高中物理第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路第4节逻辑电路与自动控制课前预习学案鲁科版选修3_12017

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[题组过关] 1.(多选)将一可调电阻接入电动势为 E、内阻 为 r 的蓄电池两端，接通电路后，调节外电 路，通过测量描绘出电源的输出功率随外电 阻变化的图线，如图所示.则下列说法正确的是( ) A.当外电阻与电源的内阻相等时，电源消耗的总功率最大 B.当外电阻与电源的内阻相等时，电源的效率为 50% C.电源消耗的功率随外电阻的增大而增大 D.当外电阻与电源的内阻相等时，外电阻消耗的电功率最大
C.小灯泡 C 逐渐变暗
D．三个小灯泡都逐渐变亮
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解析：选 BC.当滑动变阻器的滑动触头向右滑动时，变阻器的 有效电阻变大，导致外电路的总电阻增大，由闭合电路欧姆定 律 I＝R外E＋r知，总电流减小，路端电压 U＝E－Ir 将增大，因 此，通过小灯泡 A 的电流变小，小灯泡 A 变暗，A、D 错误； U＝UA＋UB，得小灯泡 B 两端的电压变大，小灯泡 B 变亮，B 正确；而 IA＝IB＋IC，通过小灯泡 A 的电流 IA 变小，通过小灯 泡 B 的电流 IB 变大，则通过小灯泡 C 的电流 IC 变小，小灯泡 C 变暗，C 正确.
(1)当 R2 调到何值时，电源输出功率最大？最大输出功率是多 少？ (2)要使电源输出功率为 16 W，R2 应调到何值？这时电源的效率 是多少？
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解析：(1)外电阻由 R1、R2 并联组成，根据电源输出最大功率的 条件 R 外＝r，有RR1＋1RR2 2＝r.将 r＝1 Ω，R1＝6 Ω 代入上式，解得 R2＝1.2 Ω. 电源的最大输出功率为： P 出＝I2R 外＝2Er2r＝E4r2＝41×021 W＝25 W.

答案：两个条件：乘火车或是乘汽车．再者只 要有一个条件具备就能从北京到上海．
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3．今天，我们就像生活和工作在数字化技术的 “海洋”里．计算机、数字电视、数码摄像机、CD机、 VCD机、DVD机、移动电话、数字音响等数字电子 设备越来越普遍地走进了千家万户．
你了解以上这些数码产品的内部电路结构吗？ 这就是今天我们要学习的内容．
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11 1
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3.“非”门 (1)“非”逻辑关系：输出状态和输入状态_相__反_． (2)符号：____，其中矩形右侧小圆表示数字“0”， 它与数字“1”象征着输入端为_1时，输出端是_0. (3)真值表
输入 输出
A
Z
0
1
1
0
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简单逻辑电路
1．“与”门 (1)“与”门逻辑关系：只有决定一事件的全部条 件都满足时，该事件才能发生，这些条件与结果的 关系称为“与”逻辑，具有这种逻辑的电路称为“与” 门．“与”门的表示符号如图4－4－1所示．
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2．在如图4－4－5所示的逻辑
电路中，当A端输入电信号“1”、B
端输入电信号“0”时，在C端和D端
输出的电信号分别为
()
A．1和0
B．0和1
C．1和1
D．0和0
图4－4－5
解析：首先从“非”门电路入手，当B端输入电信
号“0”时，D端输出电信号为“15
(3)真值表 输 入 输出
AB Z
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2.“或”门 1 1 1 (1)“或”逻辑关系：几个条件中只要有_1_个_条件得 到满足，事件就会发生．

第2节 多用电表的原理与使用课前预习情景导入在实际生活中，大家都经常遇到一些电路问题.比如在晚上想看电视转播却发现电视荧光屏不亮；正要做饭时，却发现电热锅不热；一根有包皮的电源线，需要检查是否断路；一只小灯泡不亮，需要检查是否是灯丝断路……生活中的这些问题需要用到电压表、电流表、欧姆表来检查故障.如何将我们常用的电压表、电流表、欧姆表组成一个多量程的多用电表呢？在测量用电器的电阻时能否在用电器连入电路时测量呢？简答：测量用电器的电阻时不能在用电器连入电路时测量.知识预览1.欧姆表（1）改装原理：______________.图4-2-1（2）欧姆表内部构造：如图4-2-1所示，G 是内阻为R g 、满偏电流为I g 的电流表，R 是可变电阻，也叫_________，电池的电动势是E 、内阻为r .①当红、黑表笔相接触时，如图4-2-2甲所示，相当于被测电阻为_______，调节R 的值，使电流表的指针达到满偏I g ＝E ／(R +R g +r )，所以电流表的满刻度处被定为电阻挡的_______.图4-2-2②当红、黑表笔不接触时，如图4-2-2乙所示，相当于被测电阻_______，此时电流表的指针指零，所以电流表_______的位置是电阻挡刻度的“∞”位置.③当红、黑表笔间接入某一电阻R x 时，如图4-2-2丙所示，通过电流表的电流为I =xg r R r R E +++，一个R x 对应一个电流值，我们可以在刻度盘上直接标出与I 值对应的R x 值，就可以从刻度盘上直接读出R x 的值.④中值电阻：电流表的指针指到刻度盘的中央时所对应的R x 值叫中值电阻，R 中＝R 内＝R g +r +R .（3）刻度特点：欧姆表的刻度是_______的，零刻度在刻度盘最_______，越往左刻度的密度越大，读数时要注意.在_______附近读数比较准确.（4）注意：①欧姆表指针的偏转角越大时，说明流过欧姆表的电流_______，也说明待测电阻_______；②欧姆表内的电池用久了，它的内阻变得很大，这时欧姆表测出的电阻值误差就比较大了.从原理可知，这时的电阻测量值_______；③欧姆表的红表笔连接的是表内电源的_______，黑表笔连接的是表内电源的_______，因此电流还是从红表笔_______，从黑表笔_______.答案:(1)闭合电路欧姆定律(2)调零电阻零零点无穷大零刻度（3）不均匀右边中值电阻（4）越大越小偏大负极正极流进流出2.多用电表（1）性能：多用电表，通常叫万用表，它是实际生活中在电器安装、使用、维修过程中必备的常用的仪表，万用表具有用途多、量程广、使用方便等优点，它可以用来测量_______、_______、_______和_______，而且每一种测量又具有多个量程.虽然使用方便，但是其准确度稍低.（2）原理：多用电表由一只灵敏的直流电流表(表头)与若干元件组成测量电路，每进行一种测量时只使用其中的一部分电路，其他部分不起作用.答案:交流电压直流电压直流电流电阻3.多用电表的使用（1）测量直流电压：实验步骤如下.①将功能选择开关旋转到直流电压挡.②根据待测电压的估计值选择量程.如果难以估测待测电压值，应按照由_______到_______的顺序，先将选择开关旋转到_______上试测，然后根据测量出的数值，重新确定适当的量程进行测量.③测量时，用红黑测试表笔使多用电表跟小灯泡L并联，注意使电流从_______流入多用电表，从_______流出多用电表，检查无误后再闭合开关S.④根据挡位所指的量程以及指针所指的刻度值，读出电压表的示数.（2）测量直流电流：仿照测直流电压的步骤进行测量，但需注意此时多用电表是_______在电路中.（3）测量电阻：测量电阻时要注意：改变电阻挡的量程时，需要重新调整电阻挡_________.电阻挡有若干个量程挡位，分别标有×1，×10，×100，……，意思是指针示数乘以相应的倍率，就是所测得的电阻值.（4）测二极管的正反电阻①二极管具有_________ ，加正向电压时电阻_______，加反向电压时，电阻值_______.②将多用电表打到欧姆挡，红、黑表笔接到二极管的两极上，当黑表笔接二极管“正”极，红笔表接“负”极时，电阻示数_______，由此可以判断出二极管的极性.答案:（1）大小最大量程红表笔黑表笔（2）串联（3）调零旋钮（4）单向导电性很小很大较小。

第1节 闭合电路欧姆定律[先填空] 1．闭合电路组成(1)外电路：电源外部由用电器和导线组成的电路，在外电路中，沿电流方向电势降低． (2)内电路：电源内部的电路，在内电路中，沿电流方向电势升高． 2．电动势(1)大小：电源的电动势在数值上等于电源没有接入外电路时两极间的电压．电源电动势用符号E 表示，单位与电压相同：伏特，符号是V.(2)意义：电源电动势是描述电源将其他形式的能转换为电能本领大小的物理量．它是电源的特征量，只与电源本身的因素有关．(3)电池：同类型的干电池的电动势都是1.5 V ，蓄电池的都是2.0 V ．电源内部也是由导体组成的，因此也有电阻，这个电阻称为电源的内电阻．[再判断]1．电动势就是电势差，也叫电压，单位是V.(×) 2．电源提供的电能越多，电源的电动势越大．(×) 3．电动势的大小等于两极间的电压．(×) [后思考]电源的电动势和外接电路的负载有什么关系？【提示】 电源的电动势只和电源本身有关，与所接的负载无关．[合作探讨]如图4­1­1是一块手机上使用的锂离子电池上的几个数据：“电压：3.7 V 容量：850 mA·h”，“充电电压：4.2 V”．图4­1­1探讨1：电动势表明了电源什么特性？【提示】把其他形式能转化为电能的本领．探讨2：上述电源若通过非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移到正极所做的功是多少？【提示】W＝qU＝3.7 J.[核心点击]1．电动势的理解(1)电动势由电源本身决定，与外电路无关．(2)电动势是标量，但有方向，物理学中规定方向为由负极经电源内部指向正极，即电源内部电流的方向．(3)电源的内部也有电阻(即内电阻)，当电流经电源内部时也有电压降(即内电压)．2．电动势与电压区别1．(多选)关于电动势下列说法正确的是( )A．在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电势能增加B．对于给定的电源，移动正电荷的非静电力做功越多，电动势就越大C．电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位正电荷做的功越多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【解析】 电源是将其他形式的能转化为电势能的装置，是通过电源内部的非静电力做功来完成的，所以非静电力做功，电势能就增加，因此A 正确．电源电动势是反映电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量．电动势在数值上等于移送单位正电荷所做的功，不能说电动势越大，非静电力做功越多，也不能说电动势越大，移送的电荷量越多，所以C 正确，B 、D 错误．【答案】 AC2．(多选)下列说法中正确的是( ) A ．电源的电动势实质上就是电源两极间的电压 B ．电源的电动势在数值上等于断路时两极间的电压 C ．电源的电动势与电压的单位相同，但与电压有本质的区别 D ．电动势越大，电源两极间的电压一定越高【解析】 电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量．而电压是电场中两点间的电势差，电动势与电压有着本质的区别，所以A 选项错误，C 选项正确．当电源开路时，两极间的电压在数值上等于电源的电动势，但在闭合电路中，电源两极间的电压(路端电压)随外电阻的增大而增大，随外电阻的减小而减小，当电源短路时，R 外＝0，这时路端电压为零，所以B 正确、D 选项错误．【答案】 BC3．(多选)铅蓄电池的电动势为2 V ，这表示( )A ．电路中每通过1 C 的电荷，电源把2 J 的化学能转化为电势能B ．没有接入电路时蓄电池两极间的电压为2 VC ．蓄电池在1 s 内将2 J 的化学能转化成电势能D ．蓄电池将化学能转化为电势能的本领比一节干电池(电动势为1.5 V)的大【解析】 非静电力移动1 C 电荷所做的功W ＝qE ＝1×2 J＝2 J ，由功能关系可知有2 J 的化学能转化为电势能，A 正确、C 错误．电源两极间的电势差(电压)U ＝E ＝2 V ，B 正确．电动势是描述电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量，E 蓄电池＝2 V >E 干电池＝1.5 V ，故D 正确．【答案】 ABD理解电动势的两点注意(1)电动势与电压有本质的区别，不能认为电动势就是电压：电动势E ＝W 非q ，电压U ＝W 电q. (2)电源电动势在数值上等于电源没有接入外电路时，电源两极间的电压．[先填空]1．内容：流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成正比，跟电路中内、外电阻之和成反比．2．公式：I ＝ER ＋r.(适用于纯电阻电路)3．常用的变形公式公式：E ＝U 外＋U 内或U ＝E －Ir .(适用于任何电路) [再判断]1．在闭合回路中电流总是从高电势流向低电势．(×) 2．在闭合回路中电动势的大小等于外电压与内电压之和．(√) 3．电源的电动势等于外电路电阻两端的电压．(×) [后思考] 如图所示电压表的示数就是电源电动势吗？【提示】 不是．电压表示数近似等于电源电动势．[合作探讨]手电筒中的电池用久了，虽然电动势没减少多少，但小灯泡却不怎么亮了． 探讨1：电源电动势几乎不变，其内阻变化大吗？ 【提示】 内阻明显变大． 探讨2：电路中电流变化大吗？ 【提示】 电流有明显变化． [核心点击]闭合电路欧姆定律的表达形式4．如图4­1­2所示的电路中，把R 由2 Ω改变为6 Ω时，电流减小为原来的一半，则电源的内电阻应为( )图4­1­2A ．4 ΩB ．8 ΩC ．6 ΩD ．2 Ω【解析】 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，故选项D 正确． 【答案】 D5．如图4­1­3所示的电路中，当S 闭合时，电压表和电流表(理想电表)的读数分别为1.6 V 和0.4 A ，当S 断开时，它们的示数变为1.7 V 和0.3 A ，则电源的电动势和内阻各为多少？【导学号：34022026】图4­1­3【解析】 当S 闭合时，R 1和R 2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U 1＝E －I 1r 代入数据得：E ＝1.6＋0.4r ①当S 断开时，只有R 1接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U 2＝E －I 2r 代入数据得：E ＝1.7＋0.3r ② 联立①②得：E ＝2 V ，r ＝1 Ω. 【答案】 2 V 1 Ω[先填空]1．路端电压与电流的关系公式：U ＝E －Ir . 2．路端电压与外电阻的关系：根据U ＝IR ＝E R ＋r ×R ＝E1＋rR可知，当R 增大时，路端电压U 增大，当R 减小时，路端电压U 减小．3．两种特例(1)当外电路断路(如开关断开)时，外电阻R 为无穷大，I 为零，Ir 也为零，可得U ＝E ，即外电路断路时的路端电压等于电源电动势的大小．(2)当外电路短路时，外电阻R ＝0，此时电路中的电流最大，即I m ＝Er，路端电压为零． [再判断]1．当电源两端短路时，路端电压等于电源电动势．(×) 2．电源断路时，路端电压无限大．(×) 3．电源短路时，电流无限大．(×) [后思考]为什么电源电动势在数值上等于电源没接入电路时两极间的电压？【提示】 当电源没有接入电路时，电源中的电流等于零，此时内电压等于零，所以这时的路端电压在数值上等于电源电动势．[合作探讨]傍晚用电量是每一天的高峰时段，万家灯火，但灯光较暗；又如在家用电器使用中，打开大功率的空调后，你会发现灯泡会暗．探讨1：使用的用电器变多时，总电阻如何变化？【提示】 当电路中接入较多的用电器时，由于这些用电器是并联的，其总电阻会变小． 探讨2：灯泡为什么变暗？【提示】 总电阻变小，干路中的电流就会很大．干路上就会分去较多的电压，造成灯泡两端的电压降低，所以灯泡的亮度也就变暗了．[核心点击]1．部分电路欧姆定律的U ­I 图象与闭合电路欧姆定律的U ­I 图象比较2.(1)电源的有关功率和电源的效率 ①电源的总功率：P 总＝IE ＝I (U 内＋U 外)． ②电源的输出功率：P 出＝IU 外 ③电源内部的发热功率：P ′＝I 2r . ④电源的效率：η＝P 出P 总＝U 外E ，对于纯电阻电路η＝R R ＋r ＝11＋rR. (2)输出功率和外电阻的关系图4­1­4在纯电阻电路中，电源的输出功率为P ＝I 2R ＝E 2R ＋r 2R ＝E 2R －r 2＋4Rr R ＝E 2R －r 2R＋4r①当R ＝r 时，电源的输出功率最大，P m ＝E 24r.②当R ＞r 时，随着R 增大，P 减小． ③当R ＜r 时，随着R 增大，P 增大．6．如图4­1­5所示，当滑动变阻器的滑动片P 向上端移动时，则电表的示数变化情况是( )图4­1­5A.减小，增大，增大B.增大，减小，增大C.增大，增大，减小D.减小，减小，减小【解析】 首先弄清测量的是R 2和R 3并联支路上的电压，测量的是路端电压，电流表测量的是R 3支路电流．再利用闭合电路欧姆定律，判断干路上的物理量变化：P 向上滑动，R 3的有效电阻增大，外电阻R 外增大，干路电流I 减小，路端电压增大，从而判定示数增大．再进行支路上的物理量的变化情况分析：由于I 减小，引起内电压U 内及电阻R 1上电压U R 1减小，而U 并＝E －(U 内＋U R 1)，由此可知，并联电阻R 2和R 3上的电压U 2增大，判定示数增大；由于U 2增大，R 2所在支路的电流I 2增大，通过R 3的电流I 3＝I －I 2，因I 减小，I 2增大，故I 3减小，判定的示数减小，所以本题应选C.【答案】 C7．如图4­1­6所示，电路中电源的电动势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4­1­6(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 上消耗的最大功率及此时R 0的值．(4)如果R 0的最大阻值为20 Ω，当R 0调到多大时，R 0消耗的功率最大？求出最大功率． 【解析】 (1)可变电阻R 0上消耗的热功率为P 0＝I 2R 0＝25R 0－2R 0＋400W R 0－100 Ω＝0时，P 0最大，其最大值为 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 ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫E R ＋r 2R ＝5290＋102×90 W＝0.225 W.(4)可把R 看成电源内阻的一部分，因为R 0<R ＋r .因此，R 0越接近R ＋r ，R 0消耗的功率越大，所以当R 0＝20 Ω时，R 0上消耗的功率最大．由P ＝I 2R 0可得P 大′＝0.035 W.【答案】 (1)R 0＝100 Ω116W (2)0.01 W (3)0.225 W 0 (4)20 Ω 0.035 W闭合电路的动态分析。