11版高中物理全程学习方略配套课件：2.4电源的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律（教科版选修3-1）

,1.有关电动势的说法中正确的是( )A.电源的电动势等于内、外电路电势降之和B.电源提供的电能越多，电源的电动势越大C.当外电路断开时，电源的路端电压与电源电动势相等D.当电路中通过1库仑电量时，电源消耗的其他形式能的数值等于电源电动势的值,【解析】选A、C、D.外电路断开时U=E，C对.通路时E=U内+U外，A对.电动势E表示通过1 C电量电源将其他形式能转化为电能的多少，D对，电动势越大，表示电源非静电力做功本领大，但提供电能不一定多，B错.,2.“嫦娥二号”的发射成功,标志着我国的航空航天技术达到了世界先进水平.卫星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( )A.0.10 V B.0.20 V C.0.30 V D.0.40 V,【解析】选D.开路电压等于电源电动势E=800 mV,短路电流为40 mA时R外=0,故内阻r=E/I=20,电池板与20 电阻器串联时电流为I=E/(r+R)=20 mA,故路端电压U=E-Ir=（0.80-0.0220） V=0.4 V,D正确.,3.当外电路的电阻分别为8 和2 时，单位时间内在外电路上产生的热量正好相等，则该电源的内电阻是( )A.1 B.2 C.4 D.6 【解析】选C.由( )2R1=( )2R2代入数据解得r=4 ，选项C正确.,4.下列关于闭合电路的说法中,错误的是( )A.电源短路时,电源的内电压等于电动势B.电源短路时,路端电压为零C.电源断路时,路端电压最大D.电源的负载增加时,路端电压也增大,【解析】选D.电源短路时,外电阻为零,路端电压为零,由E=U内+U外,故U内=E,A、B正确；电源断路时,R外,I=0,由U=E-Ir,故U最大等于E,C正确；负载增加,并联在电源上的用电器个数增加,外电阻减小,路端电压减小,故D错.,5.电动势为2 V的电池在电路上输出1 A的电流，可以断定( )A.内、外电阻相差2 B.外电阻是2 C.内电阻是2 D.内、外电阻之和是2 【解析】选D.由闭合电路欧姆定律I= 可知D正确.,【典例1】下面对电源电动势概念的认识正确的是A.电源电动势等于电源两极间的电压B.在闭合电路中，电动势等于内、外电压之和C.电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领，电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势就越大D.电动势、电压和电势差虽名称不同，但物理意义相同，所以单位也相同,【思路点拨】解答本题时应把握以下两点：,【标准解答】选B.电源电动势等于电源开路时正、负极间的电压，若电路闭合时由于存在内电压，此时电源两极间的电压小于电源电动势，故A项错.电源电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量，即在电路中通过一定电量时，电源提供的电能越多，电动势就越大，并不是电源把其他形式能转化为电能越多，电动势就越大，,因为转化的能量除与电动势有关外，还与所经历的时间、用电情况有关，故C项错.电动势和电势差意义不同，电势差是表示电能转化为其他形式能的本领的物理量，故D项错.,【变式训练】单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周，在内外电路中释放的总能量取决于( )A.电源的电动势 B.通过电源的电流C.路端电压的大小 D.内外电阻之和【解析】选A.单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周，释放的总能量，就是电源提供给它的电能，在数值上等于电源电动势，故选A.,【典例2】（2010德州高二检测）如图所示，当滑动变阻器的滑动片P向上端移动时，判断电路中的电压表、电流表的示数如何变化？,【思路点拨】解答本题可按以下思路分析：,【标准解答】P向上端移动，R3的有效电阻增大，外电阻R外增大，干路电流I减小，路端电压U增大，判断出V1示数增大.由I减小，知内电压U内和R1的端电压UR1减小，由U外增大知R2和R3并联的电压U2增大，判断出V2示数增大.由V2示数增大知通过R2的电流I2增大，而干路电流I减小，所以R3中的电流减小，即A示数减小.答案：V1示数增大，V2示数增大，A示数减小.,【变式训练】（2010上海高考）在如图所示的闭合电路中，当滑片P向右移动时，两电表读数的变化是( )A 变大， 变大 B. 变小， 变大C. 变大， 变小 D. 变小， 变小【解析】选B.当滑片向右移动时，滑动变阻器电阻变大，导致干路电流变小， 变小，内阻和R0电压均减小，R两端的电压变大, 变大.B正确，A、C、D错误.,【典例3】电路图如图甲所示，图乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图像，滑动变阻器的最大阻值为15 ，定值电阻R0=3 .,（1）当R为何值时，R0消耗的功率最大，最大值为多少？（2）当R为何值时，电源的输出功率最大，最大值为多少？,【思路点拨】解答本题时应把握以下三点：,【标准解答】（1）由题干乙图知电源的电动势和内阻为：E=20 V，r=7.5 由题图甲分析知道，当R=0时，R0消耗的功率最大，最大为P=（ ）2R0=( )23 W=10.9 W,（2）当r=R+R0时,即R=4.5 时，电源的输出功率最大，最大值P=（ ）2(R0+R)=( )2(3+4.5) W=13.3 W.,【互动探究】（1）当R为何值时，R消耗的功率最大，最大功率为多少？（2）如果滑动变阻器的最大阻值为3 ,当R为何值时，电源的输出功率最大，最大值为多少？,【解析】（1）把定值电阻R0和电源作为一个等效电源，其电动势E=20 V，内阻为r1=r+R0=10.5 ，则当R=r1=10.5 时，R上消耗的功率最大，此时Pmax= =9.5 W.（2）整个电路的外电阻比电源内阻小，由电源的输出功率曲线可知，外电阻越接近电源内阻，电源的输出功率越大，则当R=3 时，电源有最大输出功率，此时，P输出max=I2R外=（ )26 W=13.2 W.答案：（1）10.5 9.5 W (2)3 13.2 W,【典例4】在如图所示的电路中,电源的电动势E=3.0 V,内阻r=1.0 ;电阻R1=10 ,R2=10 ,R3=30 ,R4=35 ;电容器的电容C=100 F.电容器原来不带电,求接通开关S后流过R4的总电荷量.,【思路点拨】解答本题应注意以下两点：,【自主解答】接通S后,R2、R3串联与R1并联R总=由闭合电路欧姆定律R1两端电压U1=E-Ir=(3- 1) V=R3两端电压U3=故电容器上电荷量Q=CU3=10010-62 C=210-4C答案：210-4C,【变式训练】如图所示电路，A、B两点间接上一电动势为4 V、内电阻为1 的直流电源，3个电阻的阻值均为4 ，电容器的电容为30 F，电流表为理想表，那么，电容器所带的电量、电流表的读数分别是( )A9.610-5 C，0.8 AB0，0.8 AC9.610-5 C，1 AD1.210-4 C，0.8 A,【解析】选A.因电流表可视为短路，而电容器视为断路，故电路实际上只有R3有电流通过，电路中的电流 =0.8 A，电容器的电量Q=CU，U=IR3，故Q=9.610-5 C,【典例5】 “加速度计”作为测定运动物体加速度的仪器，已被广泛应用，如图所示为应变式加速度计的原理图：支架AB固定在待测系统上，滑块穿在AB之间的水平光滑杆上，并用轻弹簧连接在A端，其下端有一活动臂可在滑动变阻器上自由滑动，随着系统沿水平方向做变速运动，滑块相对于支架将发生位移，并通过电路转换成,电信号从电压表输出.已知电压表量程为8 V，滑块质量为m=0.1 kg，弹簧劲度系数k=20 N/m，电源电动势为E=10 V，内阻不计，滑动变阻器总阻值R=40 ，有效总长度为L=8 cm.当待测系统静止时，滑动触头P位于变阻器R的中点，取AB方向为速度正方向.,（1）确定该加速度计测量加速度的范围.（2）为保证电压表能正常使用，上图电路中电阻R0至少应为多大？（3）根据R0的最小值，写出待测系统沿AB做变速运动时，电压表输出电压UV与加速度a的关系式.,【思路点拨】根据电阻定律和电压分配规律，结合牛顿第二定律列方程求解，注意电压表的最大量程.,【标准解答】（1）对m：加速度a由弹簧产生，由牛顿第二定律有：F=kx=ma形变量x满足：|x|故最大加速度为：am= =8 m/s2即加速度范围是：8 m/s2a8 m/s2,（2）为保证电压表能正常使用，电压表的示数不能超过其最大量程.R0最小时，电压表恰满偏.则由电压分配规律有： 即：R0=10 ，故R0至少应为10 .（3）取R0=10 ，弹簧形变量为x.则有：F=kx=ma由电阻定律和电压分配规律有：由上述两式可得：a=82UV,答案：（1）8 m/s2a8 m/s2 （2）10 （3）a=82UV,1.（2010绍兴高二检测）电源电动势为E，内阻为r，向可变电阻R供电，关于路端电压说法正确的是( )A因为电源电动势不变，所以路端电压也不变 B因为U = IR，所以当I增大时，路端电压也增大C因为U =E-Ir，所以当I增大时，路端电压下降 D若外电路断开，则路端电压为零,【解析】选C.由闭合电路欧姆定律得：U=E-Ir，电源的电动势E、r是不变的，当干路I=E/(R+r)电流减小时U将增大，此时应有外电路的电阻增大，故A、B错误，C正确；若外电路断开，则电路中的电流为零，路端电压等于电动势，D错误.,2.（2010南开区高二检测）一电池外电路断开时的路端电压为3V，接上8的负载电阻后路端电压降为2.4V，则可以判定电池的电动势E和内电阻r为( )AE=2.4V，r=1 BE=3V，r=2CE=2.4V，r=2 DE=3V，r=1【解析】选B.外电路断开时，路端电压为3V就是电源的电动势，当接上8的负载电阻后，有I=U/R=0.3 A,电源的内阻为：r=(E-U)/I=(3-2.4)/0.3 =2 ,B正确，A、C、D错误.,3.(2010潍坊高二检测)如图所示的电路中,把R由2 改变为6 时,电流强度减小为原来的一半,则电源的内电阻应为( )A.4 B.8 C.6 D.2 ,【解析】选D.根据闭合电路欧姆定律E=I(R+r),当R=2 时,E=I(2+r)；当R=6 时，E= (6+r)，解得r=2 ,故选D.,4.（2010三亚高二检测）如图所示，当滑动变阻器的滑动触头P向右移动时三个灯泡亮度的变化情况是( )AL1变亮，L2和L3皆变暗BL1变亮，L2不能确定，L3变暗CL1变暗，L2变亮，L3也变亮DL1变亮，L2变亮，L3变暗,【解析】选C.当P向右移动时，滑动变阻器的电阻减小，则总电阻减小，总电流增大，内电压增大，路端电压减小，所以L3变亮；因为U3变大，且路端电压变小，所以L1变暗；总电流变大，又L1的电流变小，所以L2的电流增大，L2变亮.,5.（2010昆明高二检测）在如图所示的电路中，R1=29.0，R2=19.0.当开关S扳到位置1时，测得电流I1=0.20A；扳到位置2时，测得电流I2=0.30A.求电源的电动势和内阻.,【解析】由闭合电路欧姆定律得：当开关S扳到位置1时：E=I1(R1+r)当开关S扳到位置2时：E=I2(R2+r)联立解得：E=6 V，r=1 答案:6 V 1 ,1.（5分）（2010德州高二检测）关于电源的电动势，下面说法正确的是( )A电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领的物理量B电动势在数值上等于电路中通过1 C电量时电源提供的能量C电源的电动势跟电源的体积有关，跟外电路无关D电动势有方向，因此电动势是矢量,【解析】选A、B.由电动势的物理意义可知，电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领的物理量，A正确；它在数值上等于电源没有接入电路时其两极间的电压，也等于电路中通过1 C电量时对电路所提供的能量；B正确；电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的大小无关，跟外电路也无关，C错误；电动势虽然有方向，但电动势是标量，它遵循的是代数运算法则，D错误.,2.（5分）关于闭合电路的性质，下面说法正确的是( )A.电源被短路时，电源电流为无限大B.电源被短路时，路端电压最大C.外电路断路时，路端电压为零D.外电路电阻增大时，路端电压也增大,【解析】选D.电源被短路时，由I短= 知，电源电流不是无限大，A错误；电源被短路时，外电阻为零，由U外=IR外知，路端电压最小,B错误；外电路断路时，路端电压等于电源电动势，C错误；外电路电阻增大时，总电流I减小，由U外=E-Ir知路端电压也增大，D正确.,3.（5分）在研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电路当调节滑动变阻器R并控制电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0. 50 A和2. 0 V重新调节R并使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2. 0 A和24. 0 V则这台电动机正常运转时输出功率为( )A 32 WB 44 WC 47 WD 48 W,【解析】选A.电动机线圈的内阻为r= =4 ，电动机正常运行时，输出功率为P=U2I2-I22r=32 W,4.（5分）如图为一块手机电池的背面印有的一些符号，下列说法正确的是( ),A.该电池的容量为500 mAhB.该电池的电动势为3.6 V，内阻为0C.该电池在工作1小时后达到的电流为500 mAD.若电池以10 mA的电流工作，可用50小时【解析】选A、D.电池上的3.6 V表示电动势，但该电 池的内阻不为零，故B错；500 mAh表示电荷容量，可以由电荷容量计算在一定放电电流下使用的时间，由500 mAh=t10 mA，得t=50 h，所以A、D选项正确.,5（10分）在日常生活中,手电筒的电池用旧了舍不得扔掉,便换一节新电池配一节旧电池串联使用.测量发现新旧电池的电动势相差不多,而新旧电池的内阻却相差较大.数据如下:新电池:E1=1.5 V,r1=0.3 ;旧电池:E2=1.2 V,r2=7.8 .已知小灯泡上标有“2.7 V 1.8 W”,电路如图所示,求旧电池提供的功率和消耗功率,这样的节约措施可行吗?,【解析】对灯泡由P= ，可得R= 4.1 ，电路中电流I=0.2 A则旧电池提供功率P1=IE2=0.21.2 W=0.24 W旧电池消耗功率P2=I2r20.3 W旧电池提供功率小于消耗功率,这样的节约措施不可行.答案：0.24 W 0.3 W 不可行,【思维拓展】6.（5分）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( ),A.电容器C两端的电压增大B.电容器C两极板间的电场强度增大C.电压表的读数减小D.R1消耗的功率增大【解析】选A、B. P下滑时R2接入电路的电阻增大，总电阻增大，总电流减小，R1消耗的功率减小，D错误.内电压减小，外电压增大，电压表的读数增大，C错误.电容器两端的电压增大，两极板间的场强增大，A、B选项正确.,7.（5分）电源的电动势和内阻都保持一定，现用两个不同的电压表先后直接接到电源的两极上，电压表的读数是U1，电压表的读数是U2，已知电压表的内阻依次是R1、R2，且R1R2，那么由于两电压表内阻不同，将是( ),AU1一定小于U2BU1一定大于U2C若将两个电压表同时并联接在电源的两极时，读数一定不同D若将两个电压表串联后接在电源的两极时，两电压表读数之和一定大于U1,【解析】选B、D.因R1R2，则用电压表测量时电路总电阻大于用电压表测量由闭合电路欧姆定律可知I1I2，因此，用电压表测量时因内电压小而路端电压大，即U1U2两个电压表并联测量时，因两电压表并联，则测量电压必相同若两电压表串联接在电源两极，因总电阻大于R1，总电流小于I1，故内电压必小于单独用电压表测量时的内电压，因此，路端电压（即两电压表读数之和）一定大于U1,8.（10分）大气中存在可自由运动的带电粒子，其密度随离地面的距离的增大而增大，可以把离地面50 km以下的大气看做是具有一定程度漏电的均匀绝缘体（即电阻率较大的物质）；离地面50 km以上的大气则可看做是带电粒子密度非常高的良导体.地球本身带负电，其周围空间存在电场，离地面50 km处与地面之间的电势差为4105 V.由于电场的作用，地球处于放电状态，但大气中频繁发生闪电又对地球充电，从而保证了地球周围电场恒定不变，统计表明，大气中每秒钟平均有60次,闪电，每次闪电带给地球的电荷量平均为30 C.试估算大气的电阻率和地球漏电的功率，已知地球的半径r=6 400 km.,【解析】设每次闪电带给地球的电荷量为q，则大气的漏电平均电流为：I=nq大气的漏电电阻可由欧姆定律求得：U=IR由题设条件，式中U=4105 V，设大气的电阻率为，则有：R=由题设知，式中l=50 km=5.0104 mS=4r2解以上各式得：=,代入有关数值得:=2.291012 m地球的漏电功率：P=IU=nqU代入有关数值得：P=7.2108 W.答案：2.291012 m 7.2108 W,1.如图所示，电源内阻不可忽略，R1为半导体热敏电阻，已知热敏电阻的阻值随温度的升高而变小，R2为锰铜合金制成的可变电阻，当发现灯泡L的亮度逐渐变暗时，可能的原因是( )A.R1的温度逐渐降低B.R1受到可见光的照射C.R2的阻值逐渐增大D.R2的阻值逐渐减小,【解析】选A、D.灯泡L的亮度变暗，说明流过灯泡的电流减小，其原因可能是R1的阻值增大或R2的阻值减小，半导体热敏电阻随温度的升高电阻率减小，故可能的原因是R1的温度降低或R2的阻值减小，A、D正确，B、C错误.,2.如图所示的电路中，当R1的滑片向左移动时，若电压表V1和电压表V2的示数的变化量分