2018-2019學年高中物理 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 習 目 標 知 識 脈 絡 1.知道閉合電路的組成，理解電動勢和內阻的概念．　(難點) 2．了解路端電壓、內電壓，知道路端電壓與負載的關系． 3．理解閉合電路歐姆定律，會用閉合電路歐姆定律分析問題．(重點、難點) [自 主 預 習探 新 知] [知識梳理] 一、路端電壓和內電壓 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．內電壓：電源內部的電壓． 二、電源的作用——電動勢 1．定義：電源內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電荷本領大小的物理量． 4．單位：國際單位制中，E的單位是伏特，符號為V. 5．電動勢與路端電壓、內電壓的關系：E＝U外＋U內． 三、閉合電路歐姆定律 1．內容：閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比，跟內、外電路的電阻之和成反比． 2．公式：I＝. [基礎自測] 1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“”．) (1)電源外部有電壓，電源內部沒有電壓．() (2)電動勢就是電源兩端的電壓．() (3)電動勢越大，電源把其他形式的能轉化為電能的本領就越大．(√) (4)當電源短路時，路端電壓等于電源的電動勢．() (5)由于電源內阻很小，所以短路時會形成很大的電流，為保護電源，絕對不能把電源兩極直接相連接．(√) (6)電源斷開時，電流為零，所以路端電壓也為零．() 【提示】　 (1)　電源內部也有電壓． (2)　電動勢和電壓是不同的概念． (4)　電源短路時，路端電壓為零． (6)　電源斷開時，路端電壓等于電動勢． 2．(多選)下列關于電源的說法，正確的是(　　) 【導學號：69682188】 A．電源向外提供的電能越多，表示電動勢越大 B．電動勢表示電源將單位正電荷從負極移送到正極時，非靜電力所做的功 C．電源的電動勢與外電路有關 D．在電源內從負極到正極電勢升高 BD　[電源向外提供的電能多，說明電源儲存的能量多，而電動勢表示電源內非靜電力做功時把其他形式的能轉化為電能的本領，故A錯誤，B正確；電源電動勢由電源本身決定，與外電路無關，C錯誤；在電源內從負極到正極電勢升高，D正確．] 3．(多選)若用E表示電源電動勢，U表示外電壓，U′表示內電壓，R表示外電路的總電阻，r表示內電阻，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＋Ir D．U＝E BD　[由閉合電路歐姆定律可知，E＝U＋U′＝Ir＋IR，U＝IR，可推得：U′＝E－U，U＝R.故B、D正確，A、C錯誤．] 4.如圖411所示的電路中，把R由2 Ω改變?yōu)? Ω時，電流強度減小為原來的一半，則電源的內電阻應為(　　) 【導學號：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R＝2 Ω時，E＝I(2＋r)，當R＝6 Ω時，E＝(6＋r)，解得r＝2 Ω，故D正確．] [合 作 探 究攻 重 難] 電源電動勢的理解 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極的正電荷，在電源內部通過非靜電力做功再搬運到正極，從而保持正、負極有穩(wěn)定的電勢差，維持電路中有持續(xù)的電流． 圖412 2．電動勢與電壓 電動勢 電壓 物理意 義不同 表示非靜電力做功將其他形式的能轉化為電能的本領 表示電場力做功將電能轉化為其他形式的能的本領 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體一端移到另一端電場力所做的功 決定因 素不同 由電源本身決定 由電源、導體的電阻及導體的連接方式決定 聯(lián)系 電路閉合：E＝U內＋U外；電路斷開：E＝U外 　(多選)關于電源，下列說法中正確的是(　　) A．在電源內部把正電荷從負極移動到正極，非靜電力做功，電勢能增加 B．對于給定的電源，移動正電荷非靜電力做功越多，電動勢就越大 C．電動勢越大，說明非靜電力在電源內部把單位正電荷從負極向正極移送所做的功越多 D．電動勢越大，說明非靜電力在電源內部把正電荷從負極移送到正極的電荷量越多 AC　[電源內部存在由正極指向負極的靜電場，靜電力阻礙電源內電荷的運動，非靜電力克服這種阻礙使正電荷由負極向正極運動，增加了電勢能，A對．電源的電動勢在數(shù)值上等于非靜電力在電源內部把單位正電荷從負極向正極移送所做的功，做功越多，電動勢越大，B錯，C對．電動勢大小表示非靜電力移動電荷的本領大小，而不是移動電荷的數(shù)量多少，D錯．] 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部，因此非靜電力只在電源內部對電荷做功．通過非靜電力做功將其他形式的能轉化為電能． (2)靜電力存在于整個閉合電路上，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化為其他形式的能． (3)在整個電路上，非靜電力做的功與靜電力做的功相等． [針對訓練] 1．如圖413為電源和導線內移送電荷的情況．則將單位正電荷沿閉合回路移動一周所釋放的能量大小決定于(　　) 圖413 A．電源電動勢　　　　 B．電路中電流的大小 C．電源的內阻 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W的數(shù)值只取決于E，故A對，B、C、D錯．] 2．下列對電源電動勢概念的認識中正確的是(　　) 【導學號：69682190】 A．電源電動勢等于電源兩極間的電壓 B．在閉合電路中，電動勢等于內、外電壓之和 C．電源電動勢表征了電源把其他形式的能轉化為電能的本領，電源把其他形式的能轉化為電能越多，電動勢就越大 D．電動勢、電壓和電勢差雖名稱不同，但物理意義相同，所以單位也相同 B　[電源電動勢等于電源開路時正、負極間的電壓，若電路閉合時由于存在內電壓，此時電源兩極間的電壓小于電源電動勢，故A項錯．電源電動勢是描述電源把其他形式的能轉化為電能本領的物理量，即在電路中通過一定電量時，電源提供的電能越多，電動勢就越大，并不是電源把其他形式能轉化為電能越多，電動勢就越大，因為轉化的能量除與電動勢有關外，還與所經歷的時間、用電情況有關，故C項錯．電動勢和電勢差意義不同，電勢差是表示電能轉化為其他形式能的本領的物理量，故D項錯．] 閉合電路歐姆定律的理解和應用 1．閉合電路歐姆定律的表達形式 表達式 物理意義 適用條件 I＝ 電流與電源電動勢成正比，與電路總電阻成反比 純電阻電路 E＝I(R＋r)① E＝U外＋Ir② E＝U外＋U內③ 電源電動勢在數(shù)值上等于電路中內、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關系圖) 圖414 (1)UI圖像的函數(shù)表達式：U＝E－Ir. (2)UI圖像特點：位于第一象限，與橫縱坐標軸相交的傾斜直線，如圖所示． (3)兩個特點 ①三個特征量：與縱軸交點表示電動勢，與橫軸交點表示短路電流，直線斜率的大小表示電源的內阻． ②兩個特殊狀態(tài)：當外電路斷開時(R＝∞)，I變?yōu)榱悖甀r＝0，U＝E；當電源兩端短路時(R＝0)，此時電流I短＝(短路電流)． 　(多選)如圖415是根據(jù)某次實驗記錄數(shù)據(jù)畫出的UI圖像，下列關于這個圖像的說法中正確的是(　　) 圖415 A．縱軸截距表示待測電源的電動勢，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＝，計算出待測電源內電阻為5 Ω D．根據(jù)r＝，計算出待測電源內電阻為1 Ω 思路點撥：①根據(jù)UI圖像，縱軸截距表示電動勢． ②由于縱軸上數(shù)據(jù)不是從零開始，所以橫軸截距不表示短路電流，內阻只能用r＝計算． AD　[由閉合電路歐姆定律可知：U＝E－Ir，由數(shù)學知識可知，縱軸截距為電源的電動勢，故電動勢為E＝3.0 V，故A正確；圖像的斜率表示電源的內阻，即r＝＝ Ω＝1 Ω，故D正確，C錯誤；當外電路電阻R＝0時，外電路短路，短路電流為I短＝＝ A＝3 A，故B錯誤．] 電源UI圖像的兩大誤區(qū) (1)路端電壓U越大，對應的電流越?。蚴情]合電路中負載電阻越大，電流越小，而路端電壓越大． (2)橫軸截距不一定是短路電流，當縱軸標數(shù)從零開始時，橫軸截距為短路電流，當縱軸標數(shù)不是從零開始時，橫軸截距不等于短路電流，這一點是需要特別注意的． [針對訓練] 3. (多選)圖416為某電源的UI曲線，由圖可知(　　) 【導學號：69682191】 圖416 A．電源電動勢為2 V B．電源內電阻為 Ω C．電源短路時電流為6 A D．路端電壓為1 V時，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UI圖像的縱軸截距即為電源的電動勢，圖像斜率的絕對值即為電源的內電阻r，由圖像可得：電動勢E＝2 V，內阻r＝ Ω＝0.2 Ω，故A正確，B錯誤；當外電阻為0時，電源短路，則短路電流I短＝＝ A＝10 A，故C錯誤；當U＝1.0 V時，由E＝U＋Ir可得，I＝＝ A＝5.0 A，故D正確．] 4．如圖417所示，電動勢為2 V的電源跟一個阻值R＝9 Ω的電阻連接成閉合電路，測得電源的兩端電壓為1.8 V，求電源的內阻． 圖417 【解析】　通過電阻R的電流為 I＝＝ A＝0.2 A 由閉合電路歐姆定律E＝U＋Ir，得電源內阻r＝＝ Ω＝1 Ω. 【答案】　1 Ω 閉合電路的動態(tài)分析問題 1．引起電路特性發(fā)生動態(tài)變化的主要原因 (1)滑動變阻器滑片位置的改變，使電路的電阻發(fā)生變化． (2)開關的閉合、斷開或換向(雙擲開關)使電路結構發(fā)生變化． (3)非理想電表的接入使電路的結構發(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．結論法——“串反并同” (1)“串反”是指某一電阻增大時，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，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，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，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，當滑動變阻器滑片向右滑動時，電流表、電壓表示數(shù)變化量為ΔI、ΔU，下列說法中正確的是(　　) 圖418 A．I增大，U增加　 B．I減小，U減小 C．不變 D．增大 思路點撥：①滑片向右滑動時，滑動變阻器阻值減小，電路中總電阻減?。? ②外電路電阻減小時，路端電壓減?。? C　[當滑動變阻器的滑片向右移動時，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錯誤；根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得U＝E－Ir，則＝r，故D錯誤，C正確．] 閉合電路動態(tài)分析問題的一般思路 (1)分析電路，明確各部分電路的串、并聯(lián)關系及電流表或電壓表的測量對象． (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. [針對訓練] 5．如圖419所示，當滑動變阻器的滑片P向上端移動時，則電表示數(shù)的變化情況是(　　) 【導學號：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，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，內電壓U內和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，電源的電動勢為E，內阻為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端滑動的過程中(　　) 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端滑動的過程中滑動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 堂 達 標固 雙 基] 1．(多選)下列關于電動勢的理解正確的是(　　) 【導學號：69682193】 A．電源的電動勢越大，非靜電力將正電荷從負極移送到正極的電荷量一定越多 B．電源的電動勢越大，非靜電力移動相同電荷量產生的電能一定越多 C．電動勢是表征電源把其他形式的能轉化為電能本領的物理量 D．電源的電動勢跟電源的體積有關，跟外電路有關 BC　[在電源內部，非靜電力移送的電荷量為q＝It，電動勢大的，移送的電荷量不一定多，A錯誤；由W＝Eq知，電動勢越大，非靜電力移動相同電荷量做的功越多，產生的電能也越多，B正確；由電動勢的物理意義可知，電動勢是表征電源把其他形式的能轉化為電能本領的物理量，C正確；電動勢由電源中非靜電力的特性決定，跟電源的大小無關，跟外電路也無關，D錯誤．] 2．(多選)如圖4111所示電路中，電源電動勢E＝9 V、內阻r＝3 Ω，R＝15 Ω，下列說法中正確的是(　　) 圖4111 A．當S斷開時，UAC＝9 V B．當S閉合時，UAC＝9 V C．當S閉合時，UAB＝7.5 V，UBC＝0 D．當S斷開時，UAB＝0，UBC＝0 AC　[當S斷開時，UAC與UBC為路端電壓，等于電源電動勢，選項A正確，選項D錯誤；當S閉合時，UAC＝UAB＝R＝7.5 V，UBC＝I0＝0，選項B錯誤，選項C正確．] 3．(多選)如圖4112所示的電路中，滑動變阻器的滑片P從a滑向b的過程中，三只理想電壓表示數(shù)變化的絕對值分別為ΔU1、ΔU2、ΔU3，下列各值可能出現(xiàn)的是(　　) 【導學號：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　[滑動變阻器的滑片P從a滑向b的過程中，電壓表V2示數(shù)減小，V3示數(shù)增大．滑動變阻器的滑片P從a滑向b的過程中，外電路電阻減小，路端電壓即電壓表V1示數(shù)減小．電壓表V2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，電源電動勢和內阻也未知，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)電源的電動勢和內阻； (2)電源的路端電壓． 【解析】　(1)由題圖乙所示UI圖線知：電源電動勢E＝4 V，短路電流I短＝4 A，故內阻r＝＝1 Ω. (2)由題圖乙知：電源與電阻構成閉合電路時對應路端電壓U＝3 V. 【答案】　(1)4 V　1 Ω　(2)3 V