学年高中物理选修31教学案23份 鲁科版14优秀免费下载资料.docx

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学年高中物理选修31教学案23份鲁科版14优秀免费下载资料

第节

闭合电路欧姆定律

.电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量，在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。

．流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成正比，跟电路中内外电阻之和成反比，公式＝。

．外电路电阻增大时，电路中电流减小，路端电压增大；外电路电阻减小时，电路中电流增大，路端电压减小。

．当外电阻等于内电阻时，电源有最大的输出功率。

一、电动势

．电源

把其他形式的能转化为电能的装置。

．电动势

（）物理意义：

反映电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量。

（）大小：

在数值上等于电源没有接入外电路时两极间的电压。

电动势符号为，单位：

伏特，单位符号：

。

二、闭合电路欧姆定律

.闭合电路

（）电路：

一部分是电源外部的电路，称为外电路；另一部分是电源内部的电路，称为内电路。

（）电压：

外电路两端的电压叫做外电压；又叫路端电压，用外表示；内电路两端的电压叫做内电压，用内表示。

（）电动势与内、外电压的关系：

在闭合电路中，内、外电路电势的降落等于电源的电动势，即＝外＋内或＝＋。

（）电流：

在外电路中，电流由电势高的一端流向电势低的一端；在内电路中，电流由电势低的一端流向电势高的一端。

．闭合电路欧姆定律

（）内容：

流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成正比，跟电路中内、外电阻之和成反比。

（）公式：

＝。

（）适用的条件为：

外电路为纯电阻电路。

三、路端电压与外电阻的关系

．路端电压与电流的关系公式：

＝－。

．路端电压与外电阻的关系：

根据＝＝×＝可知，当增大时，路端电压增大，当减小时，路端电压减小。

．两种特例

（）当外电路断路（如开关断开）时，外电阻为无穷大，为零，也为零，可得＝，即外电路断路时的路端电压等于电源电动势的大小。

（）当外电路短路时，外电阻＝，此时电路中的电流最大，即＝，路端电压为零。

．自主思考——判一判

（）电动势越大，电源转化的电能就越多。

（×）

（）电动势越大，电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大。

（√）

（）电动势的大小等于电源两极间的电压。

（×）

（）在闭合回路中电流总是从高电势流向低电势。

（×）

（）在闭合回路中电动势的大小等于外电压与内电压之和。

（√）

（）闭合电路欧姆定律＝的应用是有条件的。

（√）

．合作探究——议一议

（）干电池电动势为的物理意义是什么？

[提示]　干电池的电动势为，说明电荷量为的电荷通过电源时，电源通过非静电力做功将的化学能转化为电能。

（）电动势与电压的本质相同吗？

[提示]　电动势与电压的本质是不同的，电动势是反映非静电力做功将其他形式的能转化为电能的本领大小，它只由电源本身决定，与外电路无关；而电压反映了电流做功将电能转化为其他形式的能的本领大小，它由电源、导体电阻及导体的连接方式共同决定。

（）为什么电源电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压？

[提示]当电源没有接入外电路时，电源中的电流等于零，此时内电压等于零，所以这时的路端电压在数值上等于电源电动势。

（）为什么说闭合电路欧姆定律本质上是能的转化与守恒定律在闭合电路中的反映？

[提示]闭合电路中功率＝出＋内的分配关系反映了闭合电路中能量的转化和守恒，即电源提供的电能，一部分消耗在内阻上，其余部分输出给外电路，并在外电路上转化为其他形式的能。

能量守恒的表达式为＝＋，这个关系式对任何电路都成立；对于纯电阻电路，有＝＋。

电动势

．电动势的理解

（）电动势由电源本身决定，与外电路无关。

（）电动势是标量，但有方向，物理学中规定方向为由负极经电源内部指向正极，即电源内部电流的方向。

（）电源的内部也有电阻（即内电阻），当电流经电源内部时也有电压降（即内电压）。

．电动势与电压的区别

电动势

电压

物理意义不同

表示非静电力做功将其他形式的能转化为电能的本领

表示电场力做功将电能转化为其他形式的能的本领

数值大小

数值上等于将单位电荷量的正电荷从电源负极移到正极非静电力所做的功

数值上等于将单位电荷量的正电荷从导体一端移到另一端电场力所做的功

决定因素不同

由电源本身决定

由电源及导体的电阻、导体的连接方式决定

测量方法

将电压表并联于电源两端

将电压表并联于被测电路两端

联系

电路闭合：

＝内＋外；电路断开：

＝外

．下列说法中正确的是（　　）

．电源的电动势实质上就是电源两极间的电压

．电源的电动势在数值上等于电源两极间的电压

．电源的电动势与电压的单位相同，但与电压有本质的区别

．电动势越大，电源两极间的电压一定越高

解析：

选　电动势与电压有本质的区别，二者单位相同，只有电源与外电路断开时，两极间的电压在数值上才与电动势相等。

．（多选）铅蓄电池的电动势为，这表示（　　）

．电路中每通过电量，电源把的化学能转变为电能

．铅蓄电池断开时两极间的电压为

．铅蓄电池能在内将的化学能转变成电能

．铅蓄电池将化学能转变成电能的本领比一节干电池（电动势为）的大

解析：

选　根据电动势的定义和表达式＝，非静电力移动电荷量所做的功＝＝×＝，由功能关系可知有的化学能转化为电能，正确，错误。

电源两极的电势差（电压）＝，而＝，即＝，所以＝＝，正确。

电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量，因蓄电池＝＞干电池＝，故正确。

闭合电路欧姆定律

．闭合电路欧姆定律的表达形式

表达式

物理意义

适用条件

＝

电流与电源电动势成正比，与电路总电阻成反比

纯电阻电路

＝（＋）　①

＝外＋　②

＝外＋内③

电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和

①式适用于纯电阻电路；②③式普遍适用

＝＋

＝外＋内

电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和

纯电阻电路

．路端电压（）与外电阻（）关系的进一步分析

路端电压与外电阻的关系可用如图所示的图像表示，图像中的曲线以＝为渐近线。

图

当、一定，外电阻变小时，由＝知电流变大，由＝知路端电压变小；反之，当外电阻变大时，电流变小，路端电压变大。

．路端电压与电流有何关系？

（）由＝－可知，图像是一条倾斜的直线，如图所示。

图

（）纵轴的截距等于电源的电动势，横轴的截距等于外电路短路时的电流，短＝。

（）直线斜率的绝对值等于电源的内阻，即＝＝，斜率越大，表明电源的内阻越大。

．闭合电路和部分电路的图像的区别有哪些？

图

（）两图像直线方向不同，斜率的物理意义不同。

闭合电路的图像（如图甲）的斜率表示电源的内阻；而部分电路的图像（如图乙）的斜率表示的是这段电路上的电阻。

（）从表示的内容上，闭合电路的图像（甲图）表示与的制约关系；而部分电路的图像（乙图）是对于固定电阻而言的，反映了的正比关系。

（）从物理意义上，闭合电路的图像（甲图）表示电动势和内阻不变，外电阻是变化的；而部分电路的图像（乙图）表示导体的性质，前提是电阻保持不变。

[典例]　如图所示的电路中，当闭合时，电压表和电流表（理想电表）的读数分别为和，当断开时，它们的示数变为和，则电源的电动势和内阻各为多少？

图

[解析]　当闭合时，和并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得：

＝－

代入数据得：

＝＋①

当断开时，只有接入电路，由闭合电路欧姆定律得：

＝－

代入数据得：

＝＋②

联立①②得：

＝，＝Ω。

[答案]　Ω

闭合电路问题的求解方法

（）分析电路特点：

认清各元件之间的串、并联关系，特别要注意电压表测量哪一部分的电压，电流表测量哪个用电器的电流。

（）求干路中的电流：

若各电阻值和电动势都已知，可用闭合电路欧姆定律直接求出，也可以利用各支路的电流之和来求解。

（）应用闭合电路欧姆定律解决问题时，应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。

.（多选）如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的图像，则下列说法中正确的是（　　）

图

．电动势＝，短路电流＞

．电动势＝，内阻＞

．电动势＞，内阻＜

．当两电源的工作电流变化量相同时，电源的路端电压变化较大

解析：

选　由题图可知两电源的图线交纵轴于一点，则说明两电源的电动势相同；交横轴于两不同的点，很容易判断电源的短路电流大于电源的短路电流，则项正确。

又由两图线的倾斜程度可知图线的斜率的绝对值大于图线的斜率的绝对值，即电源的内阻大于电源的内阻，则可知、项错误。

由图像可判断当两电源的工作电流变化量相同时，电源的路端电压的变化量大于电源的路端电压的变化量，可知项正确。

．如图所示，是测量内外电路上电压的装置。

图

（）电压表和′分别测量什么电压？

（）若、′的读数分别为和，电源的电动势多大？

（）若滑动变阻器所在处使电路断开，两表读数各为多大？

解析：

（）电压表、′分别测量的是外电路电压和内电压。

（）电动势＝＋′＝＋＝。

（）若在处使外电路断开，则＝′＝。

答案：

见解析

闭合电路的动态分析

．电路分析的基本思路：

局部→整体→局部

即：

局→总→总→外→

．电路分析的基本步骤

（）明确各部分电路的串并联关系，特别要注意电流表或电压表测量的是哪部分电路的电流或电压。

（）由局部电路电阻的变化确定外电路总电阻的变化。

（）根据闭合电路欧姆定律＝判断电路中总电流如何变化。

（）根据内＝，判断电源的内电压如何变化。

（）根据外＝－内，判断电源的外电压（路端电压）如何变化。

（）根据串并联电路的特点判断各部分电路的电流或电压如何变化。

[典例]　电动势为、内阻为的电源与定值电阻、及滑动变阻器连接成如图所示的电路。

当滑动变阻器的滑动触头由中点滑向端时，下列说法正确的是（　　）

图

．电压表和电流表读数都增大

．电压表和电流表读数都减小

．电压表读数增大，电流表读数减小

．电压表读数减小，电流表读数增大

[思路点拨]

[答案]

直流电路动态分析的技巧

（）外电路的部分电阻增大，总电阻一定增大。

（）增加并联电阻的个数，总电阻一定减小。

（）含电容器的支路电压稳定时可认为断路，电容器两端的电压等于与电容器并联的那部分电路两端的电压。

.在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑动头向下滑动时，、两灯亮度的变化情况为（　　）

图

．灯和灯都变亮

．灯和灯都变暗

．灯变亮，灯变暗

．灯变暗，灯变亮

解析：

选　当滑动变阻器的滑动头向下滑动时，电阻变小，总电阻减小，电路电流增大，内电压增大，外电压减小，则灯变暗；同时灯上电流减小，则通往左路的电流增大，定值电阻两端的电压增大，灯两端电压减小，灯变暗。

.在如图所示的电路中，为电源电动势，为电源内阻，和均为定值电阻，为滑动变阻器。

当的滑片在端时合上开关，此时三个电表、和的示数分别为、和。

现将的滑片向端移动，则三个电表示数的变化情况是（　　）

图

．增大，不变，增大．减小，增大，减小

．增大，减小，增大．减小，不变，减小

解析：

选　电路结构：

、并联后再与串联，测通过的电流，测通过的电流，测路端电压。

的滑片由滑向时，阻值减小，电路总电阻减小，则总电流增大；根据闭合电路欧姆定律知路端电压＝－，所以电压表示数减小；两端电压＝－，而＝，增大，所以减小，则减小，而＝＋，所以增大。

选项正确。

闭合电路的功率、效率问题

．闭合电路的能量关系

（）电源的总功率：

总＝＝

（）电源的内阻消耗的功率：

内＝

（）电源的输出功率为：

出＝＝＝

由上式可以看出：

①当＝时，电源的输出功率最大，＝。

②当＞时，随着的增大输出功率越来越小。

③当＜时，随着的增大输出功率越来越大。

④除＝外，图像上总有两点输出功率出相等，通过证明可知·＝。

[由＝，整理得：

·＝]。

⑤出与的关系：

如图所示。

图

．电源效率

（）定义：

输出功率跟电路消耗的总功率的比值，表达式为η＝＝。

（）如果外电路为纯电阻电路，则η＝＝＝。

（）η＝＝，所以外电路电阻越大，电源效率越高。

（）当电源输出功率最大时，＝，η＝。

可见输出功率最大时并不是效率最高。

η图像如图所示。

图

[典例]如图所示，电路中电源的电动势＝，内电阻＝Ω，固定电阻＝Ω，是可变电阻，在从零增加到Ω的过程中，求：

图

（）可变电阻上消耗功率最大的条件和最大热功率。

（）电池的电阻和固定电阻上消耗的最小热功率之和。

（）上消耗的最大功率及此时的值。

[思路点拨]

（）→

→

（）→→

[解析]　（）可变电阻上消耗的热功率为＝＝

－Ω＝时，最大，其最大值为

大＝＝。

（）当电流最小时，电阻和消耗的热功率最小，此时应调到最大值Ω，内阻和固定电阻上消耗的最小热功率之和为

小＝（＋）＝。

（）＝时，电路中的总电阻最小，因此电路中的电流最大，此时上有最大功率

即＝＝×＝。

[答案]（）＝Ω　　（）

（）　

当内、外电路电阻相等时，电源有最大输出功率，这个条件适用于求变阻器上消耗的最大功率，不适用于求定值电阻上消耗功率的最大值。

因为是可变电阻，不能当做电源内阻。

当的阻值等于零时电路中会出现最大电流，而此时却是的最大功率的条件。

.如图所示电路中，定值电阻＝（为电源内阻），滑动变阻器的最大阻值为，且≫＋，在滑动变阻器的滑片由左端向右滑动的过程中，以下说法正确的是（　　）

图

．电源的输出功率变小

．消耗的功率先变大后变小

．滑动变阻器消耗的功率先变大后变小

．以上说法都不对

解析：

选　滑片向右移动，滑动变阻器接入电路部分电阻变小，电路中的电流变大，通过电源的电流和通过电阻的电流都变大，这两个电阻是定值电阻，消耗的功率变大，在滑动的过程中内阻始终小于外电阻，所以电源的输出功率一直增大。

考虑滑动变阻器上的功率消耗时，可以把看成电源内阻的一部分，当滑动变阻器的阻值等于时，消耗的功率最大。

故选。

．电路图如图甲所示，图乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图像，滑动变阻器的最大阻值为Ω，定值电阻＝Ω。

图

（）当为何值时，消耗的功率最大，最大值为多少？

（）当为何值时，电源的输出功率最大，最大值为多少？

解析：

（）由题图乙可知电源的电动势和内阻为：

＝，＝Ω。

由题图甲分析知道，当＝时，消耗的功率最大，

最大值为＝＝×＝。

（）当＝＋，即＝Ω时，电源的输出功率最大，最大值为′＝（＋）＝×（＋）＝。

答案：

（）　　（）Ω　

．单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周，在内外电路中释放的总能量取决于（　　）

．电源的电动势　　　．通过电源的电流

．路端电压的大小．内外电阻之和

解析：

选　单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周，释放的总能量就是电源提供给它的电能，在数值上等于电源电动势，故选。

．在已接电源的闭合电路里，关于电源的电动势、内电压、外电压的关系应是（　　）

．如外电压增大，则内电压增大，电源电动势也会随之增大

．如外电压减小，内电阻不变，内电压也就不变，电源电动势必然减小

．如外电压不变，则内电压减小时，电源电动势也随内电压减小

．如外电压增大，则内电压减小，电源的电动势始终为二者之和，保持恒量

解析：

选　已接电源的闭合电路中，电源电动势和内电压、外电压的关系为：

＝外＋内，由其自身性质决定，一般不变，所以外增大，内减小；外减小，内增大，二者的和始终不变。

．一个闭合电路，是由电池供电的，外电路是纯电阻电路时，以下说法正确的是（　　）

．当外电阻增大时，路端电压增大

．当外电阻减小时，路端电压增大

．当外电阻减小时，电池的输出功率一定增大

．当外电阻减小时，电池的输出功率一定减小

解析：

选　由闭合电路欧姆定律得：

＝－＝－，当外电阻增大时，路端电压增大，即正确；由电源的输出功率随外电阻的变化关系图像得，当外电阻变化时，其输出功率可能增加也可能减小，即、均错误。

．一太阳能电池板，测得它的开路电压为，短路电流为，若将该电池板与一阻值为Ω的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是（　　）

．　　　　　　．

．．

解析：

选　电源没有接入外电路时，路端电压值等于电动势，所以电动势＝，

由闭合电路欧姆定律得短路电流短＝，

所以电源内阻＝＝Ω＝Ω，

该电源与Ω的电阻器连成闭合电路时，电路中电流＝＝＝，

所以路端电压＝＝＝，正确。

.如图所示，Ⅰ是电源的路端电压随电流变化的图线，Ⅱ是某电阻的伏安特性曲线，当该电源向该电阻供电时，电阻上消耗的功率和电源的效率分别是（　　）

图

．和

．和

．和

．和

解析：

选　将连入电路后，路端电压＝，电流＝，所以＝＝×＝，η＝＝＝＝，故对。

.如图所示的电路中，电源的电动势和内阻分别为和，当闭合开关，向左移动滑动变阻器的滑片时，下列说法正确的是（　　）

图

．电流表的示数变大，电压表的示数变大

．电流表的示数变大，电压表的示数变小

．电流表的示数变小，电压表的示数变小

．电流表的示数变小，电压表的示数变大

解析：

选　闭合开关，滑片向左移动，外电阻增大，由＝知总电流减小，电流表示数减小。

由＝－知，路端电压增大，电压表示数变大，因此选项正确。

.（多选）如图所示，为电源的路端电压与电流的关系图线，为电源的路端电压与电流的关系图线，为电阻两端的电压与电流的关系图线。

若这个电阻分别接到、两个电源上，则（　　）

图

．接到电源上，电源的效率较高

．接到电源上，电源的输出功率较大

．接到电源上，电源的输出功率较大，但电源的效率较低

．接到电源上，电源的热功率和电源的效率都较高

解析：

选　由图知＞，内阻＞，当电阻接到电源两极时，电源的效率为η＝＝，所以接到电源上时，电源的效率高，正确，错误。

由图知，接到电源上时，电源的输出电压和电流均比接到上时大，从而使电源的输出功率大，错，对。

.将两个定值电阻、电阻箱和理想电压表按照如图的方式连接，其中电源的内阻为，且≠。

闭合开关，逐渐增大电阻箱的阻值，同时观察电压表的示数，使其读数增加Δ。

则在该过程中（　　）

图

．如果流过电阻箱的电流改变Δ，则＝

．定值电阻两端的电压逐渐减小，且减少量为Δ

．如果流过定值电阻的电流改变Δ，则＝＋

．电源的输出电压增加了Δ

解析：

选　在闭合电路中，对于定值电阻有＝，对于变化的电阻利用闭合电路的欧姆定律，得＝＝＋，选项错误，正确。

因为≠，电压表读数增加Δ，所以电阻的电压减小，减少量小于Δ，电源输出电压增加量小于Δ，选项、错误。

.（多选）如图所示，当开关断开时，各灯亮度变化及电压变化情况正确的是（　　）

图

．、都变小

．变小、变大

．变暗，变亮

．变暗，变暗

解析：

选　当开关断开时，少了一个支路，外电路电阻变大，由＝知变小，故两端的电压＝变小，功率＝变小，变暗，由＝（＋）＋知，变大，的功率＝变大，变亮，、正确。

.（多选）某同学将一直流电源的总功率、输出功率和电源内部的发热功率随电流变化的图线画在了同一坐标上，如图中的、、所示，根据图线可知（　　）

图

．反映变化的图线是

．电源电动势为

．电源内阻为Ω

．当电流为时，外电路的电阻为Ω

解析：

选　电源的总功率＝，对应图线，内阻发热功率＝，抛物线开口向上，可知反映变化的图线是，＝时，由图线知外电路短路，总功率等于内阻发热功率，把电流＝、＝代入＝可求得内阻为Ω，又由＝＝、＝，解得电动势＝。

当电流为时，总功率＝，内阻发热功率＝，外电路消耗的功率＝－＝，由＝求得＝Ω。

．人造地球卫星常常利用太阳能电池作电源，太阳能电池由许多片电池板组成。

设某太阳能电池板的内电阻为＝Ω，它不接外电路时两极间的电压为×－。

（）该太阳能电池板的电动势为多大？

（）该太阳能电池板的短路电流为多大？

（）若在该太阳能电池板的两极间连接一只定值电阻，＝Ω，则电阻两端的电压为多大？

解析：

（）电池板的电动势等于不接外电路时两极间的电压，即＝×－。

（）外电路短路时，＝，短＝＝×－。

（）由＝及＝得＝＝×－。

答案：

（）×－　（）×－　（）×－

．在图甲所示电路中，、均为定值电阻，且＝Ω，的阻值未知，是滑动变阻器，在滑片从最左端滑至最右端的过程中，测得电源的路端电压随电流的变化图线如图乙所示，其中图线上的、两点是滑片在滑动变阻器的两个不同端点时分别得到的。

求：

图

（）电源的电动势和内电阻；

（）定值电阻的阻值；

（）滑动变阻器的最大值。

解析：

（）由闭合电路欧姆定律得＝＋

将题图乙中、两点对应的电压和电流代入得

＝＋，＝＋，解得＝，＝Ω。

（）当的滑片自左向右滑动时，的有效阻值变小，使电路的总电阻变小，总电流变大，由此可知，图线上的、两点是滑片分别位于最左端和最右端时得到的。

当滑片位于最右端时，＝，被短路，外电路电阻即为，故由点的、值得＝＝Ω＝Ω。

（）当滑片在最左端时，的有效阻值最大，并对应着图线上的点，故由点的、值可求出此时外电路的电阻，再根据串、并联电路的规律可求出的最大值。

外＝＝Ω＝Ω，又外＝＋

代入数据解得滑动变阻器的最大值＝Ω。

答案：

（）　Ω　（）Ω　（）Ω