2019学年高中物理 第二章 恒定电流 7 闭合电路的欧姆定律学案 新人教版必修2.doc

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1、- 1 -7 7 闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律学科素养与目标要求物理观念：1.了解内电路、外电路，知道电动势与内、外电压的关系.2.掌握闭合电路欧姆定律并会进行有关计算.科学思维：1.会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系，培养逻辑思维能力.2.会从公式和图象两个角度分析路端电压U与电流I的关系，培养用图象法表述和分析图象问题的能力.一、闭合电路的欧姆定律1.闭合电路的组成(1)闭合电路是指由电源和用电器及导线组成的完整的电路.(2)内电路：如图 1 所示，电源内部的电路叫内电路，电源的电阻叫内电阻.图 1(3)外电路：电源外部的电路叫外电路，外电路的电阻称为外电阻.2.闭合电路

2、的欧姆定律(1)内容：闭合电路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)表达式：I.E Rr(3)适用条件：外电路为纯电阻电路.二、路端电压与负载的关系1.路端电压的表达式：UEIr.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可知电流I减小，路端电压UEIr增大.E Rr(2)当外电阻R减小时，由I可知电流I增大，路端电压UEIr减小.E Rr(3)两种特殊情况：当外电路断开时，电流I变为 0，UE.即断路时的路端电压等于电源电动势.当电源短路时，外电阻R0，此时I .E r- 2 -1.判断下列说法的正误.(1)电源电动势和内阻一定时，外电阻越大，电流越

3、小.( )(2)EUIr适用于任何电路.( )(3)某电源电动势为 10 V，内阻为 2 ，外接一线圈电阻为 8 的电动机，则电路中的电流为 1 A.( )(4)在闭合电路中，外电阻越大，路端电压越大.( )(5)电路断开时，电路中的电流为零，路端电压也为零.( )(6)外电路短路时，电路中的电流无穷大.( )2.如图 2 所示，电动势为 2 V 的电源跟一个阻值R9 的电阻接成闭合电路，测得电源两端电压为 1.8 V，则电源的内阻为 .图 2答案 1一、闭合电路的欧姆定律如图 3 为闭合电路的组成.图 3(1)在外、内电路中，沿着电流方向，各点电势如何变化？(2)若电源电动势为E，电路中的电

4、流为I，在t时间内非静电力做功多少？内、外电路中产生的焦耳热分别为多少？它们之间有怎样的关系？(3)闭合电路的电流I与电动势E、外电阻R和内电阻r的关系怎样？答案 (1)在外电路中沿电流方向电势降低；在内电路中沿电流方向电势升高.(2)EIt I2rt I2Rt EItI2RtI2rt(3)EIRIr或IE Rr- 3 -1.内、外电路中的电势变化外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低，内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向电势升高.2.闭合电路欧姆定律的几种表达形式(1)电流形式：I，此式只适用于纯电阻电路.E Rr(2)电压形式：EIRIr，此式只适用于纯电阻电路.EU外U

5、内，此式适用于任意电路.例 1 (2018山东聊城市高一下期末)如图 4 所示的电路中，当开关 S 接a点时，标有“4 V,8 W”的小灯泡 L 正常发光，当开关 S 接b点时，通过电阻R的电流为 1 A，这时电阻R两端的电压为 5 V.求：图 4(1)电阻R的阻值；(2)电源的电动势和内阻.答案 (1)5 (2)6 V 1 解析 (1)当开关 S 接b点时，由欧姆定律得，电阻R的值为R 5 U I5 1(2)当开关 S 接a时，U14 V，I1 A2 AP1 U18 4当开关 S 接b时，U25 V，I21 A根据闭合电路欧姆定律得：EU1I1r，EU2I2r联立得：E6 V，r1 针对训练

6、 在图 5 所示的电路中，R19 ，R25 ，当a、b两点间接理想的电流表时，其读数为 0.5 A；当a、b两点间接理想的电压表时，其读数为 1.8 V.求电源的电动势和内电阻.- 4 -图 5答案 3 V 1 解析 当a、b两点间接理想的电流表时，R1被短路，回路中的电流I10.5 A，由闭合电路欧姆定律得：EI1(R2r)当a、b两点间接理想的电压表时，回路中的电流I2 A0.2 AU R11.8 9由闭合电路欧姆定律得：EI2(R2R1r)联立并代入数据，解得：E3 V，r1 .二、路端电压与负载的关系1.在如图 6 所示的电路中，电源的电动势E10 V，内电阻r1 ，试求当外电阻分别是

7、 3 、4 、9 时所对应的路端电压.通过数据计算，你发现了怎样的规律？图 6答案 外电压分别为 7.5 V、8 V、9 V.随着外电阻的增大，路端电压逐渐增大.2.根据闭合电路欧姆定律写出路端电压U与干路电流I之间的关系式，并画出UI图象.答案 由EUU内及U内Ir得UEIr，UI图象为1.路端电压与负载的关系：UEU内Er，随着外电阻增大，路端电压增大；当外电E Rr路开路时(外电阻无穷大)，路端电压UE；这也提供了一种粗测电动势的方法，即用电压表直接测电源电动势.2.路端电压与电流的关系：UEIr.- 5 -3.电源的UI图象：如图 7 所示是一条倾斜的直线，图象中U轴截距E表示电源电动

8、势，I轴截距I0等于短路电流(纵、横坐标从零开始)，斜率的绝对值表示电源的内阻.图 7例 2 (多选)如图 8 所示是某电源的路端电压与电流的关系图象，下列结论正确的是( )图 8A.电源的电动势为 6.0 VB.电源的内阻为 12 C.电源的短路电流为 0.5 AD.电流为 0.3 A 时的外电阻是 18 答案 AD解析 因该电源的UI图象的纵轴坐标并不是从零开始的，故纵轴上的截距虽为电源的电动势，即E6.0 V，但横轴上的截距 0.5 A 并不是电源的短路电流，且内阻应按斜率的绝对值计算，即r| 2 .由闭合电路欧姆定律可得电流I0.3 A 时，外U I6.05.0 0.50电阻R r18

9、 .故选 A、D.E I1.(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R0 时，U0C.当电路断开时，I0，U0D.当R增大时，U也会增大答案 BD- 6 -2.(电源的UI图象的理解和应用)(多选)如图 9 所示为测电源电动势和内电阻时，依据测量数据作出的路端电压与电流的关系图线(纵、横坐标从零开始)，图中DC平行于横坐标轴，DE平行于纵坐标轴，由图可知，以下说法正确的是( )图 9A.比值表示外电路电阻DE OEB.比值表示电源内电阻AC CDC.比值表示电源电动势

10、CO AOD.矩形OCDE的面积表示电源的输出功率答案 ABD解析 由题图图象可知，D点对应的路端电压大小可以用DE表示，电路电流可以用OE表示，外电路电阻R，故 A 正确；AC段表示电源内电压，CD表示电路电流，电源内阻rUD IDDE OE，故 B 正确；电源的电动势EU内U外ACCOAO，故 C 错误；电源的输出功率U内 IAC CDPU外ICOOES矩形CODE，故 D 正确.3.(闭合电路欧姆定律的应用)(2018山东烟台市高一下期末)如图 10 所示的电路中，电源电动势E1.5 V，内阻r0.6 ，电阻R13 ，电阻R24 ，电阻R36 .电压表为理想电表，闭合电键 S，求：图 1

11、0(1)电压表的示数；- 7 -(2)电源的输出功率.(结果保留两位有效数字)答案 (1)0.6 V (2)0.34 W解析 (1)R2、R3并联后与R1串联，则R2、R3并联电阻R232.4 R2R3 R2R3干路电流IE rR1R23解得I0.25 A由欧姆定律得UIR230.6 V(2)输出功率PEII2r0.34 W4.(闭合电路欧姆定律的应用)如图 11 所示电路中，电池组的电动势E42 V，内阻r2 ，定值电阻R20 ，D 是电动机，其线圈电阻R1 .电动机正常工作时，理想电压表示数为 20 V.求：图 11(1)通过定值电阻R的电流；(2)电动机的电功率；(3)电动机的输出功率.

12、答案 (1)1 A (2)20 W (3)19 W解析 (1)由欧姆定律可得电路电流为：I A1 AURr rREUV rR4220 220则通过定值电阻的电流为 1 A.(2)电动机为非纯电阻元件，故其功率为：P电UVI201 W20 W(3)电动机的发热功率为：P热I2R121 W1 W故电动机的输出功率为：P机P电P热20 W1 W19 W一、选择题- 8 -考点一 闭合电路欧姆定律的理解与应用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(纯电阻电路)，r表示内电阻，I表示电流，则下列各式中正确的是( )A.UIR B.UEUC.UEIr D.UER Rr

13、答案 BD2.如图 1 所示的电路中，把R由 2 改为 6 时，电流强度减小为原来的一半，则电源的内电阻应为( )图 1A.4 B.8 C.6 D.2 答案 D3.在如图 2 所示的电路中，当开关 S1断开、开关 S2闭合时，电压表的读数为 3 V；当开关S1、S2均闭合时，电压表的读数为 1.8 V，已知电压表为理想电表，外接电阻为R、电源内阻为r.由以上数据可知 为( )R r图 2A. B. C. D.5 33 52 33 2答案 D解析 当开关 S1断开、开关 S2闭合时，电压表的示数等于电源的电动势，即E3 V.当开关S1、S2均闭合时，U外1.8 V，所以U内EU外1.2 V，因U

14、外IR，U内Ir，所以RrU外U内1.81.232，故选 D.4.(多选)如图 3 所示电路中，电源电动势E9 V、内阻r3 ，R15 ，下列说法中正确的是( )- 9 -图 3A.当 S 断开时，UAC9 VB.当 S 闭合时，UAC9 VC.当 S 闭合时，UAB7.5 V，UBC0D.当 S 断开时，UAB0，UBC0答案 AC解析 当 S 断开时，UAC与UBC为路端电压，等于电源电动势，A 正确，D 错误；当 S 闭合时，UACUABR7.5 V，UBC0，B 错误，C 正确.E Rr5.如图 4 所示，已知R1R2R31 .当开关 S 闭合后，电压表的读数为 1 V；当开关 S 断

15、开后，电压表的读数为 0.8 V，则电源的电动势等于( )图 4A.1 V B.1.2 VC.2 V D.4 V答案 C解析 当 S 闭合时，I A1 A，故有EI(1.5 r)；当 S 断开时，U R11 1I0.8 A，故有EI(2 r)，解得E2 V，C 正确.U R1考点二 路端电压与负载的关系6.(多选)电源电动势为E，内阻为r，向可变电阻R供电.关于路端电压，下列说法中正确的是( )A.因为电源电动势不变，所以路端电压也不变B.当R增大时，路端电压也增大C.当干路电流I增大时，路端电压也增大D.因为UEIr，所以当I增大时，路端电压减小答案 BD7.在输液时，药液有时会从针口流出体

16、外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图5 所示.M 是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻RM发生变化，导致 S 两端电压U增大，装置发出警报，此时( )- 10 -图 5A.RM变大，且R越大，U增大越明显B.RM变大，且R越小，U增大越明显C.RM变小，且R越大，U增大越明显D.RM变小，且R越小，U增大越明显答案 C解析 由题意知，S 两端的电压增大，则电路中的电流增大，外电阻变小，接触药液的传感器的电阻变小，故 A、B 选项错误；将 S 看做外电路，其余看做等效电源，根据UEIr可判断，同样的变化电流，则内阻越大电压变化越大，故 C 正确，D 错误.考点三 电源的UI图象的理

17、解与应用8.(多选)如图 6 所示为某一电源的UI图线，由图可知( )图 6A.电源电动势为 2 VB.电源内电阻为 1 3C.电源短路时电流为 6 AD.电路路端电压为 1 V 时，电路中电流为 5 A答案 AD解析 在本题的UI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电阻，则r 0.2 ，B 错误；当路端20.8 6电压为 1 V 时，内电阻分得的电压U内EU外2 V1 V1 V，则电路中的电流IU内 rA5 A，D 正确.1 0.29.(多选)如图 7 所示为闭合电路中两个不同电源的UI图象，则下列说法中正确的是( )- 11

18、 -图 7A.电动势E1E2，短路电流I1I2B.电动势E1E2，内阻r1r2C.电动势E1E2，内阻r1r2D.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 AD解析 由闭合电路的欧姆定律得EUIr.当I0 时电动势E等于路端电压U，即UI图线和U轴的交点就是电源电动势的大小，由题图知，两电源的电动势相等.当U0 时I ，UI图线和I轴的交点就是短路电流的大小，由题图知I1I2，A 正确.而r|，E rU I即图线的斜率的绝对值表示电源的内阻，由题图知r1r2，B、C 错误.当工作电流变化量相同时，因为r1r2，电源 2 内电压变化较大，由闭合电路的欧姆定律EU外U内，可知电源

19、2的路端电压变化较大，D 正确.二、非选择题10.(2018山东日照市高一下期末)如图 8 所示的电路中，电源电动势E10 V，内阻r0.5 ，电动机的电阻R01.0 ，定值电阻R11.5 .电动机正常工作时，理想电压表的示数U13.0 V.求：图 8(1)电源总功率；(2)电源的输出功率；(3)电动机消耗的电功率，以及将电能转化为机械能的功率.答案 (1)20 W (2)18 W (3)12 W 8 W解析 (1)已知电压表的示数U13.0 V 和定值电阻R11.5 ，根据欧姆定律可求出电路中的电流I2.0 AU1 R1电源的总功率P总EI20 W(2)电源的输出功率P出EII2r18 W(

20、3)根据闭合电路的欧姆定律，电动机两端的电压U2EU1Ir6 V- 12 -电动机消耗的电功率P电U2I12 W电动机将电能转化为机械能的功率，就是电动机的输出功率P机U2II2R08 W.11.如图 9 所示的电路中，当 S 闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数分别为 1.6 V 和 0.4 A.当 S 断开时，它们的示数分别改变了 0.1 V 和 0.1 A，求电源的电动势和内阻.图 9答案 2 V 1 解析 当 S 闭合时，R1、R2并联接入电路，当 S 断开时，只有R1接入电路，此时路端电压增大、干路电流减小.当 S 闭合时，由闭合电路欧姆定律得：UEIr，即 1.6 VE0.

21、4 Ar当 S 断开时，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得：UEIr，即1.6 V0.1 VE(0.4 A0.1 A)r由得：E2 V，r1 .12.如图 10 所示，图甲中变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙中的AC、BC两直线所示.电表均为理想电表.图 10(1)定值电阻R0、变阻器的总电阻R分别为多少？(2)求出电源的电动势和内阻.答案 (1)3 12 (2)8 V 1 解析 (1)电流增大，路端电压减小，定值电阻R0分压增大，V1指示电阻R0分压，示数变化如AC所示，V2指示路端电压，示数变化如BC所示.根据欧姆定律，由图象可知，R0 3 .UAC IAC4.5 1.5当电流取最小值I00.5 A 时，变阻器的阻值最大，此时变阻器两端电压- 13 -URUBUA(7.51.5)V6 V，电阻R 12 .UR I06 0.5(2)根据闭合电路欧姆定律，路端电压与电流的关系是：UEIr所以BC斜率的绝对值表示电源内阻，即r 1 ，|UBC IBC|7.56 20.5电动势 EUBI0r(7.50.51)V8 V.