高中物理 4.1探究闭合电路欧姆定律课时讲练通课件 沪科选修31

1、2021/8/11 星期三12021/8/11 星期三22021/8/11 星期三32021/8/11 星期三42021/8/11 星期三52021/8/11 星期三62021/8/11 星期三71.思考在外电路中沿电流方向电势如何变化?为什么?提示：在外电路沿电流方向电势降低,因为正电荷的移动方向就是电流方向.在外电路中,正电荷受静电力作用,从高电势向低电势运动.2021/8/11 星期三82.思考在内电路中沿电流方向电势如何变化?为什么?(以一节干电池为例说明)提示：如果电源是一节干电池,在电源的正负极附近存在反应层,在这两个反应层中沿电流方向电势升高,在正负极之间电源的内阻中也有电流,沿

2、电流方向电势降低.且两反应层中电势升高的值等于内、外电路电阻上电势降低值之和.2021/8/11 星期三93.分析讨论电动势和电势差的物理意义有何不同？提示：(1)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，它是电源的特征量.(2)电势差反映电势能转化为其他形式能的本领的物理量，它表示电场的性质.2021/8/11 星期三104.干电池和蓄电池的电动势不同，说明了什么？提示：两种电池的电动势不同，表明它们把化学能转化为电能的本领大小不同.2021/8/11 星期三115.讨论电源内部能量的转化情况是怎样的？提示：如果电源是一节干电池，在电源的正负极附近存在着化学反应层，反应层中非静电

3、力(化学作用)把正电荷从电势低处移到电势高处，在这个反应层中，沿电流方向电势升高.在正负极之间，电源的内阻中也有电流，沿电流方向电势降低，将电能转化为内能.2021/8/11 星期三12【典例1】下面对电源电动势概念的认识正确的是( )A.电源电动势等于电源两极间的电压B.在闭合电路中，电动势等于内、外电压之和C.电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领，电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势就越大D.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2021/8/11 星期三13【思路点拨】解答此题应明确以下三点：(1)电动势的物理意义.(2)电动势的大小以及电路中的

4、能量转化.(3)电动势与电势差的区别. 2021/8/11 星期三14【自主解答】选B.电源电动势等于电源开路时正、负极间的电压，若电路闭合时由于存在内电压，此时电源两极间的电压小于电源电动势，故A项错.电源电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量，即在电路中通过一定电量时，电源提供的电能越多，电动势就越大，并不是电源把其他形式能转化为电能越多，电动势就越大，因为转化的能量除与电动势有关外，还与所经历的时间、用电情况有关，故C项错.电动势和电势差意义不同，电势差是表示电能转化为其他形式能的本领的物理量，故D项错.2021/8/11 星期三152021/8/11 星期三161.试通过

5、实验说明，在如图所示的电路中，开关S闭合前与闭合后电压表的读数有变化吗？提示：开关闭合后伏特表读数小于闭合开关前的读数.2021/8/11 星期三172.试分析：电压表在开关闭合前后测的是谁两端的电压？提示：当开关断开时，电压表测的是电源的电动势，但是当开关闭合时，电压表测的是R两端的电压(电动势的定义).2021/8/11 星期三183.试分析：电源电动势E与外电路电压U外和内电路电压U内之间存在什么样的关系？用公式怎样来表示？2021/8/11 星期三19提示：外电路的电压与内电路的电压加起来应该等于电源电动势.写成公式就是：E=U外+U内因为：U外=I外R，U内= I内r并且串联电路中电

6、流相等，即I外=I内=I所以：E=I外R+I内r =I(R+r) 进一步可改写成：这就是闭合电路的欧姆定律.即闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内外电阻之和成反比.2021/8/11 星期三204.设电源电动势为E，内阻为r，外电路电阻为R，闭合电路的电流为I，试根据能量转化与守恒定律推导闭合电路欧姆定律.2021/8/11 星期三21提示：(1)在t时间内，外电路中消耗的电能E外的表达式；E外=I2Rt;(2)在t时间内，内电路中消耗的电能E内的表达式；E内=I2rt;(3)在t时间内，电源中非静电力做的功W的表达式；W=Eq=EIt.根据能量守恒定律，W=E外+E内即EIt=I2Rt

7、+I2rt则有E=IR+Ir,或者即得闭合电路的欧姆定律.2021/8/11 星期三225.电源的电动势和内外电路上的电压关系是怎样的？并试推导.提示：根据欧姆定律，外电路两端的电势降落为U外=IR，习惯上成为路端电压，内电路的电势降落为U内=Ir，代入E=IR+Ir得E=U外+U内该式表明，电动势等于内外电路电势降落之和.2021/8/11 星期三23【典例2】如图所示，R1=9 ,R2=30 ,S闭合时，电压表V的读数为11.4 V，电流表A的读数为0.2 A；S断开时，电流表A的读数为0.3 A(题中电表为理想电表，即电压表的内阻无限大，电流表的内阻为零)求：(1)电阻R3的阻值(2)电

8、源的电动势和内阻.2021/8/11 星期三24【思路点拨】解此类问题注意以下几点：1.明确外电路的连接关系.2.各个部分电流电压的对应关系和部分电路欧姆定律的应用.3.闭合电路欧姆定律的应用. 2021/8/11 星期三25【自主解答】电压表测量的是路端电压U.(1)S闭合时R2和R3并联，R3两端的电压U3=U2=I2R2=0.230 V=6 V,R1两端的电压U1=U-U3=(11.4-6) V=5.4 V,流过R1的电流I1=U1/R1= A=0.6 A,通过R3的电流I3=I1-I2=(0.6-0.2) A=0.4 A,电阻R3=U3/I3=6/0.4 =15 .2021/8/11

9、星期三26(2)设电源电动势为E,内阻为r,根据闭合电路欧姆定律E=I(R+r)有：当S闭合时E=U+I1r,即E=11.4+0.6r;当S断开时E=I(r+R1+R2)，即E=0.3(r+9+30).联立以上两式解得E=12 V,r=1 .2021/8/11 星期三272021/8/11 星期三282021/8/11 星期三291.何为路端电压?探究讨论路端电压与外电阻的关系.提示：路端电压即外电路两端的电压,也就是电源的正、负极之间的电压.把U内=Ir代入E=U+U内,得U=E-U内=E-Ir2021/8/11 星期三30(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

10、Ir减小,根据U=E-Ir可知路端电压U增大.(2)当外电阻R减小时,根据 可知电流I增大,内电压Ir增大,根据U=E-Ir可知路端电压U减小.(3)当外电路断开时,R=,I=0,Ir=0,U=E.当外电路短路时,R=0,I= (称为短路电流),U=0.2021/8/11 星期三312.讨论如何求一个电源的电动势和内电阻.提示：(1)由E=U+Ir知,只要知道两组U、I的值(U1、I1)、(U2、I2)就可以通过解方程组,求出E、r的值.(2)由E= 知,只要知道两组U、R的值(U1、R1)、(U2、R2)就能求解E、r.(3)由E=IR+Ir知,只要知道两组I、R的值(I1、R1)、(I2、

11、R2)就能求解E、r.2021/8/11 星期三323.如果以路端电压为纵坐标,电路中的电流I为横坐标,画出的U-I图像如图所示.分析此图像我们可得到什么信息?提示：(1)图线与纵轴的交点表示电源电动势E.(2)图线与横轴的交点表示短路电流I0.(3)图线斜率的绝对值表示电源内阻.2021/8/11 星期三33【典例3】(2010上海高考)在如图的闭合电路中，当滑片P向右移动时，两电表读数的变化是( ) 变大， 变大 变小， 变大C. 变大， 变小D. 变小， 变小2021/8/11 星期三34【思路点拨】解答本题要把握以下两点：(1)本题属于电路的动态分析问题，需要用闭合电路的欧姆定律进行分

12、析.(2)要能够通过滑动变阻器滑片的移动方向来判断滑动变阻器阻值的变化. 2021/8/11 星期三35【自主解答】选B.将R0看做是电源内阻，当滑片P向右移动时，滑动变阻器电阻变大，导致干路电流变小，内阻电压降减小，路端电压变大.2021/8/11 星期三36【典例4】如图所示的电路中，若将滑动变阻器的滑动触头向b端滑动时，试判断图中八只表的示数将怎样变化(各电表内阻对电路的影响均不考虑)?2021/8/11 星期三37【思路点拨】解答本题应把握以下两点：(1)本题为“动态”分析问题，可用常规分析法逐步推出结论.(2)要明确每一个电表所测的物理量.2021/8/11 星期三38【标准解答】R

13、2的滑片向下滑动，R2值变大，引起R总变大.由 可知总电流变小，即电流表A示数变小.由UIR总，可知路端压变大，即电压表V示数变大.由I4= 可知I4变大，即电流表A4示数变大.由I1I-I4，可知I1变小，即电流表A1示数变小.由U1I1R1可知U1变小，即电压表V1示数变小.由U2UU1，可知U2变大，即电压表V2示数变大.由 可知I3变大，即电流表A3示数变大.由I2I1I3，可知I2变小，即电流表A2示数变小.2021/8/11 星期三39 知识点1：闭合电路与电源的电动势1.电源电动势的大小反映的是( )A.电源在单位时间内传送电荷量的多少B.电流做功的快慢C.电源把电能转化成其他形

14、式能的本领的大小D.电源把其他形式能转化成电能的本领的大小【解析】选D.由电动势定义知，电动势的大小反映的是电源把其他形式能转化为电能的本领，D选项正确.2021/8/11 星期三402.关于电动势，下列说法正确的是( )A.电源电动势在数值上等于路端电压B.当外电阻发生变化时，电源电动势也发生变化C.电源电动势在数值上等于内、外电路上的电压之和，与内外电路的组成无关D.电源电动势的大小可以通过实验进行测定2021/8/11 星期三41【解析】选C、D.电源电动势反映电源转换能量的本领，与外电路的电阻无关，选项B错.电动势在数值上等于电路的内、外电压之和，与路端电压的数值不完全一样，选项A错，

15、C正确.电动势在一般情况下是不变的，可以利用实验测定，选项D正确.2021/8/11 星期三42 知识点2：闭合电路欧姆定律3.如图所示电路中，电源电动势E=9 V、内阻r=3 ，R=15 .下列说法中正确的是( )A.当S断开时，UAC=9 VB.当S闭合时，UAC=9 VC.当S闭合时，UAB=9 V，UBC=0D.当S断开时，UAB=0，UBC=02021/8/11 星期三43【解析】选A.当S断开时，AC两端电压即为电源电压为9 V，因无电流通过R，故UAB=0，BC两端电压也为电源电压，即UBC=9 V，故A对，D错；当S闭合时，UAB=UAC=7.5 V，此时BC间为一根连通的导线

16、，故UBC=0，故B、C错.2021/8/11 星期三44 知识点3：路端电压与外电阻的关系4.(2011昆明高二检测)如图电路中,在滑动变阻器的滑片P向上端a滑动过程中,两表的示数情况为( )A.电压表示数增大,电流表示数减小B.电压表示数减小,电流表示数增大C.两电表示数都增大D.两电表示数都减小2021/8/11 星期三45【解析】选A.在滑动变阻器的滑片P向上端a滑动过程中,R3变大,则R总变大,I总变小,U内变小,U外增大,V的示数变大,R1中的电流变小,UR1减小,UR2增大,IR2增大,IR3减小,A的示数减小,A正确,B、C、D错误.2021/8/11 星期三465.如图所示的

17、电路中，当S闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数分别为1.6 V和0.4 A.当S断开时，它们的示数分别改变0.1 V和0.1 A，求电源的电动势和内阻.2021/8/11 星期三47【解析】当S闭合时，R1、R2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U1=E-I1r，即E=1.6+0.4r 当S断开时，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U2=E-I2r,即E=(1.6+0.1)+(0.4-0.1)r 由得:E=2 V,r=1 .答案:2 V 1 2021/8/11 星期三48一、选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分)1.下列关于闭合电路的说法中,错误的是( )A.电源短路时

18、,电源的内电压等于电动势B.电源短路时,路端电压为零C.电源断路时,路端电压最大D.电源的负载增加时,路端电压增大2021/8/11 星期三49【解析】选D.电源短路时,外电阻为零,路端电压为零,由E=U内+U外,故U内=E,A、B正确；电源断路时,R外,I=0,由U=E-Ir,故U最大等于E,C正确；负载增加,并联在电源上的用电器个数增加,外电阻减小,路端电压减小,故D错.2021/8/11 星期三502.(2009广东高考)如图所示是一实验电路图.在滑动触头由a端滑向b端的过程中，下列表述正确的是 ( )A.路端电压变小B.电流表的示数变大C.电源内阻消耗的功率变小D.电路的总电阻变大20

19、21/8/11 星期三51【解析】选A.当滑动触头向b端滑动时，接入电路中的电阻减小，使得总电阻减小，D错.根据 可知总电流增加，根据闭合电路中的欧姆定律有E=Ir+U外，可知路端电压在减小，A对.电流表的示数为 可知电流表示数在减小，B错.根据P=I2r，可知内阻消耗的功率在增大，C错.2021/8/11 星期三523.(2011嘉兴高二检测)如图为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图像，则下述说法正确的是 ( )A.电动势E1=E2，发生短路时的电流I1r2C.电动势E1=E2，内阻r1U2，由P=UI，故电源1的输出功率大，因此选项D错误.2021/8/11 星期三544.(2010

20、扬州高二检测)如图所示,已知C=6 F,R1=5 ,R2=6 ,E=6 V,r=1 ,开关S原来处于断开状态,下列说法中正确的是( )A.开关S闭合瞬间,电流表的读数为0.5 AB.开关S闭合瞬间,电压表的读数为5.5 VC.开关S闭合经过一段时间,再将开关S迅速断开,则通过R2的电荷量为1.810-5 CD.以上说法都不对2021/8/11 星期三55【解析】选C.开关S闭合瞬间,电容器充电,接近于短路状态电压U=IR1=5 V5.5 V,故A、B错.开关闭合一段时间后,电容器相当于断路I= =0.5 A.此时电容器上电荷量Q=CU2=CIR2=610-60.56 C=1.810-5 C断开

21、开关S后,电荷量Q经R2释放,故C正确.2021/8/11 星期三562021/8/11 星期三572021/8/11 星期三58二、非选择题(本题共2小题，共14分)5.(2011昆明高二检测)(7分)把一个滑动变阻器与电流表串联后再与电压表并联(电表认为理想),然后接于一个电池的两极上.当变阻器的滑动头在某一位置时,电流表的读数是0.3 A,电压表的读数是2.8 V;当滑动头移到另一位置时,电流表读数是0.4 A,电压表读数是2.6 V.试求该自制电池的电动势和内阻.【解析】根据闭合电路欧姆定律,得E=U1+I1r及E=U2+I2r,代入数据解得E=3.4 V,r=2 .答案:3.4 V 2 2021/8/11 星期三596.(7分)如图所示电路中，R1=0.8 ，R3=6 ，滑动变阻器的全值电阻R2=12 ，电源电动势E=6 V，内阻r=0.2 ，当滑动变阻器的滑片在变阻器中央位置时，闭合开关S，电路中的电流表和电压表的读数各是多少?2021/8/11 星期三60【解析】外电路的总电阻为根据闭合电路欧姆定律可知，电路中的总电流为即电流表A1的读数为1.5 A2021/8/11 星期三61对于R2与R3组成的并联电路，根据部分电路欧姆定律，并联部分的电压为即电压表V2的读数为4.5 V对于含有R2的支路，根据部分电路欧姆定律，通过R2的电流为即电