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2019-2020年高中物理 第二章 恒定電流 7.閉合電路歐姆定律學(xué)案 新人教A版選修3-1 [要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)] 1．閉合電路的歐姆定律 （1）閉合電路的組成：①內(nèi)電路：電源內(nèi)部的電路，其電阻稱為內(nèi)電阻，內(nèi)電阻所降落的電壓稱為內(nèi)電壓；②外電路：電源外部的電路,其兩端電壓稱為外電壓或路端電壓；③內(nèi)、外電壓的關(guān)系：E=U+U/. (2)閉合電路歐姆定律的內(nèi)容：閉合電路里的電流，跟電源的電動勢成_______，跟整個電路的電阻成__________. 公式：，公式的適用條件：外電路為純電阻電路。 圖12—7—1 （3）路端電壓與電流的關(guān)系圖象(U—I圖象) 是一條_________線．該線與縱軸交點(diǎn)的值表示__________，該線的斜率表示__________；據(jù)U=E-Ir畫出電源的U一I圖象。如圖l2—7一l所示。 2．路端電壓U與外電阻R之間的關(guān)系： ①當(dāng)外電阻R增大時，根據(jù)可知，電流I減小(E和r為定值)，內(nèi)電壓Ur減小，根據(jù)U外=E-Ur可知路端電壓增大． ②當(dāng)外電阻R減小時，根據(jù)可知電流I增大，內(nèi)電壓Ur增大，根據(jù)U外=E-Ur可知路端電壓減?。? 3．關(guān)于全電路歐姆定律的動態(tài)應(yīng)用 全電路歐姆定律之中的動態(tài)分析的具體步驟大體如下： (1)判斷動態(tài)源及動態(tài)源總電阻的變化．進(jìn)而判斷閉合電路總電阻的變化情況． (2)依據(jù)，判斷閉合電路干路電流的變化情況． (3)依據(jù)U=E-Ir，判斷外電路電壓(路端電壓)的變化情況． (4)依據(jù)分壓、分流原理判斷動態(tài)部分的物理量的變化． 4．關(guān)于電源的功率問題 (1)如圖l2—7—2所示，電阻R與電源構(gòu)成的一個閉合電路．電源的電動勢為E，內(nèi)電阻r，則： 圖12—7—2 E、r R S 電源消耗的總功率用P總=______求解； 電源的輸出功率用P出=________求解； 電源的內(nèi)耗功率用P耗=________求解． 定值電阻的發(fā)熱功率亦可用PR=I2R 電源的效率為% 值得注意的是，若外電路是純電阻電路，部分電路的歐姆定律適用：P=I2R=U2／R．電源的輸出功率P外=UI=I2R=U2／R．同樣能量守恒的方程也就有：EI=UI+I2r或EI=I2R+I2r,或EI=U2/R+I2r。若外電路是非純電阻電路，能量守恒方程只有：EI=IU+I2r. (2)電源的輸出功率的變化： ①當(dāng)∣R一r∣越大，電源的輸出功率P出越______；∣R-r∣越小,電源的輸出功率 P出越___________． ②當(dāng)∣R—r ∣=0時，即R=r時．電源的輸出功率最大為. [范例精析] 例1 如圖12—7—3所示，電源電動勢E=1.5V，內(nèi)阻r=0.5Ω，電阻R1=R2，當(dāng)合上電鍵S1時，通過電源的電流為1A。求：電鍵S1、S2都合上時通過電源的總電流和電源兩端的電壓。 圖12—7—3 解析 要求通過電源的電流，還需要知道外電路的總電阻。當(dāng)S1合上時根據(jù)閉合電路歐姆定律有： I1=E/（R1+r）得：R1=E/I1-r=1Ω S1、S2都合上時有： I=E/（R總+r）=1.5A 路端電壓U外=E-Ir=0.75V 拓展 本題讓學(xué)生簡單運(yùn)用閉合電路歐姆定律處理問題，讓學(xué)生知道總電阻是二分之一，電流是二倍關(guān)系只有在電壓不變的情況下才成立，由于電源存在內(nèi)阻，路端電壓將隨著外電路電阻的變化而變化。 例2 圖12—7—4所示，當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P向右移動時．三個燈泡亮度的變化情況是 ( ) L1 L2 L3 P E、r 圖12—7—4 A．L1變亮，L2和L3皆變暗 B．L1變亮，L2不能確定，L3變暗 C．L1變暗，L2變亮，L3也變亮 D．L1變亮，L2變亮，L3變暗 解析：當(dāng)P向右移動時，滑動變阻器的電阻減小，則總電阻減小，總電流增大，內(nèi)電壓增大，路端電壓減小，所以L3變亮；因?yàn)閁3變大，且路端電壓變小，所以L1變暗；總電流變大，又I1變小的，所以L2的電流增大，L2變亮 。因此，本題的正確選項(xiàng)應(yīng)為C. 拓展 電路中任一局部發(fā)生變化，將引起各處的電流和電壓的變化。判斷這類問題，可以先從局部的變化推出總電流、路端電壓的變化，再根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)以及部分電路歐姆定律作出相應(yīng)的判斷。 例3 如圖12—7—5中電阻R1=14Ω，R2=9Ω，合上電鍵S1時，電壓表示數(shù)為2.8V，當(dāng)S1、S2都合上時，電壓表示數(shù)為2.5V。求電源電動勢和內(nèi)阻。 圖12—7—5 解析 根據(jù)閉合電路歐姆定律來求電動勢和內(nèi)阻，一個方程中有兩個未知的量，而題中給了兩種情況下電壓表的兩次示數(shù)，因此可以列出兩個方程： E=U1+U1r/R1 E=U2+U2r/R12 （其中R12是電阻R1、R2并聯(lián)后的總電阻） 解得：E=3V，r=1Ω 拓展 本題給出了根據(jù)閉合電路歐姆定律測量電源電動勢和內(nèi)阻的方法，由于定律表達(dá)式中包含兩個要測量的量，所以至少要進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)，取得兩組數(shù)據(jù)，列出方程組進(jìn)行求解。實(shí)際測量中為了減小誤差往往要進(jìn)行多次測量，描繪路端電壓與電流關(guān)系的圖線，對圖線進(jìn)行分析得到測量結(jié)果。 例4 圖12—7—6所示的電路中，電路消耗的總功率為40W，電阻R1為4Ω，R2為6Ω，電源內(nèi)阻r為0．6Ω，電源的效率為94％，求： (1)ab兩點(diǎn)問的電壓 (2)電源的電動勢 R1 R2 R3 E、r a b 圖12—7—6 解析：電源內(nèi)部的熱功率P內(nèi)=I2r，又P內(nèi)=P總（1-η） 所以（A） 由于R1與R2是并聯(lián)的，所以（V） 由P總=IE，可得E=P總/I=20V 拓展 總電流I是聯(lián)系內(nèi)、外電路的橋梁，是求解閉合電路問題的關(guān)鍵。一般來說，，總電流I可以由閉合電路歐姆定律求得，也可以從外電路和內(nèi)電路上分別由歐姆定律求得，還可以由電源的總功率、輸出功率、內(nèi)部發(fā)熱功率求得，應(yīng)視具體問題具體分析。 [能力訓(xùn)練] 1．如圖l 2—7—7所示．電源的電動勢E=2V， 內(nèi)電阻為r=0.1 Ω,R=1.9Ω，電流表、電壓表對電路的影響不計(jì),且兩電表不被燒毀, 那么： (1)當(dāng)S接到“l(fā)”擋時,電流表讀數(shù)為_________，電壓表的瀆數(shù)為 __________. (2)當(dāng)S接到“2”擋時,電流表讀數(shù)為__________,電壓表的讀數(shù)為____________. (3)當(dāng)S接到“3”擋時,電流表瀆數(shù)為___________,電壓表的數(shù)為_____________. 圖12—7—7 圖12—7—8 2．如圖12—7—8所示，當(dāng)開關(guān)閉合時．電路中的能量轉(zhuǎn)化情況是：在干電池內(nèi)部,靜電力移動電荷做功，_______能轉(zhuǎn)化為________能，在整個電路中正電荷從電源的正極經(jīng)外電路、內(nèi)電路再回到電源的正極繞行一圈，電場力做功,_______能轉(zhuǎn)化為_______能。 3．關(guān)于電功和電熱．以下說法正確的是 ( ) A．外電路電流做的功一定等于電熱 B．外電路中電流所做的功一定大于電熱 C．只有在外電路是純電阻的情況下．電功才等于電熱 D．當(dāng)外電路有電動機(jī)、電解槽的情況下電流做的功將轉(zhuǎn)化為熱能、機(jī)械能、化學(xué)能，因此，電功大于電熱 圖12—7—9 4．在如圖12—7—9所示的電路中，當(dāng)可變電阻R的阻值增大時，下述結(jié)論中哪些是 正確的 ( ) A．P、Q兩點(diǎn)間的電壓U增大 B．通過R、R1的電流增大 C．通過可變電阻R的電流強(qiáng)度不變 D．通過可變電阻R的電流強(qiáng)度減小 5．如圖12—7—10所示，a、b、c三盞燈都能發(fā)光，且在電路變化時，燈不被燒壞，試判斷：當(dāng)滑動變阻器的觸頭P向上移動時，三盞燈的亮度變化情況是 （ ） A．c變亮，a、b變暗 B．a(chǎn)、b變亮，c變暗 C．a(chǎn)、c變亮，b變暗 c a b p M N 圖12—7—10 D．a(chǎn)變亮，c、b變暗 圖12—7—12 V A R1 R2 R3 圖12—7—11 6．如圖12—7—11所示．當(dāng)滑動變阻器的滑動觸點(diǎn)向上端移動時，則 （ ） A．V的示數(shù)增大，A的示數(shù)變小 B．V、A示數(shù)都增大 C．V、A示數(shù)都減小 D．V示數(shù)減小，A示數(shù)增大 7．一平行板電容器C，極板是水平放置的，它與三個可變電阻及電源連接成如圖12—7—12的電路，有一個質(zhì)量為m的帶電油滴懸浮在電容器的兩極板之間，靜止不動。現(xiàn)要使油滴上升，可采用的辦法是 （ ） A．增大R1 B．增大R2 C．增大R3 D．減小R2 8．如圖12—7一l3所示,直線A為電源的伏安特性曲線，直線B為電阻R的伏安特性曲線，用該電源和電阻組成一個閉合電路，電源的輸出功率和電路的總功率分別為多少? 圖12—7—13 9．如圖12—7—14所示的電路中,R2=14Ω,調(diào)整R1（0～15Ω）,使滑動變阻器滑動觸點(diǎn)p從c點(diǎn)移到a點(diǎn)時,通過R2的電流變?yōu)樵瓉淼?/2，求該電源的內(nèi)阻. 圖12—7—14 10．如圖12—7一15所示，電源電動勢為6伏，內(nèi)阻為5歐，燈A標(biāo)有“2V，O.1 W”, 燈B標(biāo)有“1.5V,0.075W”,燈C標(biāo)有“1.5V,0.15 W”為使三燈都能正常發(fā)光，變阻器R0的阻值應(yīng)為多大?滑動觸頭P應(yīng)放在何位置? 圖12—7—15 [素質(zhì)提高] 11. 手電筒里的兩節(jié)干電池用了很久后,小燈泡只能發(fā)出微弱的光了，把這兩節(jié)干電池取出來，用電壓表測量,每一節(jié)的兩端的電壓都很接近1.5V，把它們裝入電子鐘里，電子鐘能正常工作。試用閉合電路歐姆定律來解釋這個現(xiàn)象 12．如圖12—7—16所示電源總功率為15W,電源的輸出功率為12W,電阻R1為4Ω,R2為6Ω,R3為0.6Ω,求:(1)A、B兩端的電壓；（2）電源電動勢 圖12—7—16 13．將電量為q的正電荷，從電源的負(fù)極移向電源的正極的過程中，電源的非靜電力所做的功W非與被移送的電荷的電量q的比值w非／q叫做電源的電動勢E，即，在國際單位制中，電動勢的單位是焦／庫，即伏特，與電勢、電勢差的單位相同，試回答： (1)電源的電動勢和電壓是否是一回事?說明理由 (2)依據(jù)，是否認(rèn)為E與W非成正比，與q成反比? 為什么? (3)功是能量轉(zhuǎn)化的量度,從能量轉(zhuǎn)化的角度,也可以說電源的電動勢等于電源內(nèi)_____時其他形式的能量轉(zhuǎn)化為_________的多少. (4)電源內(nèi)部的非靜電力可以將正電荷從_______移向_______，維持電源兩極間有恒定的電勢差；在電源的外部電流由________流向_________．