《2017-2018年高中物理 第二章 恒定电流 第9讲 闭合电路的欧姆定律学案 新人教版选修3-1》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2017-2018年高中物理 第二章 恒定电流 第9讲 闭合电路的欧姆定律学案 新人教版选修3-1(11页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、1闭合电路的欧姆定律目标定位1.了解内电路、外电路,知道电动势等于内、外电路电势降落之和.2.掌握闭合电路欧姆定律的内容,理解各物理量及公式的物理意义.3.会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系一、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)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闭合电路的欧姆定律(1)内容:闭合电路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(2)公式: I ER r或 E IR Ir或 E U 外 U 内 (3)适用条件:、适用于外电路为纯
2、电阻电路,适用于一切电路深度思考我们用电压表直接连接电源的两端,电压表的读数_(填“大于” 、 “小于”或“等于”)电源电动势为什么?答案小于因为电源也有内阻,用电压表和电源正、负极相连时,相当于电源与电压表串联,电压表读数是路端电压,小于电源电动势例 1在图 1 所示的电路中, R19, R25,当 a、 b 两点间接理想的电流表时,其读数为 0.5A;当 a、 b 两点间接理想的电压表时,其读数为 1.8V求电源的电动势和内电阻图 1解析当 a、 b 两点间接理想的电流表时, R1被短路,回路中的电流 I10.5 A,由闭合电路欧姆定律得: E I1(R2 r)代入数据得:2E0.5(5
3、r)当 a、 b 两点间接理想的电压表时,回路中的电流I2 A0.2 AUR1 1.89由闭合电路欧姆定律得:E I2(R2 R1 r)E0.2(14 r)联立得: E3 V, r1 答案3V1应用闭合电路的欧姆定律解决问题时,应认清各元件之间的串、并联关系,然后根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流.特别要注意电压表测量哪一部分电压,电流表测量哪个电路的电流.针对训练如图 2 所示,电源电动势为 6V,内阻为 1, R15, R210,滑动变阻器R3的阻值变化范围为 010,求电路的总电流的取值范围图 2答案0.551A解析当 R3阻值为零时, R2被短路,外电阻
4、最小,电路的总电流最大R 外 R15, I A1A.ER外 r 65 1当 R3阻值为 10 时,外电阻最大,电路的总电流最小R 并 5, R 外 R1 R 并 10,R3R2R3 R2I A0.55A.ER外 r 610 1二、路端电压与负载的关系1路端电压的表达式: U E Ir.2路端电压随外电阻的变化规律(1)当外电阻 R 增大时,电流 I 减小,路端电压增大3(2)当外电阻 R 减小时,电流 I 增大,路端电压减小(3)两个特例:外电路断开时, R, I0, U E,据此特点可测电源电动势外电路短路时, R0, I , U0,据此特点可以理解不允许将电源两端用导线直接连接Er的原因3
5、外电压 U 与电流 I 的关系由 U E Ir 可知, U I 图象是一条斜向下的直线,如图 3 所示图 3(1)图象中 U 轴截距 E 表示电源的电动势(2)I 轴截距 I0等于短路电流(3)图线斜率的绝对值表示电源的内阻,即 r| |. U I注意:若纵坐标上的取值不是从零开始,则横坐标截距不表示短路电流,但斜率的绝对值仍然等于内阻例 2(多选)如图 4 所示是某电源的路端电压与电流的关系图象,下列结论正确的是()图 4A电源的电动势为 6.0 VB电源的内阻为 12 C电源的短路电流为 0.5 AD电流为 0.3 A 时的外电阻是 18 解析 UI 图象在纵轴上的截距等于电源的电动势,即
6、 E6.0 V,因为该电源的 UI 图象的纵轴坐标不是从零开始的,所以横轴上的截距 0.5 A 并不是电源的短路电流,电源的内阻应按斜率的绝对值计算,即 r| | 2 .由闭合电路欧姆定律可得电流 U I 6.0 5.00.5 04I0.3 A 时,外电阻 R r18 .故选项 A、D 正确EI答案AD三、闭合电路的功率1电源的功率:就是电源提供的总功率,即电源将其他形式的能转化为电能的功率,也叫电源消耗的功率 P 总 EI.2电源输出功率:整个外电路上消耗的电功率 P 出 UI.3电源内耗功率:内电路上消耗的电功率,即电源内阻的发热功率 P 内 U 内 I I2r.4闭合电路的功率关系:(1
7、)功率关系: IE IU I2r 或 E IU 外 IU 内(2)能量关系: IUt I2Rt I2rt,此表达式反映了电源克服静电力做的功等于内、外电路消耗的电能之和例 3如图 5 所示,电源电动势 E10V,内阻 r0.5,标有“8V16W”的灯泡 L 恰好能正常发光,电动机 线圈的电阻 R01,求:图 5(1)电源的总功率;(2)电动机的输出功率解析(1)L 正常发光,路端电压等于灯泡额定电压 8V.内电压 U 内 (108)V2V,则总电流 I 4A,U内r电源总功率为 P 电 IE410W40W.(2)流经电动机的电流 IM I 2A.PU输入电动机的总功率 PM 总 UIM82W1
8、6W.电动机内阻消耗功率 PM 内 I R041W4W.2M故电动机的输出功率 PM 出 (164)W12W.答案(1)40W(2)12W51(闭合电路欧姆定律的理解及应用)有两个相同的电阻,阻值为 R,串联起来接在电动势为 E 的电源上,通过每个电阻的电流为 I;若将这两个电阻并联,仍接在该电源上,此时通过一个电阻的电流为 ,则该电源的内阻是()2I3A RB. C4 RD.R2 R8答案C解析由闭合电路欧姆定律得,两电阻串联时:IE2R r两电阻并联时, I 23 12 ER2 r解得, r4 R.2(路端电压与负载的关系)(多选)对于电动势和内阻确定的电源的路端电压,下列说法正确的是(
9、I、 U、 R 分别表示干路电流、路端电压和外电阻)()A U 随 R 的增大而减小 B当 R0 时, U0C当电路断开时, I0, U0 D当 R 增大时, U 也会增大答案BD3(电源的 U I 图象)(多选)如图 6 所示为某一电源的 U I 图象,由图可知()图 6A电源电动势为 2VB电源内阻为 13C电源短路时电流为 6AD电路路端电压为 1V 时,电路中电流为 5A答案AD解析由 U I 图象可知,电源电动势 E2V.r| | 0.2,当 U1V 时, I A5A选项 A、D 正确 U I 1.26 E Ur 2 10.264(闭合电路的功率关系)如图 7 所示,电源电动势 E3
10、0V,内阻 r1,灯泡上标有“6V12W”字样,直流电动机线圈电阻 R2,若灯泡恰好能正常发光,求电动机输出的机械功率图 7答案36W解析因灯泡正常发光,所以 I A2APU 126U 内 Ir21V2V所以电动机两端电压为UM E U 内 U30V2V6V22V电动机输出的机械功率为P 机 UMI I2R222W2 22W36W.题组一闭合电路欧姆定律的理解和简单应用1在已接电源的闭合电路里,关于电源的电动势、内电压和外电压的关系,下列说法正确的是()A若外电压增大,则内电压增大,电源电动势也会随之增大B若外电压减小,内电阻不变,内电压也就不变,电源电动势必然减小C若外电压不变,则内电压减小
11、,电源电动势也会随内电压减小D若外电压增大,则内电压减小,电源的电动势始终等于二者之和答案D2(多选)若 E 表示电动势, U 表示外电压, U表示内电压, R 表示外电路的总电阻, r 表示内电阻, I 表示电流,则下列各式中正确的是()A U IR B U E UC U E Ir D U ERR r答案BD3一太阳能电池板,测得它的开路电压为 800mV,短路电流为 40mA.若将该电池板与一阻值为 20 的电阻连成一闭合电路,则它的路端电压是()7A0.1VB0.2VC0.3VD0.4V答案D解析由已知条件得: E800mV.又因 I 短 ,所以 r 20.Er EI短 80010 34
12、010 3所以 U IR R 20mV400mV0.4V,选项 D 正确ER r 80020 204如图 1 所示电路, R 由 2 变为 6 时,电路中的电流变为原来的一半,则电源的内阻是()图 1A1 B2C3 D4答案B5如图 2 所示,当开关 S 断开时,电压表示数为 3V,当开关 S 闭合时,电压表示数为1.8V,则外电阻 R 与电源内阻 r 之比为()图 2A53 B35C23 D32答案D解析S 断开时,电压表的示数等于电源的电动势,即 E3VS 闭合时, U 外 1.8V,所以 U 内 E U 外 1.2V因 U 外 IR, U 内 Ir,所以 R r U 外 U 内 1.81
13、.232.6(多选)如图 3 所示的电路中,当开关 S 接 a 点时,标有“5V2.5W”的小灯泡 L 正常发光,当开关 S 接 b 点时,通过电阻 R 的电流为 1A,这时电阻 R 两端的电压为 4V则下列说法正确的是()8图 3A电阻 R 的阻值为 4B电源的电动势为 5VC电源的电动势为 6VD电源的内阻为 2答案ACD解析电阻 R 的阻值为 R 4.U2I2 41当开关接 a 时,有 E U1 I1r,又 U15V,I1 A0.5A.P1U1 2.55当开关接 b 时,有 E U2 I2r,又 U24V, I21A,联立解得 E6V, r2.题组二路端电压与负载的关系7(多选)电源电动
14、势为 E,内阻为 r,向可变电阻 R 供电关于路端电压,下列说法中正确的是()A因为电源电动势不变,所以路端电压也不变B当 R 增大时,路端电压也增大C当干路电流 I 增大时,路端电压也增大D因为 U E Ir,所以当 I 增大时,路端电压减小答案BD解析由 U E Ir,可得选项 B、D 正确8在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警装置,电路如图 4 所示M 是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻 RM发生变化,导致 S 两端电压U 增大,装置发出警报,此时()图 4A RM变大,且 R 越大, U 增大越明显B RM变大,且 R 越小, U 增大越明显C RM变小,且 R 越大, U 增大越明显D RM变小,且 R 越小, U 增大越明显9答案C解析由题意知,S 两端的电压增大,则电路中的电流增大,接触药液的传感器的电阻变小,则 A、B 选项是错误的;将 S 看做外电路,其余看做等效电源,根据 U E Ir 可判断,同样的变化电流,则内阻越大电压变化越大,因此答案为 C.题组三电源的 U I 图象9(多选)如图 5 所示,甲、乙为两个独立电源(外电路为纯电阻电路)的路端电压与通过它们的电流 I 的关系图线,下列说法中正确的是()图 5A路端电压都为 U0时,它们的外电阻相等B电流都是 I