高中物理选修31学案第4章 探究闭合电路欧姆定律同步练习课堂练习Word含答案.docx

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高中物理选修31学案第4章探究闭合电路欧姆定律同步练习课堂练习Word含答案

　章末总结

一、纯电阻电路和非纯电阻电路

1．对于纯电阻电路（如白炽灯、电炉丝等构成的电路），电流做功将电能全部转化为内能，此时有W＝Q，即UIt＝I2Rt.计算电功或电热时，可采用公式W＝Q＝UIt＝

t＝Pt中的任一形式进行计算．

2．对于非纯电阻电路（如含有电动机、电解槽的电路），电功大于电热．在这种情况下，不能用I2Rt或

t来计算电功．根据能量守恒定律可知，在非纯电阻电路中，电能的转化为：

电功＝电热＋其他形式的能，即UIt＝I2Rt＋E（其他形式的能）．

例1　如图1所示，电解槽A和电炉B并联后接到电源上，电源内阻r＝1Ω，电炉电阻R＝19Ω，电解槽电阻r′＝0.5Ω.当S1闭合、S2断开时，电炉消耗功率为684W；S1、S2都闭合时电炉消耗功率为475W（电炉电阻可看做不变）．试求：

图1

（1）电源的电动势；

（2）S1、S2都闭合时，流过电解槽的电流大小；

（3）S1、S2都闭合时，电解槽中电能转化成化学能的功率．

二、闭合电路的动态分析

动态电路问题的分析思路

（1）电路中不论是串联部分还是并联部分，只要有一个电阻的阻值变大时，整个电路的总电阻必变大．只要有一个电阻的阻值变小时，整个电路的总电阻必变小；

（2）根据总电阻的变化，由闭合电路欧姆定律可判定总电流、路端电压的变化；

（3）判定固定支路电流、电压的变化；

（4）判定变化部分的电流、电压变化，如变化部分是并联回路，那么仍应先判定固定电阻部分的电流、电压的变化，然后变化部分的电流、电压就能确定了．

例2　在如图2所示的电路中，E为电源电动势，r为其内阻，L为小灯泡（其灯丝电阻可视为不变），R1、R2为定值电阻，R3为光敏电阻，其阻值大小随所受照射光强度的增大而减小，V为理想电压表．若将照射R3的光的强度减弱，则（　　）

图2

A．电压表的示数变大

B．小灯泡消耗的功率变小

C．通过R2的电流变小

D．电源内阻的电压变大

三、含电容器电路的分析与计算方法

在直流电路中，当电容器充、放电时，电路里有充、放电电流．一旦电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大（只考虑电容器是理想的不漏电的情况）的元件，电容器处电路可看做是断路，简化电路时可去掉它．分析和计算含有电容器的直流电路时，需注意以下几点：

（1）电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压降低，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压．

（2）当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等．

（3）电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充（放）电．如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电．

例3　如图3所示，电源电动势E＝10V，内阻可忽略，R1＝4Ω，R2＝6Ω，C＝30μF，求：

图3

（1）S闭合后，稳定时通过R1的电流；

（2）S原来闭合，然后断开，这个过程中流过R1的总电荷量．

1.（闭合电路的动态分析）如图4所示的电路．三只相同的灯泡L1、L2、L3，当滑动变阻器的滑动触点向b端移动时（　　）

图4

A．L1变亮，L2、L3变暗

B．L1、L2变亮，L3变暗

C．L1、L3变暗，L2变亮

D．L1、L3变亮，L2变暗

2.（闭合电路的动态分析）（多选）如图5所示，电源电动势为E，内阻为r，不计电压表和电流表内阻对电路的影响，当开关闭合后，两小灯泡均能发光．在将滑动变阻器的触片逐渐向右滑动的过程中，下列说法正确的是（　　）

图5

A．小灯泡L1、L2均变暗

B．小灯泡L1变亮，小灯泡L2变暗

C．电流表

的读数变小，电压表

的读数变大

D．电流表

的读数变大，电压表

的读数变小

3.（含电容器电路的分析与计算）（多选）如图6所示的电路中，电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，电阻R1＝6Ω，R2＝5Ω，R3＝3Ω，电容器的电容C＝2×10－5F．若将开关S闭合，电路稳定时通过R2的电流为I；断开开关S后，通过R1的电荷量为q.则（　　）

图6

A．I＝0.75AB．I＝0.5A

C．q＝2×10－5CD．q＝1×10－5C

4.（非纯电阻电路的计算）如图7所示的电路中，电源电动势E＝10V，内阻r＝0.5Ω，电动机的电阻R0＝1.0Ω，电阻R1＝1.5Ω.电动机正常工作时，电压表的示数U1＝3.0V，求：

图7

（1）电源释放的电功率；

（2）电动机消耗的电功率和将电能转化为机械能的功率；

（3）电源的输出功率和效率．

答案精析

网络构建

　IR＋Ir　UIt　UI　I2Rt　I2R　IE　IU　I2r

题型探究

例1　

（1）120V　

（2）20A　（3）1700W

解析　

（1）设S1闭合、S2断开时电炉功率为P1，

电炉中电流I＝

＝

A＝6A

电源电动势E＝I（R＋r）＝120V.

（2）设S1、S2都闭合时电炉功率为P2，电炉中电流为

I′＝

＝

A＝5A

电源路端电压为U＝I′R＝5×19V＝95V，

流过电源的电流为I1＝

＝

A＝25A

流过电解槽的电流为IA＝I1－I′＝20A.

（3）电解槽消耗的电功率PA＝IAU＝20×95W＝1900W

电解槽中热损耗功率P热＝I

r′＝202×0.5W＝200W

电解槽中电能转化成化学能的功率为

P化＝PA－P热＝1700W.

例2　B　[若将照射R3的光的强度减弱，则R3的电阻将增大，电路中的总电阻将增大，总电流减小，故电压表的示数变小，电源内电压也减小，A、D错误；而电阻R2两端的电压将变大，通过R2的电流变大，而总电流减小，所以通过小灯泡的电流减小，小灯泡消耗的功率变小，B正确，C错误．]

例3　

（1）1A　

（2）1.2×10－4C

解析　

（1）电路稳定时，R1、R2串联，易求I＝

＝1A.

（2）S闭合时，电容器两端电压UC＝U2＝I·R2＝6V，储存的电荷量Q＝C·UC.S断开至达到稳定后电路中电流为零，此时UC′＝E，储存的电荷量Q′＝C·UC′.很显然电容器上的电荷量增加了ΔQ＝Q′－Q＝CUC′－CUC＝1.2×10－4C．电容器上电荷量的增加是在S断开以后才产生的，这只有通过R1这条电路实现，所以流过R1的电荷量就是电容器带电荷量的增加量．

达标检测

1．B　2.BC　3.AD

4．

（1）20W　

（2）12W　8W　（3）18W　90%

解析　

（1）电动机正常工作时，总电流为I＝

＝

A＝2A，电源释放的电功率为P释＝EI＝10×2W＝20W.

（2）电动机两端的电压为U＝E－Ir－U1＝（10－2×0.5－3.0）V＝6V

电动机消耗的电功率为：

P电＝UI＝6×2W＝12W

电动机消耗的热功率为：

P热＝I2R0＝22×1.0W＝4W

根据能量守恒定律得，电动机将电能转化为机械能的功率

P机＝P电－P热＝12W－4W＝8W

（3）电源的输出功率为P出＝P释－P内＝P释－I2r＝（20－22×0.5）W＝18W，η＝

×100%＝

×100%＝90%.

　实验：

测定金属的电阻率

[目标定位]1.进一步掌握用伏安法测电阻的电路的设计思想.2.掌握螺旋测微器的读数方法.3.掌握测定金属电阻率的实验原理、实验过程及数据处理方法．

一、螺旋测微器的读数原理

1．构造及原理：

如图1所示，它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D′是与测微螺杆F连在一起的，并通过精密螺纹套在B上，精密螺纹的螺距是0.5mm，即旋钮D每转一周，测微螺杆F前进或后退________mm，可动刻度分成50等份，每一等份表示__________．

图1

2．使用方法：

当A与F并拢时，可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合，逆时针旋转旋钮D，将测微螺杆F旋出，把被测物体放入A、F之间，再顺时针旋转旋钮D，使A、F正好接触被测物．在使用时，F快要接触被测物时，要停止使用旋钮D，改用微调旋钮D′.

3．读数方法：

L＝固定刻度示数＋可动刻度示数（估读一位）×分度值．

注意　

（1）以毫米为单位时，小数点后面要有三位有效数字，特别是最后一位估读数字为零时，不能省略．

（2）在读数时注意半毫米刻度线是否已露出．

二、实验操作

1．实验原理

图2

（1）把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R（R＝________）．电路原理图如图2所示．

（2）用________________测出金属丝的长度L，用________________测出金属丝的直径d，算出横截面积S（S＝

）．

（3）由电阻定律R＝__________，得ρ＝

＝

＝

，求出电阻率．

2．实验器材

螺旋测微器、________________、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、________________.

3．实验步骤

（1）测直径：

用螺旋测微器在被测金属导线上三个不同位置各测一次直径，并记录．

（2）连电路：

按如图2所示的电路图连接实验电路．

（3）量长度：

用________________测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，并记录．

（4）求电阻：

把滑动变阻器的滑动触头调节到使接入电路中的电阻值________的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S.改变滑动变阻器滑动触头的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S.

（5）拆除实验电路，整理好实验器材．

4．数据处理

电阻R的数值可用以下两种方法确定：

（1）计算法：

利用每次测量的U、I值分别计算出电阻，再求出电阻的__________作为测量结果．

（2）图像法：

可建立I－U坐标系，将测量的U、I值描点作出图像，利用图像的________来求出电阻值R.

5．实验注意事项

（1）因一般金属导线电阻较小，为了减小实验的系统误差，必须选择电流表________法．

（2）本实验用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值________状态．

（3）测量L时应测接入电路的金属导线的________长度（即两接线柱之间的长度）；在金属导线的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d.

（4）电流不宜过________（电流表用0～0.6A量程），通电时间不宜________，以免电阻率因温度升高而变化．

一、仪器的选择和电路的设计

例1　在测定金属的电阻率的实验中，可供选用的器材如下：

待测金属丝：

Rx（阻值约4Ω，额定电流约0.5A）；

电压表：

V（量程3V，内阻约3kΩ）；

电流表：

A1（量程0.6A，内阻约0.2Ω）；

A2（量程3A，内阻约0.05Ω）；

电源：

E1（电源电压为3V）；

E2（电源电压为12V）；

滑动变阻器：

R（最大阻值约20Ω）；

螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线．

图3

（1）用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图3所示，读数为________mm.

（2）若滑动变阻器采用限流式接法，为使测量尽量精确，电流表应选________，电源应选________（均填器材代号），在虚线框中完成电路原理图．

二、数据处理和实物图的连线

例2　利用螺旋测微器、米尺和如图4所示的器材（其中电流表的内阻为1Ω，电压表的内阻为5kΩ）测量一根粗细均匀的阻值约为5Ω的金属丝的电阻率．

（1）用笔画线代替导线，将图5中的器材连接成实物电路，要求连线不能交叉，电流表、电压表应该选择合适的量程（已知电源的电动势为6V，滑动变阻器的阻值为0～20Ω）．

图4

图5

图6

（2）实验时，用螺旋测微器测量金属丝的直径和用米尺测量金属丝的长度示数如图5所示，电流表、电压表的读数如图6所示．则金属丝两端的电压U＝______，电流I＝______，金属丝的长度L＝________，直径d＝________.

（3）该金属丝的电阻率是________．（保留两位有效数字）

在“测定金属的电阻率”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图7所示，用毫米刻度尺测出金属丝的长度L，金属丝的电阻大约为5Ω，先用伏安法测出金属丝的电阻R，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率．

图7

（1）从图中读出金属丝的直径为________mm.

（2）为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材：

A．电压表0～3V，内阻10kΩ

B．电压表0～15V，内阻50kΩ

C．电流表0～0.6A，内阻0.05Ω

D．电流表0～3A，内阻0.01Ω

E．滑动变阻器，0～10Ω

F．滑动变阻器，0～100Ω

①要求较准确地测出其阻值，电压表应选____________________，电流表应选________________，滑动变阻器应选____________．（填序号）

②实验中某同学的实物接线如图8所示，请指出该同学实物接线中的两处明显错误．

图8

错误1：

________________________________________________________________________；

错误2：

________________________________________________________________________.

答案精析

知识探究

一、

1．0.5　0.01mm

二、

1．

（1）

（2）毫米刻度尺　螺旋测微器　（3）ρ

2．毫米刻度尺　滑动变阻器

3．（3）毫米刻度尺　（4）最大

4．

（1）平均值　

（2）斜率

5．

（1）外接　

（2）最大　（3）有效　（4）大　太长

典型例题

例1　

（1）1.774（1.772～1.776均正确）　

（2）A1　E1　见解析图

解析　

（1）螺旋测微器的读数为：

1．5mm＋27.4×0.01mm＝1.774mm.

（2）在用伏安法测电阻的实验中，为使测量尽量精确，则电流表、电压表指针需达到半偏以上，又因待测金属丝的额定电流为0.5A，所以电流表选A1，电源选E1即可．电路原理图如图所示．

例2　

（1）见解析图　

（2）2.20V　0.44A

30．50cm　1.850×10－3m　（3）4.4×10－5Ω·m

解析　

（1）由于金属丝的电阻比电压表的内阻小得多，因此采用电流表外接法；由于金属丝的电阻比滑动变阻器的总电阻要小，因此采用限流式接法，为了保证滑动变阻器起限流作用，滑动变阻器应该连接“B、C”、“A、D”、“A、C”或“B、D”接线柱；由题图可以看出电流表应该连接“－”接线柱和“0.6”接线柱，具体连线如图所示．

（2）由所连电路图可以看出：

电压表的量程是3V，所以读数是2.20V；电流表的量程是0.6A，所以读数是0.44A；由于螺旋测微器的半毫米刻度线已经露出，因此读数是1.850×10－3m；米尺的读数是40.50cm－10.00cm＝30.50cm.

（3）由电阻定律得

ρ＝

＝

＝

Ω·m

≈4.4×10－5Ω·m.

达标检测

（1）0.680　

（2）①A　C　E　②导线连接在滑动变阻器的滑片上

采用了电流表内接法

解析　

（1）从螺旋测微器的固定刻度上可以看出，半毫米刻度线已经露出来，因此主尺上应读0.5mm，可动刻度上接近第18个刻度线，可以估读0.180mm，所以该金属丝直径应为0.5mm＋0.180mm＝0.680mm.

（2）①由电路图知电源是两节干电池，电动势是3V，用3V量程的电压表A；因为电阻丝的电阻大约为5Ω，如果把3V的电动势全加在电阻丝上，电流才是0.6A，因此用量程是0.6A的电流表C；此题中金属丝的电阻大约为5Ω，为了减小实验误差，应选10Ω的滑动变阻器E.