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Word文档格式.docx
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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.
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:
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
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
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
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
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
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( )
A.1ΩB.2Ω
C.3ΩD.4Ω
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( )
A.5∶3B.3∶5
C.2∶3D.3∶2
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( )
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( )
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
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( )
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
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( )
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( )
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
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=
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
1.5A=1A.
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