2019-2020学年高中物理 第4章 探究闭合电路欧姆定律 1 探究闭合电路欧姆定律学案 沪科版选修3-1

探究闭合电路欧姆定律1.了解电源的电动势和内阻.(难点)2.了解路端电压、内阻上的电压和电动势之间的关系.(重点)3.理解闭合电路欧姆定律，会分析、解决闭合电路有关问题.(重点、难点)一、测量闭合电路的路端电压和内电压1.部分电路、全电路通常，我们把不涉及电源的电路叫做部分电路，把含有电源的闭合电路叫做全电路.2.路端电压：外电路两端(电源两极间)的电压叫做路端电压.可以用多用电表的电压挡直接测量，实验表明，无负载时的测量值大于有负载时的测量值.3.内电压：电源内电阻上的电压称为内电压.二、电源的作用电动势1.定义：电源内部非静电力移送单位电荷所做的功叫做电源的电动势.2.公式：e.3.单位：国际单位制中，伏特，符号v.同电压的单位.4.标量：只有大小的物理量，但电源有正负极.5.物理意义：电源电动势是描述电源将其他形式的能转换为电能本领大小的物理量.它是电源的特征量，跟电源的体积和外电路无关.1.(1)电源发生短路时，电流为无穷大.()(2)外电路断路时，电源两端的电压等于电源电动势.()(3)用电压表直接测电源两极电压时，电压表的示数等于电源的电动势.()提示：(1)(2)(3)三、闭合电路欧姆定律1.在闭合电路中，电源电动势等于闭合电路内、外电压之和，公式：eu外u内.2.闭合电路欧姆定律：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内外电路的电阻之和成反比.公式：i.2.(1)电动势越大，闭合电路的电流越大.()(2)电源的内阻越大，闭合电路的电流越小.()(3)电源电动势和内阻一定时，外电阻越大，电流越小.()提示：(1)(2)(3)对电源电动势的理解学案导引1.电动势的物理意义是什么？和电压一样吗？2.电源是依靠什么给电路提供持续电流的？1.对电源作用的理解(1)从电荷受力的角度，如图所示，在外电路中电流是在静电力的作用下从电源的正极流向电源的负极，即从高电势到低电势.在电源内部电流只能从电源的负极流向正极，即从低电势到高电势.而静电力不仅不可能使电流从低电势流向高电势，而且还将起阻碍作用，因此在电源内部必然有一种“力”，使电流克服静电力从低电势流向高电势，这种力就称为“非静电力”.(2)从能量的观点来理解电源的非静电力移动电荷做功的过程，其实就是把其他形式的能量转化为电能的过程.不同的电源，其内部存在的非静电力也不相同，其做功的能力也就不同，即从电源负极“搬运”相同的正电荷经电源内部到电源正极，所做的功不相同.2.电动势与电压的区别电压电源电动势意义表示电场力做功将电能转化成其他形式的能的本领表示非静电力做功将其他形式的能转化成电势能的本领定义uab，将单位电荷量的正电荷从导体一端移到另一端时，电场力做的功e，将单位电荷量的正电荷从电源负极移到正极时，非静电力做的功决定因素由电源及导体电阻、导体连接方法决定由电源本身决定，与其他因素无关测量方法将电压表并联在被测电路两端(1)将内阻很大的电压表并联在电源两端，且外电路断开；(2)用伏安法联系电路闭合时，eu内u外，电路断开时，eu开路下列关于电动势的说法中正确的是()a电动势就是电势差，也叫电压，单位是vb电动势大的电源做功一定多c电动势大的电源做功一定快d电动势的大小等于电路中通过单位电荷时电源所提供的电能思路点拨 解此题要依据电动势的物理意义及电动势和电压的区别进行分析.解析电动势是由电源本身性质决定的，与外电路没有关系，而电势差是由电源及外电路共同决定的，是随外电路电阻的变化而变化的，故a错误；电源电动势大只能说明电源把其他形式的能量转化为电能的能力大，其做功不一定快，也不一定多，故b、c错误；由电动势的物理意义知电动势的大小就等于在电源内部移动单位正电荷所做的功，故d正确.答案d解决有关电动势理解问题的关键是要掌握对电动势多层次的描述，明确它是电源本身的一个物理量，与外界无关，只与电源内部构造有关. 1.(多选)关于电动势e的说法中正确的是()a电动势e的大小，与非静电力所做的功w的大小成正比，与移送电荷量q的大小成反比b电动势e是由电源本身决定的，跟电源的体积和外电路均无关c电动势e是表征电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量d电动势e的单位与电势差的单位相同，故两者在本质上相同解析：选bc电动势是一个用比值法定义的物理量，这个物理量与这两个相比的项没有关系，它是由电源本身决定的，是表征其他形式的能转化为电能本领的物理量.电动势和电压尽管单位相同，但本质上是不相同的，故选b、c闭合电路u端与r、i的关系学案导引什么是路端电压？路端电压随外电阻的变化规律是什么？1.路端电压与外电阻的关系(1)路端电压：外电路两端的电压，即电源的输出电压u端eir.(2)路端电压与外电阻r的关系：由闭合电路欧姆定律得u端eir对于纯电阻电路来说有i两式联立得u端er.(3)讨论：当外电阻r增大时，电流i减小，路端电压增大，当外电路断路时，r，i0，u端e，即外电路断路时的路端电压等于电源的电动势.当外电阻r减小时，电流i增大，路端电压减小，当外电路短路时，r0，i，u端0，由于电源内阻r一般较小，故短路电流i一般很大，所以不能让电源短路，以免烧坏电源，发生火灾等.2.路端电压与电流的关系图像由u端eir可知，u端i图像是一条斜向下的直线，如图所示.(1)图像的截距当电流等于零时，即外电路开路，路端电压等于电源电动势，即直线在纵轴上的截距表示电源电动势e；当路端电压等于零时，即外电路短路，电路中只有电源内阻，故短路电流i短，所以横轴上截距为短路电流i短.(2)直线的斜率由i短得r，所以直线斜率的绝对值就等于电源内阻，即图中rtan ，越大，直线的斜率越大，内阻r越大.如图所示，r1r34 ，r28 ，当变阻器r3的滑片滑到a端时，电压表示数为15 v，滑片滑到b端时，电流表示数为4 a试求电源电动势和内电阻.思路点拨 解答本题时应把握以下三点：(1)滑片滑到a端时，外电路的连接方式.(2)滑片滑到b端时，外电路的连接方式.(3)明确电压表所测电压为路端电压.解析滑片滑到a端，r2、r3串联，再与r1并联，则r外 3 由闭合电路欧姆定律得eur滑片滑到b端，r1、r3串联，再与r2并联，则r外 4 由闭合电路欧姆定律得ei(r外r)将u15 v，i4 a，r外3 ，r外4 代入解得e20 v，r1 .答案20 v1 闭合电路欧姆定律确定了电流与电动势和内、外电阻之间的关系，当外电阻变化时，通过测量电压或电流就能求出电源的电动势和内电阻. 2.(多选)如图所示为两个闭合电路中两个电源的ui图像，下列说法中正确的是()a电动势e1e2，内阻r1r2c电动势e1e2，发生短路时的电流i1i2d当两电源的工作电流变化相同时，电源2的路端电压变化较大解析：选acd电源的电动势和内阻的测定可以通过ui图线来完成，由图线可知，e1e2，两电源的短路电流i1i2(图线的横截距)，故内阻r，r1u1，选项d正确.闭合电路的动态分析学案导引1.闭合电路欧姆定律的基本内容是什么？2.当闭合电路的外电阻发生变化时，各部分的电流、电压如何变化？1.引起电路特性发生动态变化的主要原因(1)滑动变阻器滑片位置的改变，使电路的电阻发生变化；(2)开关的闭合、断开或换向(双掷开关)使电路结构发生变化；(3)非理想电表的接入使电路的结构发生变化.2.电路分析的基本思路：局部整体局部即r局r总i总u外3.电路分析的基本步骤(1)明确各部分电路的串并联关系，特别要注意电流表或电压表测量的是哪部分电路的电流或电压.(2)由局部电路电阻的变化确定外电路总电阻的变化.(3)根据闭合电路欧姆定律i判断电路中总电流如何变化.(4)根据u内ir，判断电源的内电压如何变化.(5)根据u外eu内，判断电源的外电压(路端电压)如何变化.(6)根据串并联电路的特点判断各部分电路的电流或电压如何变化.如图所示，当滑动变阻器的滑片p向上端移动时，则电表示数的变化情况是()av1减小，v2增大，a增大bv1增大，v2减小，a增大cv1增大，v2增大，a减小dv1减小，v2减小，a减小解题探究 (1)p向上移动时，r3阻值增还是减？电路的总电阻增还是减？(2)路端电压如何变化？解析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u1增大，判断出v1示数增大.由i减小知，内电压u内和r1两端电压ur1减小，由u1增大知r2和r3并联电路两端电压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，所以c正确.答案c3.如图所示电路，开关s闭合后，四个灯泡都正常发光，某时刻t，l4因灯丝烧断而突然熄灭，假设其他三灯丝都没烧断，则()al1、l3更亮，l2变暗bl1更亮，l2、l3变暗cl1、l2、l3都更亮dl2变暗，l3更亮，l1不变解析：选al4突然熄灭后，外电路总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律得知：电路中总电流i减小，l1两端电压u1ei(rr)，i减小，其他量不变，则u1增大，l1更亮.l2中电流i2ii1，i减小，i1增大，则i2减小，l2变暗.l3电压u3u1u2，u1增大，u2减小，则u3增大，l3更亮.所以l1、l3更亮，l2变暗，故选a闭合电路动态分析问题的一般思路(1)分析电路，明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象.(2)由局部电阻变化判断总电阻的变化.(3)由i判断总电流的变化.(4)据ueir判断路端电压的变化.(5)由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分的电路电压及电流的变化. 典型问题闭合电路基本规律的应用(10分)如图所示，已知r14 ，电流表的示数i0.75 a，电压表的示数u2.0 v.经一段时间后一电阻断路，使电流表的示数变为i0.80 a，而电压表的示数变为u3.2 v.求：(1)发生断路的电阻是哪一个？(2)电源的电动势和内阻各是多少？思路点拨 解此题的关键有两点：(1)根据电流表、电压表的读数变化判断何处断路.(2)利用闭合电路欧姆定律结合串、并联电路的特点求解.解析(1)某一电阻断路前后，电流表、电压表均有示数，说明r1，r3没有断路，所以只能是r2上发生断路，此时，r1上无电流通过，电压表测量的是路端电压u3.2 v.(2分)(2)由于路端电压u3.2 v，电流表测的是干路电流i0.80 a，所以r3 4 (1分)r2断路前，电压表的示数uu22.0 v，路端电压u0ir3(0.754)v3 v(1分)对于r1，r2支路，根据串联电路的分压原理，r2 8 (1分)所以电路中总电流i0a1 a(1分)根据闭合电路欧姆定律分析，r2断路前，eu0i0r，即e3 v1 ar(1分)r2断路后，euir，即e3.2 v0.8 ar(1分)解得e4 v，r1 .(2分)答案(1)r2(2)4 v1 应用闭合电路欧姆定律时，要充分利用题目的已知条件结合欧姆定律i列方程求解，有时求电流i是关键，i是联系内、外电路的桥梁；不要忘记考虑电源的内阻. 如图所示的电路中，电阻r10 .当开关s打开时，理想电压表示数为6 v.当开关s合上时，电压表示数为5.46 v，则电源的内阻为多少？解析：当s打开时，r外，eu外6 v；s闭合时，u外ir，即5.46i10 得i0.546 a再由eu外ir，即65.460.546r，所以r1 .答案：1 随堂检测1.下列对电源电动势概念的认识中正确的是()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，所以单位也相同解析：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.2.(多选)a、b两电源分别供电时其路端电压与电流的关系图线如图所示，则下述正确的是()a电源电动势eaebb电源内阻rarbc电源a的短路电流为0.2 ad电源b的短路电流为0.3 a解析：选bd由闭合电路欧姆定律得ueir，当i0时，ue，ui图线的斜率的绝对值的大小等于电源内阻大小.由图看出，a的电动势为2 v，b的电动势为1.5 v，即有电源电动势eaeb，故a错误.两图线平行，说明电源的内阻相等，即rarb，故b正确.电源a的短路电流为ia a0.4 a，故c错误.电源b的短路电流为ib a0.3 a，故d正确.3.(多选)用电动势为e、内阻为r的电源对外电路供电，下列说法正确的是()a电源短路时，路端电压为零，电路中电流达到最大值b外电路断路时，路端电压为零c外电路的电阻增大时，干路电流减小d外电路的电阻增大时，路端电压增大解析：选acd由闭合电路欧姆定律可知，i，当短路时r0，i最大，故a正确；当外电路断路时，此时路端电压最大，为e，所以b错误；当外电路的电阻增大时，由i可知，干路中电流减小，内电压减小，由u外eu内可知，路端电压增大，故c、d正确.4.(多选)在如图所示的电路中，当滑动变阻器r3的滑动触头p向下滑动时()a电压表示数变小b电压表示数变大c电流表示数变小 d电流表示数变大解析：选bc当滑片向下移动时，滑动变阻器接入电阻增大，则电路中总电阻增大，则由闭合电路欧姆定律可得，电路中总电流减小，故内压减小，因此路端电压增大，并联部分电压也增大，流过r2的电流增大，故r2两端电压增大，电压表示数变大，因总电流减小，故电流表示数减小，故b、c正确，a、d错误.5.如图中电阻r114 ，r25 ，合上开关s1时，电压表示数为2.8 v，当s1断开、s2闭合时，电压表示数为2.5 v.求电源电动势和内阻.解析：根据闭合电路欧姆定律可以列出两个方程：eu1u1r/r1eu2u2r/r2解得：e3 v，r1 .答案：3 v1 课时作业一、单项选择题1.关于闭合电路(电源内阻不能忽略)，下列说法中正确的是()a闭合电路中，电流总是从电势高的地方流向电势低的地方b闭合电路中，电源的路端电压越大，电源的输出功率就越大c闭合电路中，外电阻越大，电源的路端电压就越大d闭合电路中，电流越大，电源的路端电压就越大解析：选c闭合电路的外电路中，电流从电势高的地方流向电势低的地方，内电路中，电流从电势低的地方流向电势高的地方，选项a错误；闭合电路中，当内外电路的电阻相等时，电源的输出功率最大，故当电源的路端电压越大，电源的输出功率不一定越大，选项b错误；根据u可知闭合电路中，外电阻越大，电源的路端电压就越大，选项c正确； 闭合电路中，电流越大，电源的路端电压不一定越大，选项d错误.2.在如图所示的电路中，电阻r2.0 ，电源的电动势e3.0 v，内电阻r1.0 .闭合开关s后，通过电阻r的电流为()a1.0 ab1.5 ac2.0 ad6.0 a解析：选a根据闭合电路欧姆定律得i a1.0 a，则a正确.3.如图所示，电源的内阻不可忽略.已知定值电阻r110 ，r28 .当开关s接位置1时，电流表的示数为0.20 a那么当开关s接位置2时，电流表的示数可能是()a0.28 a b0.25 ac0.22 a d0.19 a解析：选c开关接位置2后，电路的总电阻减小，总电流一定增大，所以不可能是0.19 a电源的路端电压一定减小，原来路端电压为2 v，所以开关接位置2后路端电压低于2 v，因此电流一定小于0.25 a，所以只能选c4.如图所示的电路中，闭合开关s后，灯l1和l2都正常发光，后来由于某种故障使灯l2突然变亮，电压表读数增加，由此推断，这故障可能是()a灯l1灯丝烧断 b电阻r2断路c电阻r2短路 d电容器被击穿短路解析：选bv增大，外电阻增大，不可能电容器被击穿短路，选项d错.若r2短路，l2熄灭；l1断路，l2分压减小，l2变暗，选项a、c错.r2断路，l2分压增大，l2变亮，选项b对.5.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()a4 b8 c6 d2 解析：选d根据闭合电路欧姆定律ei(rr)，当r2 时，ei(2r)；当r6 时，e(6r)，解得r2 ，故选d6.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i1变小，所以l2的电流增大，l2变亮.因此，本题的正确选项应为c7.如图所示的电路中，当滑动变阻器滑片b在图示位置时，电压表和电流表的示数分别为1.6 v、0.4 a，当滑动变阻器滑片b从图示位置向右滑到另一位置时，它们的示数各改变了0.1 v和0.1 a，则此时()a电压表示数为1.7 v，电源电动势为2 vb电流表示数为0.3 a，电源的效率为65%c电压表示数为1.5 v，电源电动势为3 vd电流表示数为0.5 a，电源的效率为75%解析：选d向右滑则总电阻变小，电流增加，则路端电压减小，由闭合电路欧姆定律得：e1.60.4re1.50.5r由解得：r1 ，e2 v，则电动势为2 v，内阻r1 ，电压表示数为1.5 v，则a、c错误；电流表示数为0.5 a，电源的效率为：100%75%，则b错误，d正确.二、多项选择题8.电源和一个水平放置的平行板电容器、三个电阻组成如图所示的电路，当开关s闭合后，电容器中有一个带电液滴正好处于静止状态.现将开关s断开，则以下判断正确的是()a液滴仍保持静止状态b液滴将向上运动c电容器上的带电量将减为零d电容器上的带电量将增大解析：选bd开关闭合时，电容器两板间的电压等于电阻r2两端的电压，小于电源的电动势.当开关断开时，电路稳定时，电路中没有电流，电容器板间电压等于电源的电动势，则知电容器板间电压增大，板间场强增大，液滴所受电场力增大，则液滴将向上运动.由于电容器的电压增大，由公式qcu可知，电容器上的带电量将增大.9.如图所示的电路中，电源电动势为6 v，当开关s接通后，灯泡l1和l2都不亮，如果l1的灯丝烧断了，则用电压表测得各部分的电压是()auab0 bubc6 vcucd0 duad6 v解析：选cdl1的灯丝断了，则ucd0，ubc0；ab间和ad间的电压都等于电动势6 v，故c、d正确，a、b错误.10.如图所示，直线a为电源a的路端电压与电流的关系图象，直线b为电源b的路端电压与电流的关系图象