第1节 闭合电路欧姆定律（导学案）物理鲁科版必修第三册

1. 闭合电路欧姆定律 导学案 物理观念 能理解闭合电路欧姆定律的内容、公式（）及各物理量含义，建立“电路中能量守恒与电流规律关联”的物理观念。 科学思维 能从能量守恒角度推导闭合电路欧姆定律，分析路端电压与负载电阻的关系，提升逻辑推理与定量分析能力。 科学探究 能参与“探究路端电压与电流关系”的实验，通过数据处理绘制图像并验证定律，提升实验操作与数据分析能力。 科学态度 与责任 通过了解定律在电路设计（如电源选择）中的应用，认识物理规律对技术实践的指导价值，树立严谨的科学应用意识。 重点：掌握闭合电路欧姆定律公式及路端电压与负载的关系。 难点：从能量守恒推导定律及分析电路动态变化问题。 【知识回顾】 1、电场力做功与电势差的关系：__________。 2、欧姆定律的数学表达式是：__________。焦耳定律的数学表达式是：__________。 【自主预习】 1、__________是指电源外部的电路，__________是指电源内部的电路。 2、电源是通过__________做功将__________能转化为__________能的装置。 3、电动势是__________力把正电荷从__________极搬运到__________极所做的功跟被搬运的__________的比值，在数值上等于非静电力把__________的正电荷在电源内从__________极移送到__________极所做的功。定义式是__________。电动势的单位是__________（__________），1V＝__________。电动势是__________。 4、在内电路中，通过__________做功使正电荷由__________极移到__________极，所以电流方向由__________极流向__________极。 5、外电路电阻称为__________，用__________表示；内电路电阻称为__________，用__________表示。 6、闭合电路欧姆定律的表达式是：__________或____________________。 走入情境： 户外探险爱好者在户外经常会遇到意想不到的困难。一位户外探险爱好者在一次夜间探险的途中迷路了，手机也没电了，他想利用手电筒发出求救信号，可是手电筒也没电了，他的身边只有以下几件物品，他能点亮小灯泡发出求救信号吗？ 任务一：分析情境问题，实验验证猜想 问题❶：水果电池能点亮小灯泡吗？ 活动①：试一试——尝试利用水果电池点亮小灯泡 现象观察： 问题❷：水果电池两端减少的电压去哪了？ 任务二：测量内外电压，寻找变化规律活动②：探一探——探索电池内部的奥秘测量范围 电势差/V UAB Uab UAa UbB 实验一： 实验结论 1： 。 问题❸：如果将电源接入用电器，组成闭合电路，电源内部的电势是否发生变化？ 实验二：将铅蓄电池连接变阻箱，组成闭合电路，用 DIS 电压传感器测两电极 AB 和两探针 ab 之间的电势差。测量范围 电势差/V UAB Uab Uba＋UAB 实验结论 2： 。 问题❹：内外电压 U 外、U内之和、与电源内部两次电势抬升的数值总会是定值吗？ 活动③：测一测——测量闭合电路内外电压 分组实验：利用自制学具测量电路的内外电压的数值，并计算两者之和，改变外电路电阻 R，多次测量，寻找规律，将实验相关数据填入下表。 实验结论： 问题❺：这个定值到底反映了电源的什么特性？ 任务三：运用守恒思想，理解科学本质 活动④：想一想——电源如何维持闭合电路有持续的电流 小球持续运动 正电荷持续移动——电流 高地势到低地势 在 力的作用下 高电势到低电势 在 力的作用下 低地势回高地势 作用 低电势回高电势 作用 功能关系 功能关系 高地势到低地势 力做功 高电势到低电势 力做功 低地势回高地势 力做功 低电势回高电势 力做功 结论： 。 活动⑤：理一理——从能量观出发理清电路中的守恒关系 思考：从能量守恒的角度想一想，闭合回路中静电力做功和非静电力做功的关系是怎样的？ 活动⑥：推一推——推导电动势和欧姆定律的表达式1. 若内电路电压为 U 内，外电路电压 U 外，电路电荷量为 q，则整个闭合电路电场力做功可以表示为： W 电= ① 2. 根据能量守恒定律，整个闭合电路中非静电力做功 W 非和电场力做功 W 电的关系是： ② 3. 由 ①、 ②两 式 可 得 ， 非 静 电 力 做 功 W 非 与 内 外 电 压 U 内 、 U 外 的 关 系 为 ： ③ 4. 而 E=U 外+U 内 ④ 由③、④两式可得，E 与 W 非之间的关系为 E= E 的物理意义： 问题❻：水果电池给小灯泡供电时外电压为什么很小？ 活动⑦：看一看——再次观察实验数据寻找线索 结合部分电路的欧姆定律 U=IR 和 E=U 外+U 内 ，可得关系： 闭合电路欧姆定律内容： 任务四：运用欧姆规律，解答情境问题 问题➐：你能解释水果电池为什么不能点亮小灯泡了吗？ 活动⑧：说一说——水果电池不能点亮小灯泡的原因 原因： 1.如下图所示，许多人造地球卫星都用太阳能电池供电。太阳能电池由许多片电池板组成。某电池板不接载时的电压是600μV，短路电流是30μA。该电池板的内阻是（　　） A． B． C． D． 2.如图为某型号的干电池，在其外壳上标注有“9伏”的字样，这表示（　　） A．电池短路时，该电池输出的电流为9A B．该电池在单位时间内有9J的化学能转化为电能 C．将该电池接入电路后，电池两端的电压始终为9V D．1C正电荷通过该电池的过程中，有9J的化学能转化为电能 3.如图中虚线框所示，某电子秤主要由三部分构成：秤盘、显示重量的仪表G、阻值随压力增大而减小的压力传感器。图中为定值保护电阻，当秤盘中所放物体的重量增大时。下列说法正确的是（　　） A．电路中电流减小B．电路中电流增大C．消耗的电功率减小D．消耗的电功率不变 4．实验小组利用铜片、锌片和橙子制作了橙子电池。他们用如图所示的电路测得橙子电池的电动势为，内阻为。实验中若不及时断开开关，会发现电流表示数明显减小。已知电流表的内阻为，调节电阻箱的阻值为时，电流表示数为，则（　　） A. B. C. 电流表示数明显减小是因为电池内阻减小 D. 电流表示数明显减小是因为电池电动势减小 5．如图所示电路中，直流电源电动势为E、内阻r=R，定值电阻，可变电阻的阻值范围为0~2R。闭合开关S，改变可变电阻接入电路的阻值，则的最大电功率为（　　） A． B． C． D． 6．风力发电具有节能环保的优势，图甲所示是一种常见的风力发电机。图乙是风力测试的原理示意图，轻弹簧由绝缘材料制成的，穿在光滑水平放置的电阻率较大的均匀金属杆上，一端固定在金属杆的M点，另一端N与导电的迎风板相连且金属杆接触良好。风吹来时，迎风板会向左滑动引起电压表示数发生变化。已知弹簧劲度系数k=1000N/m、不受力时长度L1=0.5m，电源的电动势E=12V、内阻r=0.5Ω，电阻R=1Ω，合上开关，无风时电压表的示数U1=3.0V；某时刻有风，示数为U2=2.0V。 (1)求无风时金属杆接入电路的电阻大小； (2)求此时刻迎风板所受风力的大小； (3)若使风力发电机转动的风通过的截面积为104m2，风速恒为10m/s，空气的密度为1.3kg/m3，且风能的20%可转化为电能，求该风力发电机1小时的发电量。 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 1. 闭合电路欧姆定律 导学案 物理观念 能理解闭合电路欧姆定律的内容、公式（）及各物理量含义，建立“电路中能量守恒与电流规律关联”的物理观念。 科学思维 能从能量守恒角度推导闭合电路欧姆定律，分析路端电压与负载电阻的关系，提升逻辑推理与定量分析能力。 科学探究 能参与“探究路端电压与电流关系”的实验，通过数据处理绘制图像并验证定律，提升实验操作与数据分析能力。 科学态度 与责任 通过了解定律在电路设计（如电源选择）中的应用，认识物理规律对技术实践的指导价值，树立严谨的科学应用意识。 重点：掌握闭合电路欧姆定律公式及路端电压与负载的关系。 难点：从能量守恒推导定律及分析电路动态变化问题。 【知识回顾】 1、电场力做功与电势差的关系：W＝Uq。 2、欧姆定律的数学表达式是：。焦耳定律的数学表达式是：。 【自主预习】 1、外电路是指电源外部的电路，内电路是指电源内部的电路。 2、电源是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的装置。 3、电动势是非静电力把正电荷从负极搬运到正极所做的功跟被搬运的电荷量的比值，在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。定义式是。电动势的单位是伏特（V），1V＝1J/C。电动势是标量。 4、在内电路中，通过非静电力做功使正电荷由负极移到正极，所以电流方向由负极流向正极。 5、外电路电阻称为外电阻，用R表示；内电路电阻称为内电阻，用r表示。 6、闭合电路欧姆定律的表达式是：或。 走入情境： 户外探险爱好者在户外经常会遇到意想不到的困难。一位户外探险爱好者在一次夜间探险的途中迷路了，手机也没电了，他想利用手电筒发出求救信号，可是手电筒也没电了，他的身边只有以下几件物品， 他能点亮小灯泡发出求救信号吗？ 任务一：分析情境问题，实验验证猜想。 问题❶：水果电池能点亮小灯泡吗？ 活动①：试一试——尝试利用水果电池点亮小灯泡 现象观察： 问题❷：水果电池两端减少的电压去哪了？ 任务二：测量内外电压，寻找变化规律。活动②：探一探——探索电池内部的奥秘测量范围 电势差/V UAB Uab UAa UbB 实验一： 实验结论 1： 。 问题❸：如果将电源接入用电器，组成闭合电路，电源内部的电势是否发生变化？ 实验二：将铅蓄电池连接变阻箱，组成闭合电路，用 DIS 电压传感器测两电极 AB 和两探针 ab 之间的电势差。测量范围 电势差/V UAB Uab Uba＋UAB 实验结论 2： 。 问题❹：内外电压 U 外、U内之和、与电源内部两次电势抬升的数值总会是定值吗？ 活动③：测一测——测量闭合电路内外电压 分组实验：利用自制学具测量电路的内外电压的数值，并计算两者之和，改变外电路电阻 R，多次测量，寻找规律，将实验相关数据填入下表。 实验结论： 问题❺：这个定值到底反映了电源的什么特性？ 任务三：运用守恒思想，理解科学本质。 活动④：想一想——电源如何维持闭合电路有持续的电流 小球持续运动 正电荷持续移动——电流 高地势到低地势 在 力的作用下 高电势到低电势 在 力的作用下 低地势回高地势 作用 低电势回高电势 作用 功能关系 功能关系 高地势到低地势 力做功 高电势到低电势 力做功 低地势回高地势 力做功 低电势回高电势 力做功 结论： 。 活动⑤：理一理——从能量观出发理清电路中的守恒关系 思考：从能量守恒的角度想一想，闭合回路中静电力做功和非静电力做功的关系是怎样的？ 活动⑥：推一推——推导电动势和欧姆定律的表达式1. 若内电路电压为 U 内，外电路电压 U 外，电路电荷量为 q，则整个闭合电路电场力做功可以表示为： W 电= ① 2. 根据能量守恒定律，整个闭合电路中非静电力做功 W 非和电场力做功 W 电的关系是： ② 3. 由 ①、 ②两 式 可 得 ， 非 静 电 力 做 功 W 非 与 内 外 电 压 U 内 、 U 外 的 关 系 为 ： ③ 4. 而 E=U 外+U 内 ④ 由③、④两式可得，E 与 W 非之间的关系为 E= E 的物理意义： 问题❻：水果电池给小灯泡供电时外电压为什么很小？ 活动⑦：看一看——再次观察实验数据寻找线索 结合部分电路的欧姆定律 U=IR 和 E=U 外+U 内 ，可得关系： 闭合电路欧姆定律内容： 任务四：运用欧姆规律，解答情境问题。 问题➐：你能解释水果电池为什么不能点亮小灯泡了吗？ 活动⑧：说一说——水果电池不能点亮小灯泡的原因 原因： 1.如下图所示，许多人造地球卫星都用太阳能电池供电。太阳能电池由许多片电池板组成。某电池板不接载时的电压是600μV，短路电流是30μA。该电池板的内阻是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】电池板不接载时的电压 U=600μV=6×10−4V 则电动势为 E=6×10−4V 又根据闭合电路欧姆定律得 E=I短r 则这块电池板的内阻为 故选C。 2.如图为某型号的干电池，在其外壳上标注有“9伏”的字样，这表示（　　） A．电池短路时，该电池输出的电流为9A B．该电池在单位时间内有9J的化学能转化为电能 C．将该电池接入电路后，电池两端的电压始终为9V D．1C正电荷通过该电池的过程中，有9J的化学能转化为电能 【答案】D 【详解】A．由于电池的内阻未知，无法确定电池短路时的输出电流，故A错误； B．电池的电动势为9V，表示非静电力将单位正电荷从该电池的负极通过电池内部移送到正极时所做的功为9J，即电能增加了9J，与时间无关，故B错误； C．将该电池接入电路后，电池两端电压为路端电压，如果外电路正常工作，则路端电压小于电动势，故C错误。 D．电池的电动势为9V，表示1C正电荷通过该电池的过程中，非静电力做的功为9J，即有9J的化学能转化为电能，故D正确； 故选D。 3.如图中虚线框所示，某电子秤主要由三部分构成：秤盘、显示重量的仪表G、阻值随压力增大而减小的压力传感器。图中为定值保护电阻，当秤盘中所放物体的重量增大时。下列说法正确的是（　　） A．电路中电流减小B．电路中电流增大C．消耗的电功率减小D．消耗的电功率不变 【答案】B 【详解】当秤盘中所放物体的重量增大时，压力传感器的阻值减小，总电阻减小，则电路中电流增大；根据P=I2R0可知，消耗的电功率变大。 故选B。 4．实验小组利用铜片、锌片和橙子制作了橙子电池。他们用如图所示的电路测得橙子电池的电动势为，内阻为。实验中若不及时断开开关，会发现电流表示数明显减小。已知电流表的内阻为，调节电阻箱的阻值为时，电流表示数为，则（　　） A. B. C. 电流表示数明显减小是因为电池内阻减小 D. 电流表示数明显减小是因为电池电动势减小 【答案】A 【解析】题意知电池电动势  ，内阻  ，电流表的内阻为  ，则根据闭合电路欧姆定律，当调节电阻箱的阻值为  时，电流为，代入数据解得 ，故A正确，B错误； 电流表示数明显减小是因为电池内阻增大，故CD错误。 故选 A。 5．如图所示电路中，直流电源电动势为E、内阻r=R，定值电阻，可变电阻的阻值范围为0~2R。闭合开关S，改变可变电阻接入电路的阻值，则的最大电功率为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】和电源并联后可视为一个“等效电源”，新电源的电动势 内阻 此时的电功率就是新电源的输出功率，当外电阻等于电源内阻时电源的输出功率最大，可知当 的电功率最大，其最大功率为 故选D。 6．风力发电具有节能环保的优势，图甲所示是一种常见的风力发电机。图乙是风力测试的原理示意图，轻弹簧由绝缘材料制成的，穿在光滑水平放置的电阻率较大的均匀金属杆上，一端固定在金属杆的M点，另一端N与导电的迎风板相连且金属杆接触良好。风吹来时，迎风板会向左滑动引起电压表示数发生变化。已知弹簧劲度系数k=1000N/m、不受力时长度L1=0.5m，电源的电动势E=12V、内阻r=0.5Ω，电阻R=1Ω，合上开关，无风时电压表的示数U1=3.0V；某时刻有风，示数为U2=2.0V。 (1)求无风时金属杆接入电路的电阻大小； (2)求此时刻迎风板所受风力的大小； (3)若使风力发电机转动的风通过的截面积为104m2，风速恒为10m/s，空气的密度为1.3kg/m3，且风能的20%可转化为电能，求该风力发电机1小时的发电量。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）无风时，由闭合电路欧姆定律 解得 由欧姆定律 可得无风时金属杆接入电路的电阻大小为 （2）该时刻，由闭合电路欧姆定律 解得 由欧姆定律 可得该时刻金属杆接入电路的电阻大小为 由电阻定律可得 解得该时刻弹簧的长度为 由胡克定律 代入数据解得，此时刻迎风板所受风力的大小 （3）在时间t内，通过风力发电机的风质量为 风能为 电功率为 解得发电功率为 故该风力发电机1小时的发电量为 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $