(京津瓊魯專用)2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 恒定電流 7 閉合電路的歐姆定律學(xué)案 新人教版必修2.doc
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7 閉合電路的歐姆定律 [學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求] 物理觀念:1.了解內(nèi)電路、外電路,知道電動(dòng)勢與內(nèi)、外電壓的關(guān)系.2.掌握閉合電路歐姆定律并會(huì)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算. 科學(xué)思維:1.會(huì)用閉合電路歐姆定律分析路端電壓與負(fù)載的關(guān)系,培養(yǎng)邏輯思維能力.2.會(huì)從公式和圖象兩個(gè)角度分析路端電壓U與電流I的關(guān)系,培養(yǎng)用圖象法表述和分析圖象問題的能力. 一、閉合電路的歐姆定律 1.閉合電路的組成 (1)閉合電路是指由電源和用電器及導(dǎo)線組成的完整的電路. (2)內(nèi)電路:如圖1所示,電源內(nèi)部的電路叫內(nèi)電路,電源的電阻叫內(nèi)電阻. 圖1 (3)外電路:電源外部的電路叫外電路,外電路的電阻稱為外電阻. 2.閉合電路的歐姆定律 (1)內(nèi)容:閉合電路的電流跟電源的電動(dòng)勢成正比,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比. (2)表達(dá)式:I=. (3)適用條件:外電路為純電阻電路. 二、路端電壓與負(fù)載的關(guān)系 1.路端電壓的表達(dá)式:U=E-Ir. 2.路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律 (1)當(dāng)外電阻R增大時(shí),由I=可知電流I減小,路端電壓U=E-Ir增大. (2)當(dāng)外電阻R減小時(shí),由I=可知電流I增大,路端電壓U=E-Ir減小. (3)兩種特殊情況:當(dāng)外電路斷開時(shí),電流I變?yōu)?,U=E.即斷路時(shí)的路端電壓等于電源電動(dòng)勢.當(dāng)電源短路時(shí),外電阻R=0,此時(shí)I=. 1.判斷下列說法的正誤. (1)電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻一定時(shí),外電阻越大,電流越小.( √ ) (2)E=U+I(xiàn)r適用于任何電路.( √ ) (3)某電源電動(dòng)勢為10 V,內(nèi)阻為2 Ω,外接一線圈電阻為8 Ω的電動(dòng)機(jī),則電路中的電流為1 A.( ) (4)在閉合電路中,外電阻越大,路端電壓越大.( √ ) (5)電路斷開時(shí),電路中的電流為零,路端電壓也為零.( ) (6)外電路短路時(shí),電路中的電流無窮大.( ) 2.如圖2所示,電動(dòng)勢為2 V的電源跟一個(gè)阻值R=9 Ω的電阻接成閉合電路,測得電源兩端電壓為1.8 V,則電源的內(nèi)阻為 Ω. 圖2 答案 1 一、閉合電路的歐姆定律 如圖3為閉合電路的組成. 圖3 (1)在外、內(nèi)電路中,沿著電流方向,各點(diǎn)電勢如何變化? (2)若電源電動(dòng)勢為E,電路中的電流為I,在t時(shí)間內(nèi)非靜電力做功多少?內(nèi)、外電路中產(chǎn)生的焦耳熱分別為多少?它們之間有怎樣的關(guān)系? (3)閉合電路的電流I與電動(dòng)勢E、外電阻R和內(nèi)電阻r的關(guān)系怎樣? 答案 (1)在外電路中沿電流方向電勢降低;在內(nèi)電路中沿電流方向電勢升高. (2)EIt I2rt I2Rt EIt=I2Rt+I(xiàn)2rt (3)E=IR+I(xiàn)r或I= 1.內(nèi)、外電路中的電勢變化 外電路中電流由電源正極流向負(fù)極,沿電流方向電勢降低,內(nèi)電路中電流由電源負(fù)極流向正極,沿電流方向電勢升高. 2.閉合電路歐姆定律的幾種表達(dá)形式 (1)電流形式:I=,此式只適用于純電阻電路. (2)電壓形式: ①E=IR+I(xiàn)r,此式只適用于純電阻電路. ②E=U外+U內(nèi),此式適用于任意電路. 例1 (2018山東聊城市高一下期末)如圖4所示的電路中,當(dāng)開關(guān)S接a點(diǎn)時(shí),標(biāo)有“4 V,8 W”的小燈泡L正常發(fā)光,當(dāng)開關(guān)S接b點(diǎn)時(shí),通過電阻R的電流為1 A,這時(shí)電阻R兩端的電壓為5 V.求: 圖4 (1)電阻R的阻值; (2)電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻. 答案 (1)5 Ω (2)6 V 1 Ω 解析 (1)當(dāng)開關(guān)S接b點(diǎn)時(shí),由歐姆定律得,電阻R的值為R== Ω=5 Ω (2)當(dāng)開關(guān)S接a時(shí),U1=4 V,I1== A=2 A 當(dāng)開關(guān)S接b時(shí),U2=5 V,I2=1 A 根據(jù)閉合電路歐姆定律得: E=U1+I(xiàn)1r,E=U2+I(xiàn)2r 聯(lián)立得:E=6 V,r=1 Ω 針對(duì)訓(xùn)練 在圖5所示的電路中,R1=9 Ω,R2=5 Ω,當(dāng)a、b兩點(diǎn)間接理想的電流表時(shí),其讀數(shù)為0.5 A;當(dāng)a、b兩點(diǎn)間接理想的電壓表時(shí),其讀數(shù)為1.8 V.求電源的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻. 圖5 答案 3 V 1 Ω 解析 當(dāng)a、b兩點(diǎn)間接理想的電流表時(shí),R1被短路,回路中的電流I1=0.5 A,由閉合電路歐姆定律得: E=I1(R2+r) ① 當(dāng)a、b兩點(diǎn)間接理想的電壓表時(shí),回路中的電流I2== A=0.2 A 由閉合電路歐姆定律得:E=I2(R2+R1+r) ② 聯(lián)立①②并代入數(shù)據(jù),解得:E=3 V,r=1 Ω. 二、路端電壓與負(fù)載的關(guān)系 1.在如圖6所示的電路中,電源的電動(dòng)勢E=10 V,內(nèi)電阻r=1 Ω,試求當(dāng)外電阻分別是3 Ω、4 Ω、9 Ω時(shí)所對(duì)應(yīng)的路端電壓.通過數(shù)據(jù)計(jì)算,你發(fā)現(xiàn)了怎樣的規(guī)律? 圖6 答案 外電壓分別為7.5 V、8 V、9 V.隨著外電阻的增大,路端電壓逐漸增大. 2.根據(jù)閉合電路歐姆定律寫出路端電壓U與干路電流I之間的關(guān)系式,并畫出U-I圖象. 答案 由E=U+U內(nèi)及U內(nèi)=Ir得 U=E-Ir,U-I圖象為 1.路端電壓與負(fù)載的關(guān)系:U=E-U內(nèi)=E-r,隨著外電阻增大,路端電壓增大;當(dāng)外電路開路時(shí)(外電阻無窮大),路端電壓U=E;這也提供了一種粗測電動(dòng)勢的方法,即用電壓表直接測電源電動(dòng)勢. 2.路端電壓與電流的關(guān)系:U=E-Ir. 3.電源的U-I圖象:如圖7所示是一條傾斜的直線,圖象中U軸截距E表示電源電動(dòng)勢,I軸截距I0等于短路電流(縱、橫坐標(biāo)從零開始),斜率的絕對(duì)值表示電源的內(nèi)阻. 圖7 例2 (多選)如圖8所示是某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖象,下列結(jié)論正確的是( ) 圖8 A.電源的電動(dòng)勢為6.0 V B.電源的內(nèi)阻為12 Ω C.電源的短路電流為0.5 A D.電流為0.3 A時(shí)的外電阻是18 Ω 答案 AD 解析 因該電源的U-I圖象的縱軸坐標(biāo)并不是從零開始的,故縱軸上的截距雖為電源的電動(dòng)勢,即E=6.0 V,但橫軸上的截距0.5 A并不是電源的短路電流,且內(nèi)阻應(yīng)按斜率的絕對(duì)值計(jì)算,即r=||= Ω=2 Ω.由閉合電路歐姆定律可得電流I=0.3 A時(shí),外電阻R=-r=18 Ω.故選A、D. 1.(路端電壓與負(fù)載的關(guān)系)(多選)對(duì)于電動(dòng)勢和內(nèi)阻確定的電源的路端電壓,下列說法正確的是(I、U、R分別表示干路電流、路端電壓和外電阻)( ) A.U隨R的增大而減小 B.當(dāng)R=0時(shí),U=0 C.當(dāng)電路斷開時(shí),I=0,U=0 D.當(dāng)R增大時(shí),U也會(huì)增大 答案 BD 2.(電源的U-I圖象的理解和應(yīng)用)(多選)如圖9所示為測電源電動(dòng)勢和內(nèi)電阻時(shí),依據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的路端電壓與電流的關(guān)系圖線(縱、橫坐標(biāo)從零開始),圖中DC平行于橫坐標(biāo)軸,DE平行于縱坐標(biāo)軸,由圖可知,以下說法正確的是( ) 圖9 A.比值表示外電路電阻 B.比值表示電源內(nèi)電阻 C.比值表示電源電動(dòng)勢 D.矩形OCDE的面積表示電源的輸出功率 答案 ABD 解析 由題圖圖象可知,D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的路端電壓大小可以用DE表示,電路電流可以用OE表示,外電路電阻R==,故A正確;AC段表示電源內(nèi)電壓,CD表示電路電流,電源內(nèi)阻r==,故B正確;電源的電動(dòng)勢E=U內(nèi)+U外=AC+CO=AO,故C錯(cuò)誤;電源的輸出功率P=U外I=COOE=S矩形CODE,故D正確. 3.(閉合電路歐姆定律的應(yīng)用)(2018山東煙臺(tái)市高一下期末)如圖10所示的電路中,電源電動(dòng)勢E=1.5 V,內(nèi)阻r=0.6 Ω,電阻R1=3 Ω,電阻R2=4 Ω,電阻R3=6 Ω.電壓表為理想電表,閉合電鍵S,求: 圖10 (1)電壓表的示數(shù); (2)電源的輸出功率.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 答案 (1)0.6 V (2)0.34 W 解析 (1)R2、R3并聯(lián)后與R1串聯(lián),則R2、R3并聯(lián)電阻 R23==2.4 Ω 干路電流I= 解得I=0.25 A 由歐姆定律得U=IR23=0.6 V (2)輸出功率P=EI-I2r≈0.34 W 4.(閉合電路歐姆定律的應(yīng)用)如圖11所示電路中,電池組的電動(dòng)勢E=42 V,內(nèi)阻r=2 Ω,定值電阻R=20 Ω,D是電動(dòng)機(jī),其線圈電阻R′=1 Ω.電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),理想電壓表示數(shù)為20 V.求: 圖11 (1)通過定值電阻R的電流; (2)電動(dòng)機(jī)的電功率; (3)電動(dòng)機(jī)的輸出功率. 答案 (1)1 A (2)20 W (3)19 W 解析 (1)由歐姆定律可得電路電流為: I=== A=1 A 則通過定值電阻的電流為1 A. (2)電動(dòng)機(jī)為非純電阻元件,故其功率為: P電=UVI=201 W=20 W (3)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率為: P熱=I2R′=121 W=1 W 故電動(dòng)機(jī)的輸出功率為: P機(jī)=P電-P熱=20 W-1 W=19 W 一、選擇題 考點(diǎn)一 閉合電路歐姆定律的理解與應(yīng)用 1.(多選)若E表示電動(dòng)勢,U表示外電壓,U′表示內(nèi)電壓,R表示外電路的總電阻(純電阻電路),r表示內(nèi)電阻,I表示電流,則下列各式中正確的是( ) A.U′=IR B.U′=E-U C.U=E+I(xiàn)r D.U=E 答案 BD 2.如圖1所示的電路中,把R由2 Ω改為6 Ω時(shí),電流強(qiáng)度減小為原來的一半,則電源的內(nèi)電阻應(yīng)為( ) 圖1 A.4 Ω B.8 Ω C.6 Ω D.2 Ω 答案 D 3.在如圖2所示的電路中,當(dāng)開關(guān)S1斷開、開關(guān)S2閉合時(shí),電壓表的讀數(shù)為3 V;當(dāng)開關(guān)S1、S2均閉合時(shí),電壓表的讀數(shù)為1.8 V,已知電壓表為理想電表,外接電阻為R、電源內(nèi)阻為r.由以上數(shù)據(jù)可知為( ) 圖2 A. B. C. D. 答案 D 解析 當(dāng)開關(guān)S1斷開、開關(guān)S2閉合時(shí),電壓表的示數(shù)等于電源的電動(dòng)勢,即E=3 V.當(dāng)開關(guān)S1、S2均閉合時(shí),U外=1.8 V,所以U內(nèi)=E-U外=1.2 V,因U外=IR,U內(nèi)=Ir,所以R∶r=U外∶U內(nèi)=1.8∶1.2=3∶2,故選D. 4.(多選)如圖3所示電路中,電源電動(dòng)勢E=9 V、內(nèi)阻r=3 Ω,R=15 Ω,下列說法中正確的是( ) 圖3 A.當(dāng)S斷開時(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斷開時(shí),UAB=0,UBC=0 答案 AC 解析 當(dāng)S斷開時(shí),UAC與UBC為路端電壓,等于電源電動(dòng)勢,A正確,D錯(cuò)誤;當(dāng)S閉合時(shí),UAC=UAB=R=7.5 V,UBC=0,B錯(cuò)誤,C正確. 5.如圖4所示,已知R1=R2=R3=1 Ω.當(dāng)開關(guān)S閉合后,電壓表的讀數(shù)為1 V;當(dāng)開關(guān)S斷開后,電壓表的讀數(shù)為0.8 V,則電源的電動(dòng)勢等于( ) 圖4 A.1 V B.1.2 V C.2 V D.4 V 答案 C 解析 當(dāng)S閉合時(shí),I== A=1 A,故有E=I(1.5 Ω+r);當(dāng)S斷開時(shí),I′==0.8 A,故有E=I′(2 Ω+r),解得E=2 V,C正確. 考點(diǎn)二 路端電壓與負(fù)載的關(guān)系 6.(多選)電源電動(dòng)勢為E,內(nèi)阻為r,向可變電阻R供電.關(guān)于路端電壓,下列說法中正確的是( ) A.因?yàn)殡娫措妱?dòng)勢不變,所以路端電壓也不變 B.當(dāng)R增大時(shí),路端電壓也增大 C.當(dāng)干路電流I增大時(shí),路端電壓也增大 D.因?yàn)閁=E-Ir,所以當(dāng)I增大時(shí),路端電壓減小 答案 BD 7.在輸液時(shí),藥液有時(shí)會(huì)從針口流出體外,為了及時(shí)發(fā)現(xiàn),設(shè)計(jì)了一種報(bào)警裝置,電路如圖5所示.M是貼在針口處的傳感器,接觸到藥液時(shí)其電阻RM發(fā)生變化,導(dǎo)致S兩端電壓U增大,裝置發(fā)出警報(bào),此時(shí)( ) 圖5 A.RM變大,且R越大,U增大越明顯 B.RM變大,且R越小,U增大越明顯 C.RM變小,且R越大,U增大越明顯 D.RM變小,且R越小,U增大越明顯 答案 C 解析 由題意知,S兩端的電壓增大,則電路中的電流增大,外電阻變小,接觸藥液的傳感器的電阻變小,故A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤;將S看做外電路,其余看做等效電源,根據(jù)U=E-Ir可判斷,同樣的變化電流,則內(nèi)阻越大電壓變化越大,故C正確,D錯(cuò)誤. 考點(diǎn)三 電源的U-I圖象的理解與應(yīng)用 8.(多選)如圖6所示為某一電源的U-I圖線,由圖可知( ) 圖6 A.電源電動(dòng)勢為2 V B.電源內(nèi)電阻為 Ω C.電源短路時(shí)電流為6 A D.電路路端電壓為1 V時(shí),電路中電流為5 A 答案 AD 解析 在本題的U-I圖線中,縱軸截距表示電源電動(dòng)勢,A正確;橫軸截距表示短路電流,C錯(cuò)誤;圖線斜率的絕對(duì)值表示電源的內(nèi)電阻,則r= Ω=0.2 Ω,B錯(cuò)誤;當(dāng)路端電壓為1 V時(shí),內(nèi)電阻分得的電壓U內(nèi)=E-U外=2 V-1 V=1 V,則電路中的電流I== A=5 A,D正確. 9.(多選)如圖7所示為閉合電路中兩個(gè)不同電源的U-I圖象,則下列說法中正確的是( ) 圖7 A.電動(dòng)勢E1=E2,短路電流I1>I2 B.電動(dòng)勢E1=E2,內(nèi)阻r1>r2 C.電動(dòng)勢E1>E2,內(nèi)阻r1>r2 D.當(dāng)工作電流變化量相同時(shí),電源2的路端電壓變化較大 答案 AD 解析 由閉合電路的歐姆定律得E=U+I(xiàn)r.當(dāng)I=0時(shí)電動(dòng)勢E等于路端電壓U,即U-I圖線和U軸的交點(diǎn)就是電源電動(dòng)勢的大小,由題圖知,兩電源的電動(dòng)勢相等.當(dāng)U=0時(shí)I=,U-I圖線和I軸的交點(diǎn)就是短路電流的大小,由題圖知I1>I2,A正確.而r=||,即圖線的斜率的絕對(duì)值表示電源的內(nèi)阻,由題圖知r1- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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