第03节研究闭合电路.doc

第三节研究闭合电路【目标导航】1、知道电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。2、理解闭合电路欧姆定律的公式，理解各物理量及公式的物理意义，并能熟练地用来解决有关的电路问题。3、理解路端电压与电流(或外电阻)的关系，知道这种关系的公式表达和图线表达，并能用来分析、计算有关问题。【基础知识疏理】1电源作用：将其他形式的能转化为_的装置。其最基本的特征是有_,正极的电势比负极的电势_,两极间存在_.不同的电源在没有接入电路时两极间的_,这个电压与电源的_在数值上是相等的.答案: 电能 两个极高电压电压不同电动势2闭合电路的欧姆定律的表达式是_,E是_,R是_,r是_.答案: 电源电动势电路的外电阻电源的内电阻3电源的外电路两端的电压叫做路端电压,路端电压_,实验结果表明_的大小有关.答案:U=E-Ir路端电压与负载4路端电压随外电阻的变化规律（1）外电阻R增大时，电流I_，外电压U_，当R增大到无限大（断路）时，I=_，U=_。（2）外电阻R减小时，电流I_，外电压U_，当R减小到零时，I=_，U=_。答案:（1）减少 增大 0 E （2）增大 减少 05电源的电动势和内阻的大小可通过实验进行测量,在实验时,有两种数据处理方法,分别是_和_.答案:计算法作图法重难点分析一、 电动势与电压的区别在哪里？又有何联系？电动势电压物理意义不同表示非静电力做功将其他形式的能转化为电能的本领表示电场力做功将电能转化为其他形式的能的本领数值大小不同数值上等于将单位电量的正电荷从电源负极移到正极非静电力所做的功数值上等于将单位电量的正电荷从导体一端移到另一端电场力所做的功决定因素不同由电源本身决定由电源及导体的电阻，导体的连接方式决定联系电路闭合：E=U内+U外；电路断开：E=U外二、固定电阻的U-I图像和闭合电路的U-I图像有什么不同？类别固定电阻的U-I图像闭合电路的U-I图像图示U/VOI/AU/VOI/AEI1意义反映某一固定电阻两端电压U随流过它的电流I的变化规律闭合电路的路端电压随流过电源的电流I的变化规律纵轴截距为电动势E，表示外电阻无穷大，断路横轴截距为短路电流，表示斜率直线的斜率表示此电阻的阻值直线斜率的绝对值表示电源的内电阻三、对闭合欧姆定律的理解1、几种表达式（1）I=适用于外电路为纯电阻的闭合电路；（2）E=U内+U外，适用于所有闭合电路；（3）U=E-Ir，适用于闭合电路通常用于判断路端电压的变化和测量电源的电动势及内阻。2、路端电压与负载的关系在分析路端电压U随外电阻R的变化关系时，首先要明确哪些量是不变的（电源电动势E和内阻r一般一变），哪些是变化的，哪个量是自变量（通常外电阻R），哪些是因变量（电流E，内电压U内，外电压U外等），其次要注意推理的逻辑顺序，并通过公式变形来帮助分析和说理。RIU，UR，I=0，U，=0，U=E（断路）RIU，UR=0，I=，U，=E，U=0（短路）如，根据由I=，U，=Ir，E=U+ U，E、r（一定）外电路电阻R+探针S2S1V2V1S方法与规律一、闭合电路欧姆定律【例1】闭合电路的欧姆定律演示过程：（1）演示装置如右图：其中，电压表V1示数为_，V2示数为_。（2）测量过程和方法：S1闭合，S、S2断开时，V1示数为_。S1、S2、S闭合，V1、V2示数分别为_、_。（3）结论改变滑动变阻器R的阻值，多测几组电压，均满足_，而U外=IR，U内=Ir ，可得E=_。答案：（1）路端电压 内电压 （2）电动势 外电压 内电压 （3）【类题演练1】手电筒里的两节干电池，已经用过较长时间，灯泡只发出很微弱的光，把它们取出来用电压表测电压，电压表示数很接近 3V ，再把它们作为一台式电子钟的电源，电子钟能正常工作，下面说法中正确的是（ ）A这两节干电池的电动势减小了很多 B这两节干电池的内电阻增加了很多C这个台式电子钟的额定电压一定比手电筒小灯泡额定电压小D这个台式电子钟正常工作时的电流一定比小灯泡正常工作时的电流小答案：BD【例2】在如图7-2-2所示的电路中，R1=2 ，R2=R3=4 ，当电键K接a时，R2上消耗的电功率为4 W，当电键K接b时，电压表示数为4.5 V，试求： (1)电键K接a时，通过电源的电流和电源两端的电压；(2)电源的电动势和内电阻；(3)当电键K接c时，通过R2的电流.【例2】解析:(1)K接a时，R1被短路，外电阻为R2，根据电 功率公式可得通过电源电流 A电源两端电压V(2)K接a时，有E=U1+I1r=4+rK接b时，R1和R2串联, R外=R1+R2=6 通过电源电流I2A这时有：E=U2+I2r=4.5+0.75 r 解式得：E=6 V r2 (3)当K接c时，R总=R1+r+R23=6 总电流I3E/R总=1 A通过R2电流II3=0.5 A 【类题演练2】如图所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，且R110，R2的阻值未知，R3是一个滑动变阻器，在其滑片从最左端滑至最右端的过程中，测得电源的路端电压U随电流I的变化图线如图所示，其中图线上的A、B两点是滑片在变阻器两个不同的端点时分别得到的。求：电源的电动势和内电阻；定值电阻R2的阻值；滑动变阻器R3的最大值；【解析】由闭合电路欧姆定律得E=U+Ir将图象中A、B两点的电压和电流代入和得E=16+0.2r E=4+0.8r 联立解得E=20V r=20当R3的滑键自左向右滑时，R3阻值变小，使电路总电阻变小，而总电流变大。由此可知，图线上的A、B两点是滑键分别位于最左端和最右端时所得到的。当滑键位于最右端时，R3=0，R1被短路，外电路总电阻即为R2，故由B点的U、I值可求出R2。R2=当滑键在最左端时，其阻值最大，并对应着图线上的A点，故由A点的U、I值可求出此时外电路总电阻，再根据串、并联电路的规律可求出R3的最大值。R总=又R总=代入数值解得滑动变阻器的最大值R3=300二、电路的动态分析【例3】如图7-2-7所示，将变阻器R0的动头P向右滑动时，分析各电表示数如何变化？ 图7-2-7【例3】解析：当变阻器动头P向右移动时，R0变小，外电路的电阻R变小，根据闭合电路欧姆定律：增大可得增大根据,可得减小，即的示数减小可得， 的示数减小流经R1的电流I1=II2，可知I1增大，而R1不变，由U1=I1R1可得，的示数增大R3上的电压即的示数减小因为R3不变，根据可得，的示数减小说明：在直流电路中的电路变换，通常是通过变阻器或开关等来实现的在研究电路变换问题时，抓住变化中的不变，是解题的关键方法总结：电路的变化分析就是根据闭合电路或部分电路的欧姆定律及串、并联电路的性质，分析电路中某一电阻变化而引起的整个电路中各部分电流、电压和功率的变化情况基本思路是“部分整体部分”，即首先从阻值变化的部分入手，由串、并联规律判知R总的变化情况，再根据闭合电路欧姆定律判知I总和U端的变化情况，最后再根据部分电路欧姆定律和串、并联的特点判知各部分电流、电压和功率的变化情况具体过程是：【类题演练3】如图7-2-8所示的电路中，当 Rl的滑动触头移动时 （ ）图7-2-8ARl电流变化量大于 R3 电流的变化量BRl电流的变化量小于R3电流的变化量 CR2电压的变化量大于路端电压的变化量DR2电压的变化量小于路端电压的变化量解析：AC 设R 、R 、R上的电流分别为 I 、I 、I 有I=I-I，I =I-I2，又I增大时，I减小，I 0，I0，即 II U =E-Ir，U=-Ir，U=E-I(R+r)，U=-I(R+r) 显然有： U2U 【类题演练4】如图7-2-15所示，当 R1的触头向右移动时，电压表V1和电压表V2的示数的变化为Ul 和U2（均取绝对值）；则Ul 和U2的大小关系为 ( ) 图7-2-15ER2R1rKV2V1AUlU2 BUlU2CUlU2 D条件不足，无法确定Ul 和U2的大小关系答案：A R1的触头右移，R1，I，Ul，U2，路端电压 U=E-Ir 减小，故UlU2三、实验探究：测定电源的电动势和内阻实验目的1、 掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法与原理。2、 学习掌握用U-I图象处理数据的方法。实验器材电压表、电流表、滑动变阻器、电池、开关和导线。实验步骤（1）电流表用0.6A量程,电压表用3.V量程,按图连接好电路.（2）把变阻器的滑动片移到使阻值最大的一端.（3）闭合开关,调节变阻器,使电流表有明显示数,记录一组数据(I、U),用同样方法测量几组I、U值,记录在自己设计的表格中.（4）打开开关,整理好器材.（5）处理数据,用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值.用作图法来处理数据,即在坐标纸上以I为横坐标,U为纵坐标,用测出的几组, I、U值画出U、I图象,如图所示,所得直线跟纵轴的交点即为电动势值,图线斜率的绝对值即为内电阻R的值.注意事项（1）为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的干电池).（2）电池在大电流放电时极化现象较严重,电动势E会明显下降,内阻R会明显增大,故长时间放电不宜超过0.3A短时间放电不宜超过0.5A,因此,实验中不要将I调得过大,读电表要快,每次读完后应立即断电.（3）测出不少于6组I、U数据,且变化范围要大些,用方程组求解,要将测出的I、U数据中,第1和第4这一组.第2和第5为一组,第3和第6为一组,分别解出E、R值再求平均值.（4）画出U-I图,要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑,这样,就可使偶然误差得到部分抵消,从而提高精确度.（5）计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点,用计算出电源的内阻.实验电路分析有如图6-1中甲、乙两种电路，现对它们分析如下：甲电路：因V的分流作用使A所测的电流小于电路的总电流而引起实验误差，要减小误差，应满足电压表内阻r.乙电路：因A的分压作用使V所测的电压小于电源的路端电压而引起实验误差，要减小误差，应满足电流表内阻r，故学生实验中采用甲电路.误差分析方法一：对甲电路(乙电路同样可分析)有，由此可得电动势和内阻的真实值 方法二：下面用图象法定性地分析电动势和内电阻的测量值与真实值的大小关系.对于一个闭合电路，其路端电压和干路电流的关系图线与纵轴(U)的交点U=E，图线斜率的绝对值即为电源的内阻，在图6-2中用虚线表示待测电源组成的闭合电路的真实的U-I图线.若采用图(甲) 所示电路，电压表测量的的确是路端电压，而电流表测量的电流即实验中的干路电流比实际干路电流小，故反映在同一U-I图中，对应同一U值，实验数据点应在真实点的左方，当U=0(理想情况)时，电压表的分流对干路电流无影响，即实验图线与实际图线在横轴上截距相等，所以可得实际图线(虚)与实验图线(实)大致如图(甲)所示，由图(甲)可明显看出.若用图(乙)所示电路，由于电流表测量的的确是干路电流，而电压表测量的电压比实际路端电压小，故而反映在同一U-I图中，对应同一I值，实验数据点应在真实点下方，但当I=0(理想情况)时，电流表的分压对路端电压无影响，即实验图线与实际图线在纵轴上截距相等，所以可得实际图线(虚)与实验图线(实)大致如图(乙)所示，由图(乙)可明显看出：.【说明】本实验是高考中的热点，主要考查对原理的理解及实验步骤和误差分析，命题不仅局限于课本上的实验要求，要注意解题方法的迁移。从近几年的高考来看，随着招生比例的增大，试题的难度相对而言有所下降，思维难度大，起点高的超难试题没有了，但同时送分题也没有了，在论述题，计算题的思维起点都不是很高，随着对物理过程研究的深入，思维难度逐步增大，因此有效的考查了学生的物理思维能力。因此抓好基本物理知识的教学仍是中学物理教学的首要任务。把握好复习节奏，适当降低起点和速度，着重学生思维能力的培养过程，以基础题训练方法，努力培养学生正确，良好的解题习惯，加强对学生复习方法，应试策略与技巧的训练和指导。例5. 测量电源的电动势E及内阻r（E约为4.5V，r约为1.5）。器材：量程为3V的理想电压表V，量程为0.5A的电流表A（具有一定内阻），固定电阻，滑动变阻器，开关K，导线若干。（1）画出实验电路原理图，图中各元件需用题目中所给出的符号或字母标出。（2）实验中，当电流表读数为时，电压表读数为；当电流表读数为时，电压表读数为，则可以求出E_，r_。（用及R表示）解析：由闭合电路欧姆定律可知，只要能测出两组路端电压和电流即可，由可得：我们可以用电压表测电压，电流表测电流，但需注意的是题给电压表的量程只有3V，而路端电压的最小值约为，显然不能直接把电压表接在电源的两端测路端电压。依题给器材，可以利用固定电阻R分压（即可以把它和电源本身的内阻r共同作为电源的等效内阻“”），这样此电源的“路端电压”的最小值约为，就可直接用电压表测“路端电压”了，设计实验电路原理图如图1所示。图1调节滑动变阻器测两组电压和电流分别代入两式，得：说明：此种方法所测E偏小，r偏小。【例6】现有器材：量程为10.0mA、内阻约3040的电流表一个，定值电阻R1=150，定值电阻R2=100 ，单刀单掷开关K，导线若干。要求利用这些器材测量一干电池（电动势约1.5V）的电动势。（1）按要求在实物图上连线。R1 R2（2）用已知量和直接测得量表示的待测电动势的表达式为= ，式中各直接测得量的意义是： .解答： （1）连图：上图只用R1接入电路；右下图用R1和R2串联接入电路。（2）待测电动势的表达式为I1是外电阻为R1时的电流， I2是外电阻为R1和R2串联时的电流.mAR1mAR2R1R1 R2测量原理： E=I1（R1+ Rg+ r） E=I2（ R1+ R2+ Rg+ r） 联立 解得注意：若只用R2接在电路中，则电流将超过电流表的量程，所以用 R1和R2串联接入电路。【类题演练5】如图是测量电源内电阻的电路，下列关于误差的说法，正确的是 ( C )A .由于电流表的分压作用，使内电阻的测量值小于真实值；B. 由于电流表的分压作用，使内电阻的测量值大于真实值；C. 由于电压表的分流作用，使内电阻的测量值小于真实值；D. 由于电压表的分流作用，使内电阻的测量值大于真实值；解： E = U + Ir ， I=(IA +U/RV) ，由于电压表的分流作用，对于每个电压值U1 ，测得的电流IA小于总电流I1，U越大，I A跟I1相差越大， 画出的图线应为虚线所示：所以内电阻的测量值小于真实值。UIU1IAI1vA过关练习1在电解液中，（1）若5 s内沿相反方向通过某截面的正、负离子的电荷量均为5 C，则电解液中的电流为_A.（2）若5 s内到达阳极的负离子和到达阴极的正离子均为5 C，则电流为_A.答案：2 1解析：（1）因为正、负离子沿相反方向移动形成的电流方向是相同的，所以q应为正、负离子电荷量大小之和,故I=（5+5）/5 A=2 A.（2）对阳极进行讨论：根据电解液导电原理可知到达阳极的电荷只有负离子，则 I=5/5 A=1 A.2关于电动势的说法，错误的是（ ) A电动势就是电压，它是内外电压之和 B电动势不是电压，但它数值上等于内外电压之和C电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量D电动势的大小与外电路的结构有关答案：AD3在如图3所示的电路中，电源的内阻r不能忽略，其电动势小于电容器C的耐压值，闭合开关S，待电路稳定后，再断开开关S，则在电路再次达到稳定后，下列说法中正确的是( )A电阻R1两端的电压增大B电容器C两端的电压减小C电容器C内的电场强度增大D电源的路端电压减小答案：C 解析：考查含容电路，含容的支路当断路，其支路上的导体当导线处理ASR3R2R1adcb图14有三个电阻串联，如图1所示，安培表是完好的，合上电键S后，发现安培表的示数为零，在不拆开电路的前提下，通过伏特表测量各连接点的电压值，可判断故障原因。伏特表测量数据为Uab=Ucd=0， Uac0，则该电路的故障原因可能是AR1断路 BR2断路 CR3断路 DR1、R2、R3均断路答案：B解析：由安培表的示数为零可知, 电路一定有某处断路。由Uab=0可知，断点可能为R2或R3；由Ucd=0可知，断点可能为R1或R2；而Ubc0，说明R1、R3均不可能断开，故断路处一定是R2图7-2-175如图7-2-17所示电路中，A、B、C、D 是四只相同的电灯，当滑动变阻器的滑片向下滑动时，下列说法正确的是 （ ）AA 灯变亮 BB 灯变亮CC 灯变亮DD 灯变亮答案 BD P 向下滑动，R 减小，总电阻减小，总电流增大，路端电压 U=E-Ir减小， A 灯变暗，IA 减小，IB 增大，B 灯变亮，UB增大，Uc =U-UB减小，C 灯变暗，Ic 减小ID =IB -IC 增大，D 变亮能力提高6如图所示，R2为定值电阻，A、B是两个小灯泡，当滑动变阻器R1触点向下滑动时,两灯的亮度变化情况是：( )AA灯变亮,B灯变亮；BA灯变暗,B灯变亮；CA灯变暗,B灯变暗；DA灯变亮,B灯变暗。 分析：题中滑动变阻器触点向下滑动，滑动变阻器接入电路的有效阻值增大，所以R总增大，使得总电流I总减小，路端电压U总增大，即UA增大，所以A灯变亮，IA变大；又因为A灯和左边电路的关系是并联关系，分析电流有：流过R2的电流I2=I总-IA ，所以I2减小，U2减小；又R2和R1、B灯串联，分析电压：UB=U总-U2 ，U总增大，U2减小，所以UB增大，即得B灯变亮。故正确答案是A。这类分析相对比较清晰，只需要抓住一点：串联结构分析电压，并联结构分析电流，问题自然迎刃而解。7如图所示,设电表内阻对电路的影响不计，外电阻R1R2R3.若把电流表和电压表位置对换，则A.电流表读数为零B.电压表读数为零C.电流表读数不为零D.电压表读数不变答案：BC解析：由于电表均为理想的，故当两表位置对换后，R2、R3、电压表均被电流表短路，则电路中总电阻减小，总电流增大.8若将两个电源的U-I关系图象画在同一直角坐标系上，如图所示，由图象可得出正确的结论是A.电动势E1=E2，内阻r1r2C.发生相同电流变化，电源1的路端电压变化较大D.发生相同电流变化，电源2