高中物理粵教版1第二章電路第03節(jié)研究閉合電路 2023版第2章第3節(jié)研究閉合電路

第三節(jié)研究閉合電路學習目標知識脈絡(luò)1.理解電動勢的概念．(難點)2．理解閉合電路的歐姆定律，掌握其內(nèi)容及公式．(重點)3．掌握路端電壓與負載的關(guān)系．(重點)4．會使用電壓表和電流表測電源的電動勢和內(nèi)阻．(重點)閉合電路及電動勢eq\a\vs4\al([先填空])1．閉合電路的組成(1)電路eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(外電路：電源外部的電路,內(nèi)電路：電源內(nèi)部的電路))(2)電阻eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(外電阻：外電路的電阻,內(nèi)電阻：內(nèi)電路的電阻))2．電動勢：數(shù)值上等于不接用電器時電源正、負兩極間的電壓，它反映了電源本身的一種性質(zhì)．eq\a\vs4\al([再判斷])1．電源的電動勢單位與電壓的單位相同，因此，電動勢就是電壓．(×)2．一個完整的電路包括電源、開關(guān)、用電器和若干導線．(√)3．閉合電路中的總電阻指的是內(nèi)電路與外電路電阻之和．(√)eq\a\vs4\al([后思考])如圖2-3-1所示，生活中會用到“個頭”大小不同的各種干電池，如人們熟知的“1號”“2號”“5號”“7號”等，仔細閱讀其銘牌說明會發(fā)現(xiàn)，均標有“V”的字樣，表示怎樣的意義？圖2-3-1【提示】盡管電池各種型號“個頭”大小不同，容量不同，但電動勢大小相同，均為V.閉合電路的歐姆定律eq\a\vs4\al([先填空])1．電壓eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(外電壓：外電路兩端的電壓，也叫路端電壓,內(nèi)電壓：內(nèi)電路兩端的電壓))2．電勢eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(外電路：沿電流方向電勢降低,內(nèi)電路：沿電流方向電勢升高))3．閉合電路歐姆定律(1)內(nèi)容：閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比．(2)公式：I＝eq\f(E,R＋r).(3)電動勢與內(nèi)、外電壓的關(guān)系：E＝U外＋U內(nèi)．eq\a\vs4\al([再判斷])1．根據(jù)I＝eq\f(E,R＋r)則E＝I(R＋r)，由此可知，電動勢與電流成正比．(×)2．閉合電路歐姆定律I＝eq\f(E,R＋r)用于純電阻電路，而E＝U外＋U內(nèi)用于任何電路．(√)3．當外電路短路時，電源電動勢等于外電壓．(×)eq\a\vs4\al([后思考])閉合電路歐姆定律公式中，E、R、r的物理意義各是什么？【提示】E代表電源電動勢，R代表外電路電阻，r代表電源的內(nèi)阻．eq\a\vs4\al([合作探討])探討：手電筒中的電池用久了，雖然電動勢沒減小多少，但小燈泡卻不怎么亮了，為什么？【提示】電池用久了電動勢基本不變但內(nèi)阻明顯增大，根據(jù)I＝eq\f(E,R＋r)可知通過小燈泡電流減小，小燈泡功率減小，燈泡變暗．eq\a\vs4\al([核心點擊])1．閉合電路歐姆定律變形式的適用條件(1)E＝IR＋Ir只適用于外電路為純電阻的閉合電路．(2)E＝U外＋Ir或U外＝E－Ir既適用于外電路為純電阻的閉合電路，也適用于外電路為非純電阻的閉合電路．2．應(yīng)用閉合電路歐姆定律的注意事項(1)公式I＝eq\f(E,R＋r)中的電阻R是外電路的總電阻，要計算R的大小，先要弄清外電路的連接方式，在此基礎(chǔ)上才能進行有效的計算．(2)利用公式I＝eq\f(E,R＋r)計算出的電流是電路的總電流，要確定通過某電阻上的電流，還要根據(jù)串、并聯(lián)電路的特征進行求解．(3)由于電源的電動勢E和內(nèi)電阻r不受R的影響，所以隨著R的增大，電路中的電流I減小．1．(多選)若用E表示電源電動勢，U表示外電壓，U′表示內(nèi)電壓，R表示外電路的總電阻，r表示內(nèi)電阻，I表示電流，則下列各式中正確的是()A．U＝2U′ B．U′＝E－UC．U＝E＋Ir D．U＝eq\f(R,R＋r)·E【解析】由閉合電路歐姆定律可知，E＝U＋U′＝Ir＋＝IR，可推得：U′＝E－U，U＝eq\f(E,r＋R)·R.故B、D正確，A、C錯誤．【答案】BD2．如圖2-3-2所示的電路中，把R由2Ω改變?yōu)?Ω時，電流減小為原來的一半，則電源的內(nèi)電阻應(yīng)為多大？圖2-3-2【解析】根據(jù)閉合電路歐姆定律E＝I(R＋r)R＝2Ω時有：E＝I(2＋r)①R＝6Ω時有：E＝eq\f(1,2)I(6＋r)②①②聯(lián)立得r＝2Ω【答案】2Ω3．在圖2-3-3所示的電路中，R1＝9Ω，R2＝5Ω，當a、b兩點間接理想的電流表時，其讀數(shù)為0.5A；當a、b兩點間接理想的電壓表時，其讀數(shù)為V．求電源的電動勢和內(nèi)電阻.【導學號：62032120】圖2-3-3【解析】當a、b兩點間接理想的電流表時，R1被短路，回路中的電流I1＝A，由閉合電路歐姆定律得：E＝I1(R2＋r)代入數(shù)據(jù)得：E＝(5＋r)①當a、b兩點間接理想的電壓表時，回路中的電流I2＝eq\f(U,R1)＝eq\f,9)A＝A由閉合電路歐姆定律得：E＝I2(R2＋R1＋r)即E＝(14＋r)②聯(lián)立①②得：E＝3V，r＝1Ω.【答案】3V1Ω路端電壓跟負載的關(guān)系eq\a\vs4\al([先填空])1．路端電壓與電流的關(guān)系(1)公式：U＝E－Ir.(2)圖象(UI圖象如圖2-3-4所示)圖2-3-42．路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律(1)外電阻R增大時，電流I減小，外電壓U增大，當R增大到無窮大(斷路)時，I＝0，U＝E.(2)外電阻R減小時，電流I增大，外電壓U減小，當R減小到零(短路)時，I＝eq\f(E,r)，U＝0.eq\a\vs4\al([再判斷])1．閉合電路中U-I圖象與縱軸的交點的值就是電動勢的值，圖象斜率的絕對值就是電源內(nèi)阻．(√)2．閉合電路中U-I圖象與橫軸的交點為短路電流，此時路端電壓為電源的電動勢．(×)3．外電路電阻增大時，電流減小，但路端電壓增大．(√)eq\a\vs4\al([后思考])假如用發(fā)電機直接給教室內(nèi)的電燈供電，電燈兩端的電壓等于發(fā)電機的電動勢嗎？【提示】不等于．因為發(fā)電機內(nèi)部有電阻，有電勢降落．發(fā)電機內(nèi)部電壓與電燈兩端電壓之和才等于電動勢．eq\a\vs4\al([合作探討])如圖2-3-5所示，電源的電動勢E＝10V，內(nèi)電阻r＝1Ω，電阻R的阻值大小可調(diào)節(jié)．圖2-3-5探討1：試求解當外電阻R分別為3Ω、4Ω、7Ω時所對應(yīng)的路端電壓．【提示】V、8V、V.探討2：通過上述計算結(jié)果，你發(fā)現(xiàn)了怎樣的規(guī)律？試通過公式論證你的結(jié)論．【提示】外電阻越大，電源的路端電壓越大．當外電阻R增大時，由I＝eq\f(E,r＋R)可知電流I減小，由U＝E－Ir可知，路端電壓增大．eq\a\vs4\al([核心點擊])1．部分電路歐姆定律的U-I圖象與閉合電路歐姆定律的U-I圖象比較部分電路歐姆定律閉合電路歐姆定律U-I圖象研究對象某一固定電阻電源圖象的物理意義(1)表示導體的性質(zhì)(2)R＝eq\f(U,I)，R不隨U與I的變化而變化(1)表示電源的性質(zhì)(2)圖線與縱軸的交點表示電動勢，圖線斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻聯(lián)系電源的電動勢和內(nèi)阻是不變的，正是由于外電阻R的變化才會引起外電壓U外和總電流I的變化2.閉合電路動態(tài)分析的兩種方法(1)程序法：基本思路是“部分→整體→部分”，即：R局eq\x(增大減小)→R總eq\x(增大減小)→I總eq\x(減小增大)→U外eq\x(增大減小)→eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(I局,U局))(2)結(jié)論法——“并同串反”“并同”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、電功率都將減小“串反”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4．一太陽能電池板，測得它的開路電壓為800mV，短路電流為40mA，若將該電池板與一阻值為20Ω的電阻器連成一閉合電路，則它的路端電壓是()A．V B．VC．V D．V【解析】電源沒有接入外電路時，路端電壓值等于電動勢，所以電動勢E＝800mV，由閉合電路歐姆定律得短路電流I短＝eq\f(E,r)，所以電源內(nèi)阻r＝eq\f(E,I短)＝eq\f(800,40)Ω＝20Ω.該電源與20Ω的電阻器連成閉合電路時，電路中電流I＝eq\f(E,R＋r)＝eq\f(800,20＋20)mA＝20mA，所以路端電壓U＝IR＝400mV＝V，答案為D.【答案】D5.(多選)如圖2-3-6所示的是兩個閉合電路中兩個電源的U-I圖象，下列說法中正確的是()【導學號：62032023】圖2-3-6A．電動勢E1＝E2，內(nèi)阻r1<r2B．電動勢E1＝E2，內(nèi)阻r1>r2C．電動勢E1＝E2，發(fā)生短路時的電流I1<I2D．當兩電源的工作電流變化相同時，電源2的路端電壓變化較大【解析】電源的電動勢和內(nèi)阻的測定可以通過U-I圖線來完成，由圖線可知，E1＝E2，兩電源的短路電流I1>I2(圖線的橫截距)，故內(nèi)阻r＝E/I，r1<r2，選項A正確，因圖線1的斜率小于圖線2的斜率，由圖線可以得到ΔU＝kΔI?ΔU2>ΔU1，選項D正確．【答案】AD6．電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源與定值電阻R1、R2及滑動變阻器R連接成如圖2-3-7所示的電路，當滑動變阻器的觸頭由中點滑向b端時，下列說法正確的是()圖2-3-7A．電壓表和電流表讀數(shù)都增大B．電壓表和電流表讀數(shù)都減小C．電壓表讀數(shù)增大，電流表讀數(shù)減小D．電壓表讀數(shù)減小，電流表讀數(shù)增大【解析】由題圖可知滑動變阻器的觸頭由中點滑向b端時，滑動變阻器連入電路中的阻值R增大，則外電路的總阻值R總增大，干路電流I＝eq\f(E,R總＋r)，因R總增大，所以I減?。宦范穗妷篣＝E－Ir，因I減小，所以U增大，即電壓表的讀數(shù)增大；R2兩端電壓U2＝E－I(R1＋r)，因I減小，所以U2增大，由I2＝eq\f(U2,R2)知，I2增大，即電流表的讀數(shù)增大，故選項A正確．【答案】A動態(tài)電路分析的基本步驟(1)明確各部分電路的串、并聯(lián)關(guān)系，特別要注意電流表或電壓表測量的是哪部分電路的電流或電壓．(2)由局部電路電阻的變化確定外電路總電阻的變化．(3)根據(jù)閉合電路的歐姆定律I＝eq\f(E,R＋r)判斷電路中總電流如何變化．(4)根據(jù)U內(nèi)＝Ir，判斷電源的內(nèi)電壓如何變化．(5)根據(jù)U外＝E－Ir，判斷電源的外電壓(路端電壓)如何變化．(6)根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點，判斷各部分電路的電流、電壓、電功率、電功如何變化．測量電源的電動勢和內(nèi)阻eq\a\vs4\al([先填空])1．實驗電路(如圖2-3-8所示)圖2-3-82．實驗原理：閉合電路的歐姆定律．3．數(shù)據(jù)處理(1)計算法：運用方程組eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋I1r,E＝U2＋I2r))解E和r，然后多次測量，求E、r的平均值．(2)圖象法：作U-I圖線如圖2-3-9所示：電動勢E＝U0，內(nèi)阻r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI))).圖2-3-9eq\a\vs4\al([再判斷])1．在測電源的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，選用新的干電池測量效果較好．(×)2．電源斷路時，電流為零，所以路端電壓也為零．(×)eq\a\vs4\al([后思考])實驗中的偶然誤差主要有哪些？【提示】(1)讀數(shù)不準引起誤差．(2)用圖象法求E和r時，由于作圖不準確造成誤差．eq\a\vs4\al([合作探討])探討1：路端電壓U為什么隨電路中電流I的增大而減??？【提示】電源的電動勢是一定的，且等于內(nèi)、外電路電壓之和，即E＝U＋U′，電源的內(nèi)電阻一定，內(nèi)電壓U′＝Ir，所以電流增大時內(nèi)電壓增大，所以路端電壓減?。接?：上述路端電壓U與電流I的圖象中，eq\f(U,I)表示外電阻還是內(nèi)電阻？【提示】因U為路端電壓，eq\f(U,I)表示外電阻R的大小，而eq\f(ΔU,ΔI)表示圖線斜率，數(shù)值上等于電源的內(nèi)阻．eq\a\vs4\al([核心點擊])1．電路設(shè)計利用滑動變阻器作為外電路負載，接法為限流式，為減小實驗誤差，電流表利用內(nèi)接法．2．電池選擇及使用使用內(nèi)阻大些(用過一段時間)的干電池，在實驗中不要將I調(diào)得過大，每次讀完U、I讀數(shù)立即斷電，以免干電池在大電流放電時極化現(xiàn)象過重，E、r明顯變化．3．電表選擇及使用合理地選擇電壓表與電流表的量程可以減小讀數(shù)誤差，對于一節(jié)干電池，則電壓表選取0～3V，電流表選取0～A量程．4．測電源電動勢、內(nèi)阻的其他方法方法電路原理伏阻法eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋\f(U1,R1)r,E＝U2＋\f(U2,R2)r))安阻法eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝I1R1＋r,E＝I2R2＋r))6．為了測出電源的電動勢和內(nèi)阻，除待測電源和開關(guān)、導線以外，配合下列哪組儀器，不能達到實驗?zāi)康氖?)A．一個電流表和一個電阻箱B．一個電壓表、一個電流表和一個滑動變阻器C．一個電壓表和一個電阻箱D．一個電流表和一個滑動變阻器【解析】根據(jù)E＝I(R＋r)，由電流表測出電流，用電阻箱讀出外電阻的數(shù)值，求出E、r，A正確；根據(jù)E＝U＋Ir，由電流表測出電流，由電壓表測出電壓，求出E、r，B正確；根據(jù)E＝U＋Ur/R，由電壓表測出電壓，用電阻箱讀出外電阻的數(shù)值，求出E、r，C正確；因為滑動變阻器不能讀出電阻的數(shù)值，只有一個電流表測不出電動勢和內(nèi)阻，D錯誤．【答案】D7．某研究性學習小組利用如圖2-3-10甲所示電路測量電池組的電動勢E和內(nèi)阻r，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出如圖乙所示的R-eq\f(1,I)圖線，其中R為電阻箱讀數(shù)，I為電流表讀數(shù)，由此可以得到E＝________V，r＝________Ω.圖2-3-10【解析】法一特殊值法從圖象中取兩個點A和B，如圖所示，從圖象中讀出A、B兩點的坐標分別為A,2)，B,5)，由此可得I1＝A時，R1＝2Ω；I2＝A時，R2＝5Ω，把這兩組數(shù)據(jù)代入下面的方程組eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝I1r＋R1,E＝I2r＋R2))可解得E＝3V，r＝1Ω.法二斜率、截距法由E＝I(R＋r)得R＝eq\f(E,I)－r，所以R-eq\f(1,I)圖象的斜率表示E，即E＝eq\f(5－2,－V＝3V；截距的絕對值為電源的內(nèi)阻，即r＝1Ω.【答案】311．在畫U-I圖線時，要使較多的點落在這條直線上或使各點均勻分布在直線的兩側(cè)，而不要顧及個別離開較遠的點以減小偶然誤差．2．干電池內(nèi)阻較小時U的變化較小，坐標圖中數(shù)據(jù)點將呈現(xiàn)如圖2-3-11甲所示的狀況，不容易由圖象得出較準確的結(jié)果，為此使縱坐標不從零開始，如圖乙所示，把縱坐標的比例放大，可使結(jié)果的誤差減小些．甲乙圖2-3-11學業(yè)分層測評(十)研究閉合電路(建議用時：45分鐘)[學業(yè)達標]1．關(guān)于電動勢，下列說法中正確的是()A．電動勢數(shù)值上大于內(nèi)外電壓之和B．電動勢數(shù)值上等于外電路斷路時的路端電壓C．當外電路短路時電動勢為零D．電動勢的大小與外電路的結(jié)構(gòu)有關(guān)【解析】根據(jù)閉合電路的歐姆定律E＝U內(nèi)＋U外，A錯誤，外電路斷開時U內(nèi)＝0，E＝U外，B對，外電路短路時U外＝0，E＝U內(nèi)，電源的電動勢不變，C錯誤，電動勢是表征電源性能的物理量，與外電路結(jié)構(gòu)無關(guān)，D錯誤．【答案】B2．(多選)對于不同型號的干電池，下列說法中正確的是()A．1號干電池的電動勢大于5號干電池的電動勢B．1號干電池的容量比5號干電池的容量大C．1號干電池的內(nèi)阻比5號干電池的內(nèi)阻大D．把1號和5號干電池分別連入電路中，若電流I相同，則它們做功的快慢相同【解析】電池的電動勢取決于正、負極材料及電解液的化學性質(zhì)，與體積大小無關(guān)，A錯誤．電池的容量與體積大小有關(guān)，B正確，電池的內(nèi)阻與體積大小無關(guān)，C錯誤，1號和5號電池電動勢相同，電流相同時，做功快慢也相同，D正確．【答案】BD3．一電池外電路斷開時的路端電壓為3V，接上8Ω的負載后路端電壓降為V，則可以判定電池的電動勢E和內(nèi)電阻r為()A．E＝V，r＝1ΩB．E＝3V，r＝2ΩC．E＝V，r＝2ΩD．E＝3V，r＝1Ω【解析】當外電路斷路時，I＝0，U外＝E＝3V；接上8Ω負載時，I′＝eq\f(U外′,R)＝eq\f,8)A＝A，則r＝eq\f(U內(nèi),I′)＝eq\f(E－U外′,I′)＝eq\f(3－,Ω＝2Ω.【答案】B4.如圖2-3-12所示E為內(nèi)阻不能忽略的電池，R1、R2、R3為定值電阻，S0、S為開關(guān)，與分別為電壓表與電流表．初始時S0與S均閉合，現(xiàn)將S斷開，則()圖2-3-12A．的讀數(shù)變大，的讀數(shù)變小B．的讀數(shù)變大，的讀數(shù)變大C．的讀數(shù)變小，的讀數(shù)變小D．的讀數(shù)變小，的讀數(shù)變大【解析】S斷開時，外電路總電阻增大，總電流減小，故路端電壓增大，電壓表示數(shù)增大，由于R3兩端電壓增大，故通過R3的電流增大，電流表示數(shù)增大，故B正確．【答案】B5．(多選)在用圖2-3-13所示的電路測量電池電動勢和內(nèi)阻的實驗中，若有兩只電壓表和量程相同，內(nèi)阻RV1>RV2；兩只電流表、量程相同，內(nèi)阻RA1>RA2，在該實驗中，為了使E、r的測量精確些，選擇的電表可以是()圖2-3-13A.和 B.和C.和 D.和【解析】首先分析該電路的誤差來源，此種接入電路的方法來源于電壓表分流，即所測得的電流為不準確值(不是干路電流)，所以應(yīng)盡可能避免電壓表分流，應(yīng)選大阻值電壓表．【答案】AD6．如圖2-3-14所示電路，閉合開關(guān)S，兩個燈泡都不亮，電流表指針幾乎不動，而電壓表指針有明顯偏轉(zhuǎn)，該電路的故障可能是()圖2-3-14A．電流表壞了或未接好B．從點a經(jīng)過燈L1到點b的電路中有斷路C．燈L2的燈絲斷開或燈座未接通D．電流表和燈L1、L2都壞了【解析】因電壓表有示數(shù)，則說明電流表與燈泡L2沒有斷路，可能是從點a經(jīng)過燈L1，到點b的電路中有斷路．【答案】B7．如圖2-3-15所示，A燈和B燈都未正常發(fā)光，當滑動變阻器R的滑片P向上滑動時，兩燈亮度的變化是()圖2-3-15A．A燈變亮，B燈變亮B．A燈變暗，B燈變亮C．A燈變暗，B燈變暗D．A燈變亮，B燈變暗【解析】當滑動變阻器R的滑片P向上滑動時，接入電路的有效電阻變大，R與燈A的并聯(lián)電阻變大，閉合回路的總電阻變大，則總電流變小，由U＝E－Ir可知路端電壓變大，燈B兩端電壓變大，則燈B變亮；由串聯(lián)電路的分壓關(guān)系可知燈A兩端電壓變大，則燈A也變亮．因此選項A正確．【答案】A8．如圖2-3-16所示的電路中，電阻R＝10Ω，當開關(guān)S打開時，理想電壓表示數(shù)為6V．當開關(guān)S合上時，電壓表示數(shù)為V，則電源的內(nèi)阻為多少？【導學號：62032023】圖2-3-16【解析】當S打開時，R外→∞，E＝U外＝6V；S閉合時，U外＝IR，即＝I×10Ω.所以I＝A.再由E＝U外＋I·r，即6＝＋，得r≈1Ω.【答案】1Ω[能力提升]9．如圖2-3-17所示，當滑動變阻器的滑片向上端移動時，電流表、和電壓表、示數(shù)如何變化？圖2-3-17【解析】當滑片上移時，R4接入電路的電阻變大，因此混聯(lián)電路的總電阻也隨之增大，總電阻增大，由I＝eq\f(E,r＋R)知，總電流I減小，示數(shù)變小，U外＝E－Ir，路端電壓變大，示數(shù)變大．U2＝IR1，I減小，故U2減小，示數(shù)減?。甎并＝E－Ir－U2，故U并增大，I2＝eq\f(U并,R2＋R3)，故I2增大，示數(shù)變大．【答案】見解析10．測定干電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗電路如圖2-3-18所示，請回答下列問題：圖2-3-18(1)現(xiàn)備有以下器材：A．干電池1個B．滑動變阻器(0～50Ω)C．電壓表(0～3V)D．電壓表(0～15V)E．電流表(0～0.6A)F．電流表(0～3A)其中電壓表應(yīng)選________，電流表應(yīng)選________．(填字母代號)(2)如圖2-3-19是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的