高考物理一轮复习第七章恒定电流第2讲闭合电路的欧姆定律教案
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第2课时 电路 闭合电路欧姆定律【考纲解读】1.熟练掌握串、并联电路的特点,并能分析、计算.2.理解闭合电路欧姆定律,并能进行电路的动态分析和计算. 【知识要点】1.闭合电路欧姆定律的公式⎩⎪⎨⎪⎧I =E R +r (只适用于纯电阻电路)E =U 外+U 内(适用于任何电路)2.路端电压U 与电流I 的关系 (1)关系式:U = . (2)U -I 图象如图1所示.①当电路断路即I =0时,纵坐标的截距为 ②当外电路短路即U =0时,横坐标的截距为 ③图线的斜率的绝对值为电源的内阻. 3.电源的总功率(1)任意电路:P 总= = +IU 内=P 出+P 内. (2)纯电阻电路:P 总= =E 2R +r .4.电源内部消耗的功率:P 内= = =P 总-P 出. 5.电源的输出功率(1)任意电路:P 出= =IE -I 2r =P 总-P 内.(2)纯电阻电路:P 出=I 2R = =E 2(R -r )2R +4r .6.电源的效率(1)任意电路:η= ×100%=UE×100%.(2)纯电阻电路:η= ×100%=11+r R×100%【典型例题】例1.如图所示,E 为内阻不能忽略的电池,R 1、R 2、R 3为定值电阻,S 0、S 为开关,与分别为电压表与电流表.初始时S 0与S 均闭合,现将S 断开,则( ) A.的读数变大,的读数变小B.的读数变大,的读数变大C.的读数变小,的读数变小D.的读数变小,的读数变大例2.如图所示,已知电源电动势E =5 V ,内阻r =2 Ω,定值电阻R 1=0.5 Ω,滑动变阻器R 2的阻值范围为0~10 Ω.求:(1)当滑动变阻器R 2的阻值为多大时,电阻R 1消耗的功率最大?最大功率是多少?(2)当滑动变阻器的阻值为多大时,滑动变阻器消耗的功率最大?最大功率是多少? (3)当滑动变阻器的阻值为多大时,电源的输出功率最大?最大功率是多少?例3.如图是某同学连接的实验实物图,开关闭合后A 、B 灯都不亮,他采用以下方法进行故障检查.选用量程为10 V 的已校准的电压表进行检查,测试结果如表1所示.根据测试结果,可定故障是________.A .灯A 短路B .灯B 短路C .cd 段断路D .df 段断路例4在如图11所示的U -I 图象中,直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图线,直线Ⅱ为某一电阻R 的U -I 图线.用该电源直接与电阻R 相连组成闭合电路,由图象可知( ) A .电源的电动势为3 V ,内阻为0.5 Ω B .电阻R 的阻值为1 Ω C .电源的输出功率为4 W D .电源的效率为50% .例5 如图所示,C 1=6 μF ,C 2=3 μF ,R 1=3 Ω,R 2=6 Ω,电源电动势E =18 V ,内阻不计,下列说法正确的是( ) A .开关S 断开时,a 、b 两点电势相等 B .开关S 闭合后,a 、b 两点间的电流是2 AC .开关S 断开时C 1带的电荷量比开关S 闭合后C 1带的电荷量大D .不论开关S 断开还是闭合,C 1带的电荷量总比C 2带的电荷量大【拓展训练】1.[电路的动态分析]如图所示电路,电源内阻不可忽略.开关S 闭合后,在变阻器R 0的滑动端向下滑动的过程中( )A.电压表与电流表的示数都减小B.电压表与电流表的示数都增大C.电压表的示数增大,电流表的示数减小D.电压表的示数减小,电流表的示数增大2.[电路的动态分析](2013·江苏单科·4)在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警装置,电路如图所示.M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻R M发生变化,导致S两端电压U增大,装置发出警报,此时()A.R M变大,且R越大,U增大越明显B.R M变大,且R越小,U增大越明显C.R M变小,且R越大,U增大越明显D.R M变小,且R越小,U增大越明显3.[电路中的功率与效率]电源的电动势为E=30 V,内阻为r=1 Ω,将它与一只“6 V12 W”的灯泡和一台电阻为2 Ω的小电动机串联组成闭合电路,当灯泡正常发光时,若不计摩擦,电动机输出机械功率与输入电功率之比为()A.91% B.82% C.67% D.60%4.[电路中功率的动态分析](2012·上海·17)直流电路如图所示,在滑动变阻器的滑片P向右移动时,电源的()A.总功率一定减小B.效率一定增大C.内部损耗功率一定减小D.输出功率一定先增大后减小5.[电路故障的判断]如图所示的电路中,电源的电动势为6 V,当开关S接通后,灯泡L1、L2都不亮,用电压表测得各部分的电压是U ab=6 V,U ad=0 V,U cd=6 V,由此可判定() A.L1和L2的灯丝都烧断了的灯丝烧断了B.LC.L2的灯丝烧断了D.变阻器R断路6.[电路故障的判断]在如图所示的电路中,由于某一电阻发生短路或断路,A 灯变暗,B灯变亮,则故障可能是()A.R1短路B.R2断路C.R3断路D.R4短路5.[两种U-I图象的理解]如图所示,直线A为某电源的U-I图线,曲线B为某小灯泡的U-I图线,用该电源和小灯泡组成闭合电路时,电源的输出功率和电源的总功率分别是( )A .4 W,8 WB .2 W,4 WC .2 W,3 WD .4 W,6 W6.电源U -I 图象与功率图象的结合]如图所示,图中直线①表示某电源的路端电压与电流的关系图象,图中曲线②表示该电源的输出功率与电流的关系图象,则下列说法正确的是( ) A .电源的电动势为50 VB .电源的内阻为253ΩC .电流为2.5 A 时,外电路的电阻为15 ΩD .输出功率为120 W 时,输出电压是30 V7.[含容电路的分析]电源、开关S 、定值电阻R 1、R 2、光敏电阻R 3和电容器连接成如图所示电路,电容器的两平行板水平放置.当开关S 闭合,并且无光照射光敏电阻R 3时,一带电液滴恰好静止在电容器两板间的M 点,当用强光照射光敏电阻R 3时,光敏电阻的阻值变小,则( ) A .液滴向下运动 B .液滴向上运动 C .电容器所带电荷量减少D .电容器两极板间电压变大8.[含容电路的分析]如图16所示,R 1、R 2、R 3、R 4均为可变电阻,C 1、C 2均为电容器,电源的电动势为E ,内阻r ≠0.若改变四个电阻中的一个阻值,则( )A .减小R 1,C 1、C 2所带的电荷量都增加B .增大R 2,C 1、C 2所带的电荷量都增加 C .增大R 3,C 1、C 2所带的电荷量都增加D .减小R 4,C 1、C 2所带的电荷量都增加9.如图所示是某直流电路中电压随电流变化的图象,其中a 、b 分别表示路端电压、负载电阻上电压随电流变化的情况,下列说法正确的是( ) A .阴影部分的面积表示电源输出功率 B .阴影部分的面积表示电源内阻上消耗的功率 C .当满足α=β时,电源效率最高D .当满足α=β时,电源效率小于50%。
高中物理《闭合电路欧姆定律》教案一、教学目标1.知识与技能–了解欧姆定律的基本概念和公式–掌握计算电流、电阻和电压关系的方法–理解闭合电路中电流、电阻、电压的作用和相互关系2.过程与方法–通过实验观察和数据分析,帮助学生理解欧姆定律–引导学生进行思维导图和概念表的绘制,加深对欧姆定律的理解–进行小组合作和讨论,培养学生合作与交流的能力3.情感、态度和价值观–培养学生的实验探究能力和科学思维–引导学生正确对待电路中的安全问题–培养学生对物理学科的兴趣和积极参与的态度二、教学重难点•教学重点:欧姆定律的基本概念和公式,计算电流、电阻和电压关系的方法•教学难点:欧姆定律与电路实际问题的应用三、教学过程1. 导入(5分钟)•使用一个简单的问题来引导学生思考:为什么我们打开水龙头,水就会流出来?•引导学生讨论,从中引出电流的概念以及与水流的类比。
2. 欧姆定律的引入(10分钟)•通过实验演示,展示欧姆定律的实验验证过程,引出欧姆定律的概念。
•让学生观察演示实验并记录相关数据,进行电压、电流和电阻的初步计算。
3. 欧姆定律的讲解与推导(15分钟)•结合实验数据和观察结果,讲解欧姆定律的定义和公式。
•通过推导欧姆定律的数学表达方式,让学生理解电流、电阻和电压之间的关系。
4. 欧姆定律的应用(15分钟)•分发练习题,让学生运用欧姆定律解决相关问题。
•引导学生分析不同电路中电流、电阻、电压的变化情况,加深对欧姆定律的理解。
5. 实例分析与讨论(15分钟)•列举一些生活中常见的电路问题,并引导学生分析和解决。
•小组合作讨论,让学生共同探讨电路问题背后的物理原理。
6. 总结归纳(10分钟)•引导学生进行思维导图和概念表的绘制,总结和归纳欧姆定律的重点内容。
•鼓励学生提出问题,解答学生的疑惑。
7. 课堂作业(5分钟)•布置相关练习题,巩固学生对欧姆定律的掌握程度。
•提示学生注意实验安全问题,并鼓励他们积极参与物理实验。
高中物理《闭合电路的欧姆定律》教案设计一、教学目标:1. 让学生理解闭合电路的概念,掌握欧姆定律的内容及公式。
2. 培养学生运用欧姆定律解决实际问题的能力。
3. 引导学生通过实验探究,提高观察、分析、解决问题的能力。
二、教学内容:1. 闭合电路的定义及组成。
2. 欧姆定律的内容:电流I与电压U、电阻R之间的关系,即I=U/R。
3. 欧姆定律的应用:解决电流、电压、电阻的实际问题。
三、教学重点与难点:1. 重点:闭合电路的概念,欧姆定律的公式及应用。
2. 难点:欧姆定律在实际问题中的运用。
四、教学方法:1. 采用问题驱动法,引导学生探究闭合电路的欧姆定律。
2. 利用实验现象,让学生直观地理解欧姆定律。
3. 运用案例分析法,培养学生解决实际问题的能力。
五、教学过程:1. 导入新课:通过提问方式引导学生回顾电流、电压、电阻的关系,引出闭合电路的欧姆定律。
2. 讲解闭合电路的概念,阐述欧姆定律的定义及公式。
3. 演示实验:让学生观察实验现象,验证欧姆定律。
4. 案例分析:提供一些实际问题,让学生运用欧姆定律解决。
5. 总结与拓展:对本节课内容进行总结,布置课后作业,引导学生进一步探究欧姆定律的运用。
教案设计示例:1. 导入新课教师提问:“同学们,我们知道电流、电压、电阻之间有什么关系吗?”引导学生回顾电流、电压、电阻的关系。
接着,教师提出:“在闭合电路中,电流、电压、电阻之间的关系又是怎样的呢?今天我们就要学习闭合电路的欧姆定律。
”2. 讲解闭合电路的概念,阐述欧姆定律的定义及公式教师讲解闭合电路的概念,阐述欧姆定律的定义及公式I=U/R。
通过示例让学生理解欧姆定律的应用。
3. 演示实验教师进行实验演示,让学生观察实验现象,验证欧姆定律。
实验过程中,教师引导学生注意观察电流表、电压表的读数变化,并与理论公式进行对比。
4. 案例分析教师提供一些实际问题,让学生运用欧姆定律解决。
例如:“一个电阻为10Ω的电路,电压为10V,求电流大小。
高中物理《闭合电路的欧姆定律》教案设计一、教学目标1. 让学生理解闭合电路的概念,了解欧姆定律的定义和意义。
2. 让学生掌握欧姆定律的数学表达式,并能进行相关的计算。
3. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 闭合电路的概念介绍。
2. 欧姆定律的定义和数学表达式。
3. 欧姆定律的应用和计算。
三、教学重点与难点1. 重点:欧姆定律的数学表达式和应用。
2. 难点:闭合电路的概念和欧姆定律的实际应用。
四、教学方法1. 采用问题驱动的教学方法,引导学生通过观察和实验发现欧姆定律。
2. 使用多媒体教学辅助工具,展示实验过程和结果,帮助学生形象理解。
3. 组织学生进行小组讨论和问题解答,培养学生的合作和思考能力。
五、教学过程1. 引入:通过电路实验,引导学生观察电流和电压的关系,激发学生对闭合电路和欧姆定律的兴趣。
2. 讲解:介绍闭合电路的概念,讲解欧姆定律的定义和数学表达式,解释其物理意义。
3. 实践:学生进行电路实验,测量电流和电压值,验证欧姆定律。
4. 应用:引导学生运用欧姆定律解决实际问题,如电流的计算、电阻的测量等。
5. 总结:对本节课的内容进行总结,强调闭合电路和欧姆定律的重要性和应用。
六、教学评估1. 课堂问答:通过提问方式检查学生对闭合电路概念和欧姆定律的理解程度。
2. 实验报告:评估学生在电路实验中的操作技能和对实验结果的分析能力。
3. 课后作业:布置相关计算题和应用题,检验学生对欧姆定律的应用能力。
七、教学拓展1. 介绍欧姆定律在现代科技领域中的应用,如电路设计、手机电池等。
2. 探讨欧姆定律的局限性,如在非线性电路中的适用性问题。
八、教学资源1. 多媒体课件:展示实验过程、电路图和计算实例。
2. 实验器材:电路实验所需的器材,如电阻、电压表、电流表等。
3. 参考资料:提供相关学术论文或书籍,供有兴趣深入了解的学生参考。
九、教学建议1. 鼓励学生在课堂上积极提问,培养学生的质疑精神。
高中物理《闭合电路的欧姆定律》教案一、学习目标1. 了解闭合电路的概念和结构;2. 掌握欧姆定律的基本原理与表达式;3. 能够用欧姆定律计算电路中电流、电压、电阻的关系;4. 能够应用欧姆定律解决物理问题。
二、学习重点1. 欧姆定律的原理和表达式;2. 电路中电流、电压、电阻的关系。
三、学习难点1. 如何理解欧姆定律的物理意义;2. 如何应用欧姆定律解决实际问题。
四、教学方法1. 探究式教学法;2. 讲解与演示相结合的教学方法;3. 合作学习法。
五、教学步骤1. 导入新知识通过检查学生对电路的认识程度,简要介绍闭合电路的概念和结构,分析闭合电路中电流的流动原理,并分享欧姆定律发现的历史背景和意义。
2. 探究欧姆定律的基本原理让学生在小组内自主探究欧姆定律的基本原理,并展示其研究成果。
引导学生发现欧姆定律的物理意义及其表达式。
3. 欧姆定律的实验验证通过实际电路实验,学生可以用欧姆定律来推导电路中电阻、电流、电压的变化规律,加深对欧姆定律的理解。
4. 应用欧姆定律解决实际问题教师通过举例,引导学生运用欧姆定律解决实际问题。
学生可以在小组内合作研究,提高学生的综合运用能力。
5. 巩固与拓展再次让学生回顾欧姆定律和闭合电路的相关知识点,并拓展了解并讨论其在生活中的应用。
六、教学策略1. 充分利用多媒体教学手段,让学生更直观地理解欧姆定律的规律。
2. 建立合作学习机制,让学生通过小组合作的方式拓展知识,提高合作学习能力。
3. 丰富的实验、案例分析与问题解决,让学生更贴近生活,更愿意学习,更易掌握知识。
七、教学评估1. 课中实验操作评估;2. 讨论评估,回答问题评估;3. 思维导图、概念关系图评估;4. 自主学习报告评估。
一、教学目标1. 让学生理解闭合电路的概念,掌握欧姆定律的内容及应用。
2. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
3. 引导学生通过实验探究,提高观察、分析、总结的能力。
二、教学内容1. 闭合电路的定义及特点2. 欧姆定律的表述:电流I等于电压U与电阻R的比值,即I=U/R。
3. 欧姆定律的应用:计算电路中的电流、电压和电阻。
三、教学重点与难点1. 重点:闭合电路的概念,欧姆定律的表述及应用。
2. 难点:欧姆定律在复杂电路中的应用。
四、教学方法1. 采用问题驱动法,引导学生思考和探究。
2. 利用实验现象,让学生直观地理解欧姆定律。
3. 运用案例分析,培养学生解决实际问题的能力。
五、教学过程1. 引入新课:通过讨论闭合电路的概念,引导学生了解欧姆定律的研究对象。
2. 讲解闭合电路的特点,阐述欧姆定律的表述。
3. 演示实验:测量不同电阻下的电流和电压,让学生观察欧姆定律的实验现象。
4. 分析实验结果,引导学生总结欧姆定律的规律。
5. 案例分析:让学生运用欧姆定律计算实际电路中的电流、电压和电阻。
6. 课堂小结:强调闭合电路欧姆定律的重要性及应用范围。
7. 布置作业:设计一些有关闭合电路欧姆定律的应用题,巩固所学知识。
六、教学策略1. 采用问题驱动法,引导学生思考和探究。
2. 通过实验现象,让学生直观地理解欧姆定律。
3. 运用案例分析,培养学生解决实际问题的能力。
4. 利用多媒体教学,增强学生的学习兴趣。
5. 组织小组讨论,提高学生的合作能力。
七、教学准备1. 准备实验器材:电流表、电压表、电阻箱、电源等。
2. 设计实验方案,确定实验步骤。
3. 准备案例资料,挑选适合的题目。
4. 制作多媒体课件,辅助教学。
八、教学评价1. 课堂问答:检查学生对闭合电路欧姆定律的理解程度。
2. 实验报告:评估学生在实验中的观察、分析、总结能力。
3. 作业完成情况:检查学生对知识的掌握和应用能力。
4. 小组讨论:评价学生的合作精神和解决问题能力。
第2讲闭合电路欧姆定律知识排查电动势和内阻1.电动势(1)定义:电源在内部移动电荷过程中,非静电力对电荷做的功与移动电荷的电荷量的比值。
(2)定义式:E=错误!,单位为伏特,符号为V。
(3)大小:电动势在数值上等于在电源内部非静电力把1 C正电荷从负极移送到正极所做的功。
2.内阻:电源内部导体的电阻.闭合电路的欧姆定律1。
闭合电路的欧姆定律(1)内容:闭合电路里的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电阻之和成反比。
(2)公式①I=错误!(只适用于纯电阻电路);②E=U外+Ir(适用于所有电路)。
2.路端电压与外电阻的关系1.思考判断(1)电动势的大小反映了电源把电能转化为其他形式的能的本领强弱。
( )(2)电动势由电源中非静电力的特性决定,与电源的体积无关,与外电路无关。
()(3)电动势等于电源的路端电压.()(4)闭合电路中外电阻越大,路端电压越大。
( )(5)在闭合电路中,外电阻越大,电源的输出功率越大。
()(6)电源的输出功率越大,电源的效率越高.( )答案(1)×(2)√(3)×(4)√(5)×(6)×2.[人教选修3-1P63第1题]一个电源接8 Ω电阻时,通过电源的电流为0。
15 A,接13 Ω电阻时,通过电源的电流为0。
10 A,则电源的电动势和内阻分别为( )A.2 V 1。
5 ΩB.1。
5 V 2 ΩC.2 V 2 Ω D。
1。
5 V 1.5 Ω解析由闭合电路欧姆定律得E=I1(R1+r)E=I2(R2+r)代入数据联立得r=2 Ω,E=1。
5 V。
答案B3。
[人教版选修3-1P63第3题]许多人造卫星都用太阳电池供电。
太阳电池由许多片电池板组成。
某电池板不接负载时的电压是600 μV,短路电流是30 μA。
则这块电池板的内阻( )A.2 ΩB.20 ΩC。
200 Ω D。
2 000 Ω答案 B闭合电路的动态变化分析1。
判定总电阻变化情况的规律(1)当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小)。
第二节闭合电路及其欧姆定律一、电源电动势及内阻1.电源电源是把负电荷从正极搬到负极的一种装置;从能的转化角度看,电源是________________的装置。
2.电源的电动势表征电源__________的本领,在数值上等于在电源内部把1库仑的正电荷从负极移到正极非静电力做的功或电源没有接入电路时两极间的电压。
电动势由电源自身的非静电力的特性决定,与电源体积大小无关,与外电路无关。
3.内阻电流通过电源内部时也受阻碍作用,阻碍的强弱用____________表示。
电池用久后,r 会________________。
二、闭合电路欧姆定律1.内容闭合电路里的电流跟电源的_________成正比,跟内、外电路的___________成反比。
2.公式______________,变形后也可以写成E=IR+I r或E=U外+U内。
3.适用条件外电路为纯电阻电路。
三、路端电压1.定义外电路两端的电压即电源的输出电压,U=E-I r。
2.与外电阻的关系当外电路总电阻R增大时,由I=ER+r知,总电流I________,由U=E-I r知,路端电压U________。
如图所示为U-R图象。
四、电源的U-I图象1.定义电源的输出电压与输出电流的变化关系图线。
由U=E-I r可画出U-I关系图线如图所示。
2.规律(1)当电路断路即I=0时,纵轴上的截距为______________;(2)当电路短路即U=0时,横轴上的截距为_________________;(3)图线斜率的绝对值为电源的_______________;(4)图线上任一点对应的U 、I 比值为相应外电路的电阻。
1.下列关于电源电动势的说法中正确的是( )A .在某电源的电路中,每通过2 C 的电荷量,电源提供的电能是4 J ,那么这个电源的电动势是0.5 VB .电源的路端电压增大时,其电源的电动势一定也增大C .无论内电压和外电压如何变化,其电源的电动势一定不变D .电源的电动势越大,电源所能提供的电能就越多2.(2012·合肥教学质量检测)如图所示,电源电动势为4 V ,内阻为1 Ω,电阻R 1=3 Ω,R 2=R 3=4 Ω,电流表的内阻不计,闭合S 电路达稳定状态后,电容器两极间电压为( )A .0B .2.3 VC .3 VD .3.2 V3.两个相同的电阻R ,当它们串联后接在电动势为E 的电源上,通过一个电阻的电流为I ;若将它们并联后仍接在该电源上,通过一个电阻的电流仍为I ,则电源的内阻为( )A .4RB .RC .R2D .无法计算4.(2013·屯溪一中期中)如图电路,a 、b 、c 分别表示电流表或电压表,电表都是理想的,则下列各组电表示数中可能的是( )A .a =1 A ,b =2 V ,c =0.5 AB .a =2 V ,b =1 A ,c =0.5 AC .a =2 V ,b =0.5 A ,c =1 AD .a =0.5 A ,b =1 A ,c =2 V一、两个U-I 图象的比较自主探究1在如图所示的U-I 图象中,直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图象,直线Ⅱ为某一电阻R 的U-I 图线。
峙对市爱惜阳光实验学校第三高三物理一轮复习< 闭合电路的欧姆律>一、教材分析本节首先介绍了电动势的概念,再引入外电路、内电路以及各自的电阻根本概念,从而得出了闭合电路的欧姆律,根据闭合电路的欧姆律得到了路端电压与负载之间的关系,最后又从能量的角度分析了闭合电路的功率。
教学的该在闭合电路的欧姆律;路端电压与负载的关系以及闭合电路中的功率的计算,特别是闭合电路只能适用于纯电阻电路,对有电动机存在的非纯电阻电路的处理问题要详细介绍。
二、教学目标〔一〕知识与技能1、能够推导出闭合电路欧姆律及其公式,知道电源的电动势于内、外电路上电势降落之和。
2、理解路端电压与负载的关系,知道这种关系的公式表达和图线表达,并能用来分析、计算有关问题。
3、掌握电源断路和短路两种特殊情况下的特点。
知道电源的电动势于电源没有接入电路时两极间的电压,熟练用闭合电路欧姆律解决有关的电路问题。
4、理解闭合电路的功率表达式,知道闭合电路中能量的转化。
〔二〕过程与方法1、通过演示路端电压与负载的关系,培养学生利用“研究,得出结论〞的探究物理规律的思路和方法。
2、通过利用闭合电路欧姆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、态度与价值观通过本节课教学,对学生素质的培养,通过探究物理规律培养学生的创精神和实践能力。
三、教学难点教学1、推导闭合电路欧姆律,用律进行有关讨论。
2、路端电压与负载的关系教学难点路端电压与负载的关系四、学情分析1.知识根底分析:①初中掌握了欧姆律,会利用该律列式求解相关问题。
②掌握了电场力做功的计算方法。
2.学习能力分析:①学生的观察、分析能力不断提高,能够初步地、独现事物内在联系和一般规律的能力。
②具有初步的概括归纳总结能力、逻辑推力能力、综合分析能力。
五、教学方法演示,讨论,举例六、课前准备1.学生的学习准备:预习学案。
2.教师的教学准备:多媒体课件制作,课前预习学案,课内探究学案,课后延伸拓展学案。
第2节闭合电路欧姆定律【基础梳理】提示:非静电力负极正极Wq其他形式的能电能内阻正比反比ER+r电源电动势电源内阻短路电流【自我诊断】判一判(1)电路中某电阻的阻值最大,该电阻的功率不一定最大.( )(2)电路中只有一个电阻增大时,电路的总电阻不一定增大.( )(3)电流表改装时,并联的电阻越小,改装后的量程越大.( )(4)电动势就是电源两极间的电压.( )(5)闭合电路中的电流跟电源电动势成正比,跟整个电路的电阻成反比.( )(6)闭合电路中的短路电流无限大.( )提示:(1)√(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×做一做(多选)如图所示为某一电源的U-I图线,由图可知( )A .电源电动势为2VB .电源内电阻为13Ω C .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提示:AD闭合电路的动态分析【题组过关】1.如图所示,L 1、L 2、L 3三只电灯泡均能发光,当把滑动变阻器的触头P 向下滑动时,三只电灯泡亮度的变化是( )A .L 1、L 2、L 3都变亮B .L 1、L 2变亮,L 3变暗C .L 1、L 3变亮,L 2变暗D .L 1变亮,L 2、L 3变暗解析:选B.滑动变阻器的触头P 向下滑动时,滑动变阻器连入电路的阻值R 减小,所以电路总电阻值R 总减小,由闭合电路欧姆定律知总电流⎝ ⎛⎭⎪⎫I 总=E R 总+r 变大,通过L 1的电流增大,L 1两端的电压U L1增大,故L 1变亮;由于I 总变大,所以内阻上的电压(U 内=I 总r )变大,所以L 3两端的电压(U L3=E -U L1-U 内)变小,通过L 3的电流I L3变小,所以L 3变暗;由于I 总变大,I L3变小,所以通过L 2的电流(I L2=I 总-I L3)一定增大,L 2变亮,选B.2.(2020·金华高三月考)如图所示电路中,L1、L2为两只相同的灯泡,R为光敏电阻(随光照的增强电阻减小),当光照强度逐渐增强的过程中,下列判断正确的是( )A.L1、L2两灯均逐渐变暗B.L1灯逐渐变暗,L2灯逐渐变亮C.电源内电路消耗功率逐渐减小D.光敏电阻R和灯泡L1消耗的总功率逐渐增大解析:选B.当光照增强时,光敏电阻R的阻值减小,电路的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可得,电路中总电流增大,则L2灯逐渐变亮,由U=E-Ir可知,路端电压减小,L2灯的电压增大,则L1灯两端的电压减小,故L1灯逐渐变暗,故A错误,B正确;总电流增大,由P=I2r知电源内电路消耗功率逐渐增大,故C错误;将L2灯看成电源内电路的一部分,光敏电阻R和灯泡L1消耗的总功率是等效电源的输出功率,由于等效电源的内阻大于外电阻,所以当光敏电阻的阻值减小,即外电阻减小时,等效电源的内外电阻差加大,输出功率减小,则光敏电阻R和灯泡L1消耗的总功率逐渐减小,故D错误.闭合电路的动态分析方法(1)程序法:R局增大(减小)→R总增大(减小)→I总减小(增大)→U外增大(减小)→I局和U局.注意:当外电路的任何一部分电阻增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小).(2)直观法:①任一电阻R阻值增大,必引起通过该电阻的电流I的减小和该电阻两端电压U的增大;②任一电阻R阻值增大,必将引起与之并联的支路中电流I并的增大和与之串联的各电路电压U串的减小.(3)极限法:由滑动变阻器引起的电路变化的问题,可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端或将变阻器的阻值推向两个极端进行分析讨论.但此时要注意是否出现极值情况,即变化是否单调.(4)特殊值法:对于某些特殊电路问题,可以采取代入特殊值的方法去判定.闭合电路的故障分析【题组过关】1.如图所示的电路中,电源的电动势为6V,当开关S接通后,灯泡L1、L2都不亮,用电压表测得各部分的电压是U ab=6V,U ad=0,U cd=6V,由此可判定( )A.L1和L2的灯丝都烧断了B.L1的灯丝烧断了C.L2的灯丝烧断了D.滑动变阻器R断路解析:选C.由U ab=6V可知,电源完好,灯泡都不亮,说明电路中出现断路故障.由U cd=6V可知,灯泡L1与滑动变阻器R是接通的,断路故障出现在c、d之间,故灯L2断路,选项C正确.2.(2020·绍兴质检)如图所示是某物理小组同学研究串联电路中电流、电压特点的实物连接图.当开关闭合时,灯L1亮,灯L2不亮,电流表和电压表均有读数.则故障原因可能是( ) A.L1断路B.L1短路C.L2断路D.L2短路答案:D常用电路故障检查方法(1)电压表检测:如果电压表示数为零,则说明可能在并联路段之外有断路,或关联路段短路.(2)电流表检测:当电路中接有电源时,可用电流表测量各部分电路上的电流,通过对电流值的分析,可以确定故障的位置.在运用电流表检测时,一定要注意电流表的极性和量程.(3)欧姆表检测:当测量值很大时,表示该处断路,当测量值很小或为零时,表示该处短路.在运用欧姆表检测时,电路一定要切断电源.(4)假设法:将整个电路划分为若干部分,然后逐一假设某部分电路发生某种故障,运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理.对U-I图象的理解与应用【题组过关】1.(多选)(2020·杭州四校联考)在如图所示的U-I图象中,直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图象,直线Ⅱ为某一电阻R 的伏安特性曲线,用该电源直接与电阻R 相连组成闭合电路,由图象可知下列说法正确的是( )A .电源的电动势为3V ,内阻为0.5ΩB .电阻R 的阻值为1ΩC .电源的输出功率为4WD .电源的效率为50%解析:选ABC.由图线Ⅰ纵轴截距读出电源的电动势E =3V ,其斜率的绝对值等于电源的内阻r =⎪⎪⎪⎪⎪⎪ΔU ΔI =36Ω=0.5Ω,故A 正确.电阻R 的阻值为R =U I =22Ω=1Ω,故B 正确.两图线的交点表示该电源直接与电阻R 相连组成闭合电路时电路中电流和路端电压,则有U =2V ,I =2A ,电源的输出功率为P =UI =2×2W =4W ,故C 正确.电源的效率为η=UI EI =23≈66.7%,故D 错误. 2.(多选)A 、B 两电源分别供电时其路端电压与电流的关系图线如图所示,则下述正确的是( )A .电源电动势E A =E BB .电源内阻r A =r BC .电源A 的短路电流为0.2AD .电源B 的短路电流为0.3A解析:选BD.由闭合电路欧姆定律得U =E -Ir ,当I =0时,U=E ,U -I 图线的斜率的绝对值等于电源内阻大小.由图看出,A 的电动势为2V ,B 的电动势为1.5V ,即有电源电动势E A >E B ,故A 错误.两图线平行,说明电源的内阻相等,即r A =r B ,故B 正确.电源A 的短路电流为I A =E A r A =22-10.2A =0.4A ,故C 错误.电源B 的短路电流为I B =E B r B = 1.51.5-10.1A =0.3A ,故D 正确.两种图象的比较电源U -I 图象 电阻U -I 图象图形物理意义电源的路端电压随电路电流的变化关系电阻两端电压随电阻中的电流的变化关系 截距与纵轴交点表示电源电动势E ,与横轴交点表示电源短路电流E r过坐标轴原点,表示没有电压时电流为零 坐标的乘积UI 表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率 坐标的比值U I 表示外电阻的大小,不同点对应的外电阻大小不同每一点对应的比值均等大,表示此电阻的大小 斜率内电阻r 电阻大小 闭合电路的功率和效率【题组过关】1.(2020·杭州八校联考)两电源电动势分别为E 1、E 2(E 1>E 2),内阻分别为r 1、r 2.当这两个电源分别和一阻值为R 的电阻连接时,电源输出功率相等.若将R减小为R′,电源输出功率分别为P1、P2,则( )A.r1<r2,P1<P2 B.r1>r2,P1>P2C.r1<r2,P1>P2 D.r1>r2,P1<P2解析:选D.如图所示,由伏安特性曲线可知,r1>r2,若将R 减小为R′,电源输出功率P1<P2,选项D正确.2.直流电路如图所示,在滑动变阻器的滑片P向右移动时,关于电源的说法错误的是( )A.总功率一定减小B.效率一定增大C.内部损耗功率一定减小D.输出功率一定先增大后减小解析:选D.滑片P向右移动时外电路电阻R外增大,由闭合电路欧姆定律知总电流减小,由P总=EI可得P总减小,故选项A正确.根据η=R 外R 外+r=11+rR外可知选项B正确.由P内=I2r可知,选项C正确.由P输-R外图象,因不知道R外的初始值与r的关系,所以无法判断P输的变化情况,选项D错误.当电源的输出功率最大时,效率并不是最大,只有50%;当R→∞时,η→100%,但此时P出→0,无实际意义.电源总功率任意电路:P总=EI=P出+P内纯电阻电路:P总=I2(R+r)=E2R+r电源内部消耗的功率P内=I2r=P总-P出电源的输出功率任意电路:P出=UI=P总-P内纯电阻电路:P出=I2R=E2R(R+r)2P出与外电阻R的关系电源的效率任意电路:η=P出P总×100%=UE×100% 纯电阻电路:η=RR+r×100%1.(多选)(2020·金华基础测试)手电筒中的干电池的电动势为1.5V,用它给某小灯泡供电时,电流为0.3A,在某次接通开关的10s时间内,下列说法正确的是( )A.干电池把化学能转化为电能的本领比电动势为2V的蓄电池强B.干电池在10s内将4.5J的化学能转化为电能C.电路中每通过1C的电量,电源把1.5J的化学能转化为电能D.该干电池外接电阻越大,输出功率越大解析:选BC.电动势越大则将其他形式的能转化为电能的本领越大,A错误;由W=EIt可知,10s内转化的电能W=1.5×0.3×10J =4.5J,B正确;由W=Eq可知,电路中每通过1C的电量,电源把1.5J 的化学能转化为电能,C 正确;电源的输出功率取决于内外电阻的关系,因本题中不明确二者关系,故无法确定功率变化,D 错误.2.某一导体的伏安特性曲线如图(曲线)所示,关于导体的电阻,以下说法正确的是( )A .B 点的电阻为12ΩB .B 点的电阻为40ΩC .当电压由3V 变为6V 时,导体的电阻因温度的影响改变了1ΩD .当电压由3V 变为6V 时,导体的电阻因温度的影响改变了9Ω解析:选B.根据电阻的定义式可以求出A 、B 两点的电阻分别为R A =30.1Ω=30Ω,R B =60.15Ω=40Ω,所以ΔR =R B -R A =10Ω,故B 对,A 、C 、D 错.3.(2020·浙江名校联考)巨磁电阻(GMR)电流传感器可用来准确检测大容量远距离直流输电线路中的强电流,其原理是巨磁电阻效应.巨磁电阻效应是指某些磁性材料的电阻R 在一定磁场作用下随磁感应强度B 的增加而急剧减小的特性.如图所示检测电路,设输电线路电流为I (不是GMR 中的电流),GMR 为巨磁电阻,R 1、R 2为定值电阻,已知输电线路电流I 在巨磁电阻GMR 处产生的磁场的磁感应强度B 的大小与I 成正比,下列有关说法正确的是( )A .如果I 增大,电压表V 1示数减小,电压表V 2示数增大B.如果I增大,电流表A示数减小,电压表V1示数增大C.如果I减小,电压表V1示数增大,电压表V2示数增大D.如果I减小,电流表A示数增大,电压表V2示数减小解析:选A.巨磁电阻的电阻值随着外电流的增大而减小,如果I增大,巨磁电阻的电阻值减小,根据闭合电路欧姆定律,电流I′增大,路端电压U1=E-I′r减小,电阻R2两端的电压U2=I′R2增大,即电压表V1示数减小,电压表V2示数增大,电流表A示数增大,故A正确,B错误;如果I减小,巨磁电阻的电阻值增大,根据闭合电路欧姆定律,电流I′减小,路端电压U1=E-I′r增大,电阻R2两端的电压U2=I′R2减小,即电压表V1示数增大,电压表V2示数减小,电流表A示数减小,故C、D错误.4.(2020·浙江9+1联盟测试)如图,E为内阻不能忽略的电池,R1、R2、R3为定值电阻,S0、S为开关,V与A分别为电压表与电流表.初始时S0与S均闭合,现将S断开,则( ) A.V的读数变大,A的读数变小B.V的读数变大,A的读数变大C.V的读数变小,A的读数变小D.V的读数变小,A的读数变大解析:选B.S断开,相当于电阻变大,则由闭合电路欧姆定律可得电路中总电流减小,故路端电压增大,V的读数变大;而R1两端的电压减小,故R3两端的电压增大,由欧姆定律可知R3中的电流也增大,A的读数变大,故B正确.[课后达标]一、选择题1.某同学将标称值为“220V,100W”的灯泡A和标称值为“220V,40W”的灯泡B串联接入电路,发现灯泡B反而比灯泡A 更亮,如图所示.对该现象的分析正确的是( )A.流过灯泡B的电流较灯泡A更大B.加在灯泡B两端的电压较灯泡A更高C.灯泡B的电阻较灯泡A更小,所以流过电流更大D.这种现象不正常,可能标称值有误答案:B2.(2020·丽水质检)将一电源电动势为E,内阻为r的电池,与外电路连接,构成一个闭合电路,用R表示外电路电阻,I表示电路的总电流,下列说法正确的是( )A.由U外=IR可知,外电压随I的增大而增大B.由U内=Ir可知,电源两端的电压随I的增大而增大C.由U外=E-Ir可知,电源输出电压随输出电流I的增大而减小D.由P=IU外可知,电源的输出功率P随输出电流I的增大而增大答案:C3.如图所示,一只玩具电动机用一节干电池供电,闭合电键后发现电动机转速较慢.经检测,电动机性能完好;用电压表测a、b间电压,只有0.6V;断开电键S,测a、b间电压接近1.5V,由此判断,电动机转动较慢的原因是( ) A.开关S接触不良B.电动机两端接线接触不良C.电动机两端接线短路D.电池过旧,内阻过大答案:D4.在校园冬季安全大检查中,某学习小组发现学校宿舍楼的火警报警装置的电路如图所示,R1为热敏电阻,温度升高时,R1急剧减小,当电铃两端电压达到一定值时,电铃会响,则下列说法正确的是( )A.若报警器的电池老化(内阻变大,电动势不变),不会影响报警器的安全性能B.若试验时发现当有火时装置不响,应把R2的滑片P向下移C.若试验时发现当有火时装置不响,应把R2的滑片P向上移D.增大电源的电动势,会使报警的临界温度升高解析:选C.设电铃工作电压为U,当IR2=U时报警;若电池内阻较大,同一温度时,R2上电压较小,可能不会报警,A错误;R2减小时,R1上电压增大,R2上电压减小,可能不报警,B错误;反之,R2上电压增大,易报警,C正确;电源电动势增大时,报警温度应降低,D错误.5.(2020·嘉兴基础测试)某同学将一直流电源的总功率P E、输出功率P R 和电源内部的发热功率P r 随电流I 变化的图线画在同一坐标系内,如图所示,根据图线可知错误的是( )A .反映P r 变化的图线是cB .电源电动势为8VC .电源内阻为2ΩD .当电流为0.5A 时,外电路的电阻为6Ω解析:选B.电源的总功率P E =IE ,功率与电流成正比,由P r =I 2r 知电源内部的发热功率与电流的平方成正比,A 正确.电流为2A 时电源的总功率与电源内阻发热功率相等,可得出电源电动势为4V ,内阻为2Ω,当电流为0.5A 时,根据闭合电路欧姆定律可得出外电路的电阻为6Ω,B 错误,C 、D 正确.6.(2020·浙江七市联考)有一个电动势为3V 、内阻为1Ω的电源.下列电阻与其连接后,使电阻的功率大于2W ,且使该电源的效率大于50%的是( )A .0.5ΩB .1ΩC .1.5ΩD .2Ω 解析:选C.由闭合电路欧姆定律得I =E R +r ,η=IR I (R +r )×100%>50%,P =I 2R >2W ,即⎝ ⎛⎭⎪⎫E R +r 2R >2W ,得12Ω<R <2Ω,要使电源的效率大于50%,应使R >r =1Ω,故选项C 正确.7.如图所示的电路中,已知电源电动势为E ,内电阻为r,滑动变阻器R的阻值可以从零连续增大到R max,定值电阻R1的阻值r<R1<R max,则下列结论不正确的是( )A.当R=R1-r时,R1消耗的功率最大B.R消耗的最大功率可能为E24(r+R1)C.当R=0时,R1消耗的功率最大D.外电路消耗的最大功率为E2R1(r+R1)2解析:选A.因为r<R1<R max,计算R的最大功率时,可把R1+r 等效为电源的内阻,此时可能出现R max大于、等于或小于R1+r,因此R的最大功率可能为E24(r+R1);计算R1的最大功率,只需要回路中电流最大,此时R=0,R1消耗的功率为E2R1(r+R1)2;计算外电路消耗的最大功率时,R1+R越接近r的值,对应外电路的功率越大,当R=0时,外电路的最大功率就等于R1的最大功率,选项B、C、D正确,A错误.8.某同学将一直流电源的总功率P E、电源内部的发热功率P r 和输出功率P R随电流I变化的图线画在了同一坐标系中,如图中的a、b、c所示.以下判断不正确的是( )A.在a、b、c三条图线上分别取横坐标相同的A、B、C三点,这三点的纵坐标一定满足关系P A=P B+P CB.b、c图线的交点与a、b图线的交点的横坐标之比一定为1∶2,纵坐标之比一定为1∶4C .电源的最大输出功率P m =9WD .电源的电动势E =3V ,内电阻r =1Ω解析:选C.在a 、b 、c 三条图线上分别取横坐标相同的A 、B 、C 三点,因为直流电源的总功率P E 等于输出功率P R 和电源内部的发热功率P r 的和,所以这三点的纵坐标一定满足关系P A =P B +P C ,故A 正确;当内电阻和外电阻相等时,电源的输出功率最大,此时电路中的电流即为b 、c 图线的交点处的电流,此时电流的大小为ER +r=E 2r ,功率的大小为E 24r,a 、b 图线的交点表示电源的总功率P E 和电源内部的发热功率P r 相等,此时电路中只有电源的内电阻,所以此时电流的大小为E r ,功率的大小为E 2r,所以横坐标之比为1∶2,纵坐标之比为1∶4,故B 正确;图线c 表示电源的输出功率与电流的关系图象,很显然,最大输出功率小于3W ,故C 错误;当I =3A 时,P R =0,说明外电路短路,根据P E =EI 知电源的电动势E=3V ,内电阻r =E I=1Ω,故D 正确. 9.(2020·宁波联考)氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测,它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化.在如图所示电路中,不同的一氧化碳浓度对应传感器不同的电阻值,电压表的示数与一氧化碳的浓度一一对应,观察电压表示数就能判断一氧化碳浓度是否超标.已知氧化锡传感器的电阻的倒数与一氧化碳浓度成正比,那么,电压表示数U 与一氧化碳浓度ρ之间的对应关系正确的是( )A.U越大,表示ρ越大,ρ与U成正比B.U越大,表示ρ越小,ρ与U成反比C.U越大,表示ρ越大,但ρ与U不成正、反比关系D.U越大,表示ρ越小,但ρ与U不成正、反比关系解析:选C.根据题意,设氧化锡传感器的电阻为R1=kρ,电源的电动势为E,内阻为r,电压表的示数U=ER0kρ+r+R+R0,ρ越大,U越大,但U与ρ既不成正比也不成反比,选项C正确.10.(2020·浙江名校联盟统考)如图所示,M、N是平行板电容器的两个极板,R0为定值电阻,R1、R2为可调电阻,用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部.闭合电键S,小球静止时受到悬线的拉力为F.调节R1、R2,关于F的大小判断正确的是( )A.保持R1不变,缓慢增大R2时,F将变大B.保持R1不变,缓慢增大R2时,F将变小C.保持R2不变,缓慢增大R1时,F将变大D.保持R2不变,缓慢增大R1时,F将变小解析:选B.保持R1不变,缓慢增大R2时,由于R0和R2串联,R0两端的电压减小,即平行板电容器的两个极板的电压U减小,带电小球受到的电场力F电=qE=q Ud减小,悬线的拉力为F=(mg)2+F2电将减小,选项B正确,A错误.保持R2不变,缓慢增大R1时,R0两端的电压不变,F电不变,悬线的拉力为F不变,C、D错误.11.有一种测量人体重的电子秤,其原理如图中虚线内所示,它主要由三部分构成:踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表).设踏板的质量可忽略不计,已知理想电流表的量程为3A,电源电动势为12V,内阻为2Ω,电阻R随压力变化的函数式为R=30-0.02F(F和R的单位分别是N和Ω).下列说法正确的是( )A.该秤能测量的最大体重是1400NB.该秤能测量的最大体重是1300NC.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.4A处D.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.3A处解析:选A.由E=I(r+R)可得R最小值为R=2Ω.由R=30-0.02F可得F最大值为1400N,选项A正确、B错误;该秤零刻度线为F=0,R=30Ω,对应电流I=Er+30=0.375A,选项C、D 错误.12.(2020·温州质检)如图所示,直线A、B分别为电源a、b的路端电压与电流的关系图线,设两个电源的内阻分别为r a 和r b ,若将一定值电阻R 0分别接到a 、b 两电源上,通过R 0的电流分别为I a 和I b ,则下列不正确的是( )A .r a >r bB .I a >I bC .R 0接到a 电源上,电源的输出功率较大,但电源的效率较低D .R 0接到b 电源上,电源的输出功率较小,电源的效率较低 解析:选D.在电源路端电压与电流的关系图象中斜率表示电源内阻,r a >r b ,A 正确.在图象中作出定值电阻R 0的伏安特性曲线,与电源的伏安特性曲线交点表示电路工作点,I a >I b ,B 正确.R 0接到a 电源上,电源的输出功率较大,但电源的效率较低,R 0接到b 电源上,电源的输出功率较小,但电源的效率较高,C 正确,D 错误.二、非选择题13.(2020·浙江十校联考)如图所示的电路中,输入电压U AB =200V ,可变电阻的总阻值R 0=150Ω,允许通过的电流为4A ,求:(1)当输出端a 、b 开路时U ab 的值;(2)当输出端接入R =40Ω的负载时,U ab 的可能变化范围. 解析:(1)a 、b 开路时,U ab =U AB =200V.(2)画出变阻器的等效电路图如图所示,当滑动触头向下方移动,下方部分电流达到临界状态,即为4A 时,下方部分电阻R 0下=2004Ω=50Ω,上方部分电阻为100Ω,此时U ab =40100+40×200V≈57.1V .当滑动触头向上方移动,上方部分电流达到临界状态,即为4A 时,同理可知,上方部分的电阻R 0上=⎝ ⎛⎭⎪⎫2004-40Ω=10Ω,此时U ab =4050×200V =160V. 答案:(1)200V (2)57.1V ≤U ab ≤160V14.(2020·浙江猜题卷)如图甲所示的电路中,R 1、R 2均为定值电阻,且R 1=100Ω,R 2阻值未知,R 3为一滑动变阻器.当其滑片P 从左端滑至右端时,测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图线如图乙所示,其中A 、B 两点是滑片P 在变阻器的两个不同端点得到的.求:(1)电源的电动势和内阻;(2)定值电阻R 2的阻值;(3)滑动变阻器的最大阻值.解析:(1)题图乙中AB 延长线,交U 轴于20V 处,交I 轴于1.0A 处,所以电源的电动势为E =20V ,内阻r =E I 短=20Ω. (2)当P 滑到R 3的右端时,电路参数对应图乙中的B 点,即U 2=4V 、I 2=0.8A ,得R 2=U 2I 2=5Ω. (3)当P 滑到R 3的左端时,由图乙知此时U 外=16V ,I 总=0.2A , 所以R 外=U 外I 总=80Ω因为R外=R1R3R1+R3+R2,所以滑动变阻器的最大阻值为:R3=300Ω.答案:见解析。
第2讲 闭合电路的欧姆定律知识点一 串、并联电路的特点 1.特点对比2.(1)串联电路的总电阻 其中任一部分电路的总电阻.(2)并联电路的总电阻 其中任一支路的总电阻,且小于其中最小的电阻. (3)无论电阻怎样连接,每一段电路的总耗电功率P 总是等于各个电阻耗电功率之和. (4)无论电路是串联还是并联,电路中任意一个电阻变大时,电路的总电阻变大. 答案:1.I 1=I 2=…=I n I 1+I 2+…+I n U 1+U 2+…+U n U 1=U 2=…=U n R 1+R 2+…+R n1R 1+1R 2+…+1R n2.(1)大于 (2)小于知识点二 电源的电动势和内阻 1.电动势(1)定义:电动势在数值上等于非静电力把 1 C 的 在电源内从 移送到 所做的功.(2)表达式:E = .(3)物理意义:反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量.2.内阻:电源内部也是由导体组成的,也有电阻,叫做电源的 ,它是电源的另一重要参数.答案:1.(1)正电荷 负极 正极 (2)Wq2.内阻 知识点三 闭合电路的欧姆定律1.内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成 ,跟内、外电路的电阻之和成 .2.公式⎩⎪⎨⎪⎧I = 只适用于纯电阻电路)E = 适用于任何电路)3.路端电压U 与电流I 的关系(1)关系式:U=.(2)UI图象如图所示.①当电路断路即I=0时,纵坐标的截距为.②当外电路电压为U=0时,横坐标的截距为.③图线的斜率的绝对值为电源的.答案:1.正比反比 2.ER+rU外+U内 3.(1)E-Ir(2)①电源电动势②短路电流③内阻(1)电动势的大小反映了电源把电能转化为其他形式的能的本领强弱.( )(2)电动势由电源中非静电力的特性决定,与电源的体积无关,与外电路无关.( )(3)电动势等于电源的路端电压.( )(4)电路中某电阻增大,该电阻的功率一定增大.( )(5)闭合电路中外电阻越大,路端电压越大.( )(6)在闭合电路中,外电阻越大,电源的输出功率越大.( )(7)电源的输出功率越大,电源的效率越高.( )答案:(1) (2) (3) (4) (5)(6) (7)考点电路的动态分析1.电路的动态变化是指由于断开或闭合开关、滑动变阻器滑片的滑动等造成电路结构发生了变化,一处变化又引起了一系列的变化.2.电路动态分析的方法——程序法第一步:确定电路的外电阻R外如何变化.第二步:根据闭合电路欧姆定律I总=ER外+r确定电路中的总电流如何变化. 第三步:由U内=I总r确定内电压如何变化.第四步:由U 外=E -U 内确定路端电压如何变化.第五步:由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化.第六步:由串、并联电路的规律确定各支路两端的电压以及通过各支路的电流如何变化.考向1 纯电阻电路动态分析[典例1] (多选)在如图所示的电路中,闭合开关S ,当滑动变阻器的滑片P 向下滑动时,四个理想电表的示数都发生变化,电表的示数分别用I 、U 1、U 2和U 3表示,电表示数变化量的大小分别用ΔI 、ΔU 1、ΔU 2和ΔU 3表示.下列判断正确的是( )A.U 1I 不变,ΔU 1ΔI 不变B.U 2I 变大,ΔU 2ΔI 变大C.U 2I 变大,ΔU 2ΔI不变 D.U 3I 变大,ΔU 3ΔI不变 [解题指导] 解答本题的思路如下:滑动变阻器的滑片P 向下滑动→R 2接入电路部分的电阻增大→总电阻增大,总电流减小→由U 1I 、U 2I 、U 3I 、ΔU 1ΔI 、ΔU 2ΔI 、ΔU 3ΔI的意义进行分析判断.[解析] 因为ΔU 1ΔI =U 1I =R 1,且R 1不变,所以U 1I 不变,ΔU 1ΔI 不变;因为U 2I=R 2,且R 2变大,所以U 2I 变大,但ΔU 2ΔI =ΔI R 1+r )ΔI =R 1+r ,所以ΔU 2ΔI 不变;因为U 3I =R 2+R 1,所以U 3I 变大,又ΔU 3ΔI=ΔIr ΔI =r ,故ΔU 3ΔI 不变.选项A 、C 、D 正确. [答案] ACD考向2 含容电路动态分析[典例2] (2016·新课标全国卷Ⅱ)阻值相等的四个电阻、电容器C 及电池E (内阻可忽略)连接成如图所示电路.开关S 断开且电流稳定时,C 所带的电荷量为Q 1;闭合开关S ,电流再次稳定后,C 所带的电荷量为Q 2.Q 1与Q 2的比值为( )A.25B.12C.35D.23[解题指导] 画出开关断开和闭合时的等效电路图,确定电容器和哪部分电路并联,这是解题的关键.[解析] 电路中四个电阻阻值相等,开关S 断开时,外电路的连接等效为图1,由于不计电池的内阻,设每个定值电阻的阻值为R ,根据串并联电路的特点可知,电容器两端的电压为U 1=12×23R 23R +R E =15E ;当开关S 闭合后,外电路的连接等效为图2,则电容器两端的电压为U 2=12R 12R +R E =13E ,由Q =CU 可知,Q 1Q 2=U 1U 2=35,C 项正确.图1 图2 [答案] C[变式1] (多选)如图所示,C 1=6 μF ,C 2=3 μF ,R 1=3 Ω,R 2=6 Ω,电源电动势E =18 V ,内阻不计.下列说法正确的是()A.开关S 断开时,a 、b 两点电势相等B.开关S 闭合后,a 、b 两点间的电流是2 AC.开关S 断开时C 1带的电荷量比开关S 闭合后C 1带的电荷量大D.不论开关S 断开还是闭合,C 1带的电荷量总比C 2带的电荷量大答案:BC 解析:S 断开时外电路处于断路状态,两电阻中无电流通过,电阻两端电势相等,由图知a 点电势与电源负极电势相等,而b 点电势与电源正极电势相等,A 错误.S 断开时两电容器两端电压都等于电源电动势,而C1>C2,由Q=CU知此时Q1>Q2,当S闭合时,稳定状态下C1与R1并联,C2与R2并联,电路中电流I=ER1+R2=2 A,此时两电阻两端电压分别为U1=IR1=6 V,U2=IR2=12 V,则此时两电容器所带电荷量分别为Q′1=C1U1=3.6×10-5C、Q′2=C2U2=3.6×10-5C,对电容器C1来说,S闭合后其两端电压减小,所带电荷量也减小,故B、C正确,D错误.考向3 电路故障分析[典例3] (多选)在如图所示的电路中,由于某一电阻发生短路或断路,A灯变暗,B灯变亮,则故障可能是( )A.R1短路B.R2断路C.R3断路D.R4短路[解析] 由于A灯串联于干路中,且故障发生后,A灯变暗,故知电路中总电流变小,即电路总电阻变大,由此推知,故障应为某一电阻断路,排除选项A、D.假设R2断路,则其断路后,电路总电阻变大,总电流变小,A灯变暗,同时R2断路必引起与之并联的B灯中电流变大,使B灯变亮,推理结果与现象相符,故选项B正确.假设R3断路,则总电阻变大,总电流变小,使A灯变暗,同时R3断路也必引起与之并联的电路(即R1所在支路)中电流增大,B灯中分得的电流也变大,B灯变亮,故选项C正确.[答案] BC电路动态分析的两个结论(1)判定总电阻变化情况的规律①当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小).②若开关的通、断使串联的用电器增多时,电路的总电阻增大;若开关的通、断使并联的支路增多时,电路的总电阻减小.(2)“串反并同”①所谓“串反”,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小,反之则增大.②所谓“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大,反之则减小.考点 电源的功率和效率考向1 电源的功率及效率的分析与计算[典例4] (多选)直流电路如图所示,在滑动变阻器的滑片P 向右移动时,电源的()A.总功率一定减小B.效率一定增大C.内部损耗功率一定减小D.输出功率一定先增大后减小[解题指导] 由于本题未给出滑片的初始位置,在判断电源输出功率时需注意. [解析] 滑片P 向右移动时外电路电阻R 外增大,由闭合电路欧姆定律知总电流减小,由P 总=EI 可得P 总减小,故选项A 正确;根据η=R 外R 外+r =11+rR 外可知选项B 正确;由P 输=I 2r可知,选项C 正确;P 输R 外图象如图所示,因不知道R 外的初始值与r 的大小关系,所以无法判断P 输的变化情况,选项D 错误.[答案] ABC[变式2] 一台小型电动机在3 V 电压下工作,用此电动机提升重力为4 N 的物体时,通过电动机的电流是0.2 A.在30 s 内可将该物体匀速提升3 m.若不计除电动机线圈生热之外的能量损失,求:(1)电动机的输入功率;(2)在开始提升物体后的30 s 内,电动机线圈所产生的热量; (3)电动机线圈的电阻.答案:(1)0.6 W (2)6 J (3)5 Ω解析:(1)电动机的输入功率P 入=IU =0.2×3 V=0.6 W. (2)电动机提升物体的机械功率P 机=Fv =mg ·st=0.4 W由能量守恒定律得P 入=P 机+P 热 故P 热=P 入-P 机=(0.6-0.4)W =0.2 W所以电动机线圈产生的热量Q =P 热t =0.2×30 J=6 J. (3)根据焦耳定律Q =I 2Rt 可得线圈电阻R =Q I 2t =60.22×30Ω=5 Ω. 考向2 电源功率的图象问题[典例5] (多选)某同学将一直流电源的总功率P E 、输出功率P R 和电源内部的发热功率P r 随电流I 变化的图线画在了同一坐标系中,如图中的a 、b 、c 所示.以下判断正确的是( )A.在a 、b 、c 三条图线上分别取横坐标相同的A 、B 、C 三点,这三点的纵坐标一定满足关系P A =P B +P CB.b 、c 图线的交点与a 、b 图线的交点的横坐标之比一定为1∶2,纵坐标之比一定为1∶4C.电源的最大输出功率P m =9 WD.电源的电动势E =3 V ,内电阻r =1 Ω[问题探究] (1)图中a 、b 、c 三条图线分别表示电源的哪个功率随电流变化的图线? (2)这三个功率有什么关系? (3)什么时候电源的输出功率最大?[提示] (1)图线a 表示电源总功率随电流变化的图线,b 和c 分别表示发热功率和输出功率随电流变化的图线.(2)P E =P R +P r .(3)对纯电阻电路,当内、外电路电阻相等时,输出功率最大.[解析] 在a 、b 、c 三条图线上分别取横坐标相同的A 、B 、C 三点,因为直流电源的总功率P E 等于输出功率P R 和电源内部的发热功率P r 的和,所以这三点的纵坐标一定满足关系P A =P B +P C ,所以A 正确;当内电阻和外电阻相等时,电源输出的功率最大,此时即为b 、c图线的交点处的电流,此时电流的大小为ER +r =E 2r ,功率的大小为E 24r,a 、b 图线的交点表示电源的总功率P E 和电源内部的发热功率P r 相等,此时只有电源的内电阻,所以此时电流的大小为E r ,功率的大小为E 2r,所以横坐标之比为1∶2,纵坐标之比为1∶4,所以B 正确;图线c表示电源的输出功率与电流的关系图象,很显然,最大输出功率小于3 W ,故C 错误;当I =3 A 时,P R =0,说明外电路短路,根据P E =EI 知电源的电动势E =3 V ,内电阻r =EI=1 Ω,故D 正确.[答案] ABD1.在非纯电阻电路中,欧姆定律不再适用,不能用欧姆定律求电流,应用P =UI 求电流.2.在非纯电阻电路中,电功大于电热,即W >Q ,这时电功只能用W =UIt 计算,电热只能用Q =I 2Rt 计算,两式不能通用.3.由能量守恒定律得W =Q +E ,E 为其他形式的能.对电动机来说,输入功率P 入=IU ,发热功率P 热=I 2r ,输出的功率即机械功率P 机=P 入-P 热=UI -I 2r .考点两类U I 图象的比较及应用[典例6] 如图甲所示的电路中R1=R2=100 Ω,是阻值不随温度而变的定值电阻.白炽灯泡L的伏安特性曲线如图乙所示.电源电动势E=100 V,内阻不计.求:甲乙(1)当开关S断开时,灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实际电功率;(2)当开关S闭合时,灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实际电功率.[解题指导] 由灯泡的伏安特性曲线可知,随工作电压和电流不同,其阻值不同,因此需要找出接入电路时的实际电压和电流的关系式并作出其伏安特性曲线.两条伏安特曲线的交点的坐标值即为实际工作电压和电流.[解析] (1)当S断开时,因R1是定值电阻,与灯泡串联,设灯泡上的电压为U1,电流为I1,根据闭合电路的欧姆定律有:E=U1+IR1,代入数据得:I1=1-U1100.在IU图象上作出图线,如图所示,这条直线与灯泡的伏安特性曲线的交点为(40 V,0.60 A).由此可知此时流过灯泡的电流为0.6 A,灯泡上的电压为40 V,灯泡的实际功率P=24 W.(2)当S闭合时,设灯泡上的电压为U2,电流为I2,根据闭合电路的欧姆定律有:E=U2+⎝⎛⎭⎪⎫I 2+U 2R 2R 1,代入数据得:I 2=1-U 250,在I U 图象上作出图线,如图所示,这条直线与灯泡的伏安特性曲线的交点为(25 V,0.5 A).由此可知此时流过灯泡的电流为0.5 A ,灯泡上的电压为25 V ,灯泡的实际功率P =12.5 W.[答案] 见解析[变式3] 已知两电源的电动势分别为E 1、E 2(E 1>E 2),内阻分别为r 1、r 2.当两电源分别与阻值为R 的电阻连接时,外电路消耗的功率正好相等.若电阻R 减小一些,再与E 1、E 2分别连接时,对应的外电路消耗的功率分别是P 1、P 2.则( )A.r 1<r 2,P 1<P 2B.r 1<r 2,P 1>P 2C.r 1>r 2,P 1<P 2D.r 1>r 2,P 1>P 2答案:C 解析:由外电路消耗的功率相等得⎝⎛⎭⎪⎫E 1R +r 12R =⎝ ⎛⎭⎪⎫E 2R +r 22R ,又知E 1>E 2,则(R +r 1)2>(R +r 2)2,故r 1>r 2,再画出U I 图象如图所示,可知R 减小一些(图中虚线),在E 2中电流增加量大,由P =I 2R 可得P 1<P 2,所以只有C 项正确.利用两种图象解题的基本方法利用电源的U I 图象和电阻的U I 图象解题,无论电阻的U I 图象是线性还是非线性,解决此类问题的基本方法是图解法,即把电源和电阻的U I 图线画在同一坐标系中,图线的交点即电阻的“工作点”,电阻的电压和电流可求,其他的量也可求.1.[电路的动态分析](多选)在如图所示电路中,闭合开关S ,理想电流表和理想电压表的示数分别用I 和U 表示,当滑动变阻器的滑动触头P 向左滑动时,两表的示数都发生变化.电源的电动势和内电阻始终不变,则下列说法正确的是( )A.I 变大,U 变小B.UI变大C.R 1的功率一定变大D.电源的总功率一定减小 答案:BD 解析:根据电路图可知,R 1、R 2、电流表串联后接在电源两端,电压表并联在R 2两端.当滑动触头P 向左滑动时,R 2连入电路的阻值变大,由闭合电路欧姆定律可判断,I 变小,U 变大,则U I变大,A 错误,B 正确;由P R 1=I 2R 1,知R 1的功率P R 1变小,C 错误;电源的总功率P 总=E 2R 总,因R 总变大,则P 总是变小的,D 正确. 2.[含容电路动态分析]如图所示的电路中,当滑动变阻器R 2的滑动触头P 向下滑动时( )A.电压表的读数减小B.R 1消耗的功率增大C.电源的输出功率增大D.电容器C 所带电荷量增多答案:D 解析:根据电路图可知,R 1、R 2串联后接在电源两端,电容器C 并联在R 2两端,电压表测路端电压.当滑动触头P 向下滑动时,R 2连入电路的电阻变大,则总电阻变大,由I =U R知电流I 减小,由U =E -Ir 知路端电压增大,则电压表示数变大,电源的输出功率P 出=UI 无法判断.由P R 1=I 2R 1知,R 1消耗的功率变小.由U R =E -(R 1+r )I 知电容器两端电压变大,则电容器所带电荷量增多;综上所述,A 、B 、C 错误,D 正确.3.[电路故障分析](多选)在如图所示的电路中,电源的电动势E 和内阻r 恒定,闭合开关S 后灯泡能够发光,经过一段时间后灯泡突然变亮,若电路中仅有一处故障,则出现这种现象的原因可能是( )A.电阻R 1短路B.电阻R 2断路C.电阻R 2短路D.电容器C 损坏答案:AB 解析:若电阻R 1短路,电路中总电阻减小,总电流增大,灯泡与R 2并联部分两端电压增大,则灯泡变亮,故A 符合题意.若电阻R 2断路,则总电阻增大,总电流减小,R 1及内阻r 分担的电压减小,则灯泡两端的电压增大,灯泡变亮,故B 符合题意;若电阻R 2短路,则灯泡也被短路,不亮,故C 不符合题意;若电容器C 损坏,对灯泡亮度没有影响,故D 不符合题意.4.[电源的U I 图象](多选)如图所示,直线A 、B 分别为电源a 、b 的路端电压与电流的关系图线,设两个电源的内阻分别为r a 和r b ,若将一定值电阻R 0分别接到a 、b 两电源上,通过R 0的电流分别为I a 和I b ,则( )A.r a >r bB.I a >I bC.R 0接电源a 时,电源的输出功率较大,但效率较低D.R 0接电源b 时,电源的输出功率较小,效率较低答案:ABC 解析:在电源路端电压与电流的关系图象中,斜率表示电源内阻,则r a >r b ,A 正确;在图象中作出定值电阻R 0的伏安特性曲线,与电源的伏安特性曲线交点表示电路工作点,I a >I b ,B 正确;R 0接电源a 时,电源的输出功率较大,但效率较低,R 0接电源b 时,电源的输出功率较小,但效率较高,C 正确,D 错误.5.[电源的功率]如图所示,电源电动势E =12 V ,内阻r =3 Ω,R 0=1 Ω,直流电动机内阻R ′0=1 Ω,当调节滑动变阻器R 1时可使甲电路输出功率最大,调节R 2时可使乙电路输出功率最大,且此时电动机刚好正常工作(额定输出功率为P 0=2 W),则R 1和R 2的值分别为( )甲 乙A.2 Ω,2 ΩB.2 Ω,1.5 ΩC.1.5 Ω,1.5 ΩD.1.5 Ω,2 Ω答案:B 解析:因为题中甲电路是纯电阻电路,当外电阻与电源内阻相等时,电源的输出功率最大,所以R 1=2 Ω;而乙电路是含电动机电路,欧姆定律不适用,电路的输出功率P =IU =I (E -Ir ),当I =E 2r=2 A 时,输出功率P 有最大值,此时电动机的输出功率为P 0=2 W ,发热功率为P 热=I 2R ′0=4 W ,所以电动机的输入功率为P 入=P 0+P 热=6 W ,电动机两端的电压为U M =P 入I =3 V ,电阻R 2两端的电压为U R 2=E -U M -Ir =3 V ,所以R 2=U R 2I =1.5 Ω,选项B 正确.。