![高中物理 143 典型案例分析 课件(沪科版选修31)[可修改版ppt]](https://imgs-1438308264.cos.ap-hongkong.myqcloud.com/93309c120c22590103029d04.webp)
学案3 典型案例分析[学习目标定位] 1.了解欧姆表内部结构，会用闭合电路欧姆定律分析欧姆表的工作原理.2.会运用闭合电路欧姆定律分析动态电路问题．多用电表电阻挡测电阻原理图1如图1所示，当红、黑表笔间接入被测电阻Rx时，通过表头的电流I＝Er＋Rg＋RP＋Rx.改变Rx，电流I随着改变，每个Rx值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与I值对应的Rx值，就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值．一、多用电表电阻挡测电阻的原理[问题设计]1．电压表、大量程电流表都是由电流表改装的，试画出把电流表改装成测量电阻的欧姆表的原理图．答案2．当黑、红表笔短接时(如图2甲所示)，调节RP的阻值，使指针指到满刻度，则Ig＝ERP＋Rg＋r，此时表示的黑、红表笔间电阻为多大？图2答案为零．3．当黑、红表笔不接触时(如图乙所示)，电路中无电流，指针不偏转，即指向电流表的零点．此时，黑、红表笔之间电阻为多大？答案无穷大．4．当将电阻Rx接在黑、红表笔间时(如图丙所示)，则通过电流表的电流I与Rx的关系是怎样的？答案I＝ERg＋r＋RP＋Rx.[延伸思考] 1.欧姆表的刻度均匀吗？为什么？答案不均匀．因Rx与I是非线性关系，所以欧姆表的刻度是不均匀的，零刻度在刻度盘最右端，越向左刻度越密集．2．当I＝12Ig，即指针半偏时，待测电阻Rx与欧姆表内阻有什么关系？答案 当I ＝12Ig(指针半偏)时，Rx ＝r ＋Rg ＋RP ，即欧姆表表盘的中值电阻等于欧姆表内阻． [要点提炼]1．欧姆表内部结构：表头、电源、可变电阻．2．欧姆表原理：闭合电路欧姆定律．如图1所示，由I ＝E Rg ＋r ＋RP ＋Rx知，每个Rx 值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与I 值对应的Rx 值，就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值．3．I 与Rx 不成比例，欧姆表的刻度不均匀．欧姆表的电阻零刻度是电流最大刻度处，而欧姆表电阻“∞”刻度是电流零刻度处，所以欧姆表偏角越大，表明被测电阻越小．4．当欧姆表指针指向表盘中央时，有12Ig ＝E Rx ＋Rg ＋r ＋R，解得Rx ＝Rg ＋r ＋R ＝R 内，即当指针半偏时，表盘的中值电阻R 中＝R 内．二、闭合电路的动态问题分析[问题设计]如图3所示电路，电源内阻不可忽略．开关S 闭合后，在滑动变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中．图3(1)电路中的总电阻如何变化？(2)通过电源的电流如何变化？(3)内电压如何变化？外电压(即电压表的示数)如何变化？(4)R1两端电压(即电压表示数)如何变化？(5)R2和R0并联部分电压(即电压表的示数)如何变化？(6)R2上的电流(即的示数)如何变化？答案 (1)R0滑动端向下滑动，使R0减小，电路中的总电阻R 总减小(2)由I ＝U R 总＋r知，R 总减小，I 增大 (3)由U 内＝Ir ，知U 内增大由U 外＝E －Ir 知，U 外减小，示数减小．(4)R1两端电压U1＝IR1，U1增大，示数增大．(5)R2和R0并联电压U 并＝U 外－U1，所以U 并减小，示数减小．(6)R2上的电流I2＝U 并R2，因U 并减小，故I2减小，示数减小． [要点提炼]闭合电路动态问题分析的具体步骤：(1)由题目给出的条件判断动态的变化，进而判断闭合电路总电阻的变化情况；(2)依据I ＝E R ＋r，判断闭合电路干路电流的变化情况； (3)依据U ＝E －Ir ，判断外电路电压(路端电压)的变化情况；(4)依据分压、分流原理判断电路其他部分电流、电压的变化情况．一、欧姆表的原理例1 如图4所示为一简单欧姆表原理示意图，其中电流表的满偏电流Ig ＝300 μA ，内阻Rg ＝100 Ω，可变电阻R 的最大阻值为10 k Ω，电池的电动势E ＝1.5 V ，内阻r ＝0.5 Ω，图中与接线柱A 相连的表笔颜色应是________色．按正确使用方法测量电阻Rx 阻值时，指针指在刻度盘的正中央，则Rx ＝________k Ω，若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小、内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述Rx ，其测量结果与原结果相比将________(填“变大”、“变小”或“不变”)．图4 解析 由I ＝E Rg ＋R ＋r ＋Rx 及Ig ＝E Rg ＋R ＋r 知，指针指中央，I ＝12Ig ＝150 μA ，Rx ＝5 k Ω；因欧姆表的内阻变大，同样的电阻值，电流变小，读数变大．答案 红 5 变大二、闭合电路的路端电压例2 如图5所示，电源的电动势为3 V ，内阻为1 Ω，两个相同的小灯泡H1和H2的额定电压均为2.5 V ，额定电流均为0.3 A.图5(1)当开关S1闭合，S2断开时，试计算H1中的电流和加在H1上的电压；(2)当开关S1、S2都闭合时，试计算H2中的电流和加在H2上的电压．有同学做了如下解答：(1)小灯泡H1和H2的电阻均为R ＝2.50.3Ω＝8.3 Ω 干路中电流I ＝E R ＋r ＝38.3＋1A ＝0.32 A 小灯泡H1上的电压即为路端电压U ＝E －Ir ＝(3－0.32×1) V＝2.68 V(2)因小灯泡H2与小灯泡H1并联，小灯泡H2上的电压U ＝2.68 V ，小灯泡H2中的电流I2＝U R2＝2.688.3A ＝0.32 A. 你认为这位同学的解答正确吗？为什么？请把你的想法说出来，并与同学进行交流．再把你的解答过程写出来．解析 问题(1)的解答正确，对于问题(2)，这位同学的解答不正确．当开关S1、S2都闭合时，H1和H2并联的总电阻R 总＝4.15 Ω，路端电压发生变化，不再是2.68 V.电路中的总电流I ＝E R 总＋r ＝35.15A ＝0.58 A H2中的电流I2＝12I ＝0.29 A H2两端的电压U2＝I2R ＝2.4 V.答案 见解析三、闭合电路的动态问题分析例3 在如图6所示电路中，当滑动变阻器滑片P 向下移动时，则( )图6A ．A 灯变亮、B 灯变亮、C 灯变亮B ．A 灯变亮、B 灯变亮、C 灯变暗C ．A 灯变亮、B 灯变暗、C 灯变暗D ．A 灯变亮、B 灯变暗、C 灯变亮解析 滑片P 向下移动，变阻器电阻减小，外电路总电阻减小，根据I ＝E R ＋r知，电路电流增大，灯A 两端电压UA 增大而变亮，根据U ＝E －Ir ，路端电压变小，U ＝UA ＋UB ，所以UB 减小，灯B 电阻不变，所以灯B 电流IB减小，灯B变暗．干路电流I＝IB＋IC，因为I增大、IB减小，所以IC增大，灯C应变亮，选项D是正确的．答案 D1．(欧姆表测电阻的原理)如图7为多用电表电阻挡的原理示意图，其中电流表的满偏电流为300 μA，内阻Rg ＝100 Ω，调零电阻最大阻值R＝50 kΩ，串联的固定电阻R0＝50 Ω，电池电动势E＝1.5 V，内阻不计，用它测量电阻Rx，能准确测量的阻值范围是( )图7A．30 kΩ～80 kΩB．3 kΩ～8 kΩC．300 kΩ～800 kΩD．3 000 kΩ～8 000 kΩ答案 B解析当红、黑表笔短接调零时，Ig＝ER＋Rg＋R0，R＋Rg＋R0＝EIg＝1.5300×10－6Ω＝5 000 Ω使用欧姆表读数时在中值电阻5 kΩ左右读数最为准确，所以能准确测量的阻值范围为3 kΩ～8 kΩ. 2．(闭合电路的动态问题分析)如图8所示的电路中，当变阻器R3的滑动触头P向a端移动时( )图8A．电压表示数变大，电流表示数变小B．电压表示数变小，电流表示数变大C．电压表示数变大，电流表示数变大D．电压表示数变小，电流表示数变小答案 B3．(闭合电路欧姆定律的应用)如图9所示，R1＝14 Ω，R2＝9 Ω，当S扳到位置1时，电压表示数为2.8 V，当开关S扳到位置2时，电压表示数为2.7 V，求电源的电动势和内阻．(电压表为理想电表)图9答案 3 V 1 Ω解析扳到1时：I1＝U1/R1＝0.2 A由闭合电路欧姆定律U1＝E－I1r得：2.8＝E －0.2r ①扳到2时： I2＝U2/R2＝0.3 A由闭合电路欧姆定律得： 2.7＝E －0.3r ②由①②解得：E ＝3 V ，r ＝1 Ω题组一 欧姆表的原理1．下列关于欧姆表的说法中正确的是( )A ．表盘刻度是非均匀的，从零刻度开始，刻度值越大处，刻度越密B ．红表笔是与表内电源的正极相连的C ．为了减小误差，应尽量使指针指向中间左右的刻度处D ．用电阻挡测电阻时，被测电阻的阻值越大，指针向右转过的角度就越大答案 AC2．关于欧姆表，下列说法正确的是( )A ．欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的B ．由于电流和电阻成反比，所以刻度盘上的刻度是均匀的C ．使用欧姆表时，选择好一定量程的电阻挡后首先应该将两表笔短接，进行电阻调零D ．当换用不同量程的电阻挡去测量电阻时，可不必重新进行电阻调零答案 AC解析 欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的．因为Ix ＝E ＋r ＋＋Rx，所以Ix 与Rx 并不成比例关系，所以刻度盘上的刻度不均匀；使用欧姆表时，每换一次挡位都需进行一次电阻调零．3．如图1所示为欧姆表刻度盘，未使用时指针指A ，两表笔短接时指针指B.若欧姆表的总内阻为24 Ω，C 是A 、B 的中点，D 是A 、C 的中点，则D 点的刻度值为________Ω.图1答案 72解析 由欧姆表原理知：Ig ＝E R ＋r ＋Rg ，当指针指D 点时，电流为满偏电流的14，则由Ig 4＝E R ＋r ＋Rg ＋Rx 得：Rx ＝3R 内＝72 Ω.4．如图2所示是把量程为3 mA 的电流表改装成欧姆表的结构示意图，其中电池电动势E ＝1.5 V ，改装后，原来电流表3 mA 刻度处的刻度值定为零位置，则2 mA 刻度处应标为________，1 mA 刻度处应标为________．图2答案 250 Ω 1 000 Ω解析 因为R 内＝E Ig ＝1.5 V 3 mA ＝500 Ω，I1＝E R 内＋Rx1，2 mA ＝ 1.5 V 500 Ω＋Rx1，所以Rx1＝250 Ω.因为I2＝E R 内＋Rx2，1 mA ＝ 1.5 V 500 Ω＋Rx2，所以Rx2＝1 000 Ω. 题组二 闭合电路的动态问题分析5．如图3所示的电路中，电源的电动势为E ，内阻为r ，当可变电阻的滑片P 向b 点移动时，电压表V1的读数U1与电压表V2的读数U2的变化情况是( )图3A．U1变大，U2变小B．U1变大，U2变大C．U1变小，U2变小D．U1变小，U2变大答案 A6．在如图4所示的电路中，R1、R2、R3为固定电阻，R4为可变电阻，电流表和电压表都是理想的，电源的电动势为E，内阻为r.当R4的滑动触片向a点移动时( )图4A．电压表的示数变大B．电压表的示数变小C．电流表的示数变大D．电流表的示数变小答案BD解析由题意知，R4变小，闭合电路的总电阻变小，总电流变大，内电压变大，则电压表的示数变小，而电路的总电流变大，所以R2分得的电压变小，故电流表的示数也变小，选项B、D正确．7．如图5所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，与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( )图5A.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，的读数变大答案 B解析S断开，相当于电阻变大，总电流减小，故路端电压增大，的读数变大，把R1归为内阻，则R3两端的电压也增大，流过R3的电流也增大，的读数变大，选项B正确．8．某实物投影机有10个相同的强光灯L1～L10(24 V/220 W)和10个相同的指示灯X1～X10(220 V/2 W)，将其连接在220 V的交流电源上，电路如图6所示，若工作一段时间后L2灯丝烧断，则( )图6A．X1的功率减小，L1的功率增大B．X1的功率增大，L1的功率增大C．X2的功率增大，其他指示灯的功率减小D．X2的功率减小，其他指示灯的功率增大答案 C解析由串、并联电路的知识知，若L2灯丝烧断，电路的电阻值变大，电流变小，除X2两端电压变大外，其他电压变小，故选C.题组三综合题组9．如图7所示为小灯泡的U－I图线，若将该小灯泡与一节电动势E＝1.5 V、内阻r＝0.75 Ω的干电池组成闭合电路时，电源的总功率和小灯泡的实际电功率分别接近以下哪一组数据( )图7A ．1.5 W 1.0 WB ．0.75 W 0.5 WC ．0.75 W 0.75 WD ．1.5 W 0.75 W答案 D解析 在题图中作出电源的外电压和电流的关系图像，即U ＝1.5－0.75I 的图像，两图像的交点就是电源和小灯泡构成闭合回路时的路端电压和电流．图像交点坐标是(1.0,0.75)，电源的总功率P 总＝IE ＝1.0×1.5 W＝1.5 W ，灯泡的实际功率P 灯＝UI ＝0.75 W.10．如图8所示的电路中，已知电源电动势E ＝36 V ，内阻r ＝2 Ω，R1＝20 Ω，每盏灯的额定功率都是2 W ，额定电压也相同．当S 闭合，R2调到14 Ω时，两灯都正常发光；当S 断开，要使L2仍正常发光，则R2应调到何值？图8答案 50 Ω解析 设所求阻值为R2′，当灯L1和L2都正常发光时，加在灯两端电压为额定电压UL.当S 闭合时，E1＝UL ＋I1(R1＋r ＋R2)，当S 断开时，E2＝UL ＋I2(R1＋r ＋R2′)，又因为E1＝E2＝E ，I1＝2I2＝2IL(IL 为额定电流)，得IL(R1＋r ＋2R2－R2′)＝0，但IL≠0，所以R1＋r ＋2R2＝R2′，即R2′＝20 Ω＋2 Ω＋2×14 Ω＝50 Ω.11．在如图9所示的电路中，电源的电动势E ＝1.5 V ，内阻r ＝0.5 Ω，电流表满偏电流Ig ＝10 mA ，电流表电阻Rg ＝7.5 Ω，A 、B 为接线柱．图9(1)用一根导线把A 、B 直接连起来，此时，应把可变电阻R1调节为多少才能使电流表恰好达到满偏电流？(2)调至满偏后保持R1的值不变，在A 、B 间接入一个150 Ω的定值电阻R2，电流表指针指着多少刻度的位置？(3)如果把任意电阻R 接在A 、B 之间，电流表读数I 与R 的值有什么关系？答案 (1)142 Ω (2)5 mA (3)R ＝1.5 V I－150 Ω 解析 (1)因电流表电阻Rg 的值不能忽略，此时可以把电流表视为一个电阻来计算．由闭合电路欧姆定律，有Ig ＝E Rg ＋r ＋R1从中解出可变电阻R1＝E Ig －Rg －r ＝(1.50.01－7.5－0.5)Ω＝142 Ω 这表示，当两个接线柱直接连到一起，且表头指针恰好满偏时，可变电阻R1的值需调节到142 Ω.(2)保持可变电阻R1的值不变，把R2＝150 Ω接在A 、B 之间，设这时电流表读数为I2，由闭合电路欧姆定律得：I2＝E Rg ＋r ＋R1＋R2＝ 1.57.5＋0.5＋142＋150A ＝0.005 A ＝5 mA 这表示，接入R2后，电流表指针指在“5 mA”刻度的位置．(3)把任意电阻R接到A、B之间、设电流表读数为I，则I＝ERg＋r＋R1＋R代入数值后，得I＝1.5 V150 Ω＋R解出R＝1.5 VI－150 Ω。
