高中物理 第4章 探究闭合电路欧姆定律 典型案例分析学案 沪科版选修3-1

学案3典型案例分析学习目标定位 1.了解欧姆表内部结构，会用闭合电路欧姆定律分析欧姆表的工作原理.2.会运用闭合电路欧姆定律分析动态电路问题多用电表电阻挡测电阻原理图1如图1所示，当红、黑表笔间接入被测电阻Rx时，通过表头的电流I.改变Rx，电流I随着改变，每个Rx值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与I值对应的Rx值，就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值一、多用电表电阻挡测电阻的原理问题设计1电压表、大量程电流表都是由电流表改装的，试画出把电流表改装成测量电阻的欧姆表的原理图答案2当黑、红表笔短接时(如图2甲所示)，调节RP的阻值，使指针指到满刻度，则Ig，此时表示的黑、红表笔间电阻为多大？图2答案为零3当黑、红表笔不接触时(如图乙所示)，电路中无电流，指针不偏转，即指向电流表的零点此时，黑、红表笔之间电阻为多大？答案无穷大4当将电阻Rx接在黑、红表笔间时(如图丙所示)，则通过电流表的电流I与Rx的关系是怎样的？答案I.延伸思考1.欧姆表的刻度均匀吗？为什么？答案不均匀因Rx与I是非线性关系，所以欧姆表的刻度是不均匀的，零刻度在刻度盘最右端，越向左刻度越密集2当IIg，即指针半偏时，待测电阻Rx与欧姆表内阻有什么关系？答案当IIg(指针半偏)时，RxrRgRP，即欧姆表表盘的中值电阻等于欧姆表内阻要点提炼1欧姆表内部结构：表头、电源、可变电阻2欧姆表原理：闭合电路欧姆定律如图1所示，由I知，每个Rx值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与I值对应的Rx值，就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值3I与Rx不成比例，欧姆表的刻度不均匀欧姆表的电阻零刻度是电流最大刻度处，而欧姆表电阻“”刻度是电流零刻度处，所以欧姆表偏角越大，表明被测电阻越小4当欧姆表指针指向表盘中央时，有Ig，解得RxRgrRR内，即当指针半偏时，表盘的中值电阻R中R内二、闭合电路的动态问题分析问题设计如图3所示电路，电源内阻不可忽略开关S闭合后，在滑动变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中图3(1)电路中的总电阻如何变化？(2)通过电源的电流如何变化？(3)内电压如何变化？外电压(即电压表的示数)如何变化？(4)R1两端电压(即电压表示数)如何变化？(5)R2和R0并联部分电压(即电压表的示数)如何变化？(6)R2上的电流(即的示数)如何变化？答案(1)R0滑动端向下滑动，使R0减小，电路中的总电阻R总减小(2)由I知，R总减小，I增大(3)由U内Ir，知U内增大由U外EIr知，U外减小，示数减小(4)R1两端电压U1IR1，U1增大，示数增大(5)R2和R0并联电压U并U外U1，所以U并减小，示数减小(6)R2上的电流I2，因U并减小，故I2减小，示数减小要点提炼闭合电路动态问题分析的具体步骤：(1)由题目给出的条件判断动态的变化，进而判断闭合电路总电阻的变化情况；(2)依据I，判断闭合电路干路电流的变化情况；(3)依据UEIr，判断外电路电压(路端电压)的变化情况；(4)依据分压、分流原理判断电路其他部分电流、电压的变化情况一、欧姆表的原理例1如图4所示为一简单欧姆表原理示意图，其中电流表的满偏电流Ig300 A，内阻Rg100 ，可变电阻R的最大阻值为10 k，电池的电动势E1.5 V，内阻r0.5 ，图中与接线柱A相连的表笔颜色应是_色按正确使用方法测量电阻Rx阻值时，指针指在刻度盘的正中央，则Rx_k，若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小、内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述Rx，其测量结果与原结果相比将_(填“变大”、“变小”或“不变”)图4解析由I及Ig知，指针指中央，IIg150 A，Rx5 k；因欧姆表的内阻变大，同样的电阻值，电流变小，读数变大答案红5变大二、闭合电路的路端电压例2如图5所示，电源的电动势为3 V，内阻为1 ，两个相同的小灯泡H1和H2的额定电压均为2.5 V，额定电流均为0.3 A.图5(1)当开关S1闭合，S2断开时，试计算H1中的电流和加在H1上的电压；(2)当开关S1、S2都闭合时，试计算H2中的电流和加在H2上的电压有同学做了如下解答：(1)小灯泡H1和H2的电阻均为R 8.3 干路中电流I A0.32 A小灯泡H1上的电压即为路端电压UEIr(30.321) V2.68 V(2)因小灯泡H2与小灯泡H1并联，小灯泡H2上的电压U2.68 V，小灯泡H2中的电流I2 A0.32 A.你认为这位同学的解答正确吗？为什么？请把你的想法说出来，并与同学进行交流再把你的解答过程写出来解析问题(1)的解答正确，对于问题(2)，这位同学的解答不正确当开关S1、S2都闭合时，H1和H2并联的总电阻R总4.15 ，路端电压发生变化，不再是2.68 V.电路中的总电流I A0.58 AH2中的电流I2I0.29 AH2两端的电压U2I2R2.4 V.答案见解析三、闭合电路的动态问题分析例3 在如图6所示电路中，当滑动变阻器滑片P向下移动时，则()图6AA灯变亮、B灯变亮、C灯变亮BA灯变亮、B灯变亮、C灯变暗CA灯变亮、B灯变暗、C灯变暗DA灯变亮、B灯变暗、C灯变亮解析滑片P向下移动，变阻器电阻减小，外电路总电阻减小，根据I知，电路电流增大，灯A两端电压UA增大而变亮，根据UEIr，路端电压变小，UUAUB，所以UB减小，灯B电阻不变，所以灯B电流IB减小，灯B变暗干路电流IIBIC，因为I增大、IB减小，所以IC增大，灯C应变亮，选项D是正确的答案D1(欧姆表测电阻的原理)如图7为多用电表电阻挡的原理示意图，其中电流表的满偏电流为300 A，内阻Rg100 ，调零电阻最大阻值R50 k，串联的固定电阻R050 ，电池电动势E1.5 V，内阻不计，用它测量电阻Rx，能准确测量的阻值范围是()图7A30 k80 kB3 k8 kC300 k800 kD3 000 k8 000 k答案B解析当红、黑表笔短接调零时，Ig，RRgR0 5 000 使用欧姆表读数时在中值电阻5 k左右读数最为准确，所以能准确测量的阻值范围为3 k8 k.2(闭合电路的动态问题分析)如图8所示的电路中，当变阻器R3的滑动触头P向a端移动时()图8A电压表示数变大，电流表示数变小B电压表示数变小，电流表示数变大C电压表示数变大，电流表示数变大D电压表示数变小，电流表示数变小答案B3(闭合电路欧姆定律的应用)如图9所示，R114 ，R29 ，当S扳到位置1时，电压表示数为2.8 V，当开关S扳到位置2时，电压表示数为2.7 V，求电源的电动势和内阻(电压表为理想电表)图9答案3 V1 解析扳到1时：I1U1/R10.2 A由闭合电路欧姆定律U1EI1r得：2.8E0.2r扳到2时： I2U2/R20.3 A由闭合电路欧姆定律得： 2.7E0.3r由解得：E3 V，r1 题组一欧姆表的原理1下列关于欧姆表的说法中正确的是()A表盘刻度是非均匀的，从零刻度开始，刻度值越大处，刻度越密B红表笔是与表内电源的正极相连的C为了减小误差，应尽量使指针指向中间左右的刻度处D用电阻挡测电阻时，被测电阻的阻值越大，指针向右转过的角度就越大答案AC2关于欧姆表，下列说法正确的是()A欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的B由于电流和电阻成反比，所以刻度盘上的刻度是均匀的C使用欧姆表时，选择好一定量程的电阻挡后首先应该将两表笔短接，进行电阻调零D当换用不同量程的电阻挡去测量电阻时，可不必重新进行电阻调零答案AC解析欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的因为Ix，所以Ix与Rx并不成比例关系，所以刻度盘上的刻度不均匀；使用欧姆表时，每换一次挡位都需进行一次电阻调零3如图1所示为欧姆表刻度盘，未使用时指针指A，两表笔短接时指针指B.若欧姆表的总内阻为24 ，C是A、B的中点，D是A、C的中点，则D点的刻度值为_.图1答案72解析由欧姆表原理知：Ig，当指针指D点时，电流为满偏电流的，则由得：Rx3R内72 .4如图2所示是把量程为3 mA的电流表改装成欧姆表的结构示意图，其中电池电动势E1.5 V，改装后，原来电流表3 mA刻度处的刻度值定为零位置，则2 mA刻度处应标为_，1 mA刻度处应标为_图2答案250 1 000 解析因为R内500 ，I1，2 mA，所以Rx1250 .因为I2，1 mA，所以Rx21 000 .题组二闭合电路的动态问题分析5如图3所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，当可变电阻的滑片P向b点移动时，电压表V1的读数U1与电压表V2的读数U2的变化情况是()图3AU1变大，U2变小BU1变大，U2变大CU1变小，U2变小DU1变小，U2变大答案A6在如图4所示的电路中，R1、R2、R3为固定电阻，R4为可变电阻，电流表和电压表都是理想的，电源的电动势为E，内阻为r.当R4的滑动触片向a点移动时()图4A电压表的示数变大B电压表的示数变小C电流表的示数变大D电流表的示数变小答案BD解析由题意知，R4变小，闭合电路的总电阻变小，总电流变大，内电压变大，则电压表的示数变小，而电路的总电流变大，所以R2分得的电压变小，故电流表的示数也变小，选项B、D正确7如图5所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，与分别为电压表与电流表初始时S0与S均闭合，现将S断开，则()图5A.的读数变大，的读数变小B.的读数变大，的读数变大C.的读数变小，的读数变小D.的读数变小，的读数变大答案B解析S断开，相当于电阻变大，总电流减小，故路端电压增大，的读数变大，把R1归为内阻，则R3两端的电压也增大，流过R3的电流也增大，的读数变大，选项B正确8某实物投影机有10个相同的强光灯L1L10(24 V/220 W)和10个相同的指示灯X1X10(220 V/2 W)，将其连接在220 V的交流电源上，电路如图6所示，若工作一段时间后L2灯丝烧断，则()图6AX1的功率减小，L1的功率增大BX1的功率增大，L1的功率增大CX2的功率增大，其他指示灯的功率减小DX2的功率减小，其他指示灯的功率增大答案C解析由串、并联电路的知识知，若L2灯丝烧断，电路的电阻值变大，电流变小，除X2两端电压变大外，其他电压变小，故选C.题组三综合题组9如图7所示为小灯泡的UI图线，若将该小灯泡与一节电动势E1.5 V、内阻r0.75 的干电池组成闭合电路时，电源的总功率和小灯泡的实际电功率分别接近以下哪一组数据()图7A1.5 W1.0 W B0.75 W0.5 WC0.75 W0.75 W D1.5 W0.75 W答案D解析在题图中作出电源的外电压和电流的关系图像，即U1.50.75I的图像，两图像的交点就是电源和小灯泡构成闭合回路时的路端电压和电流图像交点坐标是(1.0,0.75)，电源的总功率P总IE1.01.5 W1.5 W，灯泡的实际功率P灯UI0.75 W.10如图8所示的电路中，已知电源电动势E36 V，内阻r2 ，R120 ，每盏灯的额定功率都是2 W，额定电压也相同当S闭合，R2调到14 时，两灯都正常发光；当S断开，要使L2仍正常发光，则R2应调到何值？图8答案50 解析设所求阻值为R2，当灯L1和L2都正常发光时，加在灯两端电压为额定电压UL.当S闭合时，E1ULI1(R1rR2)，当S断开时，E2ULI2(R1rR2)，又因为E1E2E，I12I22IL(IL为额定电流)，得IL(R1r2R2R2)0，但IL0，所以R1r2R2R2，即R220 2 214 50 .11在如图9所示的电路中，电源的电动势E1.5 V，内阻r0.5 ，电流表满偏电流Ig10 mA，电流表电阻Rg7.5 ，A、B为接线柱图9(1)用一根导线把A、B直接连起来，此时，应把可变电阻R1调节为多少才能使电流表恰好达到满偏电流？(2)调至满偏后保持R1的值不变，在A、B间接入一个150 的定值电阻R2，电流表指针指着多少刻度的位置？(3)如果把任意电阻R接在A、B之间，电流表读数I与R的值有什么关系？答案(1)142 (2)5 mA(3)R1