1、 闭合电路欧姆定律 （第1课时） 一、教学目标 1.在物理知识方面的要求 （1）熟练掌握闭合电路欧姆定律的两种表达式E=UIr和 （2）掌握电源的总功率P 总 =IE，电源的输出功率P 输 =IU，电源内阻 上损耗的功率P 损 =I2r及它们之间的关系 P总 P 输 +P损 。 2.在物理方法上的要求 进一步培养学生用能量和能量转化的观点分析物理问题的能力，并 使学生掌握闭合电路欧姆定律的推导过程。 二、重点、难点分析 1.重点是闭合电路欧姆定律。 2.难点是应用闭合电路欧姆定律讨论电路中的路端电压、电流随外 电阻变化的关系。 三、教学过程 推导闭合电路欧姆定律 电动势为E，内阻为r 的电源与
2、一个负载（不一定是纯电阻）接成一 闭合电路，设负载两端电压为U，电路中的电流为 I，通电时间为t。电 源的非静电力做功为 W非 =qE=IEt 即有这么多的其他形式的能转化为电能。同时在电源内部电流要克 服内电阻的阻碍作用做功W 2=I2rt，即在电源内部有这么多的电能要转化 为内能。在电源内部同时有两种作用，一是“产生”电能，同时又要 “消耗”一部分电能。在负载上（外电路）电流所做的功W 1=IUt，即在 负载上要“消耗”这么多电能。 由能量转化和守恒定律可知，电源“产生”的电能应当等于在内阻 上和负载上“消耗”的电能之和，即W 非 =W1W 2 IEt=IUt+I2rt （1） （1）式两
3、端消去t得： IE=IU+I2r （2） （2）式中的IE 为电源的总功率，即 P总=IE；IU为负载上消耗的电功率， 也就是电源供给负载的电功率，叫做电源的输出功率，即P 输 =IU； I2r 为在电源内阻上消耗的功率，即P 损 =I2r。 （2）式也可表示为 P总 =P输 P 损 （2）式两端再消去I，得 E=UIr （3） （3）式中E为电源的电动势；U为负载两端的电压，也就是电源两极之 间的电压，称为路端电压；Ir为在电源内阻上的电势降，也叫做内电压。 当负载为纯电阻时，设其阻值为R，则有U=IR，则（3）式可写成 E=IRIr （3）、（4）两式均叫做闭合电路欧姆定律，也叫做全电路欧
4、姆定 律。 请同学分析（3）、（4）这两式的适用条件有何不同？ 路端电压 负载两端的电压，也就是电源两极之间的电压，叫做路端电压。当 负载是纯电阻时，路端电压U=IR，其中R是负载电阻的阻值，I是通过 负载的电流。 EUIr U=E-Ir 电源的电动势和内阻r是一定的，当负载电阻R增大时，电流I将减 小，则电源内阻上的电势降Ir 将减小，所以路端电压U 增大，所以路端 电压U随外电阻的增大而增大。 有两个极端情况： 1、当R ，也就是当电路断开时，I0则U=E。当开路（亦称开 路）时，路端电压等于电源的电动势。 在用电压表测电源的电压时，是有电流通过电源和电压表，外电路 并非开路，这时测得的路
5、端电压并不等于电源的电动势。只有当电压表 的电阻非常大时，电流非常小，此时测出的路端电压非常近似地等于电 源的电动势。 2、当R 0时，IE/r，可以认为U=0 ，路端电压等于零。这种情况叫电 源短路，发生短路时，电流I叫做短路电流， 例1.在如图1所示的电路中，R 1=14.0，R 2=9.0，当开关S 扳到位置1时， 理想电流表的示数为I 1=0.20A；当开关S 板到位置2时，理想电流表的示数为 I2=0.30A，求电源的电动势和内电阻。 （E3.0V ， r1.0） 目的：（1）熟悉闭合电路欧姆定律； （2）介绍一种测电动势和内阻的方法 电源的外特性曲线 在电源外特性曲线上某点纵坐标和
6、横坐标值的乘积为电源的输出功率，在 图中的那块矩形的面积表示电源的输出功率，当 时，P 最大（想一想，2EU 为什么？） 电源的最大输出功率 电源的输出功率 P 等于路端电压 U 跟电流强度 I 的乘积，由闭合电路欧姆 定律来分析可知，I 增大时 U 减小，I 减小时 U 增大，表明 UI 有极值存在 电源的最大输出功率 一个外电路是纯电阻的闭合电路总可以等效为如图所示的电路电源的输 出功率为： RrEIUP22)( 由于 rR4)( 所以 r)(2 可见，当 时，电源有最大的功率输出，RrEP42max 结论：当外电路的电阻等于电源的内阻时，电源的输出功率最大 从图线来看电源的输出功率 （1
7、）输出功率随外电阻 R 变化的图线如图所示 电源的效率 由于电源内阻的存在，电源的输出功率仅占电源功率的一部分，另一部分 为内阻上的发热功率 （1）电源效率的定义：输出功率 UI 跟电源功率 EI 的比值叫做电源的效 率 EIU 因为 ，所以电源效率可表示为 )(,rRIrR （2）当电源的输出功率达最大时， %50 在电工和电子技术中，根据具体情况有时要求电源的输出功率尽可能大 些，有时又要求在保证一定功率输出的前提下尽可能提高电源的效率，这就要 根据实际需要来选择适当的阻值，以充分发挥电源的作用 例 2.见资料典例 2 闭合电路的动态分析（下节内容） 四、课堂小结 1、闭合电路欧姆定律的两种表达式及其适用条件。 2、路端电压随外电阻变化的规律。 3、 时，电源有最大功率输出 ，相同电池组成的串联电rRrEP42max 池组 对电路的分析是电路知识的综合应用nE串 串 五、布置作业 书面作业（略）。
