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(biāo)定位]　1.了解電源電動(dòng)勢(shì)的基本含義，了解內(nèi)電路、外電路，知道電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)、外電路電勢(shì)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(huì)用閉合電路歐姆定律分析路端電壓與負(fù)載的關(guān)系． 一、電動(dòng)勢(shì) 電動(dòng)勢(shì) 1．定義：電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于沒(méi)有接入外電路時(shí)兩極間的電壓，常用E來(lái)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(dòng)勢(shì)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(jī)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(diǎn) 在外電路中，電流由高電勢(shì)流向低電勢(shì)，在外電阻上沿電流方向電勢(shì)降低；電源內(nèi)部由負(fù)極到正極電勢(shì)升高． 3．閉合電路的歐姆定律 (1)內(nèi)容：流過(guò)閉合電路的電流跟電路中電源的電動(dòng)勢(shì)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＋I(xiàn)r. 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(dòng)勢(shì)．為什么？ 答案　小于　因?yàn)殡娫匆灿袃?nèi)阻，用電壓表和電源正負(fù)極相連時(shí)，相當(dāng)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(dòng)勢(shì)． 三、路端電壓與

3、負(fù)載的關(guān)系 1．路端電壓的表達(dá)式 U＝E－Ir. 2．路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律 (1)當(dāng)外電阻R增大時(shí)，電流I減小，路端電壓增大． (2)當(dāng)外電阻R減小時(shí)，電流I增大，路端電壓減?。? (3)兩個(gè)特例：外電路斷開(kāi)時(shí)，R→∞，I＝0，U＝E，據(jù)此特點(diǎn)可測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)． 外電路短路時(shí)，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(shí)，為什么不能直接用導(dǎo)線把電源的兩極連接起來(lái)？ 答案　直接用導(dǎo)線把電源的兩極連接起來(lái)時(shí)，由于電源內(nèi)阻很小，電流很大，容易損壞電源. 一、電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 1．電源的作用：維持電路兩端始終有一定的電勢(shì)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(shì)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(dòng)勢(shì)也不同，例如干電池電動(dòng)勢(shì)都是1.5V，學(xué)生用蓄電池電動(dòng)勢(shì)都是2V，與體積大小無(wú)關(guān)．這兩種電池的電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)等于電源沒(méi)有接入外電路時(shí)兩極間的電壓． 例1　關(guān)于電源的電動(dòng)勢(shì)，下面說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　) A．電源的電動(dòng)勢(shì)就是電源兩極間的電壓 B．電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)的數(shù)值等于內(nèi)、外電路電壓之和 D．電動(dòng)勢(shì)只由電源性質(zhì)決定，與外電路無(wú)關(guān) 答案　A 解析　電動(dòng)勢(shì)等于電源

5、沒(méi)有接入外電路時(shí)兩極間的電壓．當(dāng)電源接入外電路時(shí)，電源有內(nèi)電壓，電源兩極間的電壓小于電動(dòng)勢(shì)，故A錯(cuò)誤．電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)的數(shù)值等于內(nèi)、外電路電壓之和，故C正確．電動(dòng)勢(shì)由電源性質(zhì)決定，與外電路無(wú)關(guān)．故D正確．本題選錯(cuò)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(dá)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＋I(xiàn)r適用于外電路為純電阻的閉合電路E＝U外＋I(xiàn)r適用于任何電路，表明電源電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)為6V，內(nèi)阻為1Ω，R1＝5Ω，R2＝10Ω，滑動(dòng)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(dāng)R3阻值為零時(shí)，R2被短路，外電阻最小，電流最大． R外＝R1＝5Ω，I＝＝A＝1A. 當(dāng)R3阻值為10Ω時(shí)，外電阻最大，電流最?。? R并＝＝5Ω，R外′＝R1＋R并＝10Ω， I′＝＝A≈0.55A. 方法點(diǎn)撥：電路中的總電流由電源的電動(dòng)勢(shì)和電路中的總電阻決定．其中E、r不變，當(dāng)外電阻變化時(shí)，電路總電流隨之變化． 例3　如圖2所示，已知R1＝R2＝R3＝1Ω.當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后，電壓表

7、的讀數(shù)為1V；當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，電壓表的讀數(shù)為0.8V，則電源的電動(dòng)勢(shì)等于(　　) 圖2 A．1V B．1.2V C．2V D．4V 答案　C 解析　當(dāng)S閉合時(shí)，I＝＝A＝1A，故有E＝I(1.5＋r)；當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，I′＝＝0.8A，故有E＝I′(2＋r)，解得E＝2V，C正確． 三、路端電壓和負(fù)載的關(guān)系 1．路端電壓和外電阻的關(guān)系 (1)當(dāng)外電阻R增大時(shí)，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(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí)，路端電壓U外＝E. (2)當(dāng)外電阻R減小時(shí)，總電流I增大，內(nèi)電壓Ir增大，路端電壓U外減小．外電路短路

8、即r＝0時(shí)，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(dòng)勢(shì)． (2)I軸截距I0等于短路電流． (3)圖線斜率的絕對(duì)值表示電源的內(nèi)阻，即r＝||. 注意：若縱坐標(biāo)上的取值不是從零開(kāi)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(gè)不同閉合電路中兩個(gè)不同電源的U－I圖象，則下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖4 A．電動(dòng)勢(shì)E1＝E2，短路電流I1>I2 B．電動(dòng)勢(shì)E1＝E2，內(nèi)阻r1>r2 C．電動(dòng)勢(shì)E1>E2，內(nèi)阻r1

9、兩電源的工作電流變化量相同時(shí)，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(diǎn)，則說(shuō)明兩電源的電動(dòng)勢(shì)相同；交橫軸于兩不同的點(diǎn)，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(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤．又由兩圖線的傾斜程度可知圖線2的斜率的絕對(duì)值大于圖線1的斜率的絕對(duì)值，即電源2的內(nèi)阻大于電源1的內(nèi)阻，則可知B項(xiàng)錯(cuò)誤．由圖象可判斷當(dāng)兩電源的工作電流變化量相同時(shí)，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(xiàng)正確． 借題發(fā)揮　圖象的縱坐標(biāo)不從零開(kāi)始時(shí)，圖線與縱軸的交點(diǎn)仍表示電源電動(dòng)勢(shì)E，但圖線與橫軸的交點(diǎn)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(dòng)勢(shì)，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＋I(xiàn)r 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(dāng)電阻箱讀數(shù)為R1＝2Ω時(shí)，電壓表讀數(shù)為U1＝4V；當(dāng)電阻箱讀數(shù)為R2＝5Ω時(shí)，電壓表讀數(shù)為U2＝5V．求：電源的電動(dòng)勢(shì)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(fù)載的關(guān)系 3．對(duì)于電動(dòng)勢(shì)和

11、內(nèi)阻確定的電源的路端電壓，下列說(shuō)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(dāng)R＝0時(shí)，U＝0 C．當(dāng)電路斷開(kāi)時(shí)，I＝0，U＝0 D．當(dāng)R增大時(shí)，U也會(huì)增大 答案　BD 對(duì)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(dòng)勢(shì)為2V B．電源內(nèi)阻為Ω C．電源短路時(shí)電流為6A D．電路路端電壓為1V時(shí)，電路中電流為5A 答案　AD 解析　由U－I圖象可知，電源電動(dòng)勢(shì)E＝2V. r＝||＝Ω＝0.2Ω，當(dāng)U＝1V時(shí)， I＝＝A＝5A．選項(xiàng)A、D正確. 題組一　對(duì)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(dòng)勢(shì)成正比，跟整個(gè)電路的電阻成反比 B．當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí)，路端電壓等于零 C．當(dāng)外電路短路時(shí)，電路中的電流無(wú)窮大 D．當(dāng)外電阻增大時(shí)，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(dòng)勢(shì)、內(nèi)電壓、外電壓的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．若外電壓增大，則內(nèi)電壓增大，電源電動(dòng)勢(shì)也會(huì)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(dòng)勢(shì)必然減小 C．若外電壓不變，則內(nèi)電壓減小，電源電動(dòng)勢(shì)也會(huì)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(dòng)勢(shì)始終

13、等于二者之和 答案　D 3．一太陽(yáng)能電池板，測(cè)得它的開(kāi)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(xiàng)D正確． 4．如圖1所示電路，R由2Ω變?yōu)?Ω時(shí)，電路中的電流變?yōu)樵瓉?lái)的一半，則電源的內(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(fù)載的關(guān)系 5．如圖2所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，電壓表示數(shù)為3V，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，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(kāi)時(shí)，電壓表的示數(shù)等于電源的電動(dòng)勢(shì)，即：E＝3V．S閉合時(shí)，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(dòng)勢(shì)E＝9.0V，內(nèi)阻可忽略不計(jì)；AB為滑動(dòng)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(kāi)關(guān)，開(kāi)始時(shí)滑動(dòng)變阻器的觸頭位于B端，現(xiàn)在接通開(kāi)關(guān)S，然后將觸頭緩慢地向A端滑動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一位置C時(shí)，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(shuō)明此時(shí)通過(guò)小燈泡的電流達(dá)到額定電流I額＝＝A＝0.3A，兩端電壓達(dá)到額定電壓U額＝6.0V，而小燈泡和電源、滑動(dòng)變阻器的AC部分串聯(lián)，則通過(guò)電阻AC的電流與通過(guò)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(dāng)可變電阻R的阻值增大時(shí)(　　) 圖4 A．A、B兩點(diǎn)間的

16、電壓增大 B．A、B兩點(diǎn)間的電壓減小 C．通過(guò)R的電流I增大 D．通過(guò)R的電流I減小 答案　AD 解析　當(dāng)可變電阻R的阻值增大時(shí)，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(guò)R2的電流增大，則通過(guò)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(gè)獨(dú)立電源(外電路為純電阻)的路端電壓與通過(guò)它們的電流I的關(guān)系圖線，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖5 A．路端電壓都為U0時(shí)，它們的外電阻相等 B．電流都是I0時(shí)，兩電源的內(nèi)電壓相等 C．電源甲的電動(dòng)勢(shì)大于電源乙的電動(dòng)勢(shì) 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(diǎn)坐標(biāo)為(I0，U0)，外電路是純電阻說(shuō)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(dòng)勢(shì)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(cuò)誤；圖線與U軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值表示電動(dòng)勢(shì)的大小，由圖線可知，甲與U軸交點(diǎn)的坐標(biāo)值比乙的大，表明甲的電動(dòng)勢(shì)大于乙的電動(dòng)勢(shì)，故C正確；電源的內(nèi)電壓等于通過(guò)電源的電流與電源內(nèi)阻的乘積，即U內(nèi)＝Ir，因?yàn)榧椎膬?nèi)阻較乙的內(nèi)阻大，所以當(dāng)電流都為I0時(shí)，甲電源的內(nèi)電壓較大，故B錯(cuò)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?yàn)槟骋?/p>

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(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)E＝縮小空間距“8V,16W”的燈泡L恰好能正常發(fā)光，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻R0＝1Ω，求： 圖7 (1)電源的總功率； (2)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的電流IM＝I－＝2A. 輸入電動(dòng)機(jī)的總功率PM總＝U·IM＝8×2W＝16W. 電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻消耗功率PM內(nèi)＝IR0＝4×1W＝4W. 故電動(dòng)機(jī)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(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(shí)對(duì)應(yīng)路端電壓U＝3V. 12．如圖9所示的電路中，當(dāng)開(kāi)關(guān)S接a點(diǎn)時(shí)，標(biāo)有“5V,2.5W”的小燈泡L正常發(fā)光，當(dāng)開(kāi)關(guān)S接b點(diǎn)時(shí)，通過(guò)電阻R的電流為1A，這時(shí)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(dòng)勢(shì)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(dāng)開(kāi)關(guān)接a時(shí)，有E＝U1＋I(xiàn)1r，又U1＝5V， I1＝＝A＝0.5A. 當(dāng)開(kāi)關(guān)接b時(shí)，有E＝U2＋I(xiàn)2r，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(dòng)勢(shì)E＝12V，內(nèi)阻r＝2Ω，R1＝4Ω，R2＝6Ω，R3＝3Ω. 圖10 (1)若在C、D間連一個(gè)理想電壓表，其讀數(shù)是多少； (2)若在C、D間連一個(gè)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(gè)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(gè)理想電流表，這時(shí)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