2018-2019学年高中物理沪科版选修3-1学案:第4章 4.1 探究闭合电路欧姆定律 Word版含答案
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第4章探究闭合电路欧姆定律、选择题1.用电动势为E、内阻为r的电源对外电路供电,下列判断中正确的是A •电源短路时,路端电压为零,电路电流达最大值B •外电路断开时,内电压为零,路端电压也为零C.路端电压增大时,流过电源的电流一定减小D •路端电压增大时,电源的效率一定增大2.在已接电源的闭合电路中,关于电源的电动势、内电压、外电压的关系应是A •如外电压增大,则内电压增大,电源电动势也会随之增大B •如外电压减小,内电阻不变,内电压也就不变,电源电动势也随内电压减小C.如外电压不变,则内电压减小时,电源电动势也随内电压减 /小、[来源学科网ZXXK]D .如外电压增大,则内电压减小,电源电动势始终为二者之和,保持恒定3.某电路如图所示,已知电池内阻r=1 Q,外电路电阻R=5 Q,理想电压表的示数U=3.0V,则电池组的电动势E等于A • 3.0VB • 3.6V C. 4.0V D • 4.2V4.如图所示的电路中,当R i的滑片向左移动表时,若电压V i和电压表V2的示数的变化量分别为值),则AU i和AU2的大小关系是7. A . AU i > AU 2 B . AU i = AU2…C . AU i < AUD .条件不足,无法确定如图,电源的内阻不可忽略。
已知定值电阻 R i =10 Q, R 2=8 Q.当电键S 接位置1时,那么当电键 S 接位置2时,电流表的示数可 能是下列的哪些值数为U i =4V ;当电阻箱读数为 R 2=5 Q 时,电压表读数为 U 2=5V 。
求:(1) 电源的电动势 E 和内阻r ;[来…(2) 当电阻箱R 读数为多少时,电源的输出功率最大?最大值 为多少?5. 电流表的示数为0.20A , C . 0.28A 0.22A [来源:Z § xx § ]、计算题6.如图所示,B . 0.25A*科。
D . 0.19AR 为电阻箱,V 为理想电压表。
学案1 探究闭合电路欧姆定律[目标定位]1.掌握电动势的概念及表达式,了解电源内部能量的转化过程和生活中的电池.2.理解闭合电路欧姆定律的内容,掌握其表达式.3.会用闭合电路欧姆定律进行简单的计算.一、闭合电路的路端电压和内电压实验探究1 用多用电表测量路端电压图1按如图1所示的电路选择器材,连接电路.按课本要求测量电压U bc、U bc′、U ac.分析测得的数据,比较三个电压测量值之间的关系为_____.实验探究2 测电源内部的电压图2按如图2所示电路连接线路,分别测量电源的内电压和外电压,多次测量,把测量结果记录在事先准备好的表格中,分析内、外电压的大小,说明它们满足怎样的规律?[要点总结]1.外电路和内电路:______________________组成外电路,____________是内电路.2.在外电路中,电流方向由电源______极流向______极;在内电路中电流方向由______极流向______极.3.路端电压和内电压:外电路两端(即电源两极间)的电压称为路端电压,电源内部的电压称为__________.4.在闭合电路中,内电压与外电压之和____________.例1 (多选)若E表示电动势,U表示外电压,U′表示内电压,R表示外电路的总电阻,r表示内电阻,I表示电流,则下列各式中正确的是( )A.U′=IR B.U′=E-UC.U=E+Ir D.U=RR+rE二、电源的作用——电动势1.如图3所示,在外电路中电流由电源正极流向负极,即从高电势流到低电势,电流在电源内部只能从负极流向正极,即从低电势流到高电势.根据电场知识可知,静电力不可能使电流从低电势流向高电势,反而起阻碍作用.图3(1)是什么力把正电荷从电源的负极搬运到电源的正极?(2)电源中的能量是如何转化的?2.电场力在外电路和内电路做功分别是多少?它们做功之和与电源内部非静电力所做的功有何关系?[要点总结]1.电源的工作原理:在电源内部____________做功,使其他形式的能转化为电势能;在电源的外部电路,__________做功,把电势能转化为其他形式的能.2.电动势:电源内部非静电力移送单位电荷所做的功.(1)表达式:E=W q(2)单位:伏特,符号为________.(3)说明:①物理意义:反映电源____________________本领的大小.②决定因素:由电源自身特性决定,跟电源的体积________,跟外电路________.例2 (多选)关于电动势E的说法中正确的是( )A .电动势E 的大小,与非静电力所做的功W 的大小成正比,与移送电荷量q 的大小成反比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 是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量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 三、闭合电路的欧姆定律 [要点总结]1.内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成________,跟内、外电路的____________成反比. 2.公式:I =ER +r .3.其他两种表达形式:E =U 外+U 内,这就是说,电源的电动势等于内、外电路电势降落之和.或写成E =IR +Ir.例3 如图4所示,电源电动势为6V ,内阻为1Ω,R 1=5Ω,R 2=10Ω,滑动变阻器R 3阻值变化范围为0~10Ω,求电路中总电流的变化范围.图4四、路端电压与负载的关系在如图5所示的电路中,电源的电动势E =10V ,内电阻r =1Ω,试求当外电阻分别是3Ω、4Ω、7Ω时所对应的路端电压.通过数据计算,你发现了怎样的规律?再通过公式论证你的结论是否正确.图5[要点总结]1.路端电压的表达式:U =E -Ir. 2.路端电压随外电阻的变化规律 (1)当外电阻R 增大时,由I =ER +r可知电流I 减小,路端电压U =E -Ir 增大. (2)当外电阻R 减小时,由I =ER +r可知电流I 增大,路端电压U =E -Ir 减小. (3)两种特殊情况:①当外电路断开时,电流I 变为0,U =E.这就是说,断路时的路端电压等于电源电动势.②当电源两端短路时,外电阻R =0,此时I =Er.3.路端电压与电流的关系图像如图6所示.图6(1)在图像中U 轴截距表示________________,纵坐标从零开始时I 轴截距等于____________. (2)直线________________等于电源的内阻,即内阻r =________________.例4 (多选)如图7所示为某一电源的U -I 图线,由图可知( )图7A .电源电动势为2VB .电源内阻为13ΩC .电源短路时电流为6AD .电路路端电压为1V 时,电路中电流为5A针对训练 (多选)如图8所示,甲、乙为两个独立电源(外电路为纯电阻)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( )图8A .电源甲的电动势大于电源乙的电动势B .电源甲的内阻小于电源乙的内阻C .路端电压都为U 0时,它们的外电阻相等D .电流都是I 0时,两电源的内电压相等1.(对电动势概念的理解)关于电压和电动势,下列说法正确的是( ) A .电动势就是电源两极间的电压B .电压和电动势单位都是伏特,所以电压和电动势是同一物理量的不同叫法C.电压U=Wq和电动势E=Wq中的W是一样的,都是静电力所做的功D.电压和电动势有本质的区别,反映的能量转化方向不同2.(闭合电路欧姆定律的应用)电动势为3V的电池,在电路中输出3A的电流,由此可知( )A.内、外电阻相差1ΩB.内、外电阻之和为1ΩC.外电阻为1ΩD.内电阻为1Ω3.(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=0C.当电路断开时,I=0,U=0D.当R增大时,U也会增大4. (电源U-I图像的理解和应用)(多选)如图9所示为闭合电路中两个不同电源的U-I图像,则下列说法中正确的是( )图9A.电动势E1=E2,短路电流I1>I2B.电动势E1=E2,内阻r1>R2C.电动势E1>E2,内阻r1>R2D.当工作电流变化量相同时,电源2的路端电压变化较大答案精析知识探究一、实验探究1U bc′<U bc<U ac实验探究2在误差允许的范围内,内、外电压之和为一定值.要点总结1.用电器和导线电源内部2.正负负正3.内电压4.保持不变典型例题例1 BD二、1.(1)非静电力.(2)其他形式的能转化为电势能.2.qU外qU内相等要点总结1.非静电力静电力2.(2)V (3)①非静电力做功②无关无关典型例题例2 BC [电动势是一个用比值定义的物理量,这个物理量与这两个相比的项没有关系,与电源的体积和外电路也均无关系,它是由电源本身决定的,是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量.电动势和电压尽管单位相同,但本质上是不相同的,故选B、C.]三、要点总结1.正比电阻之和典型例题例3 0.55~1A解析当R3阻值为零时,R2被短路,外电阻最小,电路中的电流最大.R外=R1=5Ω,I=ER外+r=65+1A=1A.当R3阻值为10Ω时,外电阻最大,电路中的电流最小.R并=R3R2R3+R2=5Ω,R外′=R1+R并=10Ω,I′=E R 外′+r =610+1A≈0.55A.四、外电压分别为7.5V 、8V 、8.75V .随着外电阻的增大,路端电压逐渐增大.公式论证:当外电阻R 增大时,由I =ER +r 可知电流I 减小,路端电压U =E -Ir 增大.要点总结3.(1)电源电动势 短路电流 (2)斜率的绝对值 |ΔU ΔI| 典型例题例4 AD [在本题的U -I 图线中,纵轴截距表示电源电动势,A 正确;横轴截距表示短路电流,C 错误;图线斜率的绝对值表示电源的内阻,则r =2-0.86Ω=0.2Ω,B 错误;当路端电压为1V 时,内阻分得的电压U 内=E-U 外=2V -1V =1V ,则电路中的电流I =U 内r =10.2A =5A ,D 正确.]针对训练 AC 达标检测1.D 2.B 3.BD 4.AD。
《探究闭合电路欧姆定律》教学设计一、教学目标(一)知识与技能1.理解电动势的定义,知道电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。
2.知道电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和。
3.理解闭合电路欧姆定律及其公式,并能熟练地用来解决有关的电路问题。
4.理解路端电压随电流(或外电阻)关系的公式表达和图象表达,并能用来分析、计算有关问题。
5.理解闭合电路的功率表达式,知道闭合电路中能量的转化。
6.初步掌握电源电动势和内阻的一些测量方法。
(二)过程与方法1.通过路端电压与外电阻的关系实验探究,培养学生利用“实验研究,得出结论”的探究物理规律的科学思路和方法。
2.通过研究路端电压与电流的关系公式、图象及图象的物理意义,培养学生应用数学工具解决物理学问题的能力。
3.通过利用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题,培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
(三)情感态度与价值观1.通过演示实验和探究实验,激发学生求知欲和学习兴趣,享受成功的乐趣,体会物理学研究的科学性。
2.通过分析路端电压与电流(外电阻)的关系,培养学生严谨的科学态度,感受物理之美。
3.通过学生之间的讨论、交流与协作探究,培养团队合作精神。
二、教学重点1.闭合电路欧姆定律。
2.路端电压与电流(外电阻)关系的公式表示及图象表示。
三、教学难点1.电动势的概念。
2.路端电压与电流(外电阻)关系。
四、教学思路《闭合电路欧姆定律》一节是高二物理教材中学生感到较为难以理解的部分,难点在于对电动势的物理意义的理解,这是掌握闭合电路欧姆定律的关键和基础。
首先,先让学生感受生活中的一些电源,初步明确电源是将其他形式的能转化成电能的装置,让学生自己用电压表测量不同类型的电源两极间的电压,为引入电动势的概念作铺垫。
其次,介绍闭合电路的组成,在内外电路上都有电势降落,利用类比动画讲解电源内部负极到正极电势升高的数值等于电路中电势降落的数值,接着再推导出闭合电路欧姆定律。
探究闭合电路欧姆定律教材分析一,整体分析“闭合电路欧姆定律”是高中物理选修3-1第四章的内容,这一部分内容与初中电学内容和选修3-1第三章的内容联系紧密,前面的知识内容是这一部分内容的基础。
这部分内容,是学生后面学习交变电流,电磁感应与发电机,电能的输送与变压器,传感器等知识内容的基础。
这部分内容几乎不涉及运动学和动力学,但与生活的联系紧密,知识点较多,较抽象,许多内容都要求学生进行实验,能较好的培养学生的实验能力。
二,章节分析1,知识结构体系2,知识地位“闭合电路的欧姆定律”在整个初高中物理学习当中起到承上启下的作用。
承上:以初中所学电学部分的基本规律,概念,以及高中有关能量,做功,电势,电表电路的有关知识为基础。
启下:为后面学习交变电流,电磁感应,电能的输送等知识做铺垫。
这一章内容总共包括4小节内容,其中实验内容较多,在高考中一般以选择题和实验的形式进行考查,分值为15分左右。
这一部分内容呈现的知识点较多,如电源电动势,内阻,内电压,外电压,电源输出功率,输出效率等。
一些知识点比较抽象,并且许多问题的逻辑推导过程较冗长,如路端电压,电源内电压与电源电动势关系的推导,电路动态分析等问题的处理。
对学生思维能力,逻辑推导能力,实验设计能力,数据处理能力,作图能力,图像分析能力等方面的要求较高。
“闭合电路的欧姆定律”这一章内容与生活联系比较紧密,使学生能更好的解释生活中常常遇到的一些问题,如电池用的时间长了,为何几乎不能用了,还有并联电路其中一路电路闭合或打开时其它电路为何会产生影响?这一章的学生实验能更好地培养学生的动手实验能力,激发他们探究学习的热情。
三,每小节分析第一节闭合电路的欧姆定律1,知识结构图2,知识内容及学生学情分析:这一节内容,在整个一章知识结构当中处于核心地位,后面的知识都是围绕这一节内容展开的。
由两个探究实验最后得出闭合电路的欧姆定律。
实验探究1-用多用电表测量路端电压,给出按给定方案进行操作的实验,最后提出“是什么原因导致这些测量结果的不同?”引发学生进行思考,紧接着是实验探究2-测电源内部的电压,这要求学生进行模仿实验,并采用书中实验数据记录的方法进行数据记录,最后提出“内电压与外电压的和有什么关系?”这样一个问题,接着讲电源电动势,有分析论证,也有形象比喻,最后得出分析论证结论-闭合电路的欧姆定律,每一步都是环环相扣,逻辑推理严密。
4.4 电路中的能量转化与守恒[先填空]1.电功的公式:W=UIt.2.电功率计算公式:P=UI.3.焦耳定律:Q=I2Rt.4.热功率计算公式:P=I2R.5.P=UI是某段电路的电功率,P=I2R是这段电路上的热功率,纯电阻电路中,电功率等于热功率,非纯电阻电路中电功率大于热功率.[再判断]1.电功率越大,相同时间内电流做的功越多.(√)2.根据电功的公式和欧姆定律可以推导出电热的公式,因此电功和电热是完全相同的.(×)3.纯电阻电路和非纯电阻电路工作时能量转化情况相同,都是把电能转化为内能.(×) [后思考]理发店里的吹风机能够吹出热风,使头发很快变干.吹风机上的电功率和热功率是否相等?【提示】吹风机的电路是非纯电阻电路,故电功率和热功率不相等.[合作探讨]如图441所示,电压U 恒为12 V ,灯泡L 上标有“6 V 12 W”,电动机线圈的电阻R M =0.50 Ω.图441探讨1:灯泡L 上流过的电流是否可以用I L =UR L +R M求解?为什么?【提示】 不可以.因为有电动机工作的电路不是纯电阻的电路. 探讨2:若灯泡恰好正常发光,则电动机消耗的功率和发热功率各多大? 【提示】 P =I M U M =W L U L(U -U L )=12 W.P 热=I 2M R M =(W L U L)2·R M =2 W.[核心点击]1.纯电阻电路和非纯电阻电路(1)纯电阻电路:W =Q =UIt =I 2Rt =U 2Rt ,P 电=P 热=UI =I 2R =U 2R.(2)非纯电阻电路:电功W =UIt ,电热Q =I 2Rt ,W >Q ;电功率P 电=UI ,热功率P 热=I 2R ,P 电>P 热.1.在电功率的计算公式P =U 2/R 中,U 是加在用电器上的电压,R 是用电器的电阻,此式可用于( )A .计算电冰箱的功率B .计算电风扇的功率C .计算电烙铁的功率D .计算洗衣机的功率【解析】 P =U 2R只能计算纯电阻电路的电功率,而电冰箱、电风扇、洗衣机都是非纯电阻电路.只有电烙铁是纯电阻电路,故C 正确.【答案】 C2.规格为“220 V 36 W”的排气扇,线圈电阻为40 Ω,求: (1)接上220 V 的电压后,排气扇转化为机械能的功率和发热的功率;(2)如果接上电源后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率.【解析】 (1)排气扇在220 V 的电压下正常工作时的电流为:I =P U =36220A≈0.16 A.发热功率为P 热=I 2R =(0.16)2×40 W≈1 W. 转化为机械能的功率为:P 机=P -P 热=36 W -1 W =35 W.(2)扇叶被卡住不能转动后,电动机成为纯电阻电路,电流做功全部转化为热能,此时电动机中电流为I ′=U R =22040A =5.5 A ,电动机消耗的功率即电功率等于发热功率:P 电′=P 热′=UI ′=220×5.5 W=1 210 W.【答案】 (1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W解答有关电动机问题时应注意的问题(1)当电动机不转时可以看成纯电阻电路,P =UI =I 2R =U 2R均成立.(2)当电动机正常工作时,是非纯电阻电路P 电=UI >P 热=I 2R ,U ≠IR 而有U >IR .(3)输入功率指电动机消耗的总功率.热功率是线圈上的电阻的发热功率.输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率.三者的关系:UI =I 2R +P 机.[先填空]把闭合电路欧姆定律E =U +U 内两边同乘以电流I 得:EI =UI +U 内I . 1.电源的总功率:P 总=EI . 2.电源的输出功率:P 出=UI .3.电源的效率:η=UIEI ×100%=U E×100%.4.在闭合电路中,电源的总功率等于输出功率与内部发热功率之和. [再判断]1.电源产生的电能只消耗在外电路上.(×)2.电源的总功率等于内、外电路消耗的功率之和.(√) 3.电源的输出功率越大,电源的效率越高.(×) [后思考]用两节干电池接在直流电动机模型上,接通电路后直流电动机就转动起来.分析电路中的能量转化.【提示】 干电池可以把化学能转化为电能.电动机模型工作时,大部分电能转化为机械能,少部分转化为内能.[合作探讨]探讨1:电源的输出功率在什么条件下可以达到最大?【提示】 当外电路电阻和电源内阻相等时,电源输出功率最大.探讨2:电源的输出功率最大时,电源的效率是否最高?电源的效率跟什么因素有关? 【提示】 输出功率最大时,电源的效率不是最高.电源的效率由外电路电阻与总电阻的比值决定.[核心点击] 1.电源的输出功率当外电路为纯电阻电路时讨论如下: (1)电源的输出功率P 出=I 2R =E 2R +r 2R =E 2R R -r 2+4Rr =E 2R -r2R+4r .由此可知当R =r 时,电源有最大输出功率P 出max =E 24r.(2)P 出与外电阻R 的函数关系如图442:图442(3)P 出与路端电压U 的函数关系及图像P 出=UI =U ⎝ ⎛⎭⎪⎫E -U r =-1r U 2+E r U =-1r ·⎝ ⎛⎭⎪⎫U -E 22+E 24r 我们可以得出,当U =E 2时,电源有最大输出功率,即P 出max =E 24r.图4432.电源的效率 η=P 出P 总×100%=UI EI ×100%=R R +r ×100%=11+rR×100%,可见,当R 增大时,效率增大.当R =r 时,即电源有最大输出功率时,其效率仅为50%,效率并不高.3.电动势为E ,内阻为r 的电池与固定电阻R 0,变阻器R 串联,如图444所示,设R 0=r ,R ab =2r ,当变阻器的滑片自a 端向b 端滑动时,下列各物理量中随之减小的是( )图444A .电池的输出功率B .变阻器消耗的功率C .固定电阻R 0消耗的功率D .电池内阻消耗的功率【解析】 滑片自a 端向b 端滑动时,电池输出功率增大,R 0和内阻消耗的功率也增大,只有变阻器消耗的功率减小.故B 正确.【答案】 B4.如图445所示,电路中电池的电动势E =5 V ,内电阻r =10 Ω,固定电阻R =90 Ω,R 0是可变电阻,在R 0从零增加到400 Ω的过程中,求:图445(1)可变电阻R 0上消耗功率最大的条件和最大热功率; (2)电池的电阻r 和固定电阻R 上消耗的最小热功率之和; (3)R 0调到多少时R 上消耗的功率最大,最大功率是多少? 【解析】 (1)可变电阻R 0上消耗的热功率:P 0=I 2R 0=25R 0-1002R 0+400R 0-100 Ω=0时,P 0最大,其最大值: P 大=25400 W =116W. (2)当电流最小时,电阻r 和R 消耗的热功率最小,此时R 0应调到最大400 Ω,内阻r 和固定电阻R 上消耗的最小热功率之和为P 小=(E R 0+R +r)2(R +r )=0.01 W.(3)R 0=0时,电路中的总电阻最小,因此电路中的电流最大,此时R 上有最大功率 即P R =(ER +r )2R =5290+102×90 W=0.225 W.【答案】 (1)100 Ω116W (2)0.01 W (3)0 0.225 W有关闭合电路中功率问题的三点提醒(1)电源输出功率越大,效率不一定越高,如电源输出功率最大时,效率只有50%.(2)判断可变电阻功率变化时,可将可变电阻以外的其他电阻看成电源的一部分内阻.(3)当P出<P m时,每个输出功率对应两个可能的外电阻R1,R2,且R1·R2=r2.。
4.1 探究闭合电路欧姆定律[知识梳理]一、路端电压和内电压1.全电路:含有电源的电路叫作闭合电路,也叫全电路. 2.路端电压:外电路两端(即电源两极间)的电压. 3.内电压:电源内部的电压. 二、电源的作用——电动势1.定义:电源内部非静电力移送单位电荷所做的功. 2.公式:E =W 非q. 3.物理意义:描述电源非静电力搬运电荷本领大小的物理量. 4.单位:国际单位制中,E 的单位是伏特,符号为V. 5.电动势与路端电压、内电压的关系:E =U 外+U 内. 三、闭合电路欧姆定律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 =ER +r.[基础自测]1.思考判断(正确的打“√”,错误的打“×”.) (1)电源外部有电压,电源内部没有电压.(×) (2)电动势就是电源两端的电压.(×)(3)电动势越大,电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大.(√) (4)当电源短路时,路端电压等于电源的电动势.(×)(5)由于电源内阻很小,所以短路时会形成很大的电流,为保护电源,绝对不能把电源两极直接相连接.(√)(6)电源断开时,电流为零,所以路端电压也为零.(×) 【提示】(1)× 电源内部也有电压. (2)× 电动势和电压是不同的概念. (4)× 电源短路时,路端电压为零. (6)× 电源断开时,路端电压等于电动势. 2.(多选)下列关于电源的说法,正确的是( )【导学号:69682188】A .电源向外提供的电能越多,表示电动势越大B .电动势表示电源将单位正电荷从负极移送到正极时,非静电力所做的功C .电源的电动势与外电路有关D .在电源内从负极到正极电势升高BD [电源向外提供的电能多,说明电源储存的能量多,而电动势表示电源内非静电力做功时把其他形式的能转化为电能的本领,故A 错误,B 正确;电源电动势由电源本身决定,与外电路无关,C 错误;在电源内从负极到正极电势升高,D 正确.]3.(多选)若用E 表示电源电动势,U 表示外电压,U ′表示内电压,R 表示外电路的总电阻,r 表示内电阻,I 表示电流,则下列各式中正确的是( )A .U =2U ′B .U ′=E -UC .U =E +IrD .U =RR +r·EBD [由闭合电路欧姆定律可知,E =U +U ′=Ir +IR ,U =IR ,可推得:U ′=E -U ,U =Er +R·R .故B 、D 正确,A 、C 错误.]4.如图411所示的电路中,把R 由2 Ω改变为6 Ω时,电流强度减小为原来的一半,则电源的内电阻应为( )【导学号:69682189】图411A .4 ΩB .8 ΩC .6 ΩD .2 ΩD [根据闭合电路欧姆定律E =I (R +r ),当R =2 Ω时,E =I (2+r ),当R =6 Ω时,E =I2(6+r ),解得r =2 Ω,故D 正确.][合 作 探 究·攻 重 难]1如图412所示,电源能不断地将流到负极的正电荷,在电源内部通过非静电力做功再搬运到正极,从而保持正、负极有稳定的电势差,维持电路中有持续的电流.图4122.电动势与电压A .在电源内部把正电荷从负极移动到正极,非静电力做功,电势能增加B .对于给定的电源,移动正电荷非静电力做功越多,电动势就越大C .电动势越大,说明非静电力在电源内部把单位正电荷从负极向正极移送所做的功越多D .电动势越大,说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移送到正极的电荷量越多AC [电源内部存在由正极指向负极的静电场,静电力阻碍电源内电荷的运动,非静电力克服这种阻碍使正电荷由负极向正极运动,增加了电势能,A 对.电源的电动势在数值上等于非静电力在电源内部把单位正电荷从负极向正极移送所做的功,做功越多,电动势越大,B 错,C 对.电动势大小表示非静电力移动电荷的本领大小,而不是移动电荷的数量多少,D 错.]静电力与非静电力做功的比较。
4.1 探究闭合电路欧姆定律
[知识梳理]
一、路端电压和内电压
1.全电路:含有电源的电路叫作闭合电路,也叫全电路. 2.路端电压:外电路两端(即电源两极间)的电压. 3.内电压:电源内部的电压. 二、电源的作用——电动势
1.定义:电源内部非静电力移送单位电荷所做的功. 2.公式:E =
W 非
q
. 3.物理意义:描述电源非静电力搬运电荷本领大小的物理量. 4.单位:国际单位制中,E 的单位是伏特,符号为V. 5.电动势与路端电压、内电压的关系:E =U 外+U 内. 三、闭合电路欧姆定律
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 =
E
R +r
.
[基础自测]
1.思考判断(正确的打“√”,错误的打“×”.) (1)电源外部有电压,电源内部没有电压.(×)
(2)电动势就是电源两端的电压.(×)
(3)电动势越大,电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大.(√)
(4)当电源短路时,路端电压等于电源的电动势.(×)
(5)由于电源内阻很小,所以短路时会形成很大的电流,为保护电源,绝对不能把电源两极直接相连接.(√)
(6)电源断开时,电流为零,所以路端电压也为零.(×)
【提示】
(1)×电源内部也有电压.
(2)×电动势和电压是不同的概念.
(4)×电源短路时,路端电压为零.
(6)×电源断开时,路端电压等于电动势.
2.(多选)下列关于电源的说法,正确的是( )
【导学号:69682188】A.电源向外提供的电能越多,表示电动势越大
B.电动势表示电源将单位正电荷从负极移送到正极时,非静电力所做的功
C.电源的电动势与外电路有关
D.在电源内从负极到正极电势升高
BD[电源向外提供的电能多,说明电源储存的能量多,而电动势表示电源内非静电力做功时把其他形式的能转化为电能的本领,故A错误,B正确;电源电动势由电源本身决定,与外电路无关,C错误;在电源内从负极到正极电势升高,D正确.]
3.(多选)若用E表示电源电动势,U表示外电压,U′表示内电压,R表示外电路的总电阻,r表示内电阻,I表示电流,则下列各式中正确的是( )
A.U=2U′B.U′=E-U
C.U=E+Ir D.U=R
R+r
·E
BD[由闭合电路欧姆定律可知,E=U+U′=Ir+IR,U=IR,可推得:U′=E-U,U=E
r+R
·R.故B、D正确,A、C错误.]
4.如图411所示的电路中,把R由2 Ω改变为6 Ω时,电流强度减小为原来的一半,则电源的内电阻应为( )
【导学号:69682189】
图411
A .4 Ω
B .8 Ω
C .6 Ω
D .2 Ω
D [根据闭合电路欧姆定律
E =I (R +r ),当R =2 Ω时,E =I (2+r ),当R =6 Ω时,E =
I
2(6+r ),解得r =2 Ω,故D 正确.]
[合 作 探 究·攻 重 难]
1如图412所示,电源能不断地将流到负极的正电荷,在电源内部通过非静电力做功再搬运到正极,从而保持正、负极有稳定的电势差,维持电路中有持续的电流.
图412
2.电动势与电压
A .在电源内部把正电荷从负极移动到正极,非静电力做功,电势能增加
B .对于给定的电源,移动正电荷非静电力做功越多,电动势就越大
C .电动势越大,说明非静电力在电源内部把单位正电荷从负极向正极移送所做的功越多
D .电动势越大,说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移送到正极的电荷量越多 AC [电源内部存在由正极指向负极的静电场,静电力阻碍电源内电荷的运动,非静电力克
服这种阻碍使正电荷由负极向正极运动,增加了电势能,A对.电源的电动势在数值上等于非静电力在电源内部把单位正电荷从负极向正极移送所做的功,做功越多,电动势越大,B错,C对.电动势大小表示非静电力移动电荷的本领大小,而不是移动电荷的数量多少,D错.]
静电力与非静电力做功的比较
(1)非静电力只存在于电源内部,因此非静电力只在电源内部对电荷做功.通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能.
(2)静电力存在于整个闭合电路上,所以在电路中任何部位静电力都要做功.静电力做功将电能转化为其他形式的能.
(3)在整个电路上,非静电力做的功与静电力做的功相等.
[针对训练]
1.如图413为电源和导线内移送电荷的情况.则将单位正电荷沿闭合回路移动一周所释放的能量大小决定于( )
图413
A.电源电动势
B.电路中电流的大小
C.电源的内阻
D.电源的容量
A[移送电荷一周所释放的能量,就是电源提供给它的电能,数值等于电源内部非静电力做功的数值,即W=Eq.题干中限定了单位正电荷,可见W的数值只取决于E,故A对,B、C、D错.] 2.下列对电源电动势概念的认识中正确的是( )
【导学号:69682190】A.电源电动势等于电源两极间的电压
B.在闭合电路中,电动势等于内、外电压之和
C.电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领,电源把其他形式的能转化为电能越多,电动势就越大
D.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
B[电源电动势等于电源开路时正、负极间的电压,若电路闭合时由于存在内电压,此时电
源两极间的电压小于电源电动势,故A 项错.电源电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量,即在电路中通过一定电量时,电源提供的电能越多,电动势就越大,并不是电源把其他形式能转化为电能越多,电动势就越大,因为转化的能量除与电动势有关外,还与所经历的时间、用电情况有关,故C 项错.电动势和电势差意义不同,电势差是表示电能转化为其他形式能的本领的物理量,故D 项错.]
1
图414
(1)U I 图像的函数表达式:U =E -Ir .
(2)U I 图像特点:位于第一象限,与横纵坐标轴相交的倾斜直线,如图所示. (3)两个特点
①三个特征量:与纵轴交点表示电动势,与横轴交点表示短路电流,直线斜率的大小表示电源的内阻.
②两个特殊状态:当外电路断开时(R =∞),I 变为零.Ir =0,U =E ;当电源两端短路时(R =0),此时电流I 短=E r
(短路电流).
(多选)如图415是根据某次实验记录数据画出的U I 图像,下列关于这个图像的
说法中正确的是( )。