2021-2022学年人教版选修3-1 第二章 7 闭合电路的欧姆定律 学案.docx

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1、闭合电路的欧姆定律必备知识-自主学习目标导航1 .了解内电路、外电路，知道电动势与内、 外电压的关系。（物理观念）2 .掌握闭合电路的欧姆定律并会进行有 关计算。（物理观念）3 .会用闭合电路的欧姆定律分析路端电 压与负载的关系,培养逻辑思维能力（科 学思维）4 .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。（科学探究）思,维脉图内容闭合电路的欧姆定律知大才1=情X闭合电路的 欧姆定律_Aj & _T111适用范围 、 _ _路端电压与负载的关系-闭合电路的动态分析闭合电路中的功率和效率含电容器电路分析与计算 1一、闭合电路的欧姆定律（1）闭合

2、电路是指由电源和用蝇及导线组成的完整的电路。（2）内电路:如下列图,电源内部的电路叫内电路,电源的电阻叫内电阻。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。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。E表达式：1二k。R + r适用条件:外电路为纯电阻电路。二、路端电压与负载的关系电源的输出功率P出二UI；电源内部消耗的功率P二Kr；功率关系:Pe=P出+Pr。当外电路为纯电阻电路时讨论如下:P出=ui+rE2E2RE2=-R=-= (R - r)(r + /?)2(7? - r)2 4- 4Rr r! + 4r,由此式可看出，当 十4-/p2 p2R=

3、r时,P出有最大值，BP Pin=-=o 4r 4R电源输出功率与外电阻的关系图象,如下列图。当R=r时，输出功率最大,P出二上。Y当Rr时，假设R增大，那么P出减小。除R二r外，图象上总有两点输出功率P出相等,如图中R与R2,那么由EE（17）铝尸（门7）组2整理得RiR2=r2o/1十r/Eb,乙5 图中两直线的交点坐标为（h,U）,由R二一可知,路端电 压都为&时，它们的外电阻相等。由U=lr可知，电流都是L时，因r 不相等，故两电源内电压不相等。所以选项A、C、D正确。2 .如图是根据某次实验记录数据画出的U-I图象，以下关于这个图象 的说法中正确的选项是（）A.纵轴截距表示待测电源的

4、电动势，即E=3. 0 VB.横轴截距表示短路电流，即I短=0. 6 AEC.根据工，计算出待测电源内电阻为5 Q/短D.根据r=|,计算出待测电源内电阻为2 Q【解析】选A。U-I图线纵轴截距表示电动势E=3.0V,A正确；横轴截 距点坐标为（0. 6 A, 2. 4 V）,因此不是短路时电流,B、C错误；由U二E-l r 或r二|知，r=1。，故D错误。3.如下列图的电路中，电源电动势为6 V,当开关S接通后，灯泡L和L2 都不亮,用电压表测得各局部电压是Uab=Uad=6 V, Ucd=Ubc=0,经检查,各 段导线以及导线与各元件的连接处良好，由此可判定（）的灯丝烧断了2的灯丝烧断了E

5、1.路端电压与外电阻的关系:u夕卜二E-U rt=E-roK + r结论：R增大一U外增大;外电路断路时U夕卜二E;外电路短路时U夕卜二0。（1）公式:U 外二ETr。图象（U-1图象）：如下列图是一条倾斜的直线,该直线与纵轴交点的坐标表示电动势E,斜率的绝对值表示电源内阻r。（1）电动势越大，闭合电路的电流就越大。（X）电源的内阻越大，闭合电路的电流就越小。（X）电源一定时，负载电阻越大，电流越小。（J）电源发生短路时，电流为无穷大。（X）外电路断路时，电源两端的电压就是电源电动势。（X）关键能力-合作学习知识点一闭合电路的欧姆定律角度闭合电路的欧姆定律的表达式表达式物理意义适用条件E1=R

6、 + r电流与电源电动势成正比，与电路总电阻成反比纯电阻电路E=I (R+r)E=U外+IrE=U外+U内电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和式适用于纯电阻电路;式普遍适用【解析】选B。Uab有示数，那么说明开关S接触良好,A错误；Uad有示 数，那么说明灯泡L之外电路无断路,C、D错误;UcFUbc=0,那么说明灯 泡L断路，故B正确。4.一电池外电路断开时的路端电压为3 V,接上8 Q的负载电阻后路 端电压降为2.4 V,那么可以判定电池的电动势E和内电阻为（ ） A. E=2. 4 V, r=l QE=3 V, r=2 QB. E=2. 4 V, r=2 QE=3 V, r=l Q

7、【解析】选B。外电路断开时的路端电压等于电动势，即E=3 V,接上8 Q的负载电阻后，路端电压U=E-%=2.4 V,可得r=2 Q,B正确。A5.如下列图,E=10 V,r=l Q, R下3=5 Q, R2=4 Q,C=100 uF,当 S 断开 时，电容器中带电粒子恰好处于静止状态。求：（DS闭合后，带电粒子加速度的大小和方向；（2）S闭合后流过R3的总电荷量。【解析】（1）开关S断开时，带电粒子恰好处于静止状态，必有qE二mg 且电场力竖直向上。S闭合后，qE二mg的平衡关系被打破。S断开时，R2qUr设电容器两极板间距离为d,有Uc=1E=4 V,一二mg。“1十人2十丁uR2S 闭合

8、后，UJ E=8 V k2 + r设带电粒子加速度为a,那么丝-mg=ma,解得a=g,方向竖直向上。a(2)S闭合后，流过R3的总电荷量等于电容器上电荷的增加量, 所以 AQ=C(Uc, -Uc)=4X10-4 Co答案：(1)g方向竖直向上(2)4X1070EIt=I2Rt+I2rtW=W外+W内电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和式适用于纯电阻电路,式普遍适用【典例1】如下列图的电路中，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 Vo求：（1）电阻R的值。电源的电动势和内阻。【解析

9、】（1）当开关S接b点时，电压为5 V,电流为1 A,由欧姆定律U2 5可得电阻R的值：R二丁）。二5 Ql2 1P1 8由公式P二UI得，小灯泡的额定电流4二彳A=2 AU 41当开关接a时，根据闭合电路欧姆定律得E=L+hr其中U尸4 V当开关接b时，有E=U2+l2r又 5二5 V 1 A联立解得E=6 Vr=1 Q答案：（1）5。（2）6 V 1 Q二规律方法、闭合电路问题的求解方法分析电路特点:认清各元件之间的串、并联关系，特别要注意电压 表测量哪一局部的电压，电流表测量哪个用电器的电流。求干路中的电流:假设各电阻阻值和电动势都,可用闭合电路的欧 姆定律直接求出，也可以利用各支路的电

10、流之和来求。应用闭合电路的欧姆定律解决问题时，应根据局部电路的欧姆定 律和电路的串、并联特点求出局部电路的电压和电流。角度2路端一电压U随电流1变化的图象E路端电压与负载的关系:U二E-U内二E-HA随着外电阻增大,路端 K + r电压增大；当外电路断路时（外电阻无穷大），路端电压U二E;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。路端电压与电流的关系:U二E-Ir。电源的U-I图象:如图甲所示是一条倾斜的直线，图象中U轴截距 E表示电源电动势,I轴截距I。等于短路电流（纵、横坐标都从零开始）, 斜率的绝对值表示电源的内阻。局部电路欧姆定律的U-I图象与闭合电路欧姆定律的U-

11、I图象。图乙中a为电源的U-I图象,b为外电阻的U-I图象。两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压；以交点和原点的连线为对角线的矩形的面积表示输出功率；当a、b斜率相等时，即内、外电阻相等时，图中矩形面积最大，即输 出功率最大。可以看出此时路端电压是电动势的一半，电流是最大电 流的一半。用电压表直接连接电源两端，电压表的示数等于电源电动势吗？ 提示：不是。因为电源也有内阻，用电压表和电源正、负极相连时，相 当于电源与电压表串联，电压表读数是路端电压，小于电源电动势。【典例2（多项选择）如下列图是某电源的路端电压与电流的关系图象, 以下结论正确的选项是（）A.电源的电动势为6.

12、0 VB.电源的内阻为12。0. 5 A0.3 A时的外电阻是18 Q【解析】选A、D0U-1图象在纵轴上的截距表示电源的电动势，即E=6. 0 V,A正确。因为该电源的U-I图象的纵轴坐标不是从零开始的，所以 横轴上的截距0.5 A并不是电源的短路电流，电源的内阻应按斜率的 绝对值计算，即广1半1二6八15/。=2Q,B、C错误。由闭合电路的Zi/ U. b U欧姆定律可得电流I=0. 3 A时，外电阻R二厂-18 Q,D正确。1 .（多项选择）如下列图为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图 象,那么以下说法中正确的选项是（）i=E2,短路电流11121=E2,内阻 rir2iE2,内阻

13、 rir2D.当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化较大【解析】选A、Do由图象可知两电源的U-I图线交纵轴于一点，那么 说明两电源的电动势相同；交横轴于两不同的点，很容易判断电源1 的短路电流大于电源2的短路电流，那么A项正确。又由两图线的倾 斜程度可知图线2的斜率的绝对值大于图线1的斜率的绝对值，即电 源2的内阻大于电源1的内阻，那么可知B、C项错误。由图象可判断 当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压的变化量大于 电源1的路端电压的变化量，可知D项正确。2 .如下列图的电路中，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

14、断开时,它们的示数各改变0.1 V 和0.1 A,求电源的电动势和内阻。【解析】当S闭合时，&、R2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律E=U+1 r 得：E=1.6 V+0. 4r;当S断开时，由E=U+lr得E= (1.6+0. 1) V+(0.4-0. 1)r解得:E=2V,尸1 Q答案：2 V 1 Q【加固训I练】如图为测量某电源电动势和内阻时得到的U-I图线。用此电源与三个 阻值均为3 Q的电阻连接成电路，测得路端电压为4 V。那么该电路 可能为()【解析】选A。电源的电动势为6 V,内阻为0.5 Qo在A项电路中， 外电阻为1 Q,那么总电阻为1.5。，根据闭合电路欧姆定律，总电流为4

15、 A, 那么外电压为4V,故A项正确；在B项电路中，外电阻为2 Q,那么总 电阻为2.5 Q,根据闭合电路欧姆定律，总电流为2.4 A,那么外电压 为4.8 V,故B项错误；在C项电路中，外电阻为9 Qo那么总电阻为121089.5。，根据闭合电路欧姆定律，总电流为诵A,那么外电压为另 V,故C项错误;在D项电路中，外电阻为4.5。，那么总电阻为5。，根据闭合电路欧姆定律，总电流为1.2 A,那么外电压为5. 4 V,故D项错 、口沃。知识点二闭合电路的动态分析闭合电路中由于局部电阻变化（或开关的通断）引起各局部电压、电流（或灯泡明暗）发生变化,分析这类问题的根本思路：分清电路结构一局部电阻变

16、化一总电阻变化一总电流变化一路端电压变化一各局部电压、电流变化程序法:根本思路是“局部一整体一局部，即：R局增大减小fR总增大减小fl总减小增大f U外增大减小-强结论法一一“并同串反。“并同是指某一电阻增大时，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;某一电阻减小时，与它并联或间接并 联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。”串反是指某一电阻增大时，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;某一电阻减小时，与它串联或间接串 联的电阻的电流、两端电压、电功率都将增大。【典例】在如下列图的电路中，R为定值电阻,Rz为可变电阻，电源的电动势为E,内阻为r,

17、设电流表的读数为I,电压表的读数为U,当R2的滑 动触头向图中a端滑动时（）A. I变大,U变小 B. I变大,U变大C. I变小,U变大D. I变小,U变小【解析】选D。当R2的滑动触头向图中a端滑动时,R2接入电路的电 阻变小，电路的总电阻就变小，总电流变大，路端电压变小，即电压表 的读数U变小；电流表的读数I变小，应选项D正确。1 .（多项选择）如下列图，闭合开关S并调节滑动变阻器滑片P的位置， 使A、B、C三灯亮度相同。假设继续将滑片P向下滑动，那么三灯亮 度变化情况为（）【解析】选A、C、Do将变阻器滑片P向下滑动时，接入电路的电阻 减小，外电路总电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律可知

18、，总电流1a增 大，那么A灯变亮。并联局部的电压U并二E-Ia（Ra+），E、Ra、r不变，鼠 增大，U并减小，B灯变暗。通过C灯的电流鼠-Ib,鼠增大，1b减小，那 么1c增大,C灯变亮，故A、C、D正确。2 .如下列图是一实验电路图。在滑动触头由a端滑向b端的过程中，以 下表述正确的选项是（）【解析】选A。当滑动触头向b端滑动时，其接入电路中的电阻减小， E使得外电路总电阻减小，故D错误。根据I二父,可知总电流在增加， R + r根据闭合电路的欧姆定律有E=lr+U外，可知路端电压U外减小，故A正U外c确。电流表的示数Ia二十，可知电流在减小，故B错误。根据P=|2j可知内阻消耗的功率在增

19、大，故C错误。【加固训练】如下列图电路中，三只灯泡原来都正常发光，当滑动变阻器的滑动触头P 向右移动时，下面判断正确的选项是（）茂亮2变暗3变暗1中电流变化值大于l3中电流变化值【解析】选C。当滑动触头P右移时，滑动变阻器接入电路的电阻增 大，那么电路中总电阻增大，由闭合电路的欧姆定律可知电路中总电 流减小，故L变暗，故A项错误；电路中电流减小，故内阻及Ro、L两端 的电压减小，而电源的电动势不变，故并联局部的电压增大，故1_2变亮, 故B项错误；因并联局部电压增大，故1_2中电流增大，干路电流减小， 故流过1_3的电流减小，故1_3变暗，故C项正确；因L中电流减小，1_3中 电流减小，而1_2中电流增大；开始时有：I 1= I 2+ 3,故Li电流的变化值一 定小于1_3中电流的变化值,故D项错误。知识点三闭合电路中的功率和效率角度1闭合电路里的功率和.效率由 EIt=I2Rt+I2rt 知（1）电源的功率（电源的总功率）Pe-EI ;