2017年高中物理 第4章 閉合電路歐姆定律和邏輯電路 第1講 閉合電路歐姆定律學(xué)案 魯科版選修3-1

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1、 第1講　閉合電路歐姆定律 [目標定位]　1.了解電源電動勢的基本含義，了解內(nèi)電路、外電路，知道電動勢等于內(nèi)、外電路電勢降落之和.2.掌握閉合電路歐姆定律的內(nèi)容，理解各物理量及公式的物理意義.3.會用閉合電路歐姆定律分析路端電壓與負載的關(guān)系． 一、電動勢 電動勢 1．定義：電動勢在數(shù)值上等于沒有接入外電路時兩極間的電壓，常用E來表示． 2．單位：跟電壓的單位相同，也是伏特(V)． 3．物理意義：電動勢是反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量，它是電源的特征量．不同的電源，產(chǎn)生電能的機制是不同的． 二、閉合電路歐姆定律 1．內(nèi)、外電路 電源內(nèi)部的電路叫做內(nèi)電路；電源

2、外部的電路叫做外電路．外電路的電阻稱為外電阻；內(nèi)電路的電阻稱為內(nèi)電阻． 2．特點 在外電路中，電流由高電勢流向低電勢，在外電阻上沿電流方向電勢降低；電源內(nèi)部由負極到正極電勢升高． 3．閉合電路的歐姆定律 (1)內(nèi)容：流過閉合電路的電流跟電路中電源的電動勢成正比，跟電路中內(nèi)、外電路的電阻之和成反比． (2)公式：I＝或E＝IR＋Ir. 想一想　我們用電壓表直接連接電源的兩端，電壓表的讀數(shù)小于(填“大于”、“小于”或“等于”)電源電動勢．為什么？ 答案　小于　因為電源也有內(nèi)阻，用電壓表和電源正負極相連時，相當于電源與電壓表串聯(lián)，電壓表讀數(shù)是路端電壓，小于電源電動勢． 三、路端電壓與

3、負載的關(guān)系 1．路端電壓的表達式 U＝E－Ir. 2．路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律 (1)當外電阻R增大時，電流I減小，路端電壓增大． (2)當外電阻R減小時，電流I增大，路端電壓減小． (3)兩個特例：外電路斷開時，R→∞，I＝0，U＝E，據(jù)此特點可測電源電動勢． 外電路短路時，R＝0，I＝，U＝0，因短路電流I＝很大，所以不允許將電源兩端用導(dǎo)線直接連接． 想一想　使用電源時，為什么不能直接用導(dǎo)線把電源的兩極連接起來？ 答案　直接用導(dǎo)線把電源的兩極連接起來時，由于電源內(nèi)阻很小，電流很大，容易損壞電源. 一、電源電動勢和內(nèi)阻 1．電源的作用：維持電路兩端始終有一定的電勢差，

4、使電路中保持持續(xù)的電流． 2．電源是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的裝置．不同的電源，把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)不同，電動勢也不同，例如干電池電動勢都是1.5V，學(xué)生用蓄電池電動勢都是2V，與體積大小無關(guān)．這兩種電池的電動勢不同，表明電池把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)不同． 3．電源電動勢等于電源沒有接入外電路時兩極間的電壓． 例1　關(guān)于電源的電動勢，下面說法錯誤的是(　　) A．電源的電動勢就是電源兩極間的電壓 B．電動勢越大的電源，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)越大 C．電動勢的數(shù)值等于內(nèi)、外電路電壓之和 D．電動勢只由電源性質(zhì)決定，與外電路無關(guān) 答案　A 解析　電動勢等于電源

5、沒有接入外電路時兩極間的電壓．當電源接入外電路時，電源有內(nèi)電壓，電源兩極間的電壓小于電動勢，故A錯誤．電動勢反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小，電動勢越大，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)越大，故B正確．根據(jù)閉合電路歐姆定律知，電動勢的數(shù)值等于內(nèi)、外電路電壓之和，故C正確．電動勢由電源性質(zhì)決定，與外電路無關(guān)．故D正確．本題選錯誤的，故選A. 二、閉合電路歐姆定律的應(yīng)用 閉合電路歐姆定律的幾種表達形式 1．電流形式：I＝，適用于外電路為純電阻的閉合電路； 2．電壓形式：E＝IR＋Ir適用于外電路為純電阻的閉合電路E＝U外＋Ir適用于任何電路，表明電源電動勢在數(shù)值上等于電路中內(nèi)、外電

6、壓之和． 例2　如圖1所示，電源電動勢為6V，內(nèi)阻為1Ω，R1＝5Ω，R2＝10Ω，滑動變阻器R3阻值變化范圍為0～10Ω，求電路中的總電流變化范圍． 圖1 答案　0.55A～1A 解析　當R3阻值為零時，R2被短路，外電阻最小，電流最大． R外＝R1＝5Ω，I＝＝A＝1A. 當R3阻值為10Ω時，外電阻最大，電流最小． R并＝＝5Ω，R外′＝R1＋R并＝10Ω， I′＝＝A≈0.55A. 方法點撥：電路中的總電流由電源的電動勢和電路中的總電阻決定．其中E、r不變，當外電阻變化時，電路總電流隨之變化． 例3　如圖2所示，已知R1＝R2＝R3＝1Ω.當開關(guān)S閉合后，電壓表

7、的讀數(shù)為1V；當開關(guān)S斷開后，電壓表的讀數(shù)為0.8V，則電源的電動勢等于(　　) 圖2 A．1V B．1.2V C．2V D．4V 答案　C 解析　當S閉合時，I＝＝A＝1A，故有E＝I(1.5＋r)；當S斷開時，I′＝＝0.8A，故有E＝I′(2＋r)，解得E＝2V，C正確． 三、路端電壓和負載的關(guān)系 1．路端電壓和外電阻的關(guān)系 (1)當外電阻R增大時，根據(jù)I＝可知，總電流I減小，內(nèi)電壓Ir減小，根據(jù)U外＝E－Ir可知，路端電壓U外增大．當外電路斷開時，路端電壓U外＝E. (2)當外電阻R減小時，總電流I增大，內(nèi)電壓Ir增大，路端電壓U外減?。怆娐范搪?/p>

8、即r＝0時，電路中的電流I＝，U外＝0. 2．外電壓U與電流I的關(guān)系 由U＝E－Ir可知，U－I圖象是一條斜向下的直線，如圖3所示 圖3 (1)圖象中U軸截距E表示電動勢． (2)I軸截距I0等于短路電流． (3)圖線斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻，即r＝||. 注意：若縱坐標上的取值不是從零開始，則橫軸截距不表示短路電流，但斜率仍然等于內(nèi)阻． 例4　如圖4所示為兩個不同閉合電路中兩個不同電源的U－I圖象，則下列說法中正確的是(　　) 圖4 A．電動勢E1＝E2，短路電流I1>I2 B．電動勢E1＝E2，內(nèi)阻r1>r2 C．電動勢E1>E2，內(nèi)阻r1

9、兩電源的工作電流變化量相同時，電源2的路端電壓變化較大 答案　AD 解析　由題圖可知兩電源的U－I圖線交縱軸于一點，則說明兩電源的電動勢相同；交橫軸于兩不同的點，很容易判斷電源1的短路電流大于電源2的短路電流，則A項正確，C項錯誤．又由兩圖線的傾斜程度可知圖線2的斜率的絕對值大于圖線1的斜率的絕對值，即電源2的內(nèi)阻大于電源1的內(nèi)阻，則可知B項錯誤．由圖象可判斷當兩電源的工作電流變化量相同時，電源2的路端電壓的變化量大于電源1的路端電壓的變化量，可知D項正確． 借題發(fā)揮　圖象的縱坐標不從零開始時，圖線與縱軸的交點仍表示電源電動勢E，但圖線與橫軸的交點不表示短路電流． 閉合電路歐姆定律

10、的理解和應(yīng)用 1．若E表示電動勢，U表示外電壓，U′表示內(nèi)電壓，R表示外電路的總電阻，r表示內(nèi)電阻，I表示電流，則下列各式中正確的是(　　) A．U′＝IR B．U′＝E－U C．U＝E＋Ir D．U＝E 答案　BD 2．如圖5所示，R為電阻箱，電表為理想電壓表，當電阻箱讀數(shù)為R1＝2Ω時，電壓表讀數(shù)為U1＝4V；當電阻箱讀數(shù)為R2＝5Ω時，電壓表讀數(shù)為U2＝5V．求：電源的電動勢E和內(nèi)阻r. 圖5 答案　6V　1Ω 解析　由閉合電路歐姆定律E＝U1＋r① E＝U2＋r② 聯(lián)立①②并代入數(shù)據(jù)解得E＝6V，r＝1Ω. 路端電壓和負載的關(guān)系 3．對于電動勢和

11、內(nèi)阻確定的電源的路端電壓，下列說法正確的是(I、U、R分別表示干路電流、路端電壓和外電阻)(　　) A．U隨R的增大而減小 B．當R＝0時，U＝0 C．當電路斷開時，I＝0，U＝0 D．當R增大時，U也會增大 答案　BD 對U－I圖象的理解 4．如圖6所示為某一電源的U－I圖象，由圖可知(　　) 圖6 A．電源電動勢為2V B．電源內(nèi)阻為Ω C．電源短路時電流為6A D．電路路端電壓為1V時，電路中電流為5A 答案　AD 解析　由U－I圖象可知，電源電動勢E＝2V. r＝||＝Ω＝0.2Ω，當U＝1V時， I＝＝A＝5A．選項A、D正確. 題組一　對閉

12、合電路歐姆定律的理解 1．在閉合電路中，下列敘述正確的是(　　) A．閉合電路中的電流跟電源電動勢成正比，跟整個電路的電阻成反比 B．當外電路斷開時，路端電壓等于零 C．當外電路短路時，電路中的電流無窮大 D．當外電阻增大時，路端電壓也增大 答案　AD 2．在已接電源的閉合電路里，關(guān)于電源的電動勢、內(nèi)電壓、外電壓的關(guān)系，下列說法正確的是(　　) A．若外電壓增大，則內(nèi)電壓增大，電源電動勢也會隨之增大 B．若外電壓減小，內(nèi)電阻不變，內(nèi)電壓也就不變，電源電動勢必然減小 C．若外電壓不變，則內(nèi)電壓減小，電源電動勢也會隨內(nèi)電壓減小 D．若外電壓增大，則內(nèi)電壓減小，電源的電動勢始終

13、等于二者之和 答案　D 3．一太陽能電池板，測得它的開路電壓為800mV，短路電流為40mA.若將該電池板與一阻值為20Ω的電阻連成一閉合電路，則它的路端電壓是(　　) A．0.10V B．0.20V C．0.30V D．0.40V 答案　D 解析　由已知條件得：E＝800mV. 又因I短＝，所以r＝＝Ω＝20Ω. 所以U＝IR＝R＝×20mV＝400mV ＝0.40V，選項D正確． 4．如圖1所示電路，R由2Ω變?yōu)?Ω時，電路中的電流變?yōu)樵瓉淼囊话耄瑒t電源的內(nèi)阻是(　　) 圖1 A．1Ω B．2Ω C．3Ω D．4Ω 答案　B 題組二　路

14、端電壓與負載的關(guān)系 5．如圖2所示，當開關(guān)S斷開時，電壓表示數(shù)為3V，當開關(guān)S閉合時，電壓表示數(shù)為1.8V，則外電阻R與電源內(nèi)阻r之比為(　　) 圖2 A．5∶3 B．3∶5 C．2∶3 D．3∶2 答案　D 解析　S斷開時，電壓表的示數(shù)等于電源的電動勢，即：E＝3V．S閉合時，U外＝1.8V，所以U內(nèi)＝E－U外＝1.2V．因U外＝IR，U內(nèi)＝Ir，所以R∶r＝U外∶U內(nèi)＝1.8∶1.2＝3∶2. 6．在如圖3所示電路中，電源的電動勢E＝9.0V，內(nèi)阻可忽略不計；AB為滑動變阻器，其最大電阻R＝30Ω；L為一小燈泡，其額定電壓U＝6.0V，額定功率P＝1.8W

15、；S為開關(guān)，開始時滑動變阻器的觸頭位于B端，現(xiàn)在接通開關(guān)S，然后將觸頭緩慢地向A端滑動，當?shù)竭_某一位置C時，小燈泡恰好正常發(fā)光．則C、B之間的電阻應(yīng)為(　　) 圖3 A．10Ω B．20Ω C．15Ω D．5Ω 答案　B 解析　本題中小燈泡恰好正常發(fā)光，說明此時通過小燈泡的電流達到額定電流I額＝＝A＝0.3A，兩端電壓達到額定電壓U額＝6.0V，而小燈泡和電源、滑動變阻器的AC部分串聯(lián)，則通過電阻AC的電流與通過小燈泡的電流相等，故RAC＝＝Ω＝10Ω，所以RCB＝R－RAC＝20Ω. 7．如圖4所示電路中，當可變電阻R的阻值增大時(　　) 圖4 A．A、B兩點間的

16、電壓增大 B．A、B兩點間的電壓減小 C．通過R的電流I增大 D．通過R的電流I減小 答案　AD 解析　當可變電阻R的阻值增大時，外電路總電阻增大，根據(jù)閉合電路歐姆定律分析知，干路電流I干減小，A、B間電壓增大，通過R2的電流增大，則通過R的電流I減?。蔬xA、D. 題組三　U－I圖象的理解 8．如圖5所示，甲、乙為兩個獨立電源(外電路為純電阻)的路端電壓與通過它們的電流I的關(guān)系圖線，下列說法中正確的是(　　) 圖5 A．路端電壓都為U0時，它們的外電阻相等 B．電流都是I0時，兩電源的內(nèi)電壓相等 C．電源甲的電動勢大于電源乙的電動勢 D．電源甲的內(nèi)阻小于電源乙的內(nèi)

17、阻 答案　AC 解析　甲、乙兩圖線的交點坐標為(I0，U0)，外電路是純電阻說明兩電源的外電阻相等，故A正確；圖線的斜率大小表示電源內(nèi)電阻的大小(電動勢與短路電流的比值)，圖線甲的斜率大于圖線乙的斜率，表明甲的內(nèi)阻大于乙的內(nèi)阻，故D錯誤；圖線與U軸交點的坐標值表示電動勢的大小，由圖線可知，甲與U軸交點的坐標值比乙的大，表明甲的電動勢大于乙的電動勢，故C正確；電源的內(nèi)電壓等于通過電源的電流與電源內(nèi)阻的乘積，即U內(nèi)＝Ir，因為甲的內(nèi)阻較乙的內(nèi)阻大，所以當電流都為I0時，甲電源的內(nèi)電壓較大，故B錯誤．故選A、C. 9．如圖6所示的U－I圖象中，直線Ⅰ為某電源的路端電壓與電流的關(guān)系，直線Ⅱ為某一

18、電阻R的U－I圖線，用該電源直接與電阻R連接成閉合電路，由圖象可知(　　) 圖6 A．R的阻值為0.5Ω B．電源電動勢為3.0V C．電源的內(nèi)阻為0.5Ω D．電源內(nèi)阻為1.5Ω 答案　BD 題組四　綜合應(yīng)用 10．如圖7所示，電源電動勢E＝縮小空間距“8V,16W”的燈泡L恰好能正常發(fā)光，電動機線圈的電阻R0＝1Ω，求： 圖7 (1)電源的總功率； (2)電動機的輸出功率． 答案　(1)40W　(2)12W 解析　(1)L正常發(fā)光，路端電壓等于燈泡額定電壓8V. 內(nèi)電壓U內(nèi)＝(10－8)V＝2V，則總電流I＝＝4A， 電源總功率為P電＝IE＝4×10W

19、＝40W. (2)流經(jīng)電動機的電流IM＝I－＝2A. 輸入電動機的總功率PM總＝U·IM＝8×2W＝16W. 電動機內(nèi)阻消耗功率PM內(nèi)＝IR0＝4×1W＝4W. 故電動機輸出功率PM出＝(16－4) W＝12W. 11．電路圖如圖8甲所示，若電阻未知，電源電動勢和內(nèi)阻也未知，電源的路端電壓U隨電流I的變化圖線及外電阻的U－I圖線分別如圖乙所示，求： 圖8 (1)電源的電動勢和內(nèi)阻； (2)電源的路端電壓． 答案　(1)4V　1Ω　(2)3V 解析　(1)由題圖乙所示U－I圖線知：電源電動勢E＝4V，短路電流I短＝4A，故內(nèi)阻r＝＝1Ω. (2)由圖象知：電源與電阻構(gòu)成

20、閉合回路時對應(yīng)路端電壓U＝3V. 12．如圖9所示的電路中，當開關(guān)S接a點時，標有“5V,2.5W”的小燈泡L正常發(fā)光，當開關(guān)S接b點時，通過電阻R的電流為1A，這時電阻R兩端的電壓為4V．求： 圖9 (1)電阻R的值； (2)電源的電動勢和內(nèi)阻． 答案　(1)4Ω(2)6V　2Ω 解析　(1)電阻R的值為R＝＝Ω＝4Ω. (2)當開關(guān)接a時，有E＝U1＋I1r，又U1＝5V， I1＝＝A＝0.5A. 當開關(guān)接b時，有E＝U2＋I2r，又U2＝4V，I2＝1A， 聯(lián)立解得E＝6V，r＝2Ω. 13．如圖10所示電路中，電源電動勢E＝12V，內(nèi)阻r＝2Ω，R1＝4Ω，R2＝6Ω，R3＝3Ω. 圖10 (1)若在C、D間連一個理想電壓表，其讀數(shù)是多少； (2)若在C、D間連一個理想電流表，其讀數(shù)是多少． 答案　(1)6V　(2)1A 解析　(1)若在C、D間連一個理想電壓表，根據(jù)閉合電路歐姆定律，有I1＝＝A＝1A. 理想電壓表讀數(shù)為UV＝I1R2＝6V. (2)若在C、D間連一個理想電流表，這時電阻R2與R3并聯(lián)，并聯(lián)電阻大小R23＝＝Ω＝2Ω 根據(jù)閉合電路歐姆定律，有 I2＝＝A＝1.5A. 理想電流表讀數(shù)為 I′＝I2＝×1.5A＝1A． 11