電流I時(shí)，是如何計(jì)算？現(xiàn)在考慮電源內(nèi)阻之后，整個(gè)電路的電流又該如何確定？整個(gè)電路的歐姆定律形式有是什么樣的呢？新課教學(xué)1、閉合電路歐姆定律設(shè)：電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，電路中外電路的電阻為R閉合電路由電源外部的電路（外電路）和電源內(nèi)部的電路（內(nèi)電路）組成．理論分析：把電源的內(nèi)阻考慮進(jìn)去之后，畫出等效電路（課本圖2-4-4），當(dāng)電流流過(guò)電源內(nèi)部時(shí)，在內(nèi)電阻上會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)的降落Ir等于內(nèi)阻r兩端的電壓，Ir稱電池的內(nèi)電壓，即U內(nèi)=Ir；在電源外部，當(dāng)電流流經(jīng)到外電阻時(shí)，外電阻上也存在著電勢(shì)的降落IR，稱為路端電壓或外電壓U外，即U外=IR電流在整個(gè)閉合電路上的電勢(shì)降落為U內(nèi)+U外，在電源的作用下，電源兩極間維持著一定的電勢(shì)差，當(dāng)沒(méi)有電流流過(guò)時(shí)，兩極間的電勢(shì)差數(shù)值上等于電動(dòng)勢(shì)理論實(shí)踐證明，當(dāng)電路中存在電流時(shí)，電源電動(dòng)勢(shì)等于閉合電路總的電勢(shì)降落之和。即，在閉合電路中，電源內(nèi)部電勢(shì)升高的數(shù)值等于電路中外電阻上的電勢(shì)降落與內(nèi)電阻上電勢(shì)降落之和，即E＝U外＋U內(nèi)=IR＋I(xiàn)r=1\*GB3①I=E/(R+r)=2\*GB3②②式表示：在外電路為純電路的閉合電路中，電流大小跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比，這個(gè)規(guī)律叫做閉合電路歐姆定律．例：P.58.例題如圖所示電路，R由2Ω變?yōu)?Ω時(shí)，電路中的電流變?yōu)樵瓉?lái)的一半，則電源的內(nèi)阻是A．1ΩB．2ΩC．3Ω D．4ΩI＝eq\f(E,R＋r)得r＋6＝2(r＋2)，解得r＝2Ω，B正確。2、電路動(dòng)態(tài)分析1）用閉合電路歐姆定律分析“探究小燈泡變暗的原因”當(dāng)并聯(lián)在電路中的小燈泡逐漸增加時(shí)，外電路中總電阻減少，對(duì)于某個(gè)電源而言，認(rèn)為，在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)E和r不變，即，整個(gè)電路的總電阻減少，由閉合電路歐姆定律可知，電路中的總電流增加，Ir得內(nèi)電壓增加，路端電壓減小，從而導(dǎo)致燈泡逐漸變暗；路端電壓隨著外電阻的增加在增加，隨外電阻的減小而減小.當(dāng)外電路斷開時(shí)，I=0，U=E;黨外電路短路時(shí)，R=0，短路電流I=E/r例1、如圖所示，E為內(nèi)阻不能忽略的電池，R1、R2、R3為定值電阻，S0、S為開關(guān)，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，則()A．的讀數(shù)變大，的讀數(shù)變小 圖4B．的讀數(shù)變大，的讀數(shù)變大C．的讀數(shù)變小，的讀數(shù)變小D．的讀數(shù)變小，的讀數(shù)變大解析：當(dāng)S斷開后，閉合電路的總電阻增加，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，總電流減小，故路端電壓U＝E－Ir增加，即的讀數(shù)變大；由于定值電阻R1兩端的電壓減小，故R3兩端的電壓增加，通過(guò)R3的電流增加，即的讀數(shù)變大；選項(xiàng)B正確。答案：B電路分析解題思路：(1)分析電路，明確各部分電路的串、并聯(lián)關(guān)系及電流表或電壓表的測(cè)量對(duì)象；(2)由局部電阻變化判斷總電阻的變化；(3)由I＝ER＋r判斷總電流的變化；(4)據(jù)U＝E－Ir判斷路端電壓的變化；(5)由歐姆定律及串、并聯(lián)電路的規(guī)律判斷各部分電路電壓及電流的變化。例2、在如圖所示的電路中，E為電源電動(dòng)勢(shì)，r為電源內(nèi)阻，R1和R3均為定值電阻，R2為滑動(dòng)變阻器。當(dāng)R2的滑動(dòng)觸點(diǎn)在a端時(shí)合上開關(guān)S，此時(shí)三個(gè)電表A1、A2和V的示數(shù)分別為I1、I2和U?，F(xiàn)將R2的滑動(dòng)觸點(diǎn)向b端移動(dòng)，則三個(gè)電表示數(shù)的變化情況如何？[解析]由電路圖可知，滑動(dòng)觸點(diǎn)向b移動(dòng)，R2實(shí)際應(yīng)用阻值減小，總電阻變小，總電流增大，由U＝E－Ir可知，電壓表示數(shù)減小，由UR3＝IR3可知，R3兩端電壓變大，由U＝UR3＋UR1可知，UR1變小，由IA1＝UR1R1可知，示數(shù)減小，由I＝IA1＋I(xiàn)A2可知，IA2變大例3如圖所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻忽略不計(jì)。R1、R2、R3、R4均為定值電阻，C是電容器，開關(guān)S是斷開的?，F(xiàn)將開關(guān)S閉合，則在閉合S后的較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，通過(guò)R4的電荷量是多少？ 圖7解析：S斷開時(shí)，電源與R1、R2串聯(lián)，R3、R4和電容器串聯(lián)后與R2并聯(lián)，由于電容器可看做斷路，故R3、R4上電壓為零，電容器上電壓等于R2的電壓，且上板電勢(shì)高，帶正電。Q1＝eq\f(CR2E,R1＋R2)S閉合時(shí)，R1、R2串聯(lián)后與R3并聯(lián)，R4和電容器串聯(lián)后并聯(lián)在R1兩端，電容器上的電壓等于R1兩端的電壓，且上板電勢(shì)低，帶負(fù)電。Q2＝eq\f(CR1E,R1＋R2)閉合S后的較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，通過(guò)R4的電荷量為ΔQ＝Q1＋Q2＝eq\f(CR2E,R1＋R2)＋eq\f(CR1E,R1＋R2)＝CE?？偨Y(jié)：當(dāng)電路中有電容器時(shí)，要明確電容器測(cè)的實(shí)際是哪部分的電壓從例題中總結(jié)路端電壓發(fā)生變化的原因引導(dǎo)學(xué)生分析：由U＝E－Ir可知，r＝0時(shí)，U＝E與外電路無(wú)關(guān)，可見r≠0是U隨R變化的內(nèi)因，R發(fā)生變化是U變化的外因3、路端電壓隨電流變化的圖像（U－I圖）在物理學(xué)中，常用圖像反映物理量間的關(guān)系（如伏安特性曲線的U-I圖像）引導(dǎo)學(xué)生作出閉合電路的路端電壓和電流的關(guān)系圖（U－I圖線），見課本2-4-6：圖線中的橫軸截距、縱軸截距和斜率的物理意義是什么？斜線與縱軸交點(diǎn)表示電動(dòng)勢(shì)值，與橫軸交點(diǎn)表示短路電流，斜率絕對(duì)值表示內(nèi)阻r．E＝U外＋U內(nèi)，并且當(dāng)I增加時(shí)，U內(nèi)增加，U外減少，所以，傾斜直線下方代表U外，上方直到E的部分代表U內(nèi)讓學(xué)生再次回答舊電池不能使小燈泡發(fā)光的原因。例1、如圖2－4－5所示是某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖像，由圖像可知：電源的電動(dòng)勢(shì)為___6___V，電源的內(nèi)阻為___2___Ω，電流為0.3A時(shí)的外電阻是__18___Ω.4、閉合電路中的功率（1）閉合電路中的功率E＝U外＋U內(nèi)上式兩邊都乘以I，得到EI＝U外I＋U內(nèi)I此公式的物理意義是什么？請(qǐng)同學(xué)分小組討論后，選代表回答．上式中U外I和U內(nèi)I分別表示外電路（輸出功率）和內(nèi)電路上消耗的電功率，EI表示電源提供的電功率（總功率）．①上式的物理意義在于，電源提供的電能一部分消耗在外電路上，轉(zhuǎn)化為其他形式的能，另一部分消耗在內(nèi)電路上，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，體現(xiàn)了能量守恒規(guī)律．②式中表明，電動(dòng)勢(shì)E越大，電源提供的電功率越大，可見，電動(dòng)勢(shì)是反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量，反映了電源的供電能力．電源的總功率P總=EI=P內(nèi)+P出電源內(nèi)消耗的功率P內(nèi)=IU內(nèi)=I2r=P總-P出電源的輸出功率P出=IU外=EI-I2r=P總-P內(nèi)（2）電源的最大輸出功率討論（外電路為純電阻時(shí)） 電源的最大輸出功率與外電阻的關(guān)系當(dāng)R=r時(shí)也即I=E/2r時(shí)，電源的輸出功率最大，Pmax=E當(dāng)R＞r和R＜r時(shí)，電源有可能輸出相同的功率．但效率不同（3）P出與外電阻R的函數(shù)關(guān)系圖像當(dāng)R<r時(shí)，隨著R的增大，P出增大當(dāng)R>r時(shí)，隨著R的增加，P出減少除R=r外，外電