高中物理 第二章 恒定电流 7闭合电路欧姆定律学案 新人教A版选修31.docx

高中物理 第二章 恒定电流 7闭合电路欧姆定律学案 新人教A版选修31.docx

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高中物理第二章恒定电流7闭合电路欧姆定律学案新人教A版选修31

2019-2020年高中物理第二章恒定电流7.闭合电路欧姆定律学案新人教A版选修3-1

[要点导学]

1．闭合电路的欧姆定律

（1）闭合电路的组成：

①内电路：

电源内部的电路，其电阻称为内电阻，内电阻所降落的电压称为内电压；②外电路：

电源外部的电路,其两端电压称为外电压或路端电压；③内、外电压的关系：

E=U+U/.

（2）闭合电路欧姆定律的内容：

闭合电路里的电流，跟电源的电动势成_______，跟整个电路的电阻成__________.

公式：

，公式的适用条件：

外电路为纯电阻电路。

（3）路端电压与电流的关系图象（U—I图象）是一条_________线．该线与纵轴交点的值表示__________，该线的斜率表示__________；据U=E-Ir画出电源的U一I图象。

如图l2—7一l所示。

2．路端电压U与外电阻R之间的关系：

①当外电阻R增大时，根据可知，电流I减小（E和r为定值），内电压Ur减小，根据U外=E-Ur可知路端电压增大．

②当外电阻R减小时，根据可知电流I增大，内电压Ur增大，根据U外=E-Ur可知路端电压减小．

3．关于全电路欧姆定律的动态应用

全电路欧姆定律之中的动态分析的具体步骤大体如下：

（1）判断动态源及动态源总电阻的变化．进而判断闭合电路总电阻的变化情况．

（2）依据，判断闭合电路干路电流的变化情况．

（3）依据U=E-Ir，判断外电路电压（路端电压）的变化情况．

（4）依据分压、分流原理判断动态部分的物理量的变化．

4．关于电源的功率问题

（1）如图l2—7—2所示，电阻R与电源构成的一个闭合电路．电源的电动势为E，内电阻r，则：

电源消耗的总功率用P总=______求解；

电源的输出功率用P出=________求解；

电源的内耗功率用P耗=________求解．

定值电阻的发热功率亦可用PR=I2R

电源的效率为%

值得注意的是，若外电路是纯电阻电路，部分电路的欧姆定律适用：

P=I2R=U2／R．电源的输出功率P外=UI=I2R=U2／R．同样能量守恒的方程也就有：

EI=UI+I2r或EI=I2R+I2r,或EI=U2/R+I2r。

若外电路是非纯电阻电路，能量守恒方程只有：

EI=IU+I2r.

（2）电源的输出功率的变化：

①当∣R一r∣越大，电源的输出功率P出越______；∣R-r∣越小,电源的输出功率

P出越___________．

②当∣R—r∣=0时，即R=r时．电源的输出功率最大为.

[范例精析]

例1如图12—7—3所示，电源电动势E=1.5V，内阻r=0.5Ω，电阻R1=R2，当合上电键S1时，通过电源的电流为1A。

求：

电键S1、S2都合上时通过电源的总电流和电源两端的电压。

解析要求通过电源的电流，还需要知道外电路的总电阻。

当S1合上时根据闭合电路欧姆定律有：

I1=E/（R1+r）得：

R1=E/I1-r=1Ω

S1、S2都合上时有：

I=E/（R总+r）=1.5A

路端电压U外=E-Ir=0.75V

拓展本题让学生简单运用闭合电路欧姆定律处理问题，让学生知道总电阻是二分之一，电流是二倍关系只有在电压不变的情况下才成立，由于电源存在内阻，路端电压将随着外电路电阻的变化而变化。

例2图12—7—4所示，当滑动变阻器的滑动触头P向右移动时．三个灯泡亮度的变化情况是（）

A．L1变亮，L2和L3皆变暗

B．L1变亮，L2不能确定，L3变暗

C．L1变暗，L2变亮，L3也变亮

D．L1变亮，L2变亮，L3变暗

解析：

当P向右移动时，滑动变阻器的电阻减小，则总电阻减小，总电流增大，内电压增大，路端电压减小，所以L3变亮；因为U3变大，且路端电压变小，所以L1变暗；总电流变大，又I1变小的，所以L2的电流增大，L2变亮。

因此，本题的正确选项应为C.

拓展电路中任一局部发生变化，将引起各处的电流和电压的变化。

判断这类问题，可以先从局部的变化推出总电流、路端电压的变化，再根据串、并联电路的特点以及部分电路欧姆定律作出相应的判断。

例3如图12—7—5中电阻R1=14Ω，R2=9Ω，合上电键S1时，电压表示数为2.8V，当S1、S2都合上时，电压表示数为2.5V。

求电源电动势和内阻。

解析根据闭合电路欧姆定律来求电动势和内阻，一个方程中有两个未知的量，而题中给了两种情况下电压表的两次示数，因此可以列出两个方程：

E=U1+U1r/R1

E=U2+U2r/R12

（其中R12是电阻R1、R2并联后的总电阻）

解得：

E=3V，r=1Ω

拓展本题给出了根据闭合电路欧姆定律测量电源电动势和内阻的方法，由于定律表达式中包含两个要测量的量，所以至少要进行两次实验，取得两组数据，列出方程组进行求解。

实际测量中为了减小误差往往要进行多次测量，描绘路端电压与电流关系的图线，对图线进行分析得到测量结果。

例4图12—7—6所示的电路中，电路消耗的总功率为40W，电阻R1为4Ω，R2为6Ω，电源内阻r为0．6Ω，电源的效率为94％，求：

（1）ab两点问的电压

（2）电源的电动势

解析：

电源内部的热功率P内=I2r，又P内=P总（1-η）

所以（A）

由于R1与R2是并联的，所以（V）

由P总=IE，可得E=P总/I=20V

拓展总电流I是联系内、外电路的桥梁，是求解闭合电路问题的关键。

一般来说，，总电流I可以由闭合电路欧姆定律求得，也可以从外电路和内电路上分别由欧姆定律求得，还可以由电源的总功率、输出功率、内部发热功率求得，应视具体问题具体分析。

[能力训练]

1．如图l2—7—7所示．电源的电动势E=2V，内电阻为r=0.1Ω,R=1.9Ω，电流表、电压表对电路的影响不计,且两电表不被烧毁,那么：

（1）当S接到“l”挡时,电流表读数为_________，电压表的渎数为__________.

（2）当S接到“2”挡时,电流表读数为__________,电压表的读数为____________.

（3）当S接到“3”挡时,电流表渎数为___________,电压表的数为_____________.

2．如图12—7—8所示，当开关闭合时．电路中的能量转化情况是：

在干电池内部,静电力移动电荷做功，_______能转化为________能，在整个电路中正电荷从电源的正极经外电路、内电路再回到电源的正极绕行一圈，电场力做功,_______能转化为_______能。

3．关于电功和电热．以下说法正确的是（）

A．外电路电流做的功一定等于电热

B．外电路中电流所做的功一定大于电热

C．只有在外电路是纯电阻的情况下．电功才等于电热

D．当外电路有电动机、电解槽的情况下电流做的功将转化为热能、机械能、化学能，因此，电功大于电热

4．在如图12—7—9所示的电路中，当可变电阻R的阻值增大时，下述结论中哪些是

正确的（）

A．P、Q两点间的电压U增大

B．通过R、R1的电流增大

C．通过可变电阻R的电流强度不变

D．通过可变电阻R的电流强度减小

5．如图12—7—10所示，a、b、c三盏灯都能发光，且在电路变化时，灯不被烧坏，试判断：

当滑动变阻器的触头P向上移动时，三盏灯的亮度变化情况是（）

A．c变亮，a、b变暗

B．a、b变亮，c变暗

C．a、c变亮，b变暗

D．a变亮，c、b变暗

6．如图12—7—11所示．当滑动变阻器的滑动触点向上端移动时，则（）

A．V的示数增大，A的示数变小B．V、A示数都增大

C．V、A示数都减小D．V示数减小，A示数增大

7．一平行板电容器C，极板是水平放置的，它与三个可变电阻及电源连接成如图12—7—12的电路，有一个质量为m的带电油滴悬浮在电容器的两极板之间，静止不动。

现要使油滴上升，可采用的办法是（）

A．增大R1B．增大R2

C．增大R3D．减小R2

8．如图12—7一l3所示,直线A为电源的伏安特性曲线，直线B为电阻R的伏安特性曲线，用该电源和电阻组成一个闭合电路，电源的输出功率和电路的总功率分别为多少?

9．如图12—7—14所示的电路中,R2=14Ω,调整R1（0～15Ω）,使滑动变阻器滑动触点p从c点移到a点时,通过R2的电流变为原来的1/2，求该电源的内阻.

10．如图12—7一15所示，电源电动势为6伏，内阻为5欧，灯A标有“2V，O.1W”,灯B标有“1.5V,0.075W”,灯C标有“1.5V,0.15W”为使三灯都能正常发光，变阻器R0的阻值应为多大?

滑动触头P应放在何位置?

[素质提高]

11.手电筒里的两节干电池用了很久后,小灯泡只能发出微弱的光了，把这两节干电池取出来，用电压表测量,每一节的两端的电压都很接近1.5V，把它们装入电子钟里，电子钟能正常工作。

试用闭合电路欧姆定律来解释这个现象

12．如图12—7—16所示电源总功率为15W,电源的输出功率为12W,电阻R1为4Ω,R2为6Ω,R3为0.6Ω,求:

（1）A、B两端的电压；

（2）电源电动势

13．将电量为q的正电荷，从电源的负极移向电源的正极的过程中，电源的非静电力所做的功W非与被移送的电荷的电量q的比值w非／q叫做电源的电动势E，即，在国际单位制中，电动势的单位是焦／库，即伏特，与电势、电势差的单位相同，试回答：

（1）电源的电动势和电压是否是一回事?

说明理由

（2）依据，是否认为E与W非成正比，与q成反比?

为什么?

（3）功是能量转化的量度,从能量转化的角度,也可以说电源的电动势等于电源内_____时其他形式的能量转化为_________的多少.

（4）电源内部的非静电力可以将正电荷从_______移向_______，维持电源两极间有恒定的电势差；在电源的外部电流由________流向_________．

2019-2020年高中物理第二章恒定电流9.实验：

测定电池的电动势和内阻学案新人教A版选修3-1

[要点导学]

1．实验原理

（1）根据闭合电路欧姆定律，路端电压U=E-Ir，改变外电阻R，测得多组U、I，代入公式可求得多组E、r数值，取其平均值作为电池电动势和内电阻。

实验原理如图12—9—1所示。

（2）由公式E=U+Ir可得E=IR+Ir，改变外电阻R可得到多组I、r，代入公式可得多组E、r的数值，取其平均值作为电池的电动势和内电阻。

实验原理如图12—9—2所示。

（3）由公式E=U+Ir可得E=U+r，改变外电阻R可得到多组U、r，代入公式可得多组E、r的数值，取其平均值作为电池的电动势和内电阻。

实验原理如图12—9—3所示。

2．实验方法

利用水果电池或选用已使用过一段时间的1号干电池做实验效果较好，因为它们的内阻较大。

3．数据处理

公式U=E-Ir对于一定的电池来说E，r是常量，可将U、I看做一个一次函数的表达式，它的U—I图象是一条直线；以I为横坐标，U为纵坐标，用测定的几组I、U值画出U-I图象，如图12—9—4所示，直线跟纵轴的交点即为电动势E值，直线斜率的绝对值即为内电阻r的值。

4．注意事项

（1）为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些（选用已使用过一段时间的1号干电池）。

（2）干电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过O.3A，短时间放电不宜超过0.5A，因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完立即断电。

（3）在画U-I图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不予