2017-2018學年高中物理 第二章 恒定電流 7 閉合電路的歐姆定律學案 新人教版選修3-1

1、7閉合電路的歐姆定律學習目標1.了解內(nèi)電路、外電路，知道電動勢等于內(nèi)外電路電勢降落之和.2.掌握閉合電路歐姆定律并會進行有關計算.3.會用閉合電路歐姆定律分析路端電壓與負載的關系.一、閉合電路的歐姆定律導學探究如圖1為閉合電路的組成.圖1(1)在外、內(nèi)電路中，沿著電流方向，各點電勢如何變化？(2)若電源電動勢為E，電路中的電流為I，在t時間內(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系？(3)閉合電路的電流I與電動勢E、外電阻R和內(nèi)電阻r的關系怎樣？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)EItI2rtI2RtEItI2RtI2r

2、t(3)EIRIr或I知識梳理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極，沿電流方向電勢降低，內(nèi)電路中電流由電源負極流向正極，沿電流方向電勢升高.2.閉合電路中的能量轉化如圖2所示，電路中電流為I，在時間t內(nèi)，非靜電力做的功等于內(nèi)、外電路中電能轉化為其他形式的能的總和，即EItI2RtI2rt.圖23.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勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比.(2)公式：I(適用于純電阻電路)(3)其他兩種表達形式EU外U內(nèi)(適用于任意電路)EIRIr(適用于純電阻電路)即學即用判斷下列說法的正誤.(1)電動勢越大，閉合電路的電流越大.()(

3、2)電源電動勢和內(nèi)阻一定時，外電阻越大，電流越小.()(3)EUIr適用于任何電路.()(4)某電源電動勢為10 V，內(nèi)阻為2 ，外接一線圈電阻為8 的電動機，則電路中的電流為1 A.()二、路端電壓與負載的關系導學探究(1)在如圖3所示的電路中，電源的電動勢E10 V，內(nèi)電阻r1 ，試求當外電阻分別是3 、4 、7 時所對應的路端電壓.通過數(shù)據(jù)計算，你發(fā)現(xiàn)了怎樣的規(guī)律？圖3(2)如圖4所示，以電路中的電流為橫軸，路端電壓為縱軸，建立路端電壓U與電流I的UI圖象，圖線與縱軸的交點、與橫軸交點(縱坐標從零開始)、斜率的絕對值的物理意義各是什么？圖4答案(1)外電壓分別為7.5 V、8 V、8.7

4、5 V.隨著外電阻的增大，路端電壓逐漸增大.(2)圖線與縱軸的交點表示電源的電動勢；圖線與橫軸的交點表示短路電流；圖線斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻，即r|.知識梳理1.路端電壓與負載的關系(1)路端電壓的表達式：UEIr.(2)路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律當外電阻R增大時，由I可知電流I減小，路端電壓UEIr增大.當外電阻R減小時，由I可知電流I增大，路端電壓UEIr減小.兩種特殊情況：當外電路斷開時，電流I變?yōu)?，UE.即斷路時的路端電壓等于電源電動勢.當電源短路時，外電阻R0，此時I.2.路端電壓與電流的關系圖象(圖5)圖5(1)U軸截距表示電源電動勢，縱坐標從零開始時，I軸截距等于短路電流.

5、(2)直線斜率的絕對值等于電源的內(nèi)阻，即內(nèi)阻r|.即學即用判斷下列說法的正誤.(1)在閉合電路中，外電阻越大，路端電壓越大.()(2)電路斷開時，電路中的電流為零，路端電壓也為零.()(3)外電路短路時，電路中的電流無窮大.()(4)在UI圖象中，無論縱坐標是否從零開始，I軸截距都等于短路電流.()一、閉合電路歐姆定律的應用閉合電路歐姆定律的幾種表達形式(1)電流形式：I，說明電流與電源電動勢成正比，與電路的總電阻成反比.(2)電壓形式：EIrIR或EU內(nèi)U外，表明電源電動勢在數(shù)值上等于電路中內(nèi)、外電壓之和.(3)能量形式：qEqU外qU內(nèi)，是能量轉化本質的顯現(xiàn).(4)功率形式：IEIU外IU

6、內(nèi)或IEIU外I2r.說明：I或EIRIr只適用于外電路是純電阻的閉合電路；EU外U內(nèi)或U外EIr，既適合于外電路為純電阻的電路，也適合于非純電阻電路.例1在圖6所示的電路中，R19 ，R25 ，當a、b兩點間接理想的電流表時，其讀數(shù)為0.5 A；當a、b兩點間接理想的電壓表時，其讀數(shù)為1.8 V.求電源的電動勢和內(nèi)電阻.圖6答案3 V1 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I10.5 A，由閉合電路歐姆定律得：EI1(R2r)當a、b兩點間接理想的電壓表時，回路中的電流I2 A0.2 A由閉合電路歐姆定律得：EI2(R2R1r)聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)，解得：E3 V，r1 .

7、解決閉合電路問題的一般步驟1.分析電路特點：認清各元件之間的串并聯(lián)關系，特別要注意電壓表測量哪一部分的電壓，電流表測量流過哪個用電器的電流；2.應用閉合電路的歐姆定律求干路中的電流；3.根據(jù)部分電路的歐姆定律和電路的串并聯(lián)特點求出部分電路的電壓和電流.針對訓練1如圖7所示，電源電動勢為6 V，內(nèi)阻為1 ，R15 ，R210 ，滑動變阻器R3阻值變化范圍為010 ，求電路中的總電流的變化范圍.圖7答案0.55 A1 A解析當R3阻值為零時，R2被短路，外電阻最小，電流最大.R外R15 ，I A1 A.當R3阻值為10 時，外電阻最大，電流最小.R并5 ，R外R1R并10 ，I A0.55 A.二

8、、UI圖象的理解和應用例2(多選)如圖8所示為某一電源的UI圖線，由圖可知()圖8A.電源電動勢為2 VB.電源內(nèi)電阻為 C.電源短路時電流為6 AD.電路路端電壓為1 V時，電路中電流為5 A答案AD解析在本題的UI圖線中，縱軸截距表示電源電動勢，A正確；橫軸截距表示短路電流，C錯誤；圖線斜率的絕對值表示電源的內(nèi)電阻，則r 0.2 ，B錯誤；當路端電壓為1 V時，內(nèi)電阻分得的電壓U內(nèi)EU外2 V1 V1 V，則電路中的電流I A5 A，D正確.針對訓練2(多選)如圖9所示，甲、乙為兩個獨立電源(外電路為純電阻)的路端電壓與通過它們的電流I的關系圖線，下列說法中正確的是()圖9A.電源甲的電動

9、勢大于電源乙的電動勢B.電源甲的內(nèi)阻小于電源乙的內(nèi)阻C.路端電壓都為U0時，它們的外電阻相等D.電流都是I0時，兩電源的內(nèi)電壓相等答案AC解析圖線與U軸交點的坐標值表示電動勢的大小，由圖線可知，甲與U軸交點的坐標值比乙的大，表明甲的電動勢大于乙的電動勢，故A正確；圖線的斜率的絕對值表示電源內(nèi)阻(電動勢與短路電流的比值)，圖線甲的斜率大于圖線乙的斜率，表明甲的內(nèi)阻大于乙的內(nèi)阻，故B錯誤；甲、乙兩圖線的交點坐標為(I0，U0)，外電路是純電阻說明兩電源的外電阻相等，故C正確；電源的內(nèi)電壓等于通過電源的電流與電源內(nèi)阻的乘積，即U內(nèi)Ir，因為甲的內(nèi)阻比乙的內(nèi)阻大，所以當電流都為I0時，甲電源的內(nèi)電壓較

10、大，故D錯誤.故選A、C.1.將內(nèi)阻為0.5 的電池組與阻值為0.75 的電阻、標有“6 V7.2 W”的小燈泡串聯(lián)，就可以使這個小燈泡正常發(fā)光，由此可知，所用電池組的電動勢是()A.6 V B.7.5 VC.9 V D.10.5 V答案B2.(多選)如圖10所示電路中，電源電動勢E 9 V、內(nèi)阻r3 ，R15 ，下列說法中正確的是()圖10A.當S斷開時，UAC9 VB.當S閉合時，UAC9 VC.當S閉合時，UAB7.5 V，UBC0D.當S斷開時，UAB0，UBC0答案AC解析當S斷開時，UAC與UBC為路端電壓，等于電源電動勢，A正確，D錯誤；當S閉合時，UACUABR7.5 V，UB

11、C0，B錯誤，C正確.3.(多選)如圖11所示為閉合電路中兩個不同電源的UI圖象，則下列說法中正確的是()圖11A.電動勢E1E2，短路電流I1I2B.電動勢E1E2，內(nèi)阻r1r2C.電動勢E1E2，內(nèi)阻r1r2D.當工作電流變化量相同時，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EUIr.當I0時電動勢E等于路端電壓U，即UI圖線和U軸的交點就是電源電動勢，由題圖知，兩電源的電動勢相等.當U0時I，UI圖線和I軸的交點就是短路電流，由題圖知I1I2，A正確.而r|，即圖線的斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻，由題圖知r1r2，B、C錯誤.當工作電流變化量相同時，因為r1r2，電源2內(nèi)

12、電壓變化較大，由閉合電路的歐姆定律EU外U內(nèi)，可知電源2的路端電壓變化較大，D正確.4.如圖12所示，電源的電動勢E1.5 V，內(nèi)阻r0.5 ，電阻R1R2，當開關S1閉合、S2斷開時，通過電源的電流為1 A.當開關S1、S2都閉合時，求通過電源的電流和路端電壓.圖12答案1.5 A0.75 V解析當S1閉合時，根據(jù)閉合電路的歐姆定律有I1得R1r1 .當S1、S2都閉合時，根據(jù)閉合電路的歐姆定律有I1.5 A路端電壓UEIr0.75 V.一、選擇題(16題為單選題，78題為多選題)1.如圖1所示的電路中，把R由2 改變?yōu)? 時，電流強度減小為原來的一半，則電源的內(nèi)電阻應為()圖1A.4 B.

13、8 C.6 D.2 答案D解析根據(jù)閉合電路歐姆定律EI(Rr)，當R2 時，EI(2 r)；當R6 時，E(6 r)，解得r2 ，故選D.2.在如圖2所示的電路中，當開關S1斷開、開關S2閉合時，電壓表的讀數(shù)為3 V；當開關S1、S2均閉合時，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2A. B.C. D.答案D解析當開關S1斷開、開關S2閉合時，電壓表的示數(shù)等于電源的電動勢，即E3 V.當開關S1、S2均閉合時，U外1.8 V，所以U內(nèi)EU外1.2 V，因U外IR，U內(nèi)Ir，所以RrU外U內(nèi)1.81.232.3.某電路當外電路斷開時，路

14、端電壓為3 V，接上8 的負載電阻后其路端電壓降為2.4 V，則可以判定該電路中電源電動勢E和內(nèi)電阻r分別為()A.E2.4 V，r1 B.E3 V，r2 C.E2.4 V，r2 D.E3 V，r1 答案B解析當外電路斷開時，電動勢和路端電壓相等，故E3 V，根據(jù)I，UEIrEr得r2 ，故選B.4.有兩個阻值相同都為R的電阻，串聯(lián)起來接在電動勢為E的電源上，通過每個電阻的電流為I，若將這兩個電阻并聯(lián)起來，仍接在該電源上，此時通過一個電阻的電流為，則該電源的內(nèi)阻是()A.R B. C.4R D.答案C解析由閉合電路歐姆定律得，兩電阻串聯(lián)時I，兩電阻并聯(lián)時I，解得r4R，故選C.5.如圖3所示，

15、已知R1R2R31 .當開關S閉合后，電壓表的讀數(shù)為1 V；當開關S斷開后，電壓表的讀數(shù)為0.8 V，則電源的電動勢等于()圖3A.1 V B.1.2 VC.2 V D.4 V答案C解析當S閉合時，I A1 A，故有EI(1.5 r)；當S斷開時，I0.8 A，故有EI(2 r)，解得E2 V，C正確.6.在如圖4所示電路中，電源的電動勢E9.0 V，內(nèi)阻可忽略不計；AB為滑動變阻器，其電阻R30 ；L為一小燈泡，其額定電壓U6.0 V，額定功率P1.8 W；S為開關，開始時滑動變阻器的觸頭位于B端，現(xiàn)在接通開關S，然后將觸頭緩慢地向A端滑動，當?shù)竭_某一位置C時，小燈泡恰好正常發(fā)光.則C、B之

16、間的電阻應為()圖4A.10 B.20 C.15 D.5 答案B解析小燈泡恰好正常發(fā)光，說明此時通過小燈泡的電流為額定電流I額 A0.3 A，兩端電壓為額定電壓U額6.0 V，而小燈泡和電源、滑動變阻器的AC部分串聯(lián)，則通過電阻AC的電流與通過小燈泡的電流相等，故RAC 10 ，所以RCBRRAC20 .7.如圖5所示的電路中，當開關S接a點時，標有“5 V2.5 W”的小燈泡L正常發(fā)光，當開關S接b點時，通過電阻R的電流為1 A，這時電阻R兩端的電壓為4 V.則下列說法正確的是()圖5A.電阻R的阻值為4 B.電源的電動勢為5 VC.電源的電動勢為6 VD.電源的內(nèi)阻為2 答案ACD解析電阻

17、R的阻值為R 4 .當開關接a時，有EU1I1r，又U15 V，I1 A0.5 A.當開關接b時，有EU2I2r，又U24 V，I21 A，聯(lián)立解得E6 V，r2 .8.如圖6所示是某電源的路端電壓與電流的關系圖象，下列結論正確的是()圖6A.電源的電動勢為6.0 VB.電源的內(nèi)阻為12 C.電源的短路電流為0.5 AD.電流為0.3 A時的外電阻是18 答案AD解析因該電源的UI圖象的縱軸坐標并不是從零開始的，故縱軸上的截距雖為電源的電動勢，即E6.0 V，但橫軸上的截距0.5 A并不是電源的短路電流，且內(nèi)阻應按斜率的絕對值計算，即r| 2 .由閉合電路歐姆定律可得電流I0.3 A時，外電阻

18、Rr18 .故選A、D.二、非選擇題9.如圖7所示的電路中，電源電動勢E為3.2 V，電阻R的阻值為30 ，小燈泡L的額定電壓為3.0 V，額定功率為4.5 W，當開關S接位置1時，電壓表的讀數(shù)為3.0 V，那么當開關S接位置2時，小燈泡L能正常發(fā)光嗎？實際功率是多少？圖7答案不能正常發(fā)光1.28 W解析當開關S接位置1時，回路中的電流為：I1 A0.1 A.電源的內(nèi)阻為：r 2 .小燈泡的電阻為：RL 2 .當開關S接位置2時，回路中的電流為：I2 A0.8 A.此時小燈泡的實際功率為：P實IRL0.822 W1.28 W.從小燈泡的實際功率來看，小燈泡此時很暗，不能正常發(fā)光.10.如圖8所示電路中，電源電動勢E12 V，內(nèi)阻r2 ，R14 ，R26 ，R33 .圖8(1)若在C、D間連一個理想電壓表，其讀數(shù)是多少？(2)若在C、D間連一個理想電流表，其讀數(shù)是多少？答案(1)6 V(2)1 A解析(1)若在C、D間連一個理想電壓表，根據(jù)閉合電路歐姆定律，有I1 A1 A.理想電壓表讀數(shù)為UVI1R26 V.(2)若在C、D間連一個理想電流表，這時電阻R2與R3并聯(lián)，并聯(lián)電阻大小R23 2 根據(jù)閉合電路歐姆定律，有I2 A1.5 AU3EI2(rR1)3 V理想電流表讀數(shù)為I1