6.研究闭合电路

1、,研究闭合电路,学,习,目,标,1.,知道电动势的概念，知道电动势等于内外电路电势降,落之和,2.,掌握闭合电路的欧姆定律，理解各物理量及公式的意,义,3.,会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系,4.,掌握测量电源电动势和内阻的实验电路、实验原理、,实验方法及实验数据的处理方法,思,维,启,迪,现代生活离不开电源,(,如图,2,-,3,-,1,所示,),电子表、照相,机、移动电话、计算机、汽车以及许多电子产品，都需,要配备各式各样的电源电源有何作用？如何来描述电,源本身的性质？闭合电路中的电流与电源有怎样的关系,？,卫星上的翅膀,太阳能汽车的上表面,是太阳能电池,覆盖着很多光电池,图,

2、2,-,3,-,1,知识梳理,一、电动势,1,物理意义：,表征电源把,其他形式,能转化为,电能,本领的,物理量,2,定义：,电动势指在电源内部，非静电力把正电荷由,负,极移,正,送到,极，非静电力所做的功,W,非,与,电荷量,q,的比值，用,E,W,非,表示，即,E,，电动势的单位是,伏特,q,3,大小的决定因素：,由电源中,自身,特性决定，跟电源的体,积无关，跟,内阻,也无关,4,常用电池的电动势,干电池,1.5 V,铅蓄电池,2 V,锂电池,3 V,或,3.6 V,锌汞电池,1.2 V,二、闭合电路的欧姆定律,1,内、外电路,(1),概念：内电路是电源内部电路，外电路是电源外部电路,(2)

3、,特点：,外电路中电流由电源,正极,流向,负极,，,沿电流方向电,势,降低,，,内电路中电流由电源,负极,流向,正极,，,沿电流方,向电势,升高,2,闭合电路的能量转化,非静电力做功等于内、外电路电能转化为其他形式能的总和，,2,rt,UIt,I,即：,EIt,.,3,闭合电路的欧姆定律,(1),内容：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,E,(2),公式：,I,R,r,或,E,I,(,R,r,),U,或,E,Ir,(3),适用条件：,、,适于外电路为,纯电阻,电路，,适于一切,电路,三、路端电压与负载的关系,1,路端电压与电流的关系：,U,E,Ir,，物

4、理意义表示路端,干路电流,电压随,的变化关系,2,U,I,图象如图,2-,3-,2,所示，图象能反映的信息有,(1),横轴上截距，坐标原点为,(0,0),时，表示,短路电流,(2),纵轴上截距表示,电动势,(3),斜率的绝对值表示,内阻,图,2,-,3,-,2,3,路端电压与,R,的关系,(1),当外电阻,R,增大时，电流,I,减小，内电压,Ir,减小，路端电,压,增大,(2),当外电阻,R,减小时，电流,I,增大，内电压,Ir,增大，路端电,压,减小,(3),两个特例：,外电路断开时，,R,，,I,0,，,U,E,，据此特点可测电源电,动势,E,外电路短路时，,R,0,，,I,，,U,0,，

5、据此特点可以理解不,r,允许将电源两端用导线直接连接的原因,四、测量电源的电动势和内阻,1,实验原理,(1),用电压表、,电流表加上一个可变电阻，,测定电动势时的电路,图如图,2-,3-,3,所示,图,2-,3-,3,其计算式为,E,U,Ir,.,(2),用电流表、电阻箱测定电动势时的电路图如图,2-,3-,4,所示,图,2-,3-,4,其计算式为,E,IR,Ir,.,(3),用电压表、电阻箱测定电源的电动势时的电路图如图,2-,3-,5,所示,图,2-,3-,5,U,其计算式为,E,U,r,.,R,2,数据处理方法,(1),代数法：运用解方程组求解,E,和,r,，为了减小实验的偶然误,差，,

6、利用,U,和,I,值多求几组,E,和,r,的值，,算出它们的,平均值,(2),图象法：对于,E,、,r,一定的电源，路端电压,U,与通过干路的,电流,I,所成的图象应该是一条直线，,这条直线与纵轴的交点表,短路电流,，图线的斜率,示,电源电动势,，与横轴的交点表示,的绝对值表示,电源内阻,【思考】,当外电路电阻增加时，外电路消耗的电功率怎么变,化？,答案：,当外电路电阻小于内阻时，增大外电阻时，外电路的功,率增大，当外电路电阻大于内阻时，增大外电阻，外电路的功,率减小,基础自测,1,以下说法中正确的是,(,),A,在外电路和电源内部，正电荷都受静电力作用，所以能不,断定向移动形成电流,B,静电

7、力与非静电力都可以使电荷移动，所以本质上都是使,电荷的电势能减少,C,在电源内部正电荷能从负极到正极是因为电源内部只存在,非静电力而不存在静电力,D,静电力移动电荷做功电势能减少，非静电力移动电荷做功,电势能增加,解析：,在电源内部非静电力做功使电荷的电势能增加，,引出了,电动势的概念，,来描述非静电力做功的本领，,而静电力移动电,荷做正功的过程使电势能减少，故,D,正确,答案：,D,2,将一个电动势为,3 V,，,内阻不能忽略的电池两端接一电阻,R,，,当有,1 C,的电荷通过电阻,R,时，在,R,上产生的热量,(,),A,大于,3 J,B,小于,3 J,C,等于,3 J,D,内阻未知，无法

8、确定,解析：,根据,W,qU,3 J,，,而,W,为内阻,r,和外电阻,R,上产生的,热量之和，故,R,上产生的热量小于,3 J.,答案：,B,3,如图,2-,3-,6,所示，,用两节干电池点亮几只小灯泡，,当逐一闭,合开关，接入灯泡增多时，以下说法错误的是,(,),图,2-,3-,6,A,灯少时各灯较亮，灯多时各灯较暗,B,灯多时各灯两端的电压较低,C,灯多时通过电池的电流较大,D,灯多时通过各灯的电流较大,解析：,由于电灯并联在电路中，所以接入电路的电灯越多，总,电阻越小，电路的总电流越大，选项,C,正确此时电源的内,电压越大，,路端电压越低，,选项,B,正确,流过每个灯的电流越,小，每个

9、电灯越暗，选项,A,正确，选项,D,错,答案：,D,4,对于不同型号的干电池，下列说法正确的是,(,),A,1,号干电池的电动势大于,5,号干电池的电动势,B,1,号干电池的容量比,5,号干电池的容量大,C,1,号干电池的内阻比,5,号干电池的内阻大,D,把,1,号和,5,号干电池分别连入电路中，若电流,I,相同，它,们做功的快慢相同,解析：,电动势的大小跟电池的大小没有关系，,但大电池容量大，,A,错，,B,对而电池的内阻也与电池的大小无关，,C,错电流,I,相同，单位时间内移动的电荷相同而,1,号和,5,号干电池的,电动势是一样的，所以它们电流做功的快慢相同，,D,正确,答案：,BD,对电

10、动势概念的理解,一、电源的作用,电源在电路中的作用与抽水机在水路中的作用有相似之处,1,如图,2-,3-,7,，水池,A,、,B,的水面有一定的高度差，若在,A,、,B,之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动，从水,池,A,运动到水池,B,.,A,、,B,之间的高度差很快消失，在这种情况,下，水管中只可能有一个瞬时水流但若在水池,A,、,B,间连一,台抽水机，,将水池,B,中的水抽到水池,A,中，,保持,A,、,B,之间的,高度差，在水管中就有源源不断的水流了,图,2-,3-,7,电源在电路中的作用就是不断地将流到负极的正电荷搬送到,正极，,从而保持正负极间有一定的电势差，,电路中便有

11、持续的,电流,2,从能量转化的角度来看，当水由,A,池流入,B,池时，由于重,力做功，水的重力势能减少转化为其他形式的能如图,2-,3-,7,当抽水机将,B,中的水抽到,A,中的过程中，要克服水的重力做,功，将其他形式的能转化为水的势能,图,2-,3-,8,同理在电源内部如图,2-,3-,8,，,由于存在由正极指向负极的电场，,当把正电荷由负极搬运到正极的过程中，,就要有非静电力作用,于电荷来克服电场力做功，,使电荷的电势能增加，,即从能量转,化来看，电源是把其他形式的能转化为电能的装置,二、对电动势的理解,1,从能量转化的角度来看，非静电力移动电荷做功的过程，,就是把其他形式的能转化为电能的

12、过程,在不同的电源中，,非,静电力不同，,其做功本领也不同，,即把相同数量的正电荷在电,源内部从负极搬运到正极,非静电力做功多少不同，,则转化成,电能的多少就不同，物理学中用电动势来描述电源的这种特,性,2,电势差与电动势的比较,物理量,比较内容,电势差,U,电动势,E,电场力做功，电能,非静电力做功，,其他形,物理意义,转化为其他形式能,式能转化为电能的本,的本领,定义式,领,W,W,U,，,W,为电场,E,，,W,为非静电力,q,q,力做的功,做的功,单位,决定因素,伏特,(V),伏特,(V),由电源及导体电阻、,导,由电源本身决定，,与其,体连接方法而决定,他因素无关,将内阻很大的电压,

13、测量方法,将电压表并联在被测,电路两端,表并联在电源两端，,且,外电路断开,用伏安法,联系,电路闭合时，,E,U,内,U,外,电路断开时，,E,U,开路,3,内外电路电势的升降,在理解课本图的基础上，,我们还可以把电源看成等效的两部分,即无内阻理想电源和电阻,r,的串联，,则闭合电路内外电路的电,势升、降如图,2-,3-,9,所示,图,2-,3-,9,从电源正极开始，沿电流流向，先经过电阻,r,，电势降低,Ir,，,再经过外电路电阻,R,，电势又降低,IR,；由电源的负极到正极,非静电力作用，使电势又升高,E,，电源正负极的电势用,1,、,2,表示，对整个过程有,1,Ir,IR,2,，即,1,

14、2,Ir,IR,，亦,即,E,U,内,U,外,【例,1,】,关于电动势，下列说法中正确的是,(,),A,在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电,能增加,B,对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势,就越大,C,电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向,正极移送单位电荷量做功越多,D,电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向,正极移送电荷量越多,解析：,电源是将其他能量转化为电能的装置，,在电源内部把正,电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加，因此选项,A,正确,电源电动势是反映电源内部其他形式能转化为电能的能,力的物理量，电动势在数值上等于移送单位

15、电荷量所做的功，,不能说电动势越大，,非静电力做功越多，,也不能说电动势越大，,被移送的电荷量越多，所以选项,C,正确,答案：,AC,?,题后反思,对电动势的理解有多层次的描述，应根据具体要求选择回答,下列关于电源的说法中，正确的是,(,),A,电源向外提供的电能越多，表示电动势越大,B,电动势表示电源将单位正电荷从负极移送到正极时，非静,电力所做的功,C,电源的电动势与外电路无关,D,在电源内从负极到正极电势的升高等于,E,解析：,电源向外提供的电能除与电动势有关外，,还与输出的电,流、通电的时间有关所以电源向外提供的电能多，并不意味,着电源的电动势一定大，例如，一个电动势较小的电源，如果,

16、长时间向外供电，,照样可以提供较多的电能；,一个电动势较大,的电源，如果没有工作，即没对外供电，则它根本不向外提供,电能故选项,A,的说法错误，选项,D,也错误，故选,B,、,C.,答案：,BC,闭合电路欧姆定律,一、闭合电路欧姆定律,1,定律的导出：,设一个闭合电路中，电源电动势为,E,，内阻为,r,，内电路电压,为,U,内,，外电路电阻为,R,，路端电压为,U,外,，电路电流为,I,，则,E,U,内,U,外,根据欧姆定律知：,U,外,IR,U,内,Ir,E,由式解得,I,R,r,2,用电压表接在电源两极间测得的电压,U,外,是指路端电压，,不是内电路两端的电压，也不是电源电动势，所以,U,

17、外,E,.,3,当电源没有接入电路时，因无电流通过内电路，所以,U,内,0,，故此时,E,U,外,，即电源电动势等于电源没有接入电路时,的路端电压，这提供了测,E,的一种方法,二、路端电压,U,外,与外电阻,R,之间的关系,对一定的电源，电流、路端电压、内电压随外电路电阻的改变,而改变，变化情况如下,(,“”表示增加，“”表示减少,),：,外电阻变化情况,E,电流,I,R,r,R,I,R,I,0,R,I,R,0,E,I,r,内电压,U,Ir,E,IR,U,U,0,U,U,E,路端电压,U,IR,E,Ir,U,U,E,U,U,0,三、路端电压与电流的关系图象,1,由,U,E,Ir,可知，,U,I

18、,图象是一条斜向下的直线，如图,2-,3-,10,所示,图,2-,3-,10,2,纵轴的截距等于电源的电动势,E,；横轴的截距等于外电路,E,短路时的电流,I,0,.,r,【例,2,】,如图,2-,3-,11,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,(,),图,2-,3-,11,A,A,灯变亮,B,B,灯变亮,C,C,灯变亮,D,D,灯变亮,思维导图：,解析：,当滑动变阻器的滑片向下滑动时，,该电阻,R,减小，,造成,E,总电阻减小，,由闭合电路的欧姆定律,I,知，,总电流增大，,R,外,r,再由,U,E,Ir,知路端电

19、压,U,减小电灯,A,两端是路端电压，,U,A,灯变暗，由,I,A,知；通过,A,的电流也减小，根据电流关,R,A,系：,I,I,A,I,B,判断出通过,B,灯的电流增大，,B,灯变亮；由欧,姆定律,U,B,I,B,R,B,知，灯,B,两端的电压升高，由电压关系,U,并,U,U,B,可得,C,、,D,并联部分电压减小，,判断,C,灯变暗，通过,C,灯的电流减小，,再由,I,B,I,C,I,D,知通过,D,灯的电流增大，,因,此,D,灯变亮,答案：,BD,?,题后反思,分析电路的动态变化，,常有两种方法：,一是利用欧姆定律等基,本规律按由外电路,内电路,外电路，,进行定性分析或定量计,算；二是用

20、极限分析法，将参量的一般变化外推到极限值，即,无穷大、零或临界值的条件下进行分析和讨论,如图,2-,3-,12,所示，当可变电阻,R,的值增大时，则,(,),图,2-,3-,12,A,A,、,B,两点间电压,U,增大,B,A,、,B,两点间电压,U,减小,C,通过,R,的电流,I,增大,D,通过,R,的电流,I,减小,解析：,通过分析局部电阻的变化分析总电阻的变化，,由闭合电,路欧姆定律分析总电流的变化，,然后根据串并联特点分析,R,两,端电压变化及各支流的变化由题意知,R,的值增大，从,R,变,大的连续性出发，将,R,的值外推到理想的极限值,无穷大，,那么此时,AB,间的总电阻有最大值，由分

21、压原理可知,U,AB,有最,大值而,R,无穷大时，电路中的电流为零，于是可以迅速、准,确地选出,A,、,D,为正确答案,答案：,AD,测量电源的电动势和内阻,1,实验步骤,(1),电流表用,0.6 A,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),闭合电键，,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),打开电键，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,2,注意事项,(1),使用内阻大些,(,用过一

22、段时间,),的干电池，在实验中不要将,I,调得过大，一般不超过,0.5 A,，每次读完,U,、,I,读数立即断电，,以免干电池在大电流放电时极化现象过重，,E,、,r,明显变化,(2),测出不少于,6,组,(,I,，,U,),数据，且,U,、,I,变化范围尽量大些,(3),在画,U,I,图线时，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，,而不要顾及个别离开较远的点以减小,偶然误差,(4),干电池内阻较小时,U,的变化较小，坐标图中数据点将呈现,如图,2-,3-,13,甲所示的状况，,下部分大面积空间得不到利用，,为,此可使纵坐标不从零开始，如图乙所示，纵坐标不从零开始，,把纵坐

23、标的比例放大，,可使结果的误差减小些，,此时图线与横,轴交点不表示短路电流，,计算内阻要在直线上任取两个相距较,U,?,?,远的点，用,r,I,?,计算出电池的内阻,r,.,?,?,?,?,?,图,2-,3-,13,(5),合理地选择电压表与电流表的量程可以减小读数误差，,电压,表选取,0,3 V,量程，电流表选取,0,0.6 A,量程,3,误差分析,(1),第一种实验线路,(,课本上的测量电路,),U,E,Ir,中,I,是通过电源的电流，而本实验用图,2-,3-,14,所示,的电路是存在系统误差的，,这是由于电压表分流,I,V,，,使电流表,示值,I,测,小于电池的输出电流,I,真,U,因为

24、,I,真,I,测,I,V,，而,I,V,，,U,越大，,I,V,越大，,U,趋于零时，,R,V,I,V,也趋于零,图,2-,3-,14,图,2-,3-,15,所以它们的关系可用图,2-,3-,15,表示，测量图线为,AB,，真实图,线为,A,B,.,由图线可看出,r,和,E,的测量值都小于真实值,r,测,r,真,，,E,测,E,真,(2),第二种实验线路,测量电源电动势和内阻的第二种接法，如图,2-,3-,16,所示,图,2-,3-,16,图,2-,3-,17,由于电流表的分压作用，因为,U,真,U,测,U,A,U,测,IR,A,，,R,A,为电流表的内阻，这样在,U,I,图线上对应每一个,I

25、,应加上,一修正值,U,IR,A,，,由于,R,A,很小，,所以在,I,很小时，,U,趋于,零，,I,增大，,U,也增大，理论值与测量值的差异如图,2-,3-,17,所示,由图可知：,E,测,E,真,，,r,测,r,真,(,内阻测量误差非常大,),实际测量,时应选电路图,2-,3-,14.,【例,3,】,为了测定干电池的电动势和内电阻，现有下列器材：,A,6.3 V,蓄电池；,B,干电池一节；,C,电压表,V(0,3 V,15 V,，内阻约为,3 k,、,15 k),；,D,电流表,A(0,0.6 A,3 A,，内阻约为,10 ,、,2 ),；,E,电流表,G(,满偏电流,3 mA,，内阻,R

26、,g,10 ),；,F,变压器；,G,滑动变阻器,(0,20 ),；,H,滑动变阻器,(0,1 000 ),；,I,电阻箱,(0,9 999 ),；,J,开关、导线,(1),用电流表和电压表测量干电池的电动势和内电阻，,应选用的,变阻器是,_(,用字母代号回答,),(2),根据实验要求，用笔画线代替导线在实物图,(,如图,2-,3-,18,所,示,),上连线,图,2-,3-,18,(3),某次实验记录如下：,实验次数,1,2,0.50,1.10,3,0.70,0.95,4,1.10,0.60,5,1.50,0.30,电流表示数,/A,0.24,电压表示数,/V,1.30,根据表中数据在坐标图上

27、画出,U,I,图线由图可求得,E,_V,，,r,_.,(4),如果实验中电压表坏了，,选用其他器材进行实验，,画出相应,的电路图,解析：,本题考查测定电源电动势和内阻的实验设计，,数据分析,及误差分析，,可根据一节干电池的额定电压、,额定电流选择电,压表电流表，,电路设计可参照课本例题设计，,因本实验没有特,殊要求，可采用限流电路,(1),滑动变阻器作限流用，,电路中的电流应较大，,故滑动变阻器,用阻值小的即可满足实验要求，故变阻器选,G,.,(2),如图所示,(3),描点作图如图所示，图线与纵轴的交点即为电源的电动势，,U,1.50,0.30,E,1.50 V,电池内阻,r,0.80 .,I

28、,1.50,(4),如图所示,答案：,见解析,?,题后反思,因限流式电路功耗小，,且电路连接简单，,所以在电路设计中被,广泛应用,用电流表和电压表测定电池的电动势,E,和内电阻,r,，所,用电路如图,2-,3-,19(a),所示，,一位同学测得的,6,组数据如下表所,示,.,组别,1,2,3,4,5,6,电流,I,/A,0.12,0.20,0.31,0.32,0.50,0.57,电压,U,/V,1.37,1.32,1.24,1.18,1.10,1.05,(1),试根据这些数据在图,(b),中作出,U,I,图线,图,2-,3-,19,(2),根据图线求出电池的电势势,E,_V,，电池的内电阻,r,_.,(3),若不作出图线，只选用其中两组,U,和,I,的数据，用公式,E,U,Ir,列方程求,E,和,r,，这样做可能得出误差很大的结果，,其中选用第,_,组和第,_,组的数据，,求得,E,和,r,误,差最大,