恒定电流——高中物理教案

一、教学目标

1．在物理知识方面的要求

及其适用条件。

（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、电流强度随外电阻变化的关系。

三、教学过程设计

（一）复习提问（上节课后的思考题）

当电源不接外电路时（断路时），非静电力与电场力有什么关系？当电源接上外电路时，电源内部的非静电力与电场力是什么关系？在电源内部非静电力做的功与在外电路中电场力做的功是什么关系？

归纳总结学生的回答：

当电源不接外电路时，在电源内部非静电力与电场力平衡，电荷不移动，正、负极间保持一定的电势差。静电场中的电势差等于电场力将电量为q的正电荷从高电势处（正极）移到低电势处（负极）电场力做

力将电量为q的正电荷从电源负极移向电源正极的过程中非静电力所做 

力平衡，则电源的电动势等于电源不接外电路时（断路时）正、负极间的电势差，即E=U断。

当电源接上外电路时，在外电路正电荷从电源正极向负极移动，电场力做正功；在电源内部正电荷从电源负极移向正极，正电荷所受的非静电力大于电场力，合力的方向是从负极指向正极。此时在电源内部非静电力反抗电场力所做的功，大于在外电路中电场力所做的功。从能量转化的角度看，在电源内部非静电力反抗电场力所做的功是其他形式的能转化为电能的量度；在外电路中电场力所做的功是电能转化或其他形式的能的量度。也就是说在电源内部“产生”的电能，大于在外电路中“消耗”的电能。多余的能量哪去了呢？

（二）主要教学过程

1．应用能的转化和守恒定律推导闭合电路欧姆定律

电动势为E，内阻为r的电源与一个负载（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W2=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W1=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=W1＋W2。

IEt=IUt＋I2rt                                    （1）

（1）式两端消去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=U＋Ir                                          （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=IR＋Ir

（3）、（4）两式均叫做闭合电路欧姆定律，也叫做全电路欧姆定律。

请同学分析（3）、（4）这两式的适用条件有何不同？

2．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是通过负载的电流强度。

E=U＋Ir

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，I→0则U=E。当断路（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，外电路并非断路，这时测得的路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，I→E/r，可以认为U=0，路端电压等于零。

一般电源的内阻都比较小，所以短路电流很大。一般情况下，要避免电源短路。

例1．在如图1所示的电路中，R1=14.0Ω，R2=9.0Ω，当开关S扳到位置1时，电流表的示数为I1=0.20A；当开关S板到位置2时，电流表的示数为I2=0.30A，求电源的电动势和内电阻。

（E＝3.0V，r＝1.0Ω）

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

例2．在如图2所示的电路中，在滑动变阻器R2的滑动头向下移动的过程中，电压表V和电流表A的示数变化情况如何？

目的：熟悉路端电压随外电阻变化的关系及分析方法。

（三）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。

（四）布置作业

书面作业（略）。

思考题：

（1）为了测量一个电源的电动势E和内阻r，给你一个电压表（没有电流表），你还需要什么仪器？如何连接电路？如何测量？

（2）当外电阻R变化时，电源的输出功率将如何变化？

目的：为下一节做准备