学年高中物理 第二章 直流电路 第6讲 电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律学案 教Word文档下载推荐.docx
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例1 关于电动势E的说法中正确的是( )
A.电动势E等于电源接入电路后两极间的电势差
B.电动势E是由电源本身决定的,跟电源的体积和外电路均无关
C.电动势E表征电源把其他形式的能转化为电势能的特性
D.电动势E的单位与电势差的单位相同,故两者在本质上相同
解析 电动势E表征电源将其他形式的能转化为电势能的特性,电动势的大小等于电源没有接入电路时,两极间的电势差,故A错误;
B、C正确;
电动势和电压尽管单位相同,但本质上是不相同的,故B、C正确.
答案 BC
二、闭合电路欧姆定律
1.在闭合电路中,内、外电路电势的降落等于电源的电动势,即E=U+U′或E=U+Ir.
2.闭合电路欧姆定律:
在外电路为纯电阻的闭合电路中,电流的大小跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比,即I=.
例2 在图2所示的电路中,R1=9Ω,R2=5Ω,当a、b两点间接理想的电流表时,其读数为0.5A;
当a、b两点间接理想的电压表时,其读数为1.8V.求电源的电动势和内电阻.
图2
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I1=0.5A,由闭合电路欧姆定律得:
E=I1(R2+r)
代入数据得:
E=0.5(5+r)①
当a、b两点间接理想的电压表时,回路中的电流
I2==A=0.2A
由闭合电路欧姆定律得:
E=I2(R2+R1+r)
E=0.2(14+r)②
联立①②得:
E=3V,r=1Ω
答案 3V 1Ω
应用闭合电路的欧姆定律解决问题时,应认清各元件之间的串、并联关系,然后根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流.特别要注意电压表测量哪一部分电压,电流表测量哪个电路的电流.
针对训练 如图3所示,电源电动势为6V,内阻为1Ω,R1=5Ω,R2=10Ω,滑动变阻器R3的阻值变化范围为0~10Ω,求电路的总电流的取值范围.
图3
答案 0.55~1A
解析 当R3阻值为零时,R2被短路,外电阻最小,电路的总电流最大.
R外=R1=5Ω,I==A=1A.
当R3阻值为10Ω时,外电阻最大,电路的总电流最小.
R并==5Ω,R外′=R1+R并=10Ω,
I′==A≈0.55A.
三、路端电压与外电阻、电流的关系
1.路端电压的表达式:
U=E-Ir.
2.路端电压随外电阻的变化规律
(1)当外电阻R增大时,电流I减小,路端电压增大.
(2)当外电阻R减小时,电流I增大,路端电压减小.
(3)两个特例:
外电路断开时,R→∞,I=0,U=E,据此特点可测电源电动势.
外电路短路时,R=0,I=,U=0,据此特点可以理解不允许将电源两端用导线直接连接的原因.
3.外电压U与电流I的关系
由U=E-Ir可知,U-I图像是一条斜向下的直线,如图4所示.
图4
(1)图像中U轴截距E表示电源的电动势.
(2)I轴截距I0等于短路电流.
(3)图线斜率的绝对值表示电源的内阻,即r=||.
注意:
若纵坐标上的取值不是从零开始,则横坐标截距不表示短路电流,但斜率的绝对值仍然等于内阻.
例3 如图5所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图像,则下列说法中正确的是( )
图5
A.电动势E1=E2,短路电流I1>
I2
B.电动势E1=E2,内阻r1>
r2
C.电动势E1>
E2,内阻r1<
D.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 由题图可知两电源的U-I图线交纵轴于一点,则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,则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,则可知B、C项错误.由图像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.
答案 AD
四、闭合电路的动态分析
例4 在如图6所示的电路中,当滑动变阻器R3的滑动触头P向下滑动时( )
图6
A.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
解析 R3的滑动触头P向下滑动,R3接入电路中的阻值变大,导致并联电路的阻值变大,电路的总电阻变大,干路电流变小;
并联电路的电阻变大,则并联电路的分压增大,即R2、R4串联电路的电压变大,所以流过这一支路的电流变大,由于干路电流变小,所以电流表的示数变小;
因为R2、R4串联电路的电压变大,使得R2两端分压变大,电压表示数变大,本题答案为A.
答案 A
(1)进行动态分析的常见思路是:
由部分电阻变化推断外电路总电阻(R外)的变化,再由全电路欧姆定律I总=讨论干路电流I总的变化,最后再根据具体情况分别确定各元件上其他量的变化情况.
(2)分析方法
①程序法
基本思路:
电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U内的变化→U外的变化→固定支路→变化支路.
②结论法——“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中的电流、两端电压、电功率都将增大.
1.(闭合电路欧姆定律的理解及应用)有两个相同的电阻,阻值为R,串联起来接在电动势为E的电源上,通过每个电阻的电流为I;
若将这两个电阻并联,仍接在该电源上,此时通过一个电阻的电流为,则该电源的内阻是( )
A.RB.C.4RD.
答案 C
解析 由闭合电路欧姆定律得,两电阻串联时:
I=,两电阻并联时,I=·
,解得,r=4R.
2.(路端电压与外电阻的关系)(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R=0时,U=0
C.当电路断开时,I=0,U=0D.当R增大时,U也会增大
答案 BD
3.(电源的U-I图像)(多选)如图7所示为某一电源的U-I图像,由图可知( )
图7
A.电源电动势为2V
B.电源内阻为Ω
C.电源短路时电流为6A
D.电路路端电压为1V时,电路中电流为5A
解析 由U-I图像可知,电源电动势E=2V.
r=||=Ω=0.2Ω,当U=1V时,I==A=5A.选项A、D正确.
4.(闭合电路的动态分析)如图8所示的电路,闭合开关S,待电路中的电流稳定后,减小R的阻值.则( )
图8
A.电流表的示数减小
B.电压表的示数减小
C.电阻R2两端的电压减小
D.路端电压增大
答案 B
解析 题图中的电路结构是R1与R先并联,再与R2串联,故R↓→R总↓→I干↑→U内↑→U外↓.R2两端电压U2=I干R2,U2增大,所以R与R1的并联电压减小,读数减小,A、C、D错误,B项正确.
题组一 对电动势概念和内阻的理解
1.(多选)下列关于电源的说法正确的是( )
A.电源就是电压
B.电源的作用是使电源的正负极保持一定量的正、负电荷,维持一定的电势差
C.与电源相连的导线中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的
D.在电源内部正电荷由负极流向正极,负电荷由正极流向负极
解析 在电源内部由非静电力将正电荷由负极搬到正极,将负电荷由正极搬到负极,使正、负极维持一定的电势差,电源不是电压,故A错,B、D正确.导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的,故C错.
2.(多选)电池给灯泡供电与人将球抛出在能量转化方面有相似之处,我们可以将电势能类比于重力势能,对于如图1,下列说法正确的是( )
A.可以将电荷通过灯泡电流做功与抛球时人对球做功相类比
B.可以将电池的非静电力做功与抛球时重力做的功类比
C.可以将电流通过灯泡时做的功与重力对球做的功类比
D.可以将电池的非静电力做功与重力对球做功类比
解析 将电势能类比重力势能,电流通过灯泡做功,电势能减小,可类比重力做功,重力势能减少,非静电力做功,电势能增加,可类比人抛球对球做功,球重力势能增加,故B、C正确.
题组二 闭合电路欧姆定律的理解和应用
3.在已接电源的闭合电路里,关于电源的电动势、内电压和外电压的关系,下列说法正确的是( )
A.若外电压增大,则内电压增大,电源电动势也会随之增大
B.若外电压减小,内电阻不变,内电压也就不变,电源电动势必然减小
C.若外电压不变,则内电压减小,电源电动势也会随内电压减小
D.若外电压增大,则内电压减小,电源的电动势始终等于二者之和
答案 D
4.(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U=E-Ir,所以当I增大时,路端电压减小
解析 由U=E-Ir,可得选项B、D正确.
5.如图2所示,当开关S断开时,电压表示数为3V,当开关S闭合时,电压表示数为1.8V,则外电阻R与电源内阻r之比为( )
A.5∶3B.3∶5
C.2∶3D.3∶2
解析 S断开时,电压表的示数等于电源的电动势,即E=3V.S闭合时,U外=1.8V,所以U内=E-U外=1.2V.因U外=IR,U内=Ir,所以R∶r=U外∶U内=1.8∶1.2=3∶2.
6.(多选)如图3所示的电路中,当开关S接a点时,标有“5V 2.5W”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1A,这时电阻R两端的电压为4V.则下列说法正确的是( )
A.电阻R的阻值为4Ω
B.电源的电动势为5V
C.电源的电动势为6V
D.电源的内阻为2Ω
答案 ACD
解析 电阻R的阻值为R==Ω=4Ω.
当开关接a时,有E=U1+I1r,又U1=5V,
I1==A=0.5A.
当开关接b时,有E=U2+I2r,又U2=4V,I2=1A,
联立解得E=6V,r=2Ω.
7.(多选)如图4所示的电路中,电源电动势为12V,内阻为2Ω,四个电阻的阻值已在图中标出,闭合开关S,下列说法正确的有( )
A.路端电压为10V
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