高中物理第二章电路第三节研究闭合电路教学案粤教版.docx

第三节 研究闭合电路1.电源的电动势数值上等于不接用电器时电源正负两极间的电压。2闭合电路欧姆定律I3电源电动势E 等于U外和U内之和，即EU外 IRIr。4路端电压随外电阻的增大而增大。电源电动势和内阻不随外电阻的变化而变化。5在电源的UI图像中，图线与纵轴的交点即为电源的电动势，与横轴的交点是短路电流，直线的斜率即为电源的内阻。一、电动势闭合电路的欧姆定律1电动势(1)电源外部的电路叫做外电路，外电路上的电阻称为外电阻。电源内部的电路叫做内电路，内电路上的电阻即电源的电阻称为内电阻。(2)电源的电动势数值上等于不接用电器时电源正负两极间的电压。(3)电动势的单位与电压的单位相同，也是伏特。2闭合电路的欧姆定律(1)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。(2)公式：I。(3)电源的电动势E等于U外和U内之和，即EU内U外。二、路端电压跟负载的关系1路端电压跟负载的关系式：UEIr，而I。图2312当外电阻增大时，电路中的电流减小，路端电压增大。当外电阻减小时，电路中的电流增大，路端电压减小。3路端电压U与电流I的关系图像如图231所示，可知(1)图线是一条向下倾斜的直线。(2)路端电压U随着电流I的增大而减小。三、测量电源的电动势和内阻1实验目的(1)知道测量电源电动势和内阻的实验原理，进一步理解电源路端电压随电流变化的关系。(2)学会根据图像合理外推进行数据处理的方法。(3)尝试进行电源电动势和内电阻测量误差的分析，了解测量中减小误差的办法。2实验原理实验的电路如图232所示，实验原理是闭合电路的欧姆定律。图2323实验器材待测电池一节，电流表(00.6 A)、电压表(03 V)各一块，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干。4实验步骤(1)确定电流表、电压表的量程，按原理图连接好电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端。(2)闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数。(3)同样的方法，依次记录多组U、I值。(4)断开开关S，拆除电路。(5)以U为纵轴，I 为横轴，将记录的电压、电流值标在坐标图上，过这些点作一条直线，根据纵轴截距求出电动势，根据斜率大小求出内电阻。5数据处理为减小测量误差，本实验常选用以下两种数据处理方法：(1)公式法利用依次记录的多组数据(一般6组)，分别记录如表所示：实验序号123456I/AI1I2I3I4I5I6U/VU1U2U3U4U5U6分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值E，r作为测量结果。(2)图像法把测出的多组U、I 值，在UI 图中描点画图像，使UI 图像的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧，如图233所示，由UEIr 可知：图233纵轴截距等于电源的电动势E，横轴截距等于外电路短路时的电流Im。直线斜率的绝对值等于电源的内阻r。6误差分析(1)偶然误差主要来源于电压表和电流表的读数以及作UI 图像时描点不准确。(2)系统误差主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些。U 越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在UI 坐标系中表示出来，如图234所示，可见E测E真，r测r。2利用伏阻法测量电源电动势和内阻 (1)实验原理：伏阻法指用电压表V和电阻箱R组合测E、r的方法，设计实验原理图如图2315所示。根据EUr，测出两组电阻箱不同值及其对应的电压，即有EU1，EU2，可解得E和r，式中U1、U2是电阻箱分别取R1和R2时电压表读数。图2315(2)数据处理公式法：多测几组R、U值由EUr解得每两组R、U值对应的E、r值，最后求E、r的平均值。图像法：由闭合电路欧姆定律EUr，在该关系式中，E和r为常量，U和R为变量，式子变形得，可见是的一次函数，图像为一条直线，直线的斜率为k，截距b。由此解得E，r。图2316(3)误差分析：该接法的误差是由于电压表的分流引起的，所以电压表内阻越大误差越小。经分析，该接法所测的电动势E和内阻r都比真实值偏小。即E测E，r测r。1在用电压表和电流表测电池的电动势和内阻的实验中，所用电压表和电流表的内阻分别为1 k和0.1 ，图2317中甲、乙为实验原理图及所需器件图。(1)在图中画出连线，将器件按原理图连接成实验电路。图2317(2)一位同学记录的6组数据见下表，试根据这些数据在图2317丙中画出UI图像，根据图像读出电池的电动势E_V，求出电池内阻r_。I(A)0.120.200.310.320.500.57U(V)1.371.321.241.181.101.05(3)若不作出图线，只选用其中两组U和I的数据，用公式EUIr列方程求E和r，这样做可能得出误差很大的结果，其中选用第_组和第_组的数据，求得E和r误差最大。解析：(1)按照实验原理图将实物图连接起来，如图甲所示。(2)根据U、I数据，在方格纸UI坐标上找点描迹。如图乙所示，然后将直线延长，交U轴于U11.46 V，此即为电源电动势；交I轴于I0.65 A，注意此时U21.00 V，由闭合电路欧姆定律得I，则r0.71 。(3)由图线可以看出第4组数据点偏离直线最远，若取第3组和第4组数据列方程组求E和r，相当于过图中3和4两点作一直线求E和r，而此直线与所画的直线偏离最大，所以选用第3组和第4组数据求得的E和r误差最大。答案：(1)见解析(2)1.460.71(3)342一课外小组同学想要测量一个电源的电动势及内阻。准备的器材有：电流表(0200 mA，内阻是12 )，电阻箱R(最大阻值9.9 )，一个开关和若干导线。(1)由于电流表A的量程较小，考虑到安全因素，同学们将一个定值电阻和电流表并联，若要使并联后流过定值电阻的电流是流过电流表的电流的2倍，则定值电阻的阻值R0_。(2)设计的电路图如图2318甲所示。若实验中记录电阻箱的阻值R和电流表的示数I，并计算出，得到多组数据后描点作出R图线如图乙所示，则该电源的电动势E_V，内阻r_。图2318解析：(1)由题意可知，设通过电流表的电流为I，则通过电阻R0的电流为2I；则R0RA6 。(2)R0与RA并联后的电阻为R1 4 ，根据全电路欧姆定律：E3I(RR1r)，变形可得：R(4r)；由图线可知：4r6，则r2 ，E6 V。答案：(1)6(2)621(多选)以下说法中正确的是()A电源的作用是维持导体两端的电压，使电路中有持续的电流B在电源内部正电荷能从负极到正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力C静电力与非静电力都可以使电荷移动，所以本质上都是使电荷的电势能减少D静电力移动电荷做功电荷电势能减少，非静电力移动电荷做功电荷电势能增加解析：选AD电源的作用是维持导体两端的电压，使电路中有持续的电流，故A正确；在电源内部正电荷能从负极到正极是因为电源内部既存在非静电力，又存在静电力，故B错误；静电力与非静电力都可以使电荷移动，静电力移动电荷做功电荷电势能减少，非静电力移动电荷做功电荷电势能增加，故C错误，D正确。2(多选)铅蓄电池的电动势为2 V，这表示()A电路中每通过1 C电量，电源把2 J的化学能转变为电能B蓄电池断开时两极间的电压为2 VC蓄电池能在1 s内将2 J的化学能转变成电能D蓄电池将化学能转变成电能的本领比一节干电池(电动势为1.5 V)的大解析：选ABD根据电动势的定义和表达式E，非静电力移动1 C电荷量所做的功WqE12 J2 J，由功能关系可知有2 J的化学能转化为电能，A正确，C错误。电源两极的电势差(电压)U，而EpW，即UqEq，所以UE2 V，B正确。电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量，因E蓄电池2 VE干电池1.5 V，故D正确。3电池容量就是电池放电时能输出的总电荷量，某蓄电池标有“15 Ah”的字样，则表示()A该电池在工作1 h后达到的电流为15 AB该电池在工作15 h后达到的电流为15 AC电池以1.5 A的电流工作，可用10 hD电池以15 A的电流工作，可用15 h解析：选C电池上“15 Ah”是表示电池蓄存的电荷量数值，即q15 Ah15 A1 h1.5 A10 h，故C对，A、B、D均错。4“神舟”系列飞船的发射、回收成功，标志着我国载人航空航天技术达到了世界先进水平。飞船在太空飞行时用太阳能电池供电，太阳能电池由许多片电池板组成。某电池板开路电压是800 mV，短路电流为40 mA，若将该电池板与阻值为20 的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是()A0.10 VB0.20 VC0.30 V D0.40 V解析：选D开路电压等于电源电动势，所以E800 mV，短路电流时R外0，故内阻r20 。电池板与20 电阻器串联时I A20 mA，故路端电压UEIr(0.800.0220)V0.4 V，D正确。5用电压表、电流表测定a、b两节干电池的电动势Ea、Eb和内电阻ra、rb时，画出的图线如图1所示，则()图1AEaEb，rarbBEaEb，rarbCEaEb，rarbDEaEb，rarb解析：选A由图可知，a与纵轴交点大于b与纵轴的交点，故a的电动势大于b的电动势，故EaEb；图像的斜率表示电源的内电阻，由图可知，图像的斜率a的较大，故内电阻rarb；故选A。6如图2所示电路中，当滑动变阻器R2的滑片P向上端a滑动时，电流表A及电压表V的示数的变化情况是()图2A电流表A示数增大，电压表V示数增大B电流表A示数增大，电压表V示数减小C电流表A示数减小，电压表V示数增大D电流表A示数减小，电压表V示数减小解析：选C该电路图是串联电路，电压表测量滑动变阻器两端的电压，电流表测量干路电流，当滑动变阻器R2的滑片P向上端a滑动时，滑动变阻器连入电路的电阻增大，所以电路总电阻增大，故电路路端电压增大，电路总电流减小，通过R1的电流减小，则R1两端的电压减小，而路端电压是增大的，所以滑动变阻器两端的电压增大，即电压表示数增大，故C正确。7如图3所示，已知C6 F，R15 ，R26 ，E6 V，r1 ，开关S原来处于断开状态，下列说法中正确的是()图3A开关S闭合瞬间，电流表的读数为0.5AB开关S闭合瞬间，电压表的读数为5.5 VC开关S闭合经过一段时间，再将开关S迅速断开，则通过R2的电荷量为1.8105 CD以上说法都不对解析：选C开关S闭合瞬间，电容器充电，接近于短路状态I A1 A。电压UIR15 V5.5 V，故A、B错。开关闭合一段时间后，电容器相当于断路I A0.5 A。此时电容器上电荷量QCU2CIR261060.56 C1.8105 C。断开开关S后，电荷量Q经R2释放，故C正确。8.如图4所示是某电源的路端电压与电流的关系图像，下面结论正确的是()图 4A电源的电动势为6.0 VB电源的内阻为12 C电源的短路电流为0.5 AD电流为0.3 A时的外电阻是12 解析：选A因电源的UI图像纵轴坐标并不是从零开始，故纵轴上的截距虽为电源的电动势，即E6.0 V，但横轴上的截距0.5 A并不是电源的短路电流，且内阻应按斜率的绝对值计算，即r 2 。由闭合电路欧姆定律可得电流I0.3 A时，外电阻Rr18 。9.如图5所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部。闭合开关S，小球静止时受到悬线的拉力为F。调节R1、R2，关于F的大小判断正确的是()图5A保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变大B保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变小C保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变大D保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变小解析：选B分析电路可知R1的作用相当于导线，R2增大时，R0两端的电压变小，所以两板间的电压变小，场强变小，电场力变小，绳子上的拉力F等于重力与电场力的合力，而重力不变，电场力变小，其合力变小，绳上的拉力F变小，B正确。10某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内电阻，使用的器材还包括定值电阻(R05 )一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图6甲所示。图6(1)在图乙的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接。(2)请完成下列主要实验步骤：A检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图丙所示，读得电阻值是_；B将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49 V；C将开关S2_，电压表的示数是1.16 V；断开开关S1。(3)使用测得的数据，计算出干电池的内电阻是_(计算结果保留两位有效数字)。(4)由于所用电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实际值偏_(选填“大”或“小”)。解析：(1)按电路图由电源“”极出发依次连接实物，先连接干路再连接支路。(2)由图丙读得电阻箱阻值为R20 ；将S1闭合、S2断开，电压表示数为电源电动势，E1.49 V；将S2再闭合，电压表示数为R两端电压。将电压表视为理想电表，则干路电流I A0.058 A。(3)因为I，所以rR0R520 0.69 。(4)若考虑电压表的内阻，则S1闭合、S2断开时，电压表示数为该表两