学年高中创新设计物理粤教版选修31学案第二章第3讲 研究闭合电路最新学习文档.docx

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学年高中创新设计物理粤教版选修31学案第二章第3讲研究闭合电路最新学习文档

[目标定位]　1.了解电源电动势的基本含义，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．

一般说来，“教师”概念之形成经历了十分漫长的历史。

杨士勋（唐初学者，四门博士）《春秋谷梁传疏》曰：

“师者教人以不及，故谓师为师资也”。

这儿的“师资”，其实就是先秦而后历代对教师的别称之一。

《韩非子》也有云：

“今有不才之子……师长教之弗为变”其“师长”当然也指教师。

这儿的“师资”和“师长”可称为“教师”概念的雏形，但仍说不上是名副其实的“教师”，因为“教师”必须要有明确的传授知识的对象和本身明确的职责。

一、电动势

“师”之概念，大体是从先秦时期的“师长、师傅、先生”而来。

其中“师傅”更早则意指春秋时国君的老师。

《说文解字》中有注曰：

“师教人以道者之称也”。

“师”之含义，现在泛指从事教育工作或是传授知识技术也或是某方面有特长值得学习者。

“老师”的原意并非由“老”而形容“师”。

“老”在旧语义中也是一种尊称，隐喻年长且学识渊博者。

“老”“师”连用最初见于《史记》，有“荀卿最为老师”之说法。

慢慢“老师”之说也不再有年龄的限制，老少皆可适用。

只是司马迁笔下的“老师”当然不是今日意义上的“教师”，其只是“老”和“师”的复合构词，所表达的含义多指对知识渊博者的一种尊称，虽能从其身上学以“道”，但其不一定是知识的传播者。

今天看来，“教师”的必要条件不光是拥有知识，更重于传播知识。

1．定义：

电动势在数值上等于不接用电器时电源正负两极间的电压．通常用E来表示．

要练说，得练听。

听是说的前提，听得准确，才有条件正确模仿，才能不断地掌握高一级水平的语言。

我在教学中，注意听说结合，训练幼儿听的能力，课堂上，我特别重视教师的语言，我对幼儿说话，注意声音清楚，高低起伏，抑扬有致，富有吸引力，这样能引起幼儿的注意。

当我发现有的幼儿不专心听别人发言时，就随时表扬那些静听的幼儿，或是让他重复别人说过的内容，抓住教育时机，要求他们专心听，用心记。

平时我还通过各种趣味活动，培养幼儿边听边记，边听边想，边听边说的能力，如听词对词，听词句说意思，听句子辩正误，听故事讲述故事，听谜语猜谜底，听智力故事，动脑筋，出主意，听儿歌上句，接儿歌下句等，这样幼儿学得生动活泼，轻松愉快，既训练了听的能力，强化了记忆，又发展了思维，为说打下了基础。

2．单位：

伏特，符号V.

观察内容的选择，我本着先静后动，由近及远的原则，有目的、有计划的先安排与幼儿生活接近的，能理解的观察内容。

随机观察也是不可少的，是相当有趣的，如蜻蜓、蚯蚓、毛毛虫等，孩子一边观察，一边提问，兴趣很浓。

我提供的观察对象，注意形象逼真，色彩鲜明，大小适中，引导幼儿多角度多层面地进行观察，保证每个幼儿看得到，看得清。

看得清才能说得正确。

在观察过程中指导。

我注意帮助幼儿学习正确的观察方法，即按顺序观察和抓住事物的不同特征重点观察，观察与说话相结合，在观察中积累词汇，理解词汇，如一次我抓住时机，引导幼儿观察雷雨，雷雨前天空急剧变化，乌云密布，我问幼儿乌云是什么样子的，有的孩子说：

乌云像大海的波浪。

有的孩子说“乌云跑得飞快。

”我加以肯定说“这是乌云滚滚。

”当幼儿看到闪电时，我告诉他“这叫电光闪闪。

”接着幼儿听到雷声惊叫起来，我抓住时机说：

“这就是雷声隆隆。

”一会儿下起了大雨，我问：

“雨下得怎样?

”幼儿说大极了，我就舀一盆水往下一倒，作比较观察，让幼儿掌握“倾盆大雨”这个词。

雨后，我又带幼儿观察晴朗的天空，朗诵自编的一首儿歌：

“蓝天高，白云飘，鸟儿飞，树儿摇，太阳公公咪咪笑。

”这样抓住特征见景生情，幼儿不仅印象深刻，对雷雨前后气象变化的词语学得快，记得牢，而且会应用。

我还在观察的基础上，引导幼儿联想，让他们与以往学的词语、生活经验联系起来，在发展想象力中发展语言。

如啄木鸟的嘴是长长的，尖尖的，硬硬的，像医生用的手术刀―样，给大树开刀治病。

通过联想，幼儿能够生动形象地描述观察对象。

3．电源的作用：

维持电路两端始终有一定的电势差，使电路中保持持续的电流．

观察内容的选择，我本着先静后动，由近及远的原则，有目的、有计划的先安排与幼儿生活接近的，能理解的观察内容。

随机观察也是不可少的，是相当有趣的，如蜻蜓、蚯蚓、毛毛虫等，孩子一边观察，一边提问，兴趣很浓。

我提供的观察对象，注意形象逼真，色彩鲜明，大小适中，引导幼儿多角度多层面地进行观察，保证每个幼儿看得到，看得清。

看得清才能说得正确。

在观察过程中指导。

我注意帮助幼儿学习正确的观察方法，即按顺序观察和抓住事物的不同特征重点观察，观察与说话相结合，在观察中积累词汇，理解词汇，如一次我抓住时机，引导幼儿观察雷雨，雷雨前天空急剧变化，乌云密布，我问幼儿乌云是什么样子的，有的孩子说：

乌云像大海的波浪。

有的孩子说“乌云跑得飞快。

”我加以肯定说“这是乌云滚滚。

”当幼儿看到闪电时，我告诉他“这叫电光闪闪。

”接着幼儿听到雷声惊叫起来，我抓住时机说：

“这就是雷声隆隆。

”一会儿下起了大雨，我问：

“雨下得怎样?

”幼儿说大极了，我就舀一盆水往下一倒，作比较观察，让幼儿掌握“倾盆大雨”这个词。

雨后，我又带幼儿观察晴朗的天空，朗诵自编的一首儿歌：

“蓝天高，白云飘，鸟儿飞，树儿摇，太阳公公咪咪笑。

”这样抓住特征见景生情，幼儿不仅印象深刻，对雷雨前后气象变化的词语学得快，记得牢，而且会应用。

我还在观察的基础上，引导幼儿联想，让他们与以往学的词语、生活经验联系起来，在发展想象力中发展语言。

如啄木鸟的嘴是长长的，尖尖的，硬硬的，像医生用的手术刀―样，给大树开刀治病。

通过联想，幼儿能够生动形象地描述观察对象。

例1

　关于电动势E的说法中正确的是（　　）

A．电动势E等于电源接入电路后两极间的电势差

B．电动势E是由电源本身决定的，跟电源的体积和外电路均无关

C．电动势E表征电源把其他形式的能转化为电势能的特性

D．电动势E的单位与电势差的单位相同，故两者在本质上相同

解析　电动势E表征电源将其他形式的能转化为电势能的特性，电动势的大小等于电源没有接入电路时，两极间的电势差，故A错误，B、C正确；电动势和电压尽管单位相同，但本质上是不相同的，故D错误．

答案　BC

电源实质上是把其他形式的能转化为电势能的装置.不同种类的电源，把电能转化为其他形式能的本领不同，电动势也不同.

二、闭合电路的欧姆定律

1.内、外电路：

电源内部的电路叫做内电路；电源外部的电路叫做外电路．外电路的电阻称为外电阻，内电路上的电阻即电源的电阻称为内电阻．

2．特点：

外电路中电流由电源电势高的一端流向电势低的一端，沿电流方向电势降低；电源内部电流方向由负极到正极电势升高．

3．闭合电路的欧姆定律

（1）内容：

闭合电路中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＝

①

或E＝IR＋Ir②

或E＝U外＋U内．③

（3）适用条件：

①、②适用于外电路为纯电阻电路，③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2

　在图1所示的电路中，R1＝9Ω，R2＝5Ω，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I1＝0.5A，由闭合电路欧姆定律得：

E＝I1（R2＋r）

代入数据得：

E＝0.5（5＋r）①

当a、b两点间接理想的电压表时，回路中的电流I2＝

＝

A＝0.2A

由闭合电路欧姆定律得：

E＝I2（R2＋R1＋r）

E＝0.2（14＋r）②

联立①②得：

E＝3V，r＝1Ω

答案　3V　1Ω

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1Ω，R1＝5Ω，R2＝10Ω，滑动变阻器R3的阻值变化范围为0～10Ω，求电路的总电流的取值范围．

图2

答案　0.55～1A

解析　当R3阻值为零时，R2被短路，外电阻最小，电路的总电流最大．

R外＝R1＝5Ω，I＝

＝

A＝1A.

当R3阻值为10Ω时，外电阻最大，电路的总电流最小．

R并＝

＝5Ω，R外′＝R1＋R并＝10Ω，

I′＝

＝

A≈0.55A．

三、路端电压跟负载的关系

1．路端电压：

外电路两端的电压．

2．路端电压的表达式：

U＝E－Ir.

3．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．

（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→∞，I＝0，U＝E，据此特点可测电源电动势．

外电路短路时，R＝0，I＝

，U＝0，据此特点可以理解不允许将电源两端用导线直接连接的原因．

4．外电压U与电流I的关系

图3

由U＝E－Ir可知，U－I图象是一条斜向下的直线，如图3所示．

（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＝|

|.

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3

　如图4所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U－I图象，则下列说法中正确的是（　　）

图4

A．电动势E1＝E2，短路电流I1>I2

B．电动势E1＝E2，内阻r1>r2

C．电动势E1>E2，内阻r1

D．当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化较大

解析　由题图可知两电源的U－I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1的短路电流大于电源2的短路电流，则A项正确．又由两图线的倾斜程度可知图线2的斜率的绝对值大于图线1的斜率的绝对值，即电源2的内阻大于电源1的内阻，则可知B、C项错误．由图象可判断当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压的变化量大于电源1的路端电压的变化量，可知D项正确．

答案　AD

四、闭合电路的动态分析

例4

　在如图5所示的电路中，当滑动变阻器R3的滑动触头P向下滑动时（　　）

图5

A．电压表示数变大，电流表示数变小

B．电压表示数变小，电流表示数变大

C．电压表示数变大，电流表示数变大

D．电压表示数变小，电流表示数变小

解析　R3的滑动触头向下滑动，R3接入电路中的阻值变大，导致并联电路的阻值变大，电路的总电阻变大，干路电流变小；并联电路的电阻变大，则并联电路的分压增大，即R2、R4串联电路的电压变大，所以流过这一支路的电流变大，由于干路电流变小，所以电流表的示数变小；因为R2、R4串联电路的电压变大，使得R2两端分压变大，电压表示数变大，本题答案为A.

答案　A

进行动态分析的常见思路是：

由部分电阻变化推断外电路总电阻（R外）的变化，再由闭合电路欧姆定律I总＝

讨论干路电流I总的变化，最后再根据具体情况分别确定各元件上其他量的变化情况.

1．（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（　　）

A．RB.

C．4RD.

答案　C

解析　由闭合电路欧姆定律得，两电阻串联时：

I＝

两电阻并联时，

I＝

·

解得，r＝4R.

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（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R＝0时，U＝0

C．当电路断开时，I＝0，U＝0

D．当R增大时，U也会增大

答案　BD

3．（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6

A．电源电动势为2V

B．电源内阻为

Ω

C．电源短路时电流为6A

D．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E＝2V.

r＝|

|＝

Ω＝0.2Ω，当U＝1V时，I＝

＝

A＝5A．选项A、D正确．

4．（闭合电路的动态分析）如图7所示的电路，闭合开关S，待电路中的电流稳定后，减小R的阻值，则（　　）

图7

A．电流表的示数减小

B．电压表的示数减小

C．电阻R2两端的电压减小

D．路端电压增大

答案　B

解析　题图中的电路结构是R1与R先并联，再与R2串联，故R↓→R总↓→I干↑→U内↑→U外↓.R2两端电压U2＝I干R2，U2增大，所以R与R1的并联电压减小，

示数减小，A、C、D错误，B正确.

题组一　对电动势概念和内阻的理解

1．（多选）下列关于电源的说法正确的是（　　）

A．电源就是电压

B．电源的作用是使电源的正负极保持一定量的正、负电荷，维持一定的电势差

C．与电源相连的导线中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的

D．在电源内部正电荷由负极流向正极，负电荷由正极流向负极

答案　BD

解析　在电源内部由非静电力将正电荷由负极搬到正极，将负电荷由正极搬到负极，使正、负极维持一定的电势差，电源不是电压，故A错，B、D正确．导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，故C错．

2．（多选）关于电源的电动势，下列说法中正确的是（　　）

A．同一电源接入不同的电路，电动势就会发生变化

B．1号干电池比7号干电池的体积大，但电动势相同

C．电动势、电压和电势差虽名称不同，但物理意义相同，所以单位也相同

D．电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的特性

答案　BD

题组二　闭合电路欧姆定律路端电压跟负载的关系

3．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，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　D

4．（多选）电源电动势为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．

5．一太阳能电池板，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20Ω的电阻连成一闭合电路，则它的路端电压是（　　）

A．0.1VB．0.2VC．0.3VD．0.4V

答案　D

解析　由已知条件得：

E＝800mV.

又因I短＝

，所以r＝

＝

Ω＝20Ω.

所以U＝IR＝

R＝

×20mV＝400mV＝0.4V，选项D正确．

6．如图1所示电路，R由2Ω变为6Ω时，电路中的电流变为原来的一半，则电源的内阻是（　　）

图1

A．1ΩB．2Ω

C．3ΩD．4Ω

答案　B

7．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2

A．5∶3B．3∶5

C．2∶3D．3∶2

答案　D

解析　S断开时，电压表的示数等于电源的电动势，即E＝3V．S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＝1.8∶1.2＝3∶2.

8．（多选）如图3所示的电路中，当开关S接a点时，标有“5V　2.5W”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（　　）

图3

A．电阻R的阻值为4Ω

B．电源的电动势为5V

C．电源的电动势为6V

D．电源的内阻为2Ω

答案　ACD

解析　电阻R的阻值为R＝

＝

Ω＝4Ω.

当开关接a时，有E＝U1＋I1r，又U1＝5V，

I1＝

＝

A＝0.5A.

当开关接b时，有E＝U2＋I2r，又U2＝4V，I2＝1A，

联立解得E＝6V，r＝2Ω.

题组三　闭合电路的动态分析

9．如图4所示的电路中，电源的电动势E和内电阻r恒定不变，电灯L恰能正常发光，如果变阻器的滑片P向b端滑动，则（　　）

图4

A．电灯L更亮，电流表的示数减小

B．电灯L更亮，电流表的示数增大

C．电灯L更暗，电流表的示数减小

D．电灯L更暗，电流表的示数增大

答案　A

解析　变阻器的滑片P向b端滑动，R1接入电路的有效电阻增大，外电阻R外增大，干路电流I减小，电流表的示数减小，路端电压U增大，电灯两端电压增大，电灯L更亮，A正确，B、C、D错误．

10．如图5所示，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器．当R2的滑动触头在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑动触头向b端移动，则三个电表示数的变化情况是（　　）

图5

A．I1增大，I2不变，U增大

B．I1减小，I2增大，U减小

C．I1增大，I2减小，U增大

D．I1减小，I2不变，U减小

答案　B

解析　滑动触头由a向b移动时，R2阻值减小，所以总电阻减小，电路中总电流增大，则内电压增大，路端电压减小，故U减小；总电流增大，R3两端电压也增大，所以并联电压减小，故I1减小，I2增大．

题组四　电源的U－I图象

11．（多选）如图6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6

A．路端电压都为U0时，它们的外电阻相等

B．电流都是I0时，两电源的内电压相等

C．电源甲的电动势大于电源乙的电动势

D．电源甲的内阻小于电源乙的内阻

答案　AC

解析　甲、乙两图线的交点坐标为（I0，U0），外电路为纯电阻电路说明两电源的外电阻相等，故A正确；图线的斜率的绝对值大小表示电源内电阻的大小（电动势与短路电流的比值），图线甲的斜率的绝对值大于图线乙的斜率的绝对值，表明电源甲的内阻大于电源乙的内阻，故D错误；图线与U轴交点的坐标值表示电动势的大小，由图线可知，甲与U轴交点的坐标值比乙的大，表明电源甲的电动势大于电源乙的电动势，故C正确；电源的内电压等于通过电源的电流与电源内阻的乘积，即U内＝Ir，因为电源甲的内阻较电源乙的内阻大，所以当电流都为I0时，电源甲的内电压较大，故B错误．故选A、C.

12．（多选）如图7所示的U－I图象中，直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系，直线Ⅱ为某一电阻R的U－I曲线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图象可知（　　）

图7

A．R的阻值为1.5Ω

B．电源电动势为3V，内阻为0.5Ω

C．电源的输出功率为3W

D．电源内部消耗功率为1.5W

答案　AD

题组五　综合应用

13．如图8所示，已知R1＝R2＝R3＝1Ω.当开关S闭合后，电压表的读数为1V；当开关S断开后，电压表的读数为0.8V，则电源的电动势等于多少？

图8

答案　2V

解析　当S闭合后，I＝

＝

A＝1A，故有E＝I（

＋R1＋r）；当S断开后，I′＝

＝0.8A，故有E＝I′（R3＋R1＋r），解得E＝2V.

14．如图9所示电路中，电源电动势E＝12V，内阻r＝2Ω，R1＝4Ω，R2＝6Ω，R3＝3Ω.

图9

（1）若在C、D间连一个理想电压表，其读数是多少？

（2）若在C、D间连一个理想电流表，其读数是多少？

答案　

（1）6V　

（2）1A

解析　

（1）若在C、D间连一个理想电压表，根据闭合电路欧姆定律，有I1＝

＝

A＝1A.

理想电压表读数为UV＝I1R2＝6V.

（2）若在C、D间连一个理想电流表，这时电阻R2与R3并联，并联电阻大小R23＝

＝

Ω＝2Ω

根据闭合电路欧姆定律，有

I2＝

＝

A＝1.5A.

理想电流表读数为

I′＝

I2＝

×1.5A＝1A.