12.2 闭合电路的欧姆定律（电路中的功率问题）导学案 -2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

闭合电路欧姆定律 ——电路中的功率问题 任务一：观察并思考 1. 将水果电池与二极管相连，二极管会发光吗？ 2. 一节干电池的电动势为多少？猜想水果电池的电动势能达到多少？ 3. 是不是电动势越大灯就越亮？灯的亮度由什么物理量来决定？ 任务二：探究电源输出功率与外电路电阻的关系 课本导练 1.电源的总功率 (1)任意电路:P总= = +IU内=P出+P内。 (2)纯电阻电路:P总= =。 2.电源内部消耗的功率 P内= =IU内=P总-P出。 3.电源的输出功率 (1)任意电路:P出= =IE-I2r=P总-P内。 (2)纯电阻电路:P出= =。 讨论展示 1.为探究电源输出功率P出与外电路电阻R的关系，请设计电路并将简化电路图画在下方，简要说明操作步骤及数据处理。（注意将测量元件接入电路之中） 2. 利用闭合电路欧姆定律推导出电源输出功率P与外电路电阻R的关系，尝试用数学知识找出当P出最大时，外电路电阻R应该满足什么条件？ 3. 当P出<Pm时,每个输出功率对应两个不同的外电阻R1和R2,尝试推导R1、R2与r的关系。 小结小测 电源的输出功率P出与外电路电阻R的关系如图所示,请对电源的输出功率随R的变化规律进行总结。 提示:由P出与外电阻R的关系图像可知: ①当 时,电源的输出功率最大,为Pm= 。 ②当R>r时,随着R的增大输出功率越来 ;当R<r时,随着R的增大输出功率越来 。 ③当P出<Pm时,每个输出功率对应两个不同的外电阻R1和R2,且 。 [例1](多选)如图所示,电源电动势E=12 V,内阻r=3Ω,R0=2Ω。调节滑动变阻器R1可使甲电路输出功率最大，则(　 　) A.电路中当R1=1Ω时,定值电阻R0功率最大 B.电路中当R1=1Ω时,电源的输出功率最大 C.电路中当R1=3Ω时,电源的输出功率最大 D.电路中当R1=5Ω时,滑动变阻器R1的功率最大 任务三：探究等效电源的电动势与内阻的表达式 课本导练 闭合电路欧姆定律的表达式 (1)任意电路:E= = +U内。 (2)纯电阻电路:E= 。 (3)用实验的方法，作出 图像，能够得到电源电动势和内阻，纵截距为 ，斜率的绝对值为 。 讨论展示 1.将电动势为E,内阻为r的电源与定值电阻R串联，等效电源的电动势和内阻分别为多少？尝试利用所学知识证明你的结论。 提示： 等效电源 把含有电源、电阻的部分电路等效为新的“电源”,其“电动势”“内阻”如下: (1)两点间断路时的电压等效为电动势E′。 (2)两点短路时的电流为等效短路电流I短′,等效内阻r′=。 E′= ，r′= 2.若将定值电阻R与电源并联，等效电源的电动势和内阻分别为多少？请从实验和理论推导两个角度，用不同的方法求解。 小结小测 [例2] 在[例1]中,若甲电路中R0与R1并联,且R1最大值为10 Ω,R0=6 Ω,其他条件不变,如图所示。 (1)当R1为多少时,电源输出功率最大?最大为多少? (2)当R1为多少时,R1的功率最大?最大为多少? 拓展1：在U-I图像中是否能找到电源输出功率最大的位置？此时电流为多少？ 拓展2：能否找出电源的总功率、输出功率和内阻消耗的功率与电流的关系？若将三条图线画在同一个P-I图像中，图线的交点有何物理意义？ 学科网（北京）股份有限公司 $$