高中物理 第4章 探究闭合电路欧姆定律 探究闭合电路欧姆定律学案 沪科版选修3-1

学案1探究闭合电路欧姆定律学习目标定位 1.掌握电动势的概念及表达式了解电源内部能量的转化过程和生活中的电池.2.理解闭合电路欧姆定律的内容，掌握其表达式.3.会用闭合电路欧姆定律进行简单的计算一、闭合电路的路端电压和内电压1部分电路和闭合电路：通常，把不涉及电源的电路叫做部分电路，把含有电源的电路叫做闭合电路，也叫做全电路2外电路和内电路：用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路3路端电压和内电压：外电路两端(即电源两极间)的电压称为路端电压，电源内部的电压称为内电压二、电源的作用电动势1在外电路中，正电荷在电场力的作用下，由电源的正极向电源的负极做定向移动，从而形成了电流要使电路中有持续恒定的电流，就必须保持电源的正、负极间有持续电压电源的作用就是保持电源两极之间的电压2电源是把其他形式的能转化为电能的装置化学电池把化学能转化成电能，发电机把机械能转化为电能3电动势E就是电源内部非静电力移送单位电荷所做的功表达式：E，在国际单位制中，E的单位是伏特电动势由电源自身特性决定，跟电源的体积和外电路无关三、 闭合电路欧姆定律1公式：I.2内容：闭合电路中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.一、闭合电路的路端电压和内电压实验探究1用多用电表测量路端电压按如图1所示的电路选择器材，连接电路图1按课本要求测量电压Ubc、Ubc、Uac.分析测得的数据，比较三个电压测量值之间的关系为_答案UbcUbcUac图2实验探究2测电源内部的电压按如图2所示电路连接线路，分别测量电源的内电压和外电压，多次测量，把测量结果记录在事先准备好的表格中，分析内、外电压的大小，说明它们满足怎样的规律？答案在误差允许的范围内，内、外电压之和为一定值要点提炼1在外电路中，电流方向由电源正极流向负极；在内电路中电流方向由负极流向正极2在闭合电路中，内电压与外电压之和保持不变二、路端电压与负载的关系问题设计图31在如图3所示的电路中，电源的电动势E10 V，内电阻r1 ，试求当外电阻分别是3 、4 、7 时所对应的路端电压通过数据计算，你发现了怎样的规律？答案外电压分别为7.5 V、8 V、8.75 V随着外电阻的增大，路端电压逐渐增大2.如图4所示，以电路中的电流为横轴，路端电压为纵轴，建立路端电压U与电流I的UI图像，请思考，图线与纵轴的交点表示的物理意义是什么？纵坐标从零开始时，图线与横轴的交点表示的物理意义是什么？直线的斜率的绝对值表示的物理意义又是什么？图4答案图线与纵轴的交点表示电源的电动势；图线与横轴的交点表示短路电流；图线斜率的绝对值表示电源的内阻，即r|.要点提炼1路端电压随着外电阻的增大而增大，随着外电阻的减小而减小，但不呈线性变化外电路断开时，路端电压等于电源电动势；外电路短路时，电路中的电流I(表达式)2.路端电压与电流的关系式为UEIr，其图像如图5所示图5(1)在图像中U轴截距表示电源电动势，I轴截距等于短路电流(2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻，即内阻r|.一、对电动势的理解例1关于电动势E的说法中正确的是()A电动势E的大小，与非静电力所做的功W的大小成正比，与移送电荷量q的大小成反比B电动势E是由电源本身决定的，跟电源的体积和外电路均无关C电动势E是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量D电动势E的单位与电势差的单位相同，故两者在本质上相同解析本题考查了电动势的基本概念，关键要正确地理解电动势电动势是一个用比值定义的物理量，这个物理量是与这两个相比的项没有关系，它是由电源本身决定的，是表征其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量电动势和电压尽管单位相同，但本质上是不相同的，故选B、C.答案BC二、闭合电路欧姆定律的应用例2如图6所示，电源电动势为6 V，内阻为1 ，R15 ，R210 ，滑动变阻器R3阻值变化范围为010 ，求电路中总电流的变化范围图6解析当R3阻值为零时，R2被短路，外电阻最小，电路中的电流最大R外R15 ，I A1 A.当R3阻值为10 时，外电阻最大，电路中的电流最小R并5 ，R外R1R并10 ，I A0.55 A.答案0.55 A1 A三、闭合电路的动态分析例3如图7所示，R4是半导体材料制成的热敏电阻，电阻率随温度的升高而减小，这就是一个火警报警器的电路，电流表是安放在值班室的显示器，电源两极之间接一个报警器，当R4所在处出现火情时，显示器的电流I和报警器两端的电压U的变化情况是()图7AI变大，U变小 BI变大，U变大CI变小，U变大 DI变小，U变小答案A1(对电动势概念的理解)关于电压和电动势，下列说法正确的是()A电动势就是电源两极间的电压B电压和电动势单位都是伏特，所以电压和电动势是同一物理量的不同叫法C电压UW/q和电动势EW/q中的W是一样的，都是静电力所做的功D电压和电动势有本质的区别，反映的能量转化方向不同答案D解析电动势只是在数值上等于电源两极间的电压，但是不能说电动势是电压，A错；尽管电压和电动势单位都是伏特，但它们不是同一物理量，有本质的区别，电压反映静电力做功，电能转化为其他形式的能，而电动势反映非静电力做功，其他形式的能转化为电能，故B、C错，D对2(闭合电路欧姆定律的理解)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()AUIR BUEUCUEIr DUE答案BD3(闭合电路欧姆定律的应用)电动势为3 V的电池，在电路中输出3 A的电流，由此可知()A内、外电阻相差1 B内、外电阻之和为1 C外电阻为1 D内电阻为1 答案B解析由闭合电路欧姆定律I得：Rr1 ，选B.4(路端电压与负载的关系)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题组一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D题组二闭合电路欧姆定律的简单应用3.如图1所示的电路中，把R由2 改变为6 时，电流强度减小为原来的一半，则电源的内电阻应为()图1A4 B8 C6 D2 答案D解析根据闭合电路欧姆定律EI(Rr)，当R2 时，EI(2r)；当R6 时，E(6r)，解得r2 ，故选D.4.如图2所示，当开关S断开时，电压表示数为3 V，当开关S闭合时，电压表示数为1.8 V，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：E3 VS闭合时，U外1.8 V，所以U内EU外1.2 V因U外IR，U内Ir，所以RrU外U内1.81.232.5一太阳能电池板，测得它的开路电压为800 mV，短路电流为40 mA.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()A0.10 V B0.20 VC0.30 V D0.40 V答案D解析由已知条件得：E800 mV.又因I短，所以r 20 .所以UIRR20 mV400 mV0.40 V，选项D正确6有两个阻值相同都为R的电阻，串联起来接在电动势为E的电源上，通过每个电阻的电流为I，若将这两个电阻并联起来，仍接在该电源上，此时通过一个电阻的电流为2I/3，则该电源的内阻是()AR BR/2C4R DR/8答案C解析由闭合电路欧姆定律得，两电阻串联时I，两电阻并联时I，解得r4R，故选C.7.如图3所示，已知R1R2R31 .当开关S闭合后，电压表的读数为1 V；当开关S断开后，电压表的读数为0.8 V，则电源的电动势等于()图3A1 V B1.2 VC2 V D4 V答案C解析当S闭合时，I A1 A，故有EI(1.5r)；当S断开时，I0.8 A，故有EI(2r)，解得E2 V，C正确8.如图4所示的电路中，电源的内阻r0，R1和R2是两个定值电阻当滑动变阻器R的滑片向a移动时，电路中的电流I1、I2的变化情况是()图4AI1不变BI1变小CI2变大DI2变小答案BC解析当滑动变阻器R的滑片向a移动时，滑动变阻器连入电路的电阻变小，整个回路的总电阻变小，根据闭合电路欧姆定律可知，干路电流I变大，路端电压UEIr变小，I1变小，A错误，B正确；又II1I2，所以I2变大，C正确，D错误题组三UI图像的应用9.如图5所示为两个独立电路A和B的路端电压与其总电流I的关系图线，则()图5A路端电压都为U1时，它们的外电阻相等B电流都是I1时，两电源内电压相等C电路A的电源电动势大于电路B的电源电动势DA中电源的内阻大于B中电源的内阻答案ACD解析在路端电压与总电流的关系图线(UI)中，图线在U轴上的截距表示电动势E，图线斜率的绝对值表示电源的内阻，可见EAEB，rArB.图中两直线的交点坐标为(I1，U1)，由R可知，路端电压都为U1时，它们的外电阻相等由UIr可知，电流都是I1时，因r不相等，故两电源内电压不相等所以选项A、C、D正确10电路图如图6甲所示，若电阻R阻值未知，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6(1)电源的电动势和内阻；(2)电源的路端电压；(3)电源的输出功率答案(1)4 V1 (2)3 V(3)3 W解析(1)由题图乙所示UI图线知：电源电动势E4 V，短路电流I短4 A，故内阻r1 .(2)由题图知：电源与电阻构成闭合回路时对应路端电压U3 V.(3)由题图知：R3 ，故P出I2R3 W.题组四综合应用11如图7所示的电路中，当开关S接a点时，标有“5 V2.5 W”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1 A，此时电阻R两端的电压为4 V求：图7(1)电阻R的阻值；(2)电源的电动势和内阻答案(1)4 (2)6 V2 解析(1)电阻R的阻值为R 4 .(2)当开关接a时，有EU1I1r，又U15 V，I1 A0.5 A.当开关接b时，有EU2I2r，又U24 V，I21 A，联立解得E6 V，r2 .12如图8所示电路中，电源电动势E1