由能量的转化和守恒定律得:
W=Q外+Q内
EIt=I2Rt+I2rt
E=IR+Ir
I=
闭合电路的欧姆定律:闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比.
(设计意图:进一步加深学生对闭合电路中能量转化及其守恒定律的理解.)
【例题】如图所示,R1=14 Ω,R2=9 Ω.当开关处于位置1时,电流表读数I1=0.2 A;当开关处于位置2时,电流表读数I2=0.3 A.求电源的电动势E和内阻r.
解:根据闭合电路的欧姆定律和题述的两种情况,可以列出下面两个方程:
E=I1R1+I1r
E=I2R2+I2r
消去E,解出r,得:r=
代入数值,得:r=1 Ω
将r、I1、R1的值代入E=I1R1+I1r中,得:E=3 V.
(设计意图:结合具体问题情景,培养学生使用闭合电路的欧姆定律解决实际问题的能力.) 1.路端电压、内电压和电动势的关系
U路=IR,U内=Ir
E=U路+U内
(1)实验验证:U路+U内是一个定值.
【演示实验二】
解决几个问题:
①用V1测路端电压.
②用V2来理解内阻r上沿电流方向有电势降落,并可测内电压.
如图实验装置,改变滑动变阻器接入电路的阻值,记录外电路电压和内电路电压的数据.
(2)从教材"图2.7-2 闭合电路的电势"分析得出:
内、外电路电势降落之和U外+U内,等于电源升高的电势E.
即E=U外+U内.
(设计意图:从多角度证明闭合电路的欧姆定律,增强学生的探究体验.)
2.路端电压与电流的关系
(1)U路=E-Ir,当电流增大时,路端电压减小.
应用:演示实验一中,当开关S2闭合时,灯泡L1变暗,请同学们解释实验现象.
当开关S2闭合时,外电阻R减小,由I=可知,电流I增大,由U路=E-Ir可知,路端电压U路减小,灯泡L1两端电压减小,所以变暗.
问题:当开关S3闭合时,灯泡L1、L2的亮度会有什么变化?请同学们分析得出结论.
(设计意图:理论联系实际,与引入新课时的演示实验做好呼应.)
(2)讨论U路-I的关系图线的物理意义.
①图线与纵坐标交点的物理意义:I=0,外电路断路,此时U路=E
应用:演示实验二用电压表粗测一节干电池的电动势.
②图线与横坐标交点的物理意义:U路=0,外电路短路,此时Im=
应用:绝对不允许将电源两端用导线直接连接在一起!
③直线斜率的物理意义
k==-r,=r
(设计意图:进一步加深对闭合电路的欧姆定律的理解,为用图象法处理《实验:测定电池的电动势和内阻》的数据做好准备.)