2017届高中物理第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路第1讲闭合电路欧姆定律学案鲁科版选修.docx

第1讲闭合电路欧姆定律目标定位1.了解电源电动势的基本含义，了解内电路、外电路，知道电动势等于内、外电路电势降落之和.2.掌握闭合电路欧姆定律的内容，理解各物理量及公式的物理意义.3.会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系一、电动势电动势1定义：电动势在数值上等于没有接入外电路时两极间的电压，常用E来表示2单位：跟电压的单位相同，也是伏特(V)3物理意义：电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量，它是电源的特征量不同的电源，产生电能的机制是不同的二、闭合电路欧姆定律1内、外电路电源内部的电路叫做内电路；电源外部的电路叫做外电路外电路的电阻称为外电阻；内电路的电阻称为内电阻2特点在外电路中，电流由高电势流向低电势，在外电阻上沿电流方向电势降低；电源内部由负极到正极电势升高3闭合电路的欧姆定律(1)内容：流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成正比，跟电路中内、外电路的电阻之和成反比(2)公式：I或EIRIr.想一想我们用电压表直接连接电源的两端，电压表的读数小于(填“大于”、“小于”或“等于”)电源电动势为什么？答案小于因为电源也有内阻，用电压表和电源正负极相连时，相当于电源与电压表串联，电压表读数是路端电压，小于电源电动势三、路端电压与负载的关系1路端电压的表达式UEIr.2路端电压随外电阻的变化规律(1)当外电阻R增大时，电流I减小，路端电压增大(2)当外电阻R减小时，电流I增大，路端电压减小(3)两个特例：外电路断开时，R，I0，UE，据此特点可测电源电动势外电路短路时，R0，I，U0，因短路电流I很大，所以不允许将电源两端用导线直接连接想一想使用电源时，为什么不能直接用导线把电源的两极连接起来？答案直接用导线把电源的两极连接起来时，由于电源内阻很小，电流很大，容易损坏电源.一、电源电动势和内阻1电源的作用：维持电路两端始终有一定的电势差，使电路中保持持续的电流2电源是把其他形式的能转化为电势能的装置不同的电源，把其他形式的能转化为电能的本领不同，电动势也不同，例如干电池电动势都是1.5V，学生用蓄电池电动势都是2V，与体积大小无关这两种电池的电动势不同，表明电池把化学能转化为电能的本领不同3电源电动势等于电源没有接入外电路时两极间的电压例1关于电源的电动势，下面说法错误的是()A电源的电动势就是电源两极间的电压B电动势越大的电源，将其他形式的能转化为电能的本领越大C电动势的数值等于内、外电路电压之和D电动势只由电源性质决定，与外电路无关答案A解析电动势等于电源没有接入外电路时两极间的电压当电源接入外电路时，电源有内电压，电源两极间的电压小于电动势，故A错误电动势反映电源把其他形式的能转化为电能的本领大小，电动势越大，将其他形式的能转化为电能的本领越大，故B正确根据闭合电路欧姆定律知，电动势的数值等于内、外电路电压之和，故C正确电动势由电源性质决定，与外电路无关故D正确本题选错误的，故选A.二、闭合电路欧姆定律的应用闭合电路欧姆定律的几种表达形式1电流形式：I，适用于外电路为纯电阻的闭合电路；2电压形式：EIRIr适用于外电路为纯电阻的闭合电路EU外Ir适用于任何电路，表明电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和例2如图1所示，电源电动势为6V，内阻为1，R15，R210，滑动变阻器R3阻值变化范围为010，求电路中的总电流变化范围图1答案0.55A1A解析当R3阻值为零时，R2被短路，外电阻最小，电流最大R外R15，IA1A.当R3阻值为10时，外电阻最大，电流最小R并5，R外R1R并10，IA0.55A.方法点拨：电路中的总电流由电源的电动势和电路中的总电阻决定其中E、r不变，当外电阻变化时，电路总电流随之变化例3如图2所示，已知R1R2R31.当开关S闭合后，电压表的读数为1V；当开关S断开后，电压表的读数为0.8V，则电源的电动势等于()图2A1VB1.2VC2VD4V答案C解析当S闭合时，IA1A，故有EI(1.5r)；当S断开时，I0.8A，故有EI(2r)，解得E2V，C正确三、路端电压和负载的关系1路端电压和外电阻的关系(1)当外电阻R增大时，根据I可知，总电流I减小，内电压Ir减小，根据U外EIr可知，路端电压U外增大当外电路断开时，路端电压U外E.(2)当外电阻R减小时，总电流I增大，内电压Ir增大，路端电压U外减小外电路短路即r0时，电路中的电流I，U外0.2外电压U与电流I的关系由UEIr可知，UI图象是一条斜向下的直线，如图3所示图3(1)图象中U轴截距E表示电动势(2)I轴截距I0等于短路电流(3)图线斜率的绝对值表示电源的内阻，即r|.注意：若纵坐标上的取值不是从零开始，则横轴截距不表示短路电流，但斜率仍然等于内阻例4如图4所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的UI图象，则下列说法中正确的是()图4A电动势E1E2，短路电流I1I2B电动势E1E2，内阻r1r2C电动势E1E2，内阻r1r2D当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化较大答案AD解析由题图可知两电源的UI图线交纵轴于一点，则说明两电源的电动势相同；交横轴于两不同的点，很容易判断电源1的短路电流大于电源2的短路电流，则A项正确，C项错误又由两图线的倾斜程度可知图线2的斜率的绝对值大于图线1的斜率的绝对值，即电源2的内阻大于电源1的内阻，则可知B项错误由图象可判断当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压的变化量大于电源1的路端电压的变化量，可知D项正确借题发挥图象的纵坐标不从零开始时，图线与纵轴的交点仍表示电源电动势E，但图线与横轴的交点不表示短路电流闭合电路欧姆定律的理解和应用1若E表示电动势，U表示外电压，U表示内电压，R表示外电路的总电阻，r表示内电阻，I表示电流，则下列各式中正确的是()AUIRBUEUCUEIrDUE答案BD2如图5所示，R为电阻箱，电表为理想电压表，当电阻箱读数为R12时，电压表读数为U14V；当电阻箱读数为R25时，电压表读数为U25V求：电源的电动势E和内阻r.图5答案6V1解析由闭合电路欧姆定律EU1rEU2r联立并代入数据解得E6V，r1.路端电压和负载的关系3对于电动势和内阻确定的电源的路端电压，下列说法正确的是(I、U、R分别表示干路电流、路端电压和外电阻)()AU随R的增大而减小B当R0时，U0C当电路断开时，I0，U0D当R增大时，U也会增大答案BD对UI图象的理解4如图6所示为某一电源的UI图象，由图可知()图6A电源电动势为2VB电源内阻为C电源短路时电流为6AD电路路端电压为1V时，电路中电流为5A答案AD解析由UI图象可知，电源电动势E2V.r|0.2，当U1V时，IA5A选项A、D正确.题组一对闭合电路欧姆定律的理解1在闭合电路中，下列叙述正确的是()A闭合电路中的电流跟电源电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比B当外电路断开时，路端电压等于零C当外电路短路时，电路中的电流无穷大D当外电阻增大时，路端电压也增大答案AD2在已接电源的闭合电路里，关于电源的电动势、内电压、外电压的关系，下列说法正确的是()A若外电压增大，则内电压增大，电源电动势也会随之增大B若外电压减小，内电阻不变，内电压也就不变，电源电动势必然减小C若外电压不变，则内电压减小，电源电动势也会随内电压减小D若外电压增大，则内电压减小，电源的电动势始终等于二者之和答案D3一太阳能电池板，测得它的开路电压为800mV，短路电流为40mA.若将该电池板与一阻值为20的电阻连成一闭合电路，则它的路端电压是()A0.10VB0.20VC0.30VD0.40V答案D解析由已知条件得：E800mV.又因I短，所以r20.所以UIRR20mV400mV0.40V，选项D正确4如图1所示电路，R由2变为6时，电路中的电流变为原来的一半，则电源的内阻是()图1A1B2C3D4答案B题组二路端电压与负载的关系5如图2所示，当开关S断开时，电压表示数为3V，当开关S闭合时，电压表示数为1.8V，则外电阻R与电源内阻r之比为()图2A53B35C23D32答案D解析S断开时，电压表的示数等于电源的电动势，即：E3VS闭合时，U外1.8V，所以U内EU外1.2V因U外IR，U内Ir，所以RrU外U内1.81.232.6在如图3所示电路中，电源的电动势E9.0V，内阻可忽略不计；AB为滑动变阻器，其最大电阻R30；L为一小灯泡，其额定电压U6.0V，额定功率P1.8W；S为开关，开始时滑动变阻器的触头位于B端，现在接通开关S，然后将触头缓慢地向A端滑动，当到达某一位置C时，小灯泡恰好正常发光则C、B之间的电阻应为()图3A10B20C15D5答案B解析本题中小灯泡恰好正常发光，说明此时通过小灯泡的电流达到额定电流I额A0.3A，两端电压达到额定电压U额6.0V，而小灯泡和电源、滑动变阻器的AC部分串联，则通过电阻AC的电流与通过小灯泡的电流相等，故RAC10，所以RCBRRAC20.7如图4所示电路中，当可变电阻R的阻值增大时()图4AA、B两点间的电压增大BA、B两点间的电压减小C通过R的电流I增大D通过R的电流I减小答案AD解析当可变电阻R的阻值增大时，外电路总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律分析知，干路电流I干减小，A、B间电压增大，通过R2的电流增大，则通过R的电流I减小故选A、D.题组三UI图象的理解8如图5所示，甲、乙为两个独立电源(外电路为纯电阻)的路端电压与通过它们的电流I的关系图线，下列说法中正确的是()图5A路端电压都为U0时，它们的外电阻相等B电流都是I0时，两电源的内电压相等C电源甲的电动势大于电源乙的电动势D电源甲的内阻小于电源乙的内阻答案AC解析甲、乙两图线的交点坐标为(I0，U0)，外电路是纯电阻说明两电源的外电阻相等，故A正确；图线的斜率大小表示电源内电阻的大小(电动势与短路电流的比值)，图线甲的斜率大于图线乙的斜率，表明甲的内阻大于乙的内阻，故D错误；图线与U轴交点的坐标值表示电动势的大小，由图线可知，甲与U轴交点的坐标值比乙的大，表明甲的电动势大于乙的电动势，故C正确；电源的内电压等于通过电源的电流与电源内阻的乘积，即U内Ir，因为甲的内阻较乙的内阻大，所以当电流都为I0时，甲电源的内电压较大，故B错误故选A、C.9如图6所示的UI图象中，直线为某电源的路端电压与电流的关系，直线为某一电阻R的UI图线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图象可知()图6AR的阻值为0.5B电源电动势为3.0VC电源的内阻为0.5D电源内阻为1.5答案BD题组四综合应用10如图7所示，电源电动势E缩小空间距“8V,16W”的灯泡L恰好能正常发光，电动机线圈的电阻R01，求：图7(1)电源的总功率；(2)电动机的输出功率答案(1)40W(2)12W解析(1)L正常发光，路端电压等于灯泡额定电压8V.内电压U内(108)V2V，则总电流I4A，电源总功率为P电IE410W40W.(2)流经电动机的电流IMI2A.输入电动机的总功率PM总UIM82W16W.电动机内阻消耗功率PM内IR041W4W.故电动机输出功率PM出(164) W12W.11电路图如图8甲所示，若电阻未知，电源电动势和内阻也未知，电源的路端电压U随电流I的变化图线及外电阻的UI图线分别如图乙所示，求：图8(1)电源的电动势和内阻；(2)电源的路端电压答案(1)4V1(2)3V解析(1)由题图乙所示UI图线知：电源电动势E4V，短路电流I短4A，故内阻r1.(2)由图象知：电源与电阻构成闭合回路时对应路端电压U3V.12如图9所示的电路中，当开关S接a点时，标有“5V,2.5W”的小灯泡L正常发光，当开关S接b点时，通过电阻R的电流为1A，这时电阻R两端的电压为4V求：图9(1)电阻R的值；(2)电源的电动势和内阻答案(1)4(2)6V2解析(1)电阻R的值为R4.(2)当开关接a时，有EU1I1r，又U15V，I1A0.5A.当开关接b时，有EU2