高中物理《闭合电路欧姆定律》学案6 新人教版选修3-1.doc

同步导学第2章、第07节 闭合电路欧姆定律【知能准备】1.内、外电路： 、导线组成外电路， 是内电路。在外电路中，沿电流方向电势 。2.闭合电路的电流跟电源电动势成 ，跟内、外电路的电阻之和成 。这个结论叫做闭合电路欧姆定律。3.电动势和电压：断路时的路端电压 电源电动势；闭合电路中，电动势等于 电势降落之和。【同步导学】1.路端电压U随外电阻R变化的讨论电源的电动势和内电阻是由电源本身决定的，不随外电路电阻的变化而改变，而电流、路端电压是随着外电路电阻的变化而改变的：有：（1）外电路的电阻增大时，I减小，路端电压升高；（2）外电路断开时，R=，路端电压U=E;（3）外电路短路时，R=0，U=0，I= (短路电流)，短路电流由电源电动势和内阻共同决定，由于r一般很小，短路电流往往很大，极易烧坏电源或线路而引起火灾.例1 有电路如图所示，R1=3000，VA是内阻为6000 的电压表，VB是内阻为3000的电压表。已知：S1断开、S2接到A时，电压表读数是4 V；S1接通、S2接到A时，电压表读数是8 V；S1接通、S2接到B时，电压表读数是7.5 V.求R的值.（例1）解析：设电源电动势为E，内阻为r.R1与RA的并联总电阻为RA1=2000，R1与RB的并联总电阻为R1=1500.当S1断开、S2接A时，根据分压原理有当S1接通、S2接到A时，R被短路，同理有当S1接通、S2接到B时，同理还有由和式可得：E=10 V，R2r=500 ，然后代入式可得R=2500 . 2.路端电压与电流的关系闭合电路欧姆定律可变形为U=E-Ir，E和r可认为是不变的，由此可以作出电源的路端电压U与总电流I的关系图线，如图所示.依据公式或图线可知：（1）路端电压随总电流的增大而减小（2）电流为零时，即外电路断路时的路端电压等于电源电动势E.在图象中，UI图象在纵轴上的截距表示电源的电动势（3）路端电压为零时，即外电路短路时的电流I=.图线斜率绝对值在数值上等于内电阻（4）电源的UI图象反映了电源的特征（电动势E、内阻r)例2 如图所示，图线a是某一蓄电池组的伏安特性曲线，图线b是一只某种型号的定值电阻的伏安特性曲线若已知该蓄电池组的内阻为2.0，则这只定值电阻的阻值为_。现有4只这种规格的定值电阻，可任意选取其中的若干只进行组合，作为该蓄电池组的外电路，则所组成的这些外电路中，输出功率最大时是_W。（例2）解析：由图象可知蓄电池的电动势为20V，由斜率关系知外电阻阻值为6。用3只这种电阻并联作为外电阻，外电阻等于2，因此输出功率最大为50W。例3 在图（A）所示的电路中，电源电动势E=8 V，内阻一定，红、绿灯的电阻分别为Rr=4 ,Rg=8 ，其他电阻R1=4 ，R2=2 ，R3=6 ，电压表读数U0=6.0 V，经过一段时间发现红灯变亮，绿灯变暗.问：（1）若电压表读数变为U1=6.4 V，试分析电路中R1、R2、R3哪个电阻发生了断路或短路故障？（2）若红灯变亮，绿灯变暗而电压表读数变为U2=5.85 V，试分析电路中R1、R2、R3哪个电阻发生了断路或短路故障.（例3）解析： 这个电路较为复杂，先将它等效变换成串、并联明显的电路如图（B）所示，再进行分析.问题（1）中电压表读数变大可知路端电压增大，说明外电阻增大，即电阻发生断路；又红灯变亮、绿灯变暗说明红灯所处部分电阻增大，即RAB变大.由于只有一个电阻，即为R1断路.由问题（2）知路端电压减小，说明外电阻减小，即电阻发生短路；又红灯变亮，绿灯变暗，说明绿灯所在处的那部分电路电阻减小了，即RBC减小，故R2、R3中必有一个短路，究竟是哪一个？在没有其他测试条件下可通过计算求得：电池内阻 r= =2 再求出RBC，解得RBC=3.4 ，判断为R2短路.3.闭合电路中的电功率和电源的效率闭合电路的欧姆定律就是能的转化和守恒定律在闭合电路的反映.由E=UU可得EI=UI+UI或EIt=UIt+UIt（1）电源的总功率：P=EI=I（U+U)若外电路是纯电阻电路，还有P=I2（R+r)= (2)电源内部消耗的功率：P内=I2r=UI=(3)电源的输出功率：P出=P总-P内=EI-I2r=UI若外电路为纯电阻电路，还有P出=I2R（4）电源的效率：（最后一个等号只适用于纯电阻电路）电源的输出功率，可见电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示，而当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，为。例4 在图所示电路中，电源直流发电机E=250 V，r=3，R1=R2=1，电热器组中装有50只完全相同的电热器，每只电热器的额定电压为200 V，额定功率为1000 W，其他电阻不计，并且不计电热器电阻随温度的变化.问：（例4） (1)当接通几只电热器时，实际使用的电热器都能正常工作?(2)当接通几只电热器时，发电机输出功率最大?(3)当接通几只电热器时，电热器组加热物体最快?(4)当接通几只电热器时，电阻R1、R2上消耗的功率最大?(5)当接通几只电热器时，实际使用的每只电热器中电流最大?解答：不计用电器电阻随温度的变化，则每只电热器的电阻R0=0，每只电热器的额定电流I0=A=5 A(1)要使用电器正常工作，必须使电热器两端的实际电压等于额定电压200 V，因此干路电流I=A=10 A而每只电热器额定电流为5 A，则电热器的只数n1=2.(2)要使电源输出功率最大，必须使外电阻等于内电阻，由此可得电热器总电阻为R=r(R1R2)=3（11）=1 故有 n2=40.(3)要使电热器组加热物体最快，就必须使电热器组得到的电功率最大.有的同学错误地认为电热器接得越多，总功率越大.这是没有考虑到外电阻的变化会影响电源输出功率的变化.这里，要注意到A、B两点间得到最大功率的条件，相当于把R1、R2视为等效(电源)内电阻，要使电热器的总功率最大，必须使其总电阻为R=R1R2r =（113） =5 所以n3=8.(4)要使R1、R2上消耗功率最大，必须使通过它们的电流为最大，由此电路中总电阻必须最小.即当50只电热器全接通时，可满足要求.所以n4=50.(5)要使实际使用的每只电热器中电流最大，则在保证UAB不超过200 V的前提下使其值尽量地大.由第(1)问的讨论可知，n1=2时UAB=200 V,若n5=1，看似通过它的电流达到最大，但实际情况是：电热器被烧坏而无法工作.因此仍要取n5=2. 4. 闭合电路中局部电阻的变化而引起电流、电压的变化是典型的电路的动态变化问题。此类问题应在明确各用电器或电表所对应的电流、电压的基础上，按局部（R的变化）全局（I总、U端的变化）局部（U分、I分的变化）的逻辑思维进行分析推理，使得出的每一个结论都有依据，这样才能得出正确的判断。例5 如图所示的电路中，若将滑动变阻器的滑动触头向b端滑动时，试判断图中八只表的示数将怎样变化(各电表内阻对电路的影响均不考虑)?（例5）解析：本题为“动态”分析问题，可用常规分析法逐步推出结论.R2的滑片向下滑动，R2值变大，引起R总变大.由，可知总电流变小，即电流表A示数变小.由UIR总，可知端压变大，即电压表V示数变大.由.可知I4变大，即电流表AA示数变大.由I1II4，可知I1变小，即电流表A1示数变小.由U1I1R1可知U1变小，即电压表V1示数变小.由U2UU1，可知U2变大，即电压表V2示数变大.由，可知I3变大，即电流表A3示数变大.由I2I1I3，可知I2变小，即电流表A2示数变小.例6 如图所示，电源电动势E6V，当开关S闭合后，小灯泡L1和L2都不亮.现用一电压表检测故障，已测得UacUadUae6V，Uab0，那么以下判断正确的是()（例6）A.含L1的ab段电路断路，其他部分无问题B.含L2的bc段电路断路，其他部分无问题C.含R的cd段电路断路，其他部分无问题D.ab段和bc段电路可能都是断路的解析：由题设知故障为开路，又由测量结果UacUadUae6V，可知电源部分，开关部分和变阻器部分都应是完好的，而含L1和L2的这部分电路发生了开路.出现UacUadUae6V的现象，是因为当含L1和L2部分断开后，由UIR可知电阻R上的电压亦即电势差为零，可推知无电流通过的电阻器是一个等势体，所以，这时无论是a、c间电压还是a、b间电压，还是a、e间电压，都等于此时的开路的端压，这就是此时它们的示数相等的原因.由以上分析可知C是错误的.开路出现在L1、L2段，则断路的形式有三种可能，即L1单独断开，L2单独断开，L1和L2都断开.如只是L1断开，此时Uab就等于电源的开路电压，即Uab6V，而实测Uab0，故不可能只是L1断开，可知A是错误的.如只是L2断开，由上述分析可知，此时L1亦为一等势体，故Uab0成立，可知B正确.同样，L1、L2都断开时，Uab0也成立，故可知D正确.所以，本题正确答案为B和D.例7 如图所示，黑盒有四个接线柱，内有4只阻值均为6的电阻，每只电阻都直接与接线柱相连。测得Rab=6,Rac=Rad=10。Rbc=Rbd=Rcd=4,试画出黑盒内的电路。（例7）解：由于最小电阻是Rbc=Rbd=Rcd=4，只有2只6串联后再与1只6并联才能出现4,因此bc、cd 、db间应各接1只电阻。再于ab间接1只电阻，结论正合适。例8 图(a)为一个电灯两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线.由图可知。两者不成线性关系，这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故.参考这根曲线回答下列问题(不计电流表和电池的内阻).（例8） (1)若把三个这样的电灯串联后，接到电动势为12V的电源上，求流过灯泡的电流和每个灯泡的电阻.(2)如图(b)所示，将两个这样的灯并联后再与10的定值电阻串联，接在电动势为8V的电源上，求通过电流表的电流值以及每个灯的电阻值.解析：(1)把三个这样的电灯串联后，每只电灯得到的实际电压为.再在图(a)上可以查到每只电灯加上4V的实际电压时的工作电流为I0.4A.由此可以求出在此时每只电灯的实际电阻. (2)在图(b)所示的混联电路中，设每只电灯上的实际电压和实际电流分别为U和I.在这个闭合电路中，电源电动势值应等于全电路电压降之和，即EU+2IR0，代值并整理得U820I.这是一个反映电路约束(因电路结构特点而必须满足的电流、电压关系)的直线方程，把该直线在图(a)坐标系中画出，如图所示.而在该坐标系中原来就有一根反映元件约束(因元件即电灯的特点而必须满足的电流和电压关系)的曲线.这两条曲线的交点所表达的电流I和电压U，同时满足了电路结构和元件的要求，该元件实际上将工作在这个特定的电流和电压上，我们可以把这一点称作为该元件的“工作点”.现在我们可以在图上查出该工作点为U2V，I0.3A.这样，我们就可以求出此时每只灯泡的实际电阻.【同步检测】1.在闭合电路中，下列叙述正确的是()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，电路中的电流趋近于D.当外电阻增大时，路端电压也增大2.有一电动势为3V，内阻不能忽略的电池两端接一电阻R，1C电荷通过R时.在R上产生的热量()A.大于3JB.小于3JC.等于3JD.电源内阻未知，无法确定3.如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图象，则下列说法中正确的是()（第3题）A.电动势E1=E2，短路电流I1I2B.电动势E1=E2.内阻r1r2C电动势E1E2，内阻r1r2D.当两电源的工作电流变量相同时，电源2的路端电压变化较大4.一个电源分别接上8和2的电阻时，两电阻消耗的电功率相等，则电源内阻为( )A.1B.2C.4D.85.如图所示，当电路里滑动变阻器R2的滑动触头P向下滑动时（ ）（第5题）A.电容器C两极板间的电场强度增大B.电压表的读数减小C.R1消耗的功率减小D.R2消耗的功率增大6.如图所示，当电路里滑动变阻器R2的滑动触头P向下滑动时（ ）（第6题）A.电容器C两极板间的电场强度增大B.电压表的读数减小C.R1消耗的功率减小D.R2消耗的功率增大7如图所示电路中.A、B两灯均正常发光，R为一滑动变阻器，P为滑动片，若将滑动片向下滑动，则()A.A灯变亮 B.B灯变亮C.R1上消耗功率变大 D.总电流变小（第7题）8如图所示的电路中，当变阻器R3的滑动头P向b端移动时（ ）（第8题）A.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9. 如图所示的电路中，电阻R1=6，R2=3，S断开时，电流表示数为0.9A，S闭合时，电流表示数为0.8A，则电源电动势为E=_V，内阻r=_。（第9题）10. 如图所示的电路中，电源电动势E10V、内阻r1.0，当滑动变阻器的阻值调节为R13.0Q后，开关S断开和接通时，A、B之间电路消耗的电功率都为P4.0W.求:开关S闭合的前、后，通过R2的电流各是多大?（第10题）11.如图所示电路中，R3=4，电流表读数为0.75A，电压表读数为2V，由于某一电阻断路，使电流表读数为0.8A，而电压表读数为3.2V，问:(1)哪一只电阻断路?(2)电源电动势和内电阻各多大?（第11题）12.有一电动势为30V，内电阻为1的电源，将它与一盏额定电压为6V、额定功率为12W的小灯泡及一台线圈电阻为2的电动机串联成闭合电路，小灯泡恰好正常发光，求电动机的输出功率。13. 如图所示的电路中，R1=3，R2=6，R3=1.5，C=20F当开关S断开时，电源所释放的总功率为2W；当开关S闭合时，电源所释放的总功率为4W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?（第13题）【综合评价】1.关于电源电动势的说法，正确的是()A.在某电路中每通过2C的电荷量，电池提供的电能是4J，那么这个电池的电动势是0.5VB.电源的路端电压增大时，其电源电动势一定也增大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.单位电荷绕闭合电路一周，如外电路是纯电阻电路，外电路中产生的热量仅决定于()A.电流的大小，且与电流的平方成正比B.电源电动势的大小，且与电动势的大小成正比C.路端电压的大小，且与路端电压的大小成正比D.各部分电阻值的大小，且与电阻值成反比3.在灯泡旁并联一只大功率的电炉，发现电灯变暗，这是因为()A.电炉从电灯上分出了一部分电流B.输电线上电压增大，电灯上电压下降C.电炉的额定电压大于电灯的额定电压D.原来电灯上的电压有一部分分给了电炉4.一电源(电动势为E，内阻为r)，当它和一标有“6V，3W”的小灯泡构成闭合回路时，小灯泡恰好正常发光.如果该电源与一标有“6V，6W”的小灯泡构成一闭合回路，该灯泡()A.正常发光B.比正常发光暗C.比正常发光亮D.因不知电源内阻的大小，故无法确定5. 如图所示电路中，电源的内电阻不能忽略.已知定值电阻R1=10，R2=8.当开关S接到位置1时，电压表V的示数为2V；当开关S接到位置2时，电压表V的示数可能为()A.2.2VB.1.9V C.1.6VD.1.3V（第5题）6.如图所示电路中，当开关S闭合时，电流表和电压表读数的变化是( )（第6题）A.两表读数均变大B.两表读数均变小C.电流表读数增大，电压表读数减小D.电流表读数减小，电压表读数增大7.如图所示的电路中，当可变电阻R的阻值增大时()（第7题）A.UAB增大B.UAB减小 C.IR增大D.IR减小8.如图所示的电路中，电源电动势为6V，当开关S接通后，灯泡L1和L2都不亮，用电压表测得各部分电压是Uab=6V，Uad=0，Ucd=6V，由此可判定()（第8题）A.L1和L2的灯丝都烧断了B.L1的灯丝烧断了C.L2的灯丝烧断了D.变阻器R断路9.电动势为E、内阻为r的电池与固定电阻R0、可变电阻R串联，如图所示，设R0=r，Rab=2r.当变阻器的滑动片自a端向b端滑动时，下列各物理量中随之减小的是()（第9题）A.电池的输出功率 B.变阻器消耗的功率C.固定电阻R0上消耗的功率 D.电池内电阻上消耗的功率10.如图所示的电路中，当S断开时，电源内部消耗的功率与输出功率之比为1:3；当S闭合时，它们的比为1:1,则下列说法正确的是()（第10题）A.R1:r=1:1B.R1:R2=2:1C.两次输出功率之比为1:1D.S断开与S闭合时输出功率之比为3:411.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（ ）A.R1R2 B.U1U2C.12 D.P1P2（第11题）12.如图所示，当滑动变阻器R3的滑动片向右移动时，两电压表示数变化的绝对值分别是U1和U2，则下列结论正确的是 （ ）（第12题）AU1U2B电阻R1的功率先增大后减小C电阻R2的功率一定增大D电源的输出功率先增大后减小13.在图电路中，电源的电动势是E，内电阻是r，当滑动变阻器R3的滑动头向左移动时 （ ）（第13题）A电阻R1的功率将加大B电阻R2的功率将减小C电源的功率将加大D电源的效率将增加14.如图所示，闭合开关S，电流表和电压表的示数变化情况是( )（第14题）A电流表示数增大，电压表示数减小B电流表示数减小、电压表示数增大C两表示数同时增大D两表示数同时减小15.如图，电源有一定内阻，当变阻器滑片向上移动时，则( )（第15题）A电压表示数将变大，灯L将变暗B电压表示数将变大，灯L将变亮C电压表示数将变小，灯L将变暗D电压表示数将变小，灯L将变亮16.如图所示的电路中，A、B、C、D是四只相同的灯泡.当滑动变阻器的滑动片向下滑动时，下列说法正确的是()（第16题）A.A灯变亮B.B灯变亮 C.C灯变亮D.D灯变亮17某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在同一坐标系中，如右图中的a、b、c所示。则下列说法中正确的是 （ ）（第17题）A、图线b表示输出功率PR随电流I变化的关系 B、图中a线最高点对应的功率为最大输出功率 C、在a、b、c三条图线上分别取横坐标相同的A、B、C三点，这三点的纵坐标一定满足关系yAyByC D、b、c线的交点M与a、b线的交点N的横坐标之比一定为12，纵坐标之比一定为1418如图所示为一太阳能电池板示意图，现测得它的开路电压为0.80 V，短路电流为0.04 A.若将此电池板与一阻值为20 的电阻连成一闭合电路，则此太阳能电池板的路端电压是 V.（第18题）19.电源要向用户输送4000W的功率，已知输电线电阻为0.4，它所损耗的热功率是用户功率的4，电源的端电压应是_V20.如图所示，直线A为电源的路端电压U与电流I的关系图象，直线B是电阻R的两端电压与其中电流I的关系图象，用该电源与电阻R组成闭合电路，则电源的输出功率为_W，电源的效率为_（第20题）21.如图所示的电路中，电池的电动势E=.0 V，内电阻r=2.0 ，固定电阻R1=1.0 ，R2为可变电阻，其阻值在010 范围内调节，问：取R2= 时，R1消耗的电功率最大.取R2= 时，R2消耗的电功率最大.（第21题）22.四只规格完全相同的灯泡按图9接在电路中，在S断开时，最亮的灯是_，在S闭合时，最亮的灯是_，S由断开到闭合，电流表的示数将_，此时最亮的灯是 。（第22题） 23.如图所示，电源电动势为E=30V，内阻为r=1，电灯上标有“6V，12W”字样，直流电动机线圈电阻R=2.若电灯恰能正常发光，求电动机输出的机械功率。（第23题）24.如图所示的电路中，电源电动势为10V，R1=4，R2=6，电容C=30F，电源内阻忽略不计。求:(1)闭合开关S，稳定后通过电阻R1的电流；(2)将开关S断开，再次稳定后，求通过R1的总电荷量（第24题）25.在图的电路中，若 R1=4，R3=6，电池内阻r=0.6，则电源产生的总功率为40W，而输出功率则 376W。求：电源电动势和电阻R2。（第25题）26如图所示，变阻器R2的最大电阻是10 ，R3=5 ，电源的内电阻r=1 ，当开关S闭合，变阻器的滑片在中点位置时，电源的总功率为16 W，电源的输出功率为12 W.此时电灯R1正常发光，求：（第26题） (1)电灯阻值R1是多少?(设R1阻值恒不变)(2)当开关S断开时，要使电灯正常工作，应使变阻器的电阻改变多少?27如所示电路中，电源电动势E=6 V，内阻r=1 ,R1、R2、R3、R4的电阻均为3 ，（1）若在a、b两点间接上理想的电压表，其示数多大？（2）若在a、b两点间接上理想的电流表，其示数又是多大？（第27题）28如所示，电源电动势为4 V，电阻R1=4 ，R2=2 ，R3=10 ，R4=6 ,已知电流表的示数为0.3 A,求（第28题）（1）电压表V1的示数是多大？（2）电压表V2的示数是多大？（3）电源的内电阻r是多大？29