【志鸿优化设计】（江苏专用）高考物理 第七章恒定电流第二节闭合电路及其欧姆定律教学案.doc

第二节闭合电路及其欧姆定律一、电源电动势及内阻1电源电源是把负电荷从正极搬到负极的一种装置；从能的转化角度看，电源是_的装置。2电源的电动势表征电源_的本领，在数值上等于在电源内部把1库仑的正电荷从负极移到正极非静电力做的功或电源没有接入电路时两极间的电压。电动势由电源自身的非静电力的特性决定，与电源体积大小无关，与外电路无关。3内阻电流通过电源内部时也受阻碍作用，阻碍的强弱用_表示。电池用久后，r会_。二、闭合电路欧姆定律1内容闭合电路里的电流跟电源的_成正比，跟内、外电路的_成反比。2公式_，变形后也可以写成eirir或eu外u内。3适用条件外电路为纯电阻电路。三、路端电压1定义外电路两端的电压即电源的输出电压，ueir。2与外电阻的关系当外电路总电阻r增大时，由i知，总电流i_，由ueir知，路端电压u_。如图所示为ur图象。四、电源的ui图象1定义电源的输出电压与输出电流的变化关系图线。由ueir可画出ui关系图线如图所示。2规律（1）当电路断路即i0时，纵轴上的截距为_；（2）当电路短路即u0时，横轴上的截距为_；（3）图线斜率的绝对值为电源的_；（4）图线上任一点对应的u、i比值为相应外电路的电阻。1下列关于电源电动势的说法中正确的是（）a在某电源的电路中，每通过2 c的电荷量，电源提供的电能是4 j，那么这个电源的电动势是0.5 vb电源的路端电压增大时，其电源的电动势一定也增大c无论内电压和外电压如何变化，其电源的电动势一定不变d电源的电动势越大，电源所能提供的电能就越多2如图所示电路中，电源电动势e9 v、内阻r3 ，r15 。下列说法中正确的是（）a当s断开时，uac9 vb当s闭合时，uac9 vc当s闭合时，uab7.5 v，ubc0d当s断开时，uab0，ubc03两个相同的电阻r，当它们串联后接在电动势为e的电源上，通过一个电阻的电流为i；若将它们并联后仍接在该电源上，通过一个电阻的电流仍为i，则电源的内阻为（）a4r br c d无法计算4易错辨析：请你判断下列表述的正确与否，对不正确的，请予以更正。（1）因为电动势和电压单位一样，所以电动势就是电压。（2）电压表接在电源正负极间，测的是电源的内电压。（3）含有电容器的电路在电路稳定时，电容器位置处于断路状态。（4）电源的ui图线与横轴上的截距总是短路电流。（5）电源相同时，并联的电路越多，总电阻越小，消耗电功率越大。一、两个ui图象的比较自主探究1在如图所示的ui图象中，直线为某一电源的路端电压与电流的关系图象，直线为某一电阻r的ui图线。用该电源直接与电阻r相连组成闭合电路，由图象可知（）a电源的电动势为3 v，内阻为0.5 b电阻r的阻值为1 c电源的输出功率为4 wd电源的效率为50%自主探究2某白炽灯泡的伏安特性曲线如图甲所示。当将该灯泡接在电源电动势e80 v，内阻r100 的电源两端时（如图乙所示），求：甲乙（1）该灯泡的实际功率和实际电阻；（2）若将这样两个完全相同的灯泡串联起来接在这个电源上，求每个灯泡的实际功率和实际电阻。思考1：自主探究1中图线与纵轴的交点、与横轴的交点各表示什么含义？思考2：自主探究1中两图线的斜率各有什么物理意义？思考3：自主探究1中两图线交点坐标的乘积有什么含义？思考4：解决非线性问题的基本方法是什么？如何操作？归纳要点电源ui图象与电阻ui图象的区别。图象上特征物理意义电源ui图象电阻ui图象图象表述的物理量变化关系电源的路端电压随电路电流的变化关系电阻的电流随电阻两端电压的变化关系图线与坐标轴交点与纵轴交点表示电源电动势，与横轴交点表示电源短路电流过坐标轴原点，表示没有电压时通过电阻的电流为零图线上每一点坐标的乘积ui表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率图线上每一点对应的u、i比值表示外电阻的大小，不同点对应的外电阻大小不同每一点对应的比值表示此电阻的大小图线的斜率内电阻r的相反数表示电阻大小二、闭合电路的几个功率自主探究3如图所示，e=6 v，r=4 ，r1=2 ，r2的变化范围是010 。求：（1）r2等于多少时，电源的输出功率最大，此时电源的最大输出功率是多少？（2）r1上消耗的最大功率；（3）r2上消耗的最大功率。思考1：闭合电路中有哪几种功率，它们间的关系是怎样的？思考2：若外电路是纯电阻电路，则输出功率和外电阻间有什么关系？思考3：电源的效率如何求？输出功率最大时，电源的效率最大吗？归纳要点1在闭合电路中，电源将其他形式的能转化为电能，其转化功率为pei，对纯电阻电路，其中一部分消耗在电源内部（i2r），另一部分提供给外电路（i2r）。2在进行功率计算时，根据需要可以把与电源串联的电阻r1视为内阻，建立一等效电源，其电动势不变，内阻rrr1，这样可以为解题带来很大的方便。命题研究一、闭合电路的动态分析【题例1】如图，e为内阻不能忽略的电池，r1、r2、r3为定值电阻，s0、s为开关，v与a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（）av的示数变大，a的示数变小bv的示数变大，a的示数变大cv的示数变小，a的示数变小dv的示数变小，a的示数变大思路点拨：s断开时引起总电阻的变化，干路电流和路端电压随之变化，再回到部分，电压和电流也会变化，即采用局部到整体再到局部的思路逐步分析即可。解题要点：规律总结电路动态分析的方法对电路动态分析问题，首先要弄清一点，不论电路如何变化，电源的电动势、电源的内阻不变。处理这类题目时，必须认清外电路电阻是自变量，根据闭合电路欧姆定律，判断电压、电流的变化。常见的方法如下：1程序法：基本思路是“局部整体局部”，即从阻值变化的部分入手，由串、并联规律判断总电阻的变化情况，再由闭合电路欧姆定律分析总电流i和路端电压u的变化情况，最后由部分电路欧姆定律判断各部分电路物理量的变化情况，分析解答这类习题的一般步骤是：（1）确定外电路电阻r如何变化，根据闭合电路欧姆定律i，确定电路的总电流如何变化。（2）由u内ir，确定电源的内电压如何变化。（3）由ueir，确定路端电压如何变化。（4）由部分电路欧姆定律、串联电路的分压规律和并联电路的分流规律确定某一支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化。2此类题目还可用“串反并同”规律判断。所谓“串反”，即某一电阻增大（减小）时，与它串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小（增大）。所谓“并同”，即某一电阻增大（减小）时，与它并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大（减小）。3极限法：即因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个极限去讨论。命题研究二、含电容器电路的分析与计算【题例2】如图所示，电源电动势e=6 v，内阻r=1 ，外电路中电阻r1=2 ，r2=3 ，r3=7.5 ，电容器的电容c=4 pf。开始时开关s断开，从开关合上到电路稳定的过程中，通过电流表的电荷量是多少？思路点拨：画出闭合前后电流的流向图，找到电容器电压与电路中哪部分电压相等，分析极板带电性是解题的要点。解题要点：规律总结含电容器电路的分析方法（1）电路的简化：不分析电容器的充、放电过程时，把电容器处的电路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置处补上。（2）电路稳定时电容器的处理方法：电路稳定后，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，即电阻不起降低电压的作用，电容器跟与它并联的用电器的电压相等。（3）电压变化带来的电容器的变化：电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电。若电容器两端电压升高，电容器将充电；若电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。（4）电容器带电量的计算：在计算出电容器的带电荷量后，必须同时判定两板的极性，并标在图上，从而能进一步求电容器所带电荷量的变化量。命题研究三、电路故障的分析【题例3】用电压表检查如图所示电路中的故障，闭合开关s后，测得uad5.0 v，ucd0 v，ubc0 v，uab5.0 v，则此故障可能是（）al断路 br断路 cr断路 ds断路思路点拨：根据电压表的示数情况判断。若电压表示数为零，则外电路断路；若电压表示数不为零，则外电路是通路。解题要点：规律总结电路故障的分析方法（1）仪器检测法断点故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压时，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则该路段电路中有断点。短路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压时，再逐段与电路并联，当电压表示数为零时，该电路被短路；当电压表示数不为零时，则该电路不被短路或不完全被短路。（2）排除法：如果电路发生某种故障，寻求故障发生在何处时，可将整个电路划分为若干部分；然后逐一假设某部分电路发生故障，运用电路规律进行正向推理，推理结果若与题干中所述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路；若推理结果与题干中所述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路，直到找出发生故障的全部可能为止。1在如图所示的闭合电路中，当滑片向右移动时，两电表读数的变化是（）aa变大，v变大 ba变小，v变大ca变大，v变小 da变小，v变小2（2012福州模拟）将电阻r1和r2分别接到同一电池组的两极时消耗的电功率相同。电池组向两个电阻供电时的电流分别是i1和i2，电池组内阻消耗的功率分别是p1和p2，电池组的效率分别是1和2，电阻两端的电压分别是u1和u2。若已知电流i1i2，则有（）ar1r2 bu1u2 c12 dp1p23如图所示，一只玩具电动机用一节干电池供电，闭合开关s后，发现电动机转速较慢，经检测，电动机性能完好；用电压表测a与b间电压，只有0.6 v；断开开关s，测得a与b间电压接近1.5 v，电动机转速较慢的原因是（）a开关s接触不良 b电动机接线接触不良c电动机两端接线短路 d电池过旧，内阻过大4（2012南京模拟）如图所示的电路中，r13 ，r26 ，r31.5 ，c20 f，当开关s断开时，电源的总功率为2 w；当开关s闭合时，电源的总功率为4 w，求：（1）电源的电动势和内电阻；（2）闭合s时，电源的输出功率；（3）s断开和闭合时，电容器所带的电荷量各是多少？参考答案基础梳理自测知识梳理一、1将其他形式的能转化为电能2非静电力做功3内阻r变大二、1电动势电阻之和2i三、2减小增大四、2（1）电源电动势（2）短路电流（3）内电阻基础自测1c解析：电动势e v2 v，a错误；电源的电动势与外电路无关，只有电源本身的性质判定，则b错误，c正确；电源的电动势大，所提供的能量不一定大，电源提供的电能取决于通过电源的电量与电动势的乘积，d错误。2ac3b解析：当两电阻串联接入电路中时i，当两电阻并联接入电路中时i，由以上两式可得：rr，故选项b正确。4答案：（1）错误，电源的电动势是表征电源非静电力做功的本领，电压表征电场力做功的本领。（2）错误，电压表接在电源正负极间，测的是电源的外电压（路端电压）。（3）正确。（4）错误，只有外电压为零时，即纵轴坐标为零时，电源的ui图线与横轴上的截距才是短路电流。（5）正确。核心理解深化【自主探究1】abc解析：由图线可知，电源的电动势为3 v，内阻为r0.5 ，由图线可知，电阻r的阻值为1 ，与电阻r相连组成闭合电路的电流为i2 a，路端电压uir2 v（可由图读出），电源的输出功率为pui4 w，电源的效率为100%66.7%，故选项a、b、c正确，d错误。【自主探究2】答案：（1）16 w100 （2）7.8 w67.6 解析：（1）由于灯泡的电阻随电压变化而呈非线性变化，所以不能应用闭合电路的欧姆定律直接计算灯泡的实际功率和电阻。当把灯泡和电源连接后，由于灯泡两端的电压和流过的电流等于路端电压和流过电源的电流，所以可以把电源的ui线和灯泡的ui线画在同一坐标系中，两个图线的交点就是灯泡的“工作点”。电源的ui线的函数式为ueir即：u80 v100 i，在图甲中画出u80 v100 i图线，如图丙所示，图线交点显示该白炽灯泡的实际电压为40 v，实际电流为0.40 a。所以该白炽灯泡的功率和实际电阻分别为pui400.40 w16 wr 100 。丙丁（2）和一个灯泡相比，两个灯泡串联时，当通过相同的电流时，两个灯泡两端的电压是原来的2倍。因此可画出两个灯泡串联时的ui线，即过点（0,0）、（20,0.2）、（40,0.3）、（80,0.4），如图丁所示，显然，从图丁中图线的交点可以发现：两个灯泡两端的总电压约为46 v，每个灯泡两端的电压约为23 v，通过两个灯泡的电流均为0.34 a。所以每个灯泡的功率和每个灯泡的电阻分别为pu1i230.34 w7.8 wr 67.6 。提示：1图线与纵轴的交点表示电源的电动势，与横轴的交点表示短路电流。2图线的斜率表示电源内电阻的相反数，图线的斜率表示电阻的大小。3两图线交点坐标的乘积表示电源的输出功率，也表示电阻消耗的功率。4基本方法是图解法，即把电源和负载的ui图线画在同一坐标系中，图线的交点即负载的“工作点”，负载的电压和电流可求，其他的量也可求。【自主探究3】答案：（1）2 2.25 w（2）2 w（3）1.5 w解析：（1）r22 时，外电阻等于内电阻，电源输出功率最大为pmax2.25 w。（2）r1是定值电阻，电流越大功率越大，所以r20时r1上消耗的功率最大为p12r12 w。（3）把r1也看成电源的一部分，等效电源的内阻为6 ，所以，当r26 时，r2上消耗的功率最大为p22r21.5 w。提示：1电源的总功率p总eiu外iu内iuii2r；电源的输出功率p出iuiei2r；电源内部的热功率p热i2r。关系为p总p出p热。2对于外电路是纯电阻的电路，电源输出功率puii2r2rr。电源输出功率随外电路电阻变化关系如图所示（1）rr时，输出功率有极大值，pmax。（2）一个输出功率（除最大功率外）p对应于两个不同的外电阻r1和r2，且r。（3）当rr时，r增加，p增加；当rr时，r增加，p减小。3电源的效率：100%100%，若为纯电阻电路，效率还可表示为100%，r增大时，提高；当输出功率最大（rr）时，电源的效率为50%，此时电源的效率不是最大。考向探究突破【题例1】b解析：解法一：当s断开时，外电阻变大，总电流i变小，路端电压u外变大，所以电压表的示数变大；总电流变小，电阻r1上的电压u1减小，而路端电压变大，则电阻r3上的电压变大，所以电流表的示数变大。所以b项正确。解法二：s断开，相当于电阻变大，电流表a和电压表v都和s所在支路并联，根据“串反并同”，a、v示数都变大，故b正确。【题例2】答案：1921011 c解析：开关s断开时，电容器并联在电阻r2两端；开关