高中物理 第4章 闭合电路欧姆定律和逻辑电路 第1节 闭合电路欧姆定律学案 鲁科版选修3-1.doc

第1节 闭合电路欧姆定律 1.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，在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。2流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成正比，跟电路中内外电阻之和成反比。3外电路电阻r增大时，电路中电流减小，路端电压增大；外电路电阻减小时，电路中电流增大，路端电压减小。电动势1电源 把其他形式的能转化为电能的装置。2电动势(1)大小等于没有接入电路时两极间的电压。(2)物理意义：表征电源把其他形式的能转化为电能的本领。 3干电池电动势为1.5 v的物理意义干电池的电动势为1.5 v，说明电荷量为1 c的电荷通过电源时，电源通过非静电力做功将1.5 j的化学能转化为电能。1电动势的理解(1)电动势由电源本身决定，与外电路无关。(2)电动势是标量，但有方向，物理学中规定方向为由负极经电源内部指向正极，即电源内部电流的方向。(3)电源的内部也有电阻(即内电阻)，当电流经电源内部时也有电压降(即内电压)。2电动势与电压的区别(1)物理含义：电压表示电阻或用电器两端的电势差，是形成电场产生电流的原因，电动势表示电源提供电能的本领，是电压产生的原因。(2)做功的实质：电压对应电场力做功，电动势对应非静电力做功。(3)能的转化：电压相关的能是把电能转化成其他形式的能；电动势相关的能是把其他形式的能转化成电能。1下列说法中正确的是()a电源的电动势实质上就是电源两极间的电压b电源的电动势在数值上等于电源两极间的电压c电源的电动势与电压的单位相同，但与电压有本质的区别 d电动势越大，电源两极间的电压一定越高解析： 电动势与电压有本质的区别，二者单位相同，只有电源与外电路断开时，两极间的电压在数值上才与电动势相等。 答案：c闭合电路欧姆定律 1.闭合电路(1)只有用导线把电源、用电器连成一个闭合电路才有电流。用电器、导线组成外电路，电源内部是内电路，内电路的电阻叫内阻。(2)在外电路中，沿电流方向电势降低，在内电路中电流从负极到正极。2闭合电路欧姆定律(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、外电阻之和成反比。(2)公式：i。(3)适用的条件为：外电路为纯电阻电路。(4)电动势与内外电压的关系：eu外u内。1闭合电路的组成 (1)闭合电路欧姆定律的表达式i只适用于外电路为纯电阻电路的闭合电路。(2)实际常用的表达式：eu外u内；u外eir。(3)特殊情况当外电路断开时，i0，内电压u内ir0，u外e。3闭合电路的能量关系(1)电源的总功率：p总peei(2)电源的内阻消耗的功率：p内i2r(3)外电路消耗的功率： p外p输出iu端p总p内eii2r(4)电源的效率：100%对于一般电路来说100%100%100%对于纯电阻电路来说 100%100%100% 2.如图411所示，电源的内阻r为2 ，r110 ，r28 ，当s连接1时，电流表的示数为0.2 a，则将s切换到2时，电流表的示数变为() 图411a0.18 ab0.20 ac0.24 a d0.26 a解析：根据闭合电路欧姆定律s连1时i1s连2时i2两式联立得i20.24 a。答案：c路端电压与外电阻的变化关系路端电压与外电阻的关系：根据uirr可知，当r增大时，路端电压u增大，当r减小时，路端电压u减小。(1)当外电路断路时，外电阻r为无穷大，i为零，ir也为零，可得ue，即外电路断路时的路端电压等于电源电动势的大小。(2)当外电路短路时，外电阻r0，此时电路中的电流最大，即im，路端电压为零。1u与外电阻r的关系由闭合电路欧姆定律ueir，又i，由此可得uer由此可见，当外电路电阻r增大时，电流i减小，路端电压u增大；反之，当外电路电阻r减小时，电路中电流i增大，路端电压u减小。2闭合电路和部分电路的ui图象的区别图412(1)两图象直线方向不同，斜率的物理意义不同。闭合电路的ui图象(如图412甲)的斜率表示电源的内阻；而部分电路的ui图象(如图乙)的斜率表示的是这段电路上的电阻。(2)从表示的内容上，闭合电路的ui图象(甲图)表示u与i的制约关系；而部分电路的ui图象(乙图)是对于固定电阻而言的，反映了ui的正比关系。(3)从物理意义上，闭合电路的ui图象(甲图)表示电动势和内阻不变，外电阻是变化的；而部分电路的ui图象(乙图)表示导体的性质，前提是电阻r保持不变。3在闭合电路中，下列叙述不正确的是()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，电路中的电流等于d当外电阻增大时，路端电压也增大解析：由公式i知a正确；当外电路断开时r，i0，由euir知ue，故b错误；当外电路短路时，r0，i，c正确；由u知当r增大时，u增大，d正确。答案：b闭合电路欧姆定律的计算 例1如图413所示的电路中，当s闭合时，电压表和电流表(理想电表)的读数分别为1.6 v和0.4 a，当s断开时，它们的示数变为1.7 v和0.3 a，则电源的电动势和内阻各为多少？ 图413审题指导解答本题时应把握以下两点：(1)明确s闭合前后r1和r2的连接方式。(2)明确电压表所测电压为路端电压。解析当s闭合时，r1和r2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得：u端1ei1r代入数据得：e1.60.4r当s断开时，只有r1接入电路，由闭合电路欧姆定律得：u端2ei2r代入数据得：e1.70.3r联立得：e2 v，r1 答案2 v1 借题发挥 解决这类问题应该充分利用题设条件，结合闭合电路欧姆定律进行列方程求解，在求解过程中要注意电流的变化，因为电流是连接内外电路的纽带。 1如图414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414a1 b2 c3 d4 解析：由闭合电路欧姆定律i，r62(r2)，解得r2 ，b正确。答案：b闭合电路的动态分析例2(2012龙岩高二检测)如图415所示，电动势为e、内阻不计的电源与三个灯泡和三个电阻相接，只合上开关s1，三个灯泡都能正常工作。如果再合上s2，则下列表述正确的是()图415a电源输出功率减小bl1上消耗的功率增大c通过r1上的电流增大d通过r3上的电流增大 思路点拨此题是一道有关闭合电路动态变化的问题，我们可以依据“先局部后整体再局部”的思路进行分析。解析电源内阻不计，其输出电压等于电动势。当闭合s2时，电路的外电阻r变小，干路电流变大，故选项c对；电源的输出功率p出，所以电源输出功率应该变大，选项a错误；因并联部分两端的电压u并eur1，闭合s2时ur1变大，所以u并变小，l1上消耗的功率变小，通过r3的电流也变小，故选项b、d错误。答案c借题发挥 对于闭合电路动态分析，一般解题思路是“先局部后整体再局部”。具体步骤可归纳为：2在图416所示的电路中，电源电动势e和内阻r恒定不变，电灯l恰好能正常发光，如果变阻器r1的滑片向b端滑动，则() a电灯l更亮，电流表的示数减小 图416b电灯l更亮，电流表的示数增大 c电灯l变暗，电流表的示数减小d电灯l变暗，电流表的示数增大解析：滑片向b滑动，r1r外iu外eirul。答案：a闭合电路的功率和效率问题例3如图417所示电路中，r18 ，电源的电动势e8 v，内阻r2 ，r2为变阻器。图417(1)要使变阻器获得的电功率最大，r2的值应是多大？这时r2的功率多大？(2)要使r1得到最大的电功率，r2的取值多大？r1的最大功率多大？这时电源的效率是多少？审题指导解此题的关键两点：(1)研究r2的最大功率时，将r1等效为内电阻；(2)研究r1的最大功率时，只需流过r1的电流最大。解析(1)把r1看成是电源内阻的一部分，这样内电阻就是(r1r)。利用电源输出功率最大的条件，可以求出：当r2r1r8 2 10 时，r2有最大的功率p2 w1.6 w(2)因为r1是定值电阻，所以流过r1的电流越大，r1的功率就越大。当r20时，电路中有最大电流i a0.8 ar1的最大功率p1i2r10.828 w5.12 w这时电源的效率80%。答案(1)10 1.6 w(2)05.12 w80%借题发挥 闭合电路中的功率分析(1)各部分功率关系分析：p电源eip外i2rp内i2r(2)电源的输出功率：p出i2rr由此可知当rr时，电源有最大输出功率p出max。(3)p出对外电阻r的函数关系图象(如图418)： 图418(4)电源的效率：可见，外电阻r越大，电源的效率越高。随堂基础巩固1下列关于电源电动势的说法中正确的是()a在某电路中每通过2 c的电量，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，其电动势一定也增大c无论内电压和外电压如何变化，电源电动势一定不变d电源的电动势越大，电源所提供的电能就越多解析：由e得e2 v，a项错误；电源电动势与内、外电路无关，只由电源自身的性质决定，则b项错误，c项正确；电源的电动势越大，所提供的电能不一定越大，它还决定于通过电源的电量，故d项不正确。答案：c2一太阳能电池板，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：电源没有接入外电路时，路端电压值等于电动势，所以电动势e800 mv，由闭合电路欧姆定律得短路电流i短，所以电源内阻r 20 ，该电源与20 的电阻器连成闭合电路时，电路中电流i ma20 ma，所以路端电压uir400 mv0.40 v，d正确。答案：d3在如图419所示的电路中，e为电源电动势，r为电源内阻，r1和r3均为定值电阻，r2为滑动变阻器。当r2的滑动触头在a端时合上开关s，此时三个电表a1、a2和v的示数分别为i1、i2和u。现将r2的滑动触头向b端移动，则三个电表示数的变化情况是() 图419ai1增大，i2不变，u增大bi1减小，i2增大，u减小ci1增大，i2减小，u增大di1减小，i2不变，u减小解析：本题考查电路结构、闭合电路欧姆定律及电阻对电路的影响。电路结构：r1、r2并联后再与r3串联，a1测通过r1的电流i1，a2测通过r2的电流i2，v测路端电压u。r2的滑动触头由a滑向b，r2阻值减小，电路总电阻减小，则总电流i增大；根据闭合电路欧姆定律知路端电压ueir，所以电压表示数u减小；r1两端电压u1uu3，而u3ir3，u3增大，所以u1减小，则i1减小，而ii1i2，所以i2增大。答案：b4如图4110所示电路中，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u14 v；当电阻箱读数为r25 时，电压表读数为u25 v。求： 图4110(1)电源的电动势e和内阻r；(2)当电阻箱r读数为多少时，电源的输出功率最大？最大值pm为多少？解析：(1)由闭合电路欧姆定律eu1r，eu2r联立以上两式并代入数据解得：e6 v，r1 (2)由电功率表达式：pr将上式变形为：p由上式可知当rr1 时p有最大值：pm9 w答案：(1)6 v1 (2)1 9 w课时跟踪训练(满分50分时间30分钟)一、选择题(本题共7小题，每小题5分，共35分)1铅蓄电池的电动势为2 v，它表示()a电路中每通过1 c的电荷量，电源把2 j的化学能转化为电能b铅蓄电池断开时其两极间的电压为2 vc铅蓄电池在1 s内将2 j的化学能转变成电能d铅蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池(电动势为1.5 v)的大解析：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。电源两极的电势差(电压)u，而e电能w，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，e蓄电池2ve干电池1.5 v，故d正确。答案：abd 2.在已接电源的闭合电路里，关于电源的电动势、内电压、外电压的关系应是()a如外电压增大，则内电压增大，电源电动势也会随之增大b如外电压减小，内电阻不变，内电压也就不变，电源电动势必然减小c如外电压不变，则内电压减小时，电源电动势也随内电压减小d如外电压增大，则内电压减小，电源的电动势始终为二者之和，保持恒定解析：已接电源的闭合电路中，电源电动势和内电压、外电压的关系为：eu外u内，e由其自身性质决定，一般不变，所以u外增大，u内减小；u外减小，u内增大，二者的和始终不变。答案：d3有两个相同的电阻r，串联起来接在电动势为e的电源上，电路中的电流为i；将它们并联起来接在同一电源上，此时流过电源的电流为4i/3，则电源的内阻为()ar br/2c4r dr/8解析：由串联电路和并联电路的特点及闭合电路的欧姆定律得ei(2rr)，ei(r)，由以上两式可得r4r。答案：c 4如图1所示，直线oac为某一直流电源的总功率p总随着电流i变化的图线，抛物线obc为同一直流电源内部的热功率pr随电流i变化的图线，若a、b两点对应的横坐标为2 a，则下面说法中错误的是() 图1a电源电动势为3 v，内阻为1 b线段ab表示的功率为2 wc电流为2 a时，外电路电阻为0.5 d电流为3 a时，外电路电阻为2 解析：i3 a时，p总ei9 w，pri2r9 w，故e3 v，r1 ，选项a正确；因i3 a时，p总pr，所以外电阻r0，选项d错误；当i2 a时，p总ei6 w，pri2r4 w，则ab段即表示输出功率p出p总pr2 w，b选项正确；i2 a时，ureir3 v2 v1 v，故rur/i0.5 ，c选项也正确。答案：d5在如图2所示的ui图像中，直线为某一电源的路端电压与电流的关系图像，直线为某一电阻r的伏安特性曲线。用该电源与电阻r组成闭合电路。由图像判断正确的是() 图2a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80 %解析：由图像知，e3 v，imax6 a，所以电源内阻r0.5 ，故a正确；与电阻r组成外电路时，则r1 ，故b正确；电源的输出功率pui，而i2 a，uir2 v，所以p4 w，故c正确。电源效率100%66.7%，故d错误。答案：abc6在如图3所示的电路中，电源电动势为e、内电阻为r，c为电容器，r0为定值电阻，r为滑动变阻器。开关闭合后，灯泡l能正常发光。当滑动变阻器的滑片向右移动时，下列判断正确的是() 图3a灯泡l将变暗 b灯泡l将变亮 c电容器c的电荷量将减小 d电容器c的电荷量不变解析：当滑动变阻器的滑片向右滑动时，变阻器r接入电路部分电阻增大，灯泡中电流减小，故变暗，b错误、a正确；电流减小，电源的内电压减小，路端电压增加，电容器两端电压变大，电容器所带电荷量增大，故c、d错误。答案：a7如图4所示，电源内阻为r