2018-2019學(xué)年高中物理 第4章 探究閉合電路歐姆定律 4.1 探究閉合電路歐姆定律學(xué)案 滬科版選修3-1.doc

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4.1　探究閉合電路歐姆定律 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.知道閉合電路的組成，理解電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的概念．　(難點(diǎn)) 2．了解路端電壓、內(nèi)電壓，知道路端電壓與負(fù)載的關(guān)系． 3．理解閉合電路歐姆定律，會(huì)用閉合電路歐姆定律分析問(wèn)題．(重點(diǎn)、難點(diǎn)) [自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知] [知識(shí)梳理] 一、路端電壓和內(nèi)電壓 1．全電路：含有電源的電路叫作閉合電路，也叫全電路． 2．路端電壓：外電路兩端(即電源兩極間)的電壓． 3．內(nèi)電壓：電源內(nèi)部的電壓． 二、電源的作用——電動(dòng)勢(shì) 1．定義：電源內(nèi)部非靜電力移送單位電荷所做的功． 2．公式：E＝. 3．物理意義：描述電源非靜電力搬運(yùn)電荷本領(lǐng)大小的物理量． 4．單位：國(guó)際單位制中，E的單位是伏特，符號(hào)為V. 5．電動(dòng)勢(shì)與路端電壓、內(nèi)電壓的關(guān)系：E＝U外＋U內(nèi)． 三、閉合電路歐姆定律 1．內(nèi)容：閉合電路中的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比． 2．公式：I＝. [基礎(chǔ)自測(cè)] 1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“”．) (1)電源外部有電壓，電源內(nèi)部沒(méi)有電壓．() (2)電動(dòng)勢(shì)就是電源兩端的電壓．() (3)電動(dòng)勢(shì)越大，電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)就越大．(√) (4)當(dāng)電源短路時(shí)，路端電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì)．() (5)由于電源內(nèi)阻很小，所以短路時(shí)會(huì)形成很大的電流，為保護(hù)電源，絕對(duì)不能把電源兩極直接相連接．(√) (6)電源斷開(kāi)時(shí)，電流為零，所以路端電壓也為零．() 【提示】　 (1)　電源內(nèi)部也有電壓． (2)　電動(dòng)勢(shì)和電壓是不同的概念． (4)　電源短路時(shí)，路端電壓為零． (6)　電源斷開(kāi)時(shí)，路端電壓等于電動(dòng)勢(shì)． 2．(多選)下列關(guān)于電源的說(shuō)法，正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682188】 A．電源向外提供的電能越多，表示電動(dòng)勢(shì)越大 B．電動(dòng)勢(shì)表示電源將單位正電荷從負(fù)極移送到正極時(shí)，非靜電力所做的功 C．電源的電動(dòng)勢(shì)與外電路有關(guān) D．在電源內(nèi)從負(fù)極到正極電勢(shì)升高 BD　[電源向外提供的電能多，說(shuō)明電源儲(chǔ)存的能量多，而電動(dòng)勢(shì)表示電源內(nèi)非靜電力做功時(shí)把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)，故A錯(cuò)誤，B正確；電源電動(dòng)勢(shì)由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)，C錯(cuò)誤；在電源內(nèi)從負(fù)極到正極電勢(shì)升高，D正確．] 3．(多選)若用E表示電源電動(dòng)勢(shì)，U表示外電壓，U′表示內(nèi)電壓，R表示外電路的總電阻，r表示內(nèi)電阻，I表示電流，則下列各式中正確的是(　　) A．U＝2U′　　　　　　 B．U′＝E－U C．U＝E＋I(xiàn)r D．U＝E BD　[由閉合電路歐姆定律可知，E＝U＋U′＝Ir＋I(xiàn)R，U＝IR，可推得：U′＝E－U，U＝R.故B、D正確，A、C錯(cuò)誤．] 4.如圖411所示的電路中，把R由2 Ω改變?yōu)? Ω時(shí)，電流強(qiáng)度減小為原來(lái)的一半，則電源的內(nèi)電阻應(yīng)為(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682189】 圖411 A．4 Ω B．8 Ω C．6 Ω D．2 Ω D　[根據(jù)閉合電路歐姆定律E＝I(R＋r)，當(dāng)R＝2 Ω時(shí)，E＝I(2＋r)，當(dāng)R＝6 Ω時(shí)，E＝(6＋r)，解得r＝2 Ω，故D正確．] [合 作 探 究攻 重 難] 電源電動(dòng)勢(shì)的理解 1．電源在電路中的作用 如圖412所示，電源能不斷地將流到負(fù)極的正電荷，在電源內(nèi)部通過(guò)非靜電力做功再搬運(yùn)到正極，從而保持正、負(fù)極有穩(wěn)定的電勢(shì)差，維持電路中有持續(xù)的電流． 圖412 2．電動(dòng)勢(shì)與電壓 電動(dòng)勢(shì) 電壓 物理意 義不同 表示非靜電力做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng) 表示電場(chǎng)力做功將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的本領(lǐng) 數(shù)值大 小不同 數(shù)值上等于將單位電荷量的正電荷從電源負(fù)極移到正極非靜電力所做的功 數(shù)值上等于將單位電荷量的正電荷從導(dǎo)體一端移到另一端電場(chǎng)力所做的功 決定因 素不同 由電源本身決定 由電源、導(dǎo)體的電阻及導(dǎo)體的連接方式?jīng)Q定 聯(lián)系 電路閉合：E＝U內(nèi)＋U外；電路斷開(kāi)：E＝U外 　(多選)關(guān)于電源，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．在電源內(nèi)部把正電荷從負(fù)極移動(dòng)到正極，非靜電力做功，電勢(shì)能增加 B．對(duì)于給定的電源，移動(dòng)正電荷非靜電力做功越多，電動(dòng)勢(shì)就越大 C．電動(dòng)勢(shì)越大，說(shuō)明非靜電力在電源內(nèi)部把單位正電荷從負(fù)極向正極移送所做的功越多 D．電動(dòng)勢(shì)越大，說(shuō)明非靜電力在電源內(nèi)部把正電荷從負(fù)極移送到正極的電荷量越多 AC　[電源內(nèi)部存在由正極指向負(fù)極的靜電場(chǎng)，靜電力阻礙電源內(nèi)電荷的運(yùn)動(dòng)，非靜電力克服這種阻礙使正電荷由負(fù)極向正極運(yùn)動(dòng)，增加了電勢(shì)能，A對(duì)．電源的電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于非靜電力在電源內(nèi)部把單位正電荷從負(fù)極向正極移送所做的功，做功越多，電動(dòng)勢(shì)越大，B錯(cuò)，C對(duì)．電動(dòng)勢(shì)大小表示非靜電力移動(dòng)電荷的本領(lǐng)大小，而不是移動(dòng)電荷的數(shù)量多少，D錯(cuò)．] 靜電力與非靜電力做功的比較 (1)非靜電力只存在于電源內(nèi)部，因此非靜電力只在電源內(nèi)部對(duì)電荷做功．通過(guò)非靜電力做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能． (2)靜電力存在于整個(gè)閉合電路上，所以在電路中任何部位靜電力都要做功．靜電力做功將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能． (3)在整個(gè)電路上，非靜電力做的功與靜電力做的功相等． [針對(duì)訓(xùn)練] 1．如圖413為電源和導(dǎo)線內(nèi)移送電荷的情況．則將單位正電荷沿閉合回路移動(dòng)一周所釋放的能量大小決定于(　　) 圖413 A．電源電動(dòng)勢(shì)　　　　 B．電路中電流的大小 C．電源的內(nèi)阻 D．電源的容量 A　[移送電荷一周所釋放的能量，就是電源提供給它的電能，數(shù)值等于電源內(nèi)部非靜電力做功的數(shù)值，即W＝Eq.題干中限定了單位正電荷，可見(jiàn)W的數(shù)值只取決于E，故A對(duì)，B、C、D錯(cuò)．] 2．下列對(duì)電源電動(dòng)勢(shì)概念的認(rèn)識(shí)中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682190】 A．電源電動(dòng)勢(shì)等于電源兩極間的電壓 B．在閉合電路中，電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)、外電壓之和 C．電源電動(dòng)勢(shì)表征了電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)，電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能越多，電動(dòng)勢(shì)就越大 D．電動(dòng)勢(shì)、電壓和電勢(shì)差雖名稱不同，但物理意義相同，所以單位也相同 B　[電源電動(dòng)勢(shì)等于電源開(kāi)路時(shí)正、負(fù)極間的電壓，若電路閉合時(shí)由于存在內(nèi)電壓，此時(shí)電源兩極間的電壓小于電源電動(dòng)勢(shì)，故A項(xiàng)錯(cuò)．電源電動(dòng)勢(shì)是描述電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量，即在電路中通過(guò)一定電量時(shí)，電源提供的電能越多，電動(dòng)勢(shì)就越大，并不是電源把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能越多，電動(dòng)勢(shì)就越大，因?yàn)檗D(zhuǎn)化的能量除與電動(dòng)勢(shì)有關(guān)外，還與所經(jīng)歷的時(shí)間、用電情況有關(guān)，故C項(xiàng)錯(cuò)．電動(dòng)勢(shì)和電勢(shì)差意義不同，電勢(shì)差是表示電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的本領(lǐng)的物理量，故D項(xiàng)錯(cuò)．] 閉合電路歐姆定律的理解和應(yīng)用 1．閉合電路歐姆定律的表達(dá)形式 表達(dá)式 物理意義 適用條件 I＝ 電流與電源電動(dòng)勢(shì)成正比，與電路總電阻成反比 純電阻電路 E＝I(R＋r)① E＝U外＋I(xiàn)r② E＝U外＋U內(nèi)③ 電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電路中內(nèi)、外電壓之和 ①式適用于純電阻電路；②③式普遍適用 2.路端電壓U隨電流I變化的圖像(UI關(guān)系圖) 圖414 (1)UI圖像的函數(shù)表達(dá)式：U＝E－Ir. (2)UI圖像特點(diǎn)：位于第一象限，與橫縱坐標(biāo)軸相交的傾斜直線，如圖所示． (3)兩個(gè)特點(diǎn) ①三個(gè)特征量：與縱軸交點(diǎn)表示電動(dòng)勢(shì)，與橫軸交點(diǎn)表示短路電流，直線斜率的大小表示電源的內(nèi)阻． ②兩個(gè)特殊狀態(tài)：當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí)(R＝∞)，I變?yōu)榱悖甀r＝0，U＝E；當(dāng)電源兩端短路時(shí)(R＝0)，此時(shí)電流I短＝(短路電流)． 　(多選)如圖415是根據(jù)某次實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)畫(huà)出的UI圖像，下列關(guān)于這個(gè)圖像的說(shuō)法中正確的是(　　) 圖415 A．縱軸截距表示待測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)，即E＝3.0 V B．橫軸截距表示短路電流，即I短＝0.6 A C．根據(jù)r＝，計(jì)算出待測(cè)電源內(nèi)電阻為5 Ω D．根據(jù)r＝，計(jì)算出待測(cè)電源內(nèi)電阻為1 Ω 思路點(diǎn)撥：①根據(jù)UI圖像，縱軸截距表示電動(dòng)勢(shì)． ②由于縱軸上數(shù)據(jù)不是從零開(kāi)始，所以橫軸截距不表示短路電流，內(nèi)阻只能用r＝計(jì)算． AD　[由閉合電路歐姆定律可知：U＝E－Ir，由數(shù)學(xué)知識(shí)可知，縱軸截距為電源的電動(dòng)勢(shì)，故電動(dòng)勢(shì)為E＝3.0 V，故A正確；圖像的斜率表示電源的內(nèi)阻，即r＝＝ Ω＝1 Ω，故D正確，C錯(cuò)誤；當(dāng)外電路電阻R＝0時(shí)，外電路短路，短路電流為I短＝＝ A＝3 A，故B錯(cuò)誤．] 電源UI圖像的兩大誤區(qū) (1)路端電壓U越大，對(duì)應(yīng)的電流越小．原因是閉合電路中負(fù)載電阻越大，電流越小，而路端電壓越大． (2)橫軸截距不一定是短路電流，當(dāng)縱軸標(biāo)數(shù)從零開(kāi)始時(shí)，橫軸截距為短路電流，當(dāng)縱軸標(biāo)數(shù)不是從零開(kāi)始時(shí)，橫軸截距不等于短路電流，這一點(diǎn)是需要特別注意的． [針對(duì)訓(xùn)練] 3. (多選)圖416為某電源的UI曲線，由圖可知(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682191】 圖416 A．電源電動(dòng)勢(shì)為2 V B．電源內(nèi)電阻為 Ω C．電源短路時(shí)電流為6 A D．路端電壓為1 V時(shí)，電路中電流為5 A AD　[根據(jù)閉合電路歐姆定律可知U＝E－Ir＝－rI＋E，可見(jiàn)UI圖像的縱軸截距即為電源的電動(dòng)勢(shì)，圖像斜率的絕對(duì)值即為電源的內(nèi)電阻r，由圖像可得：電動(dòng)勢(shì)E＝2 V，內(nèi)阻r＝ Ω＝0.2 Ω，故A正確，B錯(cuò)誤；當(dāng)外電阻為0時(shí)，電源短路，則短路電流I短＝＝ A＝10 A，故C錯(cuò)誤；當(dāng)U＝1.0 V時(shí)，由E＝U＋I(xiàn)r可得，I＝＝ A＝5.0 A，故D正確．] 4．如圖417所示，電動(dòng)勢(shì)為2 V的電源跟一個(gè)阻值R＝9 Ω的電阻連接成閉合電路，測(cè)得電源的兩端電壓為1.8 V，求電源的內(nèi)阻． 圖417 【解析】　通過(guò)電阻R的電流為 I＝＝ A＝0.2 A 由閉合電路歐姆定律E＝U＋I(xiàn)r，得電源內(nèi)阻r＝＝ Ω＝1 Ω. 【答案】　1 Ω 閉合電路的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題 1．引起電路特性發(fā)生動(dòng)態(tài)變化的主要原因 (1)滑動(dòng)變阻器滑片位置的改變，使電路的電阻發(fā)生變化． (2)開(kāi)關(guān)的閉合、斷開(kāi)或換向(雙擲開(kāi)關(guān))使電路結(jié)構(gòu)發(fā)生變化． (3)非理想電表的接入使電路的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化． 2．電路分析的基本思路：局部→整體→局部 即R局→R總→I總→U外→ 3．結(jié)論法——“串反并同” (1)“串反”是指某一電阻增大時(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減??；某一電阻減小時(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大． (2)“并同”是指某一電阻增大時(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大；某一電阻減小時(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減?。? 　如圖418所示，兩電表均為理想電表，電流表、電壓表的示數(shù)為I和U，當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片向右滑動(dòng)時(shí)，電流表、電壓表示數(shù)變化量為ΔI、ΔU，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖418 A．I增大，U增加　 B．I減小，U減小 C．不變 D．增大 思路點(diǎn)撥：①滑片向右滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器阻值減小，電路中總電阻減小． ②外電路電阻減小時(shí)，路端電壓減?。? C　[當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)，變阻器接入電路的電阻減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律得知，電路中總電流變大，路端電壓減小，則U變小，I變大，故A、B錯(cuò)誤；根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得U＝E－Ir，則＝r，故D錯(cuò)誤，C正確．] 閉合電路動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題的一般思路 (1)分析電路，明確各部分電路的串、并聯(lián)關(guān)系及電流表或電壓表的測(cè)量對(duì)象． (2)由局部電阻變化判斷總電阻的變化. (3)由I＝判斷總電流的變化. (4)據(jù)U＝E－Ir判斷路端電壓的變化. (5)由歐姆定律及串、并聯(lián)電路的規(guī)律判斷各部分的電路電壓及電流的變化. [針對(duì)訓(xùn)練] 5．如圖419所示，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向上端移動(dòng)時(shí)，則電表示數(shù)的變化情況是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682192】 圖419 A．V1減小，V2增大，A增大 B．V1增大，V2減小，A增大 C．V1增大，V2增大，A減小 D．V1減小，V2減小，A減小 C　[P向上端移動(dòng)，R3的有效電阻增大，外電阻R外增大，干路電流I減小，路端電壓U1增大，判斷出V1示數(shù)增大．由I減小知，內(nèi)電壓U內(nèi)和R1兩端電壓UR1減小，由U1增大知R2和R3并聯(lián)電路兩端電壓U2增大，判斷出V2示數(shù)增大．由V2示數(shù)增大知通過(guò)R2的電流I2增大，而干路電流I減小，所以R3中的電流減小，即A示數(shù)減小，所以C正確．] 6．如圖4110所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，A為燈泡，D為理想電壓表．在變阻器的滑片P由B端向C端滑動(dòng)的過(guò)程中(　　) 圖4110 A．A燈變亮，D示數(shù)變大 B．A燈變亮，D示數(shù)變小 C．A燈變暗，D示數(shù)變大 D．A燈變暗，D示數(shù)變小 D　[變阻器的滑片P由B端向C端滑動(dòng)的過(guò)程中滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻減小，故電路總電阻減小，根據(jù)閉合回路歐姆定律可得路端電壓減小，即D的示數(shù)減小，由于總電阻減小，故總電流增大，所以R兩端的電壓增大，而路端電壓是減小的，所以并聯(lián)電路兩端的電壓減小，所以燈泡A兩端的電壓減小，故A燈變暗，D正確．] [當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基] 1．(多選)下列關(guān)于電動(dòng)勢(shì)的理解正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682193】 A．電源的電動(dòng)勢(shì)越大，非靜電力將正電荷從負(fù)極移送到正極的電荷量一定越多 B．電源的電動(dòng)勢(shì)越大，非靜電力移動(dòng)相同電荷量產(chǎn)生的電能一定越多 C．電動(dòng)勢(shì)是表征電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量 D．電源的電動(dòng)勢(shì)跟電源的體積有關(guān)，跟外電路有關(guān) BC　[在電源內(nèi)部，非靜電力移送的電荷量為q＝It，電動(dòng)勢(shì)大的，移送的電荷量不一定多，A錯(cuò)誤；由W＝Eq知，電動(dòng)勢(shì)越大，非靜電力移動(dòng)相同電荷量做的功越多，產(chǎn)生的電能也越多，B正確；由電動(dòng)勢(shì)的物理意義可知，電動(dòng)勢(shì)是表征電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量，C正確；電動(dòng)勢(shì)由電源中非靜電力的特性決定，跟電源的大小無(wú)關(guān)，跟外電路也無(wú)關(guān)，D錯(cuò)誤．] 2．(多選)如圖4111所示電路中，電源電動(dòng)勢(shì)E＝9 V、內(nèi)阻r＝3 Ω，R＝15 Ω，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖4111 A．當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，UAC＝9 V B．當(dāng)S閉合時(shí)，UAC＝9 V C．當(dāng)S閉合時(shí)，UAB＝7.5 V，UBC＝0 D．當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，UAB＝0，UBC＝0 AC　[當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，UAC與UBC為路端電壓，等于電源電動(dòng)勢(shì)，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；當(dāng)S閉合時(shí)，UAC＝UAB＝R＝7.5 V，UBC＝I0＝0，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確．] 3．(多選)如圖4112所示的電路中，滑動(dòng)變阻器的滑片P從a滑向b的過(guò)程中，三只理想電壓表示數(shù)變化的絕對(duì)值分別為ΔU1、ΔU2、ΔU3，下列各值可能出現(xiàn)的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682194】 圖4112 A．ΔU1＝3 V　ΔU2＝2 V　ΔU3＝1 V B．ΔU1＝1 V　ΔU2＝3 V　ΔU3＝2 V C．ΔU1＝0.5 V　ΔU2＝1 V　ΔU3＝1.5 V D．ΔU1＝0.2 V　ΔU2＝1 V　ΔU3＝0.8 V BD　[滑動(dòng)變阻器的滑片P從a滑向b的過(guò)程中，電壓表V2示數(shù)減小，V3示數(shù)增大．滑動(dòng)變阻器的滑片P從a滑向b的過(guò)程中，外電路電阻減小，路端電壓即電壓表V1示數(shù)減?。妷罕鞻2示數(shù)減小值等于電壓表V3示數(shù)增大值與電壓表V1示數(shù)減小值之和，B、D正確．] 4．電路圖如圖4113甲所示，若電阻R阻值未知，電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻也未知，電源的路端電壓U隨電流I的變化圖線及外電阻的UI圖線分別如圖4113乙所示，求： 甲　　　　　　　　乙 圖4113 (1)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻； (2)電源的路端電壓． 【解析】　(1)由題圖乙所示UI圖線知：電源電動(dòng)勢(shì)E＝4 V，短路電流I短＝4 A，故內(nèi)阻r＝＝1 Ω. (2)由題圖乙知：電源與電阻構(gòu)成閉合電路時(shí)對(duì)應(yīng)路端電壓U＝3 V. 【答案】　(1)4 V　1 Ω　(2)3 V