高中物理第2章电路第3节研究闭合电路学业分层测评粤教版选修3_1word版本

第三节 研究闭合电路问题探讨在不同的工作电路中,工作电源是有专门大不同的,你明白主要的不同在哪里吗? 答案:电源是一种能量的转换装置,它的工作主如果将其他形式的能转换为电能,而不同的电源这种转换本领是不同的,在物理学中一般是用电动势表示这种本领,电源的主要不同就是电动势不同,不同的用电器按需要必需配置不同电动势的电源,以知足用电器工作的要求.自学导引1.电源的最大体的特征是有____________,正极的电势比负极的电势____________,两极间存在_____________.不同的电源在没有接入电路时两极间的____________,那个电压与电源的____________在数值上是相等的.答案:两个极 高 电压 电压不同 电动势2.闭合电路的欧姆定律的表达式是____________,E 是____________,R 是____________,r 是____________.答案: r R E I += 电源电动势 电路的外电阻 电源的内电阻 3.电源的外电路两头的电压叫做路端电压,路端电压____________,实验结果表明__________________的大小有关.答案:U =E -Ir 路端电压与负载 4.电源的电动势和内阻的大小可通过实验进行测量,在实验时,有两种数据处置方式,别离是____________和____________.答案:计算法 作图法疑难剖析 电动势的物理意义【例1】 关于电动势,下列说法正确的是（ ）A.电源电动势在数值上等于路端电压B.当外电阻发生转变时,电源电动势也发生转变C.电源电动势在数值上等于内、外电路上的电压之和,与内外电路的组成无关D.电源电动势的大小能够通过实验进行测定解析:电源电动势反映电源转换能量的本领,与外电路的电阻无关,选项B 错,C 正确.电动势在数值上等于电路的内、外电压之和,与路端电压的数值不完全一样,选项A 错.电动势一般情形下是不变的,能够利用实验测定,选项D 正确.答案:CD 温馨提示:电源电动势反映电源本身的属性,与外电路无关,它的大小反映电源的本领,虽然电动势和电压的单位相同,但物理意义不同.闭合电路欧姆定律的应用 【例2】 用电动势为12 V 的直流电源对某纯电阻电路供电,现在电源的端电压为8 V,输出电流为2 A.若将外电路电阻增大到原来的2倍,则输出电流和端电压别离为( )A.1.0 A, VB.1.2 A, VC.1.5 A, VD.1.8 A,10 V解析:由题设可知,R 1=U 1/I 1=4 Ω,而E=I 1(R 1+r),r=2 Ω,R 2=2R 1=8 Ω,A 2.122=+=rR E I ,U 2=I 2R 2= Ω,正确选项为B. 答案:B 温馨提示:本题充分利用部份和闭合电路欧姆定律,先求解电源内阻,再计算外电阻改变后的端电压和输出电流.电路的动态分析【例3】 在如图231所示的电路中,当可变电阻的阻值R 变大时（ ）图2-3-1 、B 间电压增大 、B 间电压减小C.通过R 2的电流减小D.通过R 的电流增大解析:可变电阻R 的阻值变大时,应该有R↑→R 总↑→)(总R E I =↓U 内(=Ir)↓⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧↓-=↑→↑→↓↓=⇒)()()(2211I I I I U IR U Ir U R AB 内选项A 正确.答案:A温馨提示:电源工作的外电路中,某个电阻的转变会引发整个电路的电流电压转变,要肯定某部份的电流电压转变,只能按照欧姆定律和串并联电路的特征来肯定.电源电动势和内阻的测定【例4】 如图2-3-2所示的是两个闭合电路中两个电源的UI 图象,下列说法中正确的是（ ）图2-3-2A.电动势E 1=E 2,内阻r 1<r 2B.电动势E 1=E 2,内阻r 1>r 2C.电动势E 1=E 2,发生短路时的电流I 1>I 2D.当两电源的工作电流转变相同时,电源2的路端电压转变较大解析:电源的电动势和内阻的测定能够通过UI 图线来完成,由图线可知,E 1=E 2,两电源的短路电流I 1>I 2,(图线的横截距)故内阻r =E /I ,r 1<r 2,选项AC 正确.因图线1的斜率小于图线2的斜率,由图线能够取得ΔU=k ΔI ΔU 2＞ΔU 1,选项D 正确.答案:ACD温馨提示:利用实验描画的UI 图线能够比较两电源的电动势和内阻之间的关系,在实验中常常利用该方式.拓展迁移在图2-3-3的电路中,电源电动势E=6 V,内阻r=2 Ω,已知R 1=2 Ω,R 2=6 Ω,滑动变阻器的总阻值R 3=12 Ω.求图2-3-3(1)滑动变阻器的滑片P 移到什么位置时,电压表有最大值和最小值?各是多少?(2)若是移动变阻器的滑片P,使电压表的读数为1 V,变阻器的有效阻值是多大?解析:(1)当P 滑到最左端时,电压表被短路,读数最小,最小值为零,当P 滑到最右端时,R 2和R 3并联的电阻最大,电压表读数最大,且V 3)()(323213232=++++=r R R R R R R R R R U m . (2)当电压表的读数为 1 V 时,Ω===-=⇒=+-=33.1,75.025.1)()(33231I U R A R U I I A r R U E I . 答案:(1)当P 滑到最左端时,电压表有最小值为0;当P 滑到最右端时,电压表有最大值为3 V 0 3 V(2) Ω。

第二章 电路 第三节 研究闭合电路A 级 抓基础1．一太阳能电池板，测得它的开路电压为800 mV ，短路电流为40 mA ，若将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻连成一闭合电路，则它的路端电压是( )A ．0.10 VB ．0.20 VC ．0.30 VD ．0.40 V解析：电池板开路电压等于电动势E ＝800 mV.短路时I ＝E r，求得内阻r ＝20 Ω.再由欧姆定律或电压分配关系，可得外接20 Ω电阻时的路端电压为0.40 V .答案：D2．如下图所示，直线A 为电源的U －I 图线，直线B 为电阻R 的U －I 图线，用该电源和电阻组成闭合电路时，电源的电动势和内阻是( )A ．3 V ，1 ΩB ．2 V ，1 ΩC ．3 V ，0.5 ΩD ．2 V ，0.5 Ω解析：从图中可以看出电源的电动势为3 V ，电源内阻r ＝0.5 Ω，所以C 正确． 答案：C3．如图所示电路，两盏相同的电灯在闭合开关后都能发光．过了一会儿，两盏电灯突然同时都不亮了，且电压表和电流表的示数均变为零．如果电路只有一处故障，则故障可能是( )A．电灯L1断路B．电灯L2断路C．电灯L1短路D．电灯L2短路解析：电灯L1断路，则整个电路中都没有电流，灯都不亮，电表无示数．符合题意．故A正确；电灯L2断路．则电压表会与灯L1串联，电压表分担电源电压有示数，由于电压表的内阻很大，电路中电流很小，灯不亮，电流表无示数．不合题意．故B错误；电灯L1短路，灯L2会分担电源电压，会变亮，电表有示数．不合题意．故C错误；电灯L2短路，电压表也短路无示数．但灯L1会分担电源电压，会变亮，电流表有示数．不合题意．故D错误．答案：A4．一电源(电动势为E，内阻为r)，当它和一标有“6 V 3 W”的小灯泡构成闭合回路时，小灯泡恰好正常发光．如果该电源与一标有“6 V 6 W”的小灯泡构成一闭合回路，则该灯泡( )A．正常发光B．比正常发光暗C．比正常发光亮D．因不知电源内阻的大小，故无法确定解析：“6 V 3 W”的小灯泡的电阻为12 Ω，而“6 V 6 W” 的小灯泡的电阻为6Ω.由闭合电路欧姆定律I＝ER＋r知，电阻减小回路电流增大，而U＝E－Ir路端电压减小，小于6 V，所以比正常发光暗．答案：B5．如图所示电路中，电源的总功率是40 W，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，a、b两点间的电压是4.8 V，电源的输出功率是37.6 W．求：(1)通过电源的电流； (2)电源电动势E ； (3)电源的内电阻r . 解析：R 1中的电流：I 1＝U ab R 1＝1.2 A ，R 2中的电流：I 2＝U abR 2＝0.8 A ，总电流：I ＝I 1＋I 2＝2 A ， 电源总功率：P 总＝EI ， 电源电动势：E ＝P 总I＝20 V ，电源内部消耗的功率：P 内＝P 总－P 出＝2.4 W ， 由P 内＝I 2r, 电源内阻：r ＝P 内I 2＝0.6 Ω.答案：见解析B 级 提能力6．(多选)如图所示电路中，电源的内电阻不能忽略．已知定值电阻R 1＝10 Ω，R 2＝8 Ω.当开关S 接到位置1时，电压表V 的示数为2 V ；当开关S 接到位置2时，电压表V 的示数可能为( )A ．2.2 VB ．1.9 VC ．1.6 VD ．3 V解析：由I ＝ER ＋r，U ＝E 1＋r R，电阻变小而路端电压变小，读数应小于2 V ，但大于零，所以选B 、C.答案：BC7．(多选)如图所示，用两节干电池点亮几只小灯泡，当逐一闭合开关，接入灯泡增多时，以下说法正确的是( )A ．灯少时各灯较亮，灯多时各灯较暗B ．灯多时各灯两端的电压较低 C．灯多时通过电池的电流较大 D ．灯多时通过各灯的电流较大解析：由于电灯并联在电路中，所以接入电路的电灯越多，总电阻越小，电路的总电流越大，选项C 正确．此时电源的内电压越大，路端电压越低，选项B 对．流过每个灯的电流越小，每个电灯越暗，选项A 正确，选项D 错．答案：ABC8．如图所示，电路中A 、B 两灯均正常发光，R 为一滑动变阻器，P 为滑片，若将滑片向下滑动，则( )A ．A 灯变亮B ．B 灯变亮C ．R 1上消耗功率变小D ．总电流变大解析：当滑片向下滑动时R 电阻减小，外电路总电阻减小，由I ＝ER 总＋r可知干路电流I 增大，D 对；由U ＝E －Ir 可知路端电压变小，所以A 两端的电压变小，A 灯泡变暗，由U B＝E－I(r＋R1)知U B变小，B灯泡变暗；而由P＝I2R1知R1上消耗的电功率变大，C错．答案：D9．(多选)如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U－I图象，则下列说法中正确的是( )A．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．当两电源的工作电流变量相同时，电源2的路端电压变化较大解析：因为UI图线与纵坐标的交点为电动势，所以E1＝E2；而斜率为电源内阻可知r1< r2，由横坐标可知I1>I2 .答案：AD10．(多选)关于闭合电路，下列说法中正确的是( )A．闭合电路中，电流总是从电势高的地方流向电势低的地方B．闭合电路中，电源的路端电压越大，电路的电流就越大C．闭合电路中，电流越小，电源的路端电压就越大D．闭合电路中，外电阻越大，电源的路端电压就越大解析：在闭合电路中在电源内部由于非静电力做功电流从电势低的地方流向电势高的地方，A错；由U＝E－Ir可知路端电压越大，电流越小，B错C对；而U＝ER＋rR，当外电阻增大时，路端电压也增大，D对．答案：CD11．在如图所示的电路中，R1＝2 Ω，R2＝4 Ω，当电键K接a时，R2上消耗的电功率为4 W，当电键K接b时，电压表示数为4.5 V，试求：(1)电键K 接a 时，通过电源的电流和电源两端的电压； (2)电源的电动势和内电阻．解析：(1)K 接a 时，R 1被短路，外电阻为R 2，根据电功率公式：P ＝I 2R 2 ，得：I 1＝P R 2＝1 A ，P ＝U 21R 2，得：U 1＝PR 2＝4 V.(2)K 接a 时，有E ＝U 1＋I 1r ＝4＋r ，① K 接b 时，R 1和R 2串联，R ′外＝R 1＋R 2＝6 Ω， 通过电源电流I 2＝U 2R 1＋R 2＝0.75 A ，这时有：E ＝U 2＋I 2r ＝4.5＋0.75 r ，② 由①②可得：E ＝6 V ，r ＝2 Ω. 答案：见解析12．如图所示的电路中，电源的电动势E ＝12 V ，内阻未知，R 1＝8 Ω，R 2＝1.5 Ω，L 为规格“3 V 3 W”的灯泡，开关S 断开时，灯泡恰好正常发光(不考虑温度对灯泡电阻的影响)．试求：(1)灯泡的额定电流和灯丝电阻； (2)电源的内阻；(3)开关S 闭合时，灯泡实际消耗的功率． 解析：(1)灯泡的额定电流：I 0＝P 0U 0＝33A ＝1 A ，灯丝电阻R L ＝U 20P 0＝323Ω＝3 Ω.(2)断开S 时，灯L 正常发光，即I 1＝I 0，根据闭合电路欧姆定律：E ＝I 0(R 1＋R L ＋r )，得 r ＝EI 0－(R 1＋R L )＝121Ω－(8＋3) Ω＝1 Ω.(3)闭合 S 时，设外电路总电阻为R 外：R 外＝R L ·R 2R L ＋R 2＋R 1＝9 Ω，设干路电流为I 总， I 总＝ER 外＋r＝1.2 A ，灯两端的电压U L ，U L ＝I 总·R L ·R 2R L ＋R 2＝1.2 V ，灯的实际功率P L ，P L ＝U 2L R L＝0.48 W.答案：见解析。

小结： 闭合电路欧姆定律的表达形式有：
① I E （I、R间的关系） Rr
② E=U外+U内 ③ U=E-Ir （U、I 间的关系）
注意：①适用于外电路为纯电阻电路 ② ③适用于一切电路．
四、研究闭合电路的欧姆定律
E=U外+U内
外电路
对内外电路分别应用欧姆定律
RK
U外=IR U内=Ir
E IR Ir
I E Rr
内电路 Er
四、闭合电路的欧姆定律
I E Rr
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。
I=U/R称部分电路的欧姆定律
五、路端电压与负载的关系
2．用电动势为12 V的内阻不可忽略的直流电源对某 纯电阻电路供电，此时电源的路端电压为8 V，输出 电流为2 A．若将外电路电阻增大到原来的2倍，则 输出电流和路端电压分别是多少？
解析：由题设可知， R1＝U1/I1＝4 Ω， 而 E＝I1(R1＋r) 得 r＝2 Ω. R2＝2R1＝8 Ω， 则 I2＝R2E＋r＝1.2 A， U2＝I2R2＝9.6 V
由 E=U+U内 及U内=Ir 可知路端电压为
U=E-Ir
五、路端电压与负载的关系
U=E-Ir
１、如图电路：
I E Rr
R增大，电流减小，路端电压增大 R减小，电流增大，路端电压减小 特别提醒：在闭合电路中，任何一个电阻的增大(或减小)
，将引起电路总电阻的增大(或减小)．
Er
× × ×
并联支路越多，外电路总 电阻越小，则总电流就越 大，内电压就越高，那路 端电压就只能减小了。
Er
依次闭合控制小
灯泡的开关，小
灯泡的亮度有什

意义
式的能的本领大小
能转化为电能的本领大小
定义
UAB＝WqAB，数值上等于将单位电荷量
E＝W，数值上等于将单位电荷量 q
的正电荷从导体一端移到另一端电场 的正电荷从电源负极移到正极非
力所做的功
静电力所做的功
单位
伏特(V)
伏特(V)
正负 电流流过电阻，电势降落，沿电流方 一般地，在中学 E 取正值，不讨论
(3)几个特点 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＝Er (短路电流). 【例 2】 如图所示电路中，电源电动势 E＝12 V，内阻 r＝2 Ω，R1＝4 Ω， R2＝6 Ω，R3＝3 Ω.
含义 向为正，逆电流方向为负
负电动势问题
决定 由电源及导体的电阻和连接方式决定
仅由电源本身决定
-3-
因素
测量 方法
将电压表并联在被测电路两端
将内阻很大的电压表并联于电源 两端，且外电路断开
3.电池的串联
n 个完全相同的电池串联时，总电动势：E 总＝nE，总内阻：r 总＝nr. 【例 1】 将电动势为 3 V 的电源接入电路中，测得电源两极间的电压为 2.4
1．正误判断
(1)根据 I＝ E 得 E＝I(R＋r)，由此可知，电动势与电流成正比． (×) R＋r
(2)闭合电路欧姆定律
I＝ E 适用于纯电阻电路，而 R＋r
E＝U
外＋U
内适用于任何
电路．
(√)
(3)闭合电路中 U­I 图象与纵轴的交点的值就是电动势的值，图象斜率的绝对