学年高考物理主题2电路及其应用7闭合电路的欧姆定律学案必修Word文档下载推荐.docx
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电源外部的电路叫外电路,外电路的电阻称为外电阻.
2.闭合电路的欧姆定律
(1)内容:
闭合电路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)表达式:
I=.
(3)适用条件:
外电路为纯电阻电路.
二、路端电压与负载的关系
1.路端电压的表达式:
U=E-Ir.
2.路端电压随外电阻的变化规律
(1)当外电阻R增大时,由I=可知电流I减小,路端电压U=E-Ir增大.
(2)当外电阻R减小时,由I=可知电流I增大,路端电压U=E-Ir减小.
(3)两种特殊情况:
当外电路断开时,电流I变为0,U=E.即断路时的路端电压等于电源电动势.当电源短路时,外电阻R=0,此时I=.
1.判断下列说法的正误.
(1)E=U+Ir适用于任何电路.(√)
(2)某电源电动势为10V,内阻为2Ω,外接一线圈电阻为8Ω的电动机,则电路中的电流为1A.(×
)
(3)在闭合电路中,外电阻越大,路端电压越大.(√)
(4)电路断开时,电路中的电流为零,路端电压也为零.(×
(5)外电路短路时,电路中的电流无穷大.(×
2.如图2所示,电动势为2V的电源跟一个阻值R=9Ω的电阻接成闭合电路,理想电压表测得电源两端电压为1.8V,则电源的内阻为________Ω.
图2
答案 1
如图为闭合电路的组成.
(1)在外、内电路中,沿着电流方向,各点电势如何变化?
(2)若电源电动势为E,电路中的电流为I,在t时间内非静电力做功多少?
内、外电路中产生的焦耳热分别为多少?
它们之间有怎样的关系?
(3)闭合电路的电流I与电动势E、外电阻R和内电阻r的关系怎样?
答案
(1)在外电路中沿电流方向电势降低;
在内电路中沿电流方向电势升高.
(2)EIt I2rt I2Rt EIt=I2Rt+I2rt
(3)E=IR+Ir或I=
1.内、外电路中的电势变化
如图3所示,外电路中电流由电源正极流向负极,沿电流方向电势降低,内电路中电流由电源负极流向正极,沿电流方向电势升高.
图3
2.闭合电路欧姆定律的几种表达形式
(1)I=、E=IR+Ir只适用于外电路为纯电阻的闭合电路.
(2)U外=E-Ir,E=U外+U内适用于任意的闭合电路.
例1 (20xx·
×
市期末)如图4所示的电路中,当开关S接a点时,标有“4V,8W”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5V.求:
图4
(1)电阻R的阻值;
(2)电源的电动势和内阻.
答案
(1)5Ω
(2)6V 1Ω
解析
(1)当开关S接b点时,由欧姆定律得,电阻R的阻值为R==Ω=5Ω
(2)当开关S接a时,U1=4V,I1==A=2A
当开关S接b时,U2=5V,I2=1A
根据闭合电路欧姆定律得:
E=U1+I1r,E=U2+I2r
联立得:
E=6V,r=1Ω.
[学科素养] 用闭合电路欧姆定律分析电动势、内阻与负载的关系,培养逻辑思维能力,让学生分析综合能力、推理等“科学思维方法”内化,让物理规律在学生头脑中得到了提炼和升华.本题体现了“物理观念”、“科学思维”这两种学科素养.
针对训练1 在图5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5
答案 3V 1Ω
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)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)②
联立①②并代入数据,解得:
E=3V,r=1Ω.
二、路端电压与电流、负载的关系
1.在如图所示的电路中,电源的电动势E=10V,内电阻r=1Ω,试求当外电阻分别是3Ω、4Ω、9Ω时所对应的路端电压.通过数据计算,你发现了怎样的规律?
答案 外电压分别为7.5V、8V、9V.随着外电阻的增大,路端电压逐渐增大.
2.根据闭合电路欧姆定律写出路端电压U与干路电流I之间的关系式,并画出U-I图象.
答案 由E=U+U内及U内=Ir得
U=E-Ir,U-I图象为
1.路端电压与负载的关系:
U=E-U内=E-r,随着外电阻增大,路端电压增大;
当外电路开路时(外电阻无穷大),路端电压U=E;
这也提供了一种粗测电动势的方法,即用电压表直接测电源电动势.
2.路端电压与电流的关系:
3.电源的U-I图象:
如图6所示是一条倾斜的直线,图象中U轴截距E表示电源电动势,I轴截距I0等于短路电流(纵、横坐标都从零开始),斜率的绝对值表示电源的内阻.
图6
例2 (多选)如图7所示是某电源的路端电压与电流的关系图象,下列结论正确的是( )
图7
A.电源的电动势为6.0V
B.电源的内阻为12Ω
C.电源的短路电流为0.5A
D.电流为0.3A时的外电阻是18Ω
答案 AD
解析 因该电源的U-I图象的纵轴坐标并不是从零开始的,故纵轴上的截距虽为电源的电动势,即E=6.0V,但横轴上的截距0.5A并不是电源的短路电流,且内阻应按斜率的绝对值计算,即r=||=Ω=2Ω.由闭合电路欧姆定律可得电流I=0.3A时,外电阻R=-r=18Ω.故选A、D.
针对训练2 两个电源的U-I图象如图8所示,从图象中可以看出( )
图8
A.电池a的电动势较大,内电阻较大
B.电池a的电动势较小,内电阻较小
C.电池b的电动势较小,内电阻较大
D.电池b的电动势较大,内电阻较小
答案 A
解析 根据闭合电路欧姆定律知U=E-Ir,故U-I图象中图象与纵轴的交点等于电源的电动势,由题图可知,a的电动势较大,图象斜率的绝对值表示电源的内阻,a的斜率的绝对值较大,故a的内阻较大,故A正确.
例3 如图9所示,电源的内阻不能忽略,当电路中点亮的电灯的数目增多时,下面说法正确的是( )
图9
A.外电路的总电阻逐渐变大,电灯两端的电压逐渐变小
B.外电路的总电阻逐渐变大,电灯两端的电压不变
C.外电路的总电阻逐渐变小,电灯两端的电压不变
D.外电路的总电阻逐渐变小,电灯两端的电压逐渐变小
答案 D
解析 由题图可知,电灯均为并联;
当点亮的电灯数目增多时,并联的支路增多,由并联电路的电阻规律可知,外电路总电阻减小,由闭合电路欧姆定律知,干路电流增大,则内电压增大,故路端电压减小,电灯两端的电压变小,故D正确.
1.(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=0D.当R增大时,U也会增大
答案 BD
2.(电源的U-I图象的理解和应用)(多选)如图10所示为测电源电动势和内电阻时,依据测量数据作出的路端电压与电流的关系图线,图中DC平行于横坐标轴,DE平行于纵坐标轴,由图可知,以下说法正确的是( )
图10
A.比值表示外电路电阻
B.比值表示电源内电阻
C.比值表示电源电动势
D.矩形OCDE的面积表示电源的输出功率
答案 ABD
解析 由图象可知,D点对应的路端电压大小可以用DE表示,电路电流可以用OE表示,外电路电阻R==,故A正确;
AC段表示电源内电压,CD表示电路电流,电源内阻r==,故B正确;
电源的电动势E=U内+U外=AC+CO=AO,故C错误;
电源的输出功率P=U外I=CO×
OE=SOCDE,故D正确.
3.(闭合电路欧姆定律的应用)如图11所示,电阻R1=8Ω,R2=3Ω,当开关S接a点时,理想电流表示数为1A;
当开关S接b点时,理想电流表示数为2A.求电源的电动势和内阻.
图11
答案 10V 2Ω
解析 开关S接通a时,E=I1(R1+r)
开关S接通b时,E=I2(R2+r)
代入数据:
E=1×
(8+r)
E=2×
(3+r)
解得:
E=10V,r=2Ω.
4.(闭合电路欧姆定律的应用)(20xx·
市期末)如图12所示的电路中,电源电动势E=1.5V,内阻r=0.6Ω,电阻R1=3Ω,电阻R2=4Ω,电阻R3=6Ω.电压表为理想电表,闭合开关S,求:
图12
(1)通过电源的电流大小;
(2)电源的内电压和电压表的示数.
答案
(1)0.25A
(2)0.15V 0.6V
解析
(1)R2、R3并联后与R1串联,则R2、R3并联电阻
R23==2.4Ω
干路电流I==0.25A
(2)电源的内电压Ur=Ir=0.15V,
电压表的示数即为R2、R3的并联电压,U=IR23=0.6V
一、选择题
考点一 闭合电路欧姆定律的理解与应用
1.(多选)纯电阻电路中,若E表示电动势,U表示外电压,U′表示内电压,R表示外电路的总电阻,r表示内电阻,I表示干路电流,则下列各式中正确的是( )
A.U′=IRB.U′=E-U
C.U=E+IrD.U=E
2.如图1所示的电路中,把R由2Ω改为6Ω时,电流减小为原来的一半,则电源的内电阻应为( )
A.4ΩB.8Ω
C.6ΩD.2Ω
解析 根据闭合电路欧姆定律E=I(R+r),当R=2Ω时,E=I(2Ω+r);
当R=6Ω时,E=(6Ω+r),解得r=2Ω,故选D.
3.在如图2所示的电路中,当开关S1断开、开关S2闭合时,电压表的读数为3V;
当开关S1、S2均闭合时,电压表的读数为1.8V,已知电压表为理想电表,外接电阻为R、电源内阻为r.由以上数据可知为( )
A.B.C.D.
解析 当开关S1断开、开关S2闭合时,电压表的示数等于电源的电动势,即E=3V.当开关S1、S2均闭合时,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,故选D.
4.(多选)如图3所示电路中,电源电动势E=9V、内阻r=3Ω,R=15Ω,下列说法中正确的是( )
A.当S断开时,UAC=9V
B.当S闭合时,UAC=9V
C.当S闭合时,UAB=7.5V,UBC=0
D.当S断开时,UAB=0,UBC=0
答案 AC
解析 当S断开时,UAC与UBC都等于电源电动势,A正确,D错误;
当S闭合时,UAC=UAB=R=7.5V,UBC=0,B错误,C正确.
5.(多选)(20xx·
市期末)如图4所示的电路中,电源的电动势为3.2V,电阻R的阻值为30Ω,小灯泡L的额定电压为3.0V,额定功率为4.5W.
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- 学年 高考 物理 主题 电路 及其 应用 闭合电路 欧姆定律 必修