闭合电路的欧姆定律学案高一物理Word格式.docx
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U=E-Ir.
(2)图象(U-I图象),该直线与纵轴交点的纵坐标表示电动势,斜率的绝对值表示电源的内阻.
2.路端电压随外电阻的变化规律
(1)外电阻R增大时,电流I减小,外电压U增大,当R增大到无限大(断路)时,I=0,U=E,即断路时的路端电压等于电源电动势.
(2)外电阻R减小时,电流I增大,路端电压U减小,当R减小到零时,I=,U=0.
假如用发电机直接给教室内的电灯供电,电灯两端的电压等于发电机的电动势吗?
【提示】 不等于.因为发电机内部有电阻,有电势降落.发电机内部电压与电灯两端电压之和才等于电动势.
(1)外电路的电阻越大,路端电压就越大.(√)
(2)路端电压增大时,电源的输出功率一定变大.(×
(3)电源断路时,电流为零,所以路端电压也为零.(×
预习完成后,请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中
问题1
问题2
问题3
问题4
学生分组探究一 对闭合电路欧姆定律的进一步理解(深化理解)
第1步 探究——分层设问,破解疑难
1.用电压表测量闭合电路电源两端电压,电压表示数等于电源电动势吗?
2.在含有电动机的电路中能直接用I=求电流吗?
第2步 结论——自我总结,素能培养
闭合电路欧姆定律各种表达式的意义及适用条件
表达式
物理意义
适用条件
I=
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) ①
E=U外+Ir ②
E=U外+U内③
电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和
①式适用于纯电阻电路;
②③式普遍适用
EIt=I2Rt+I2rt④
W=W外+W内⑤
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
④式适用于纯电阻电路,⑤式普遍适用
第3步 例证——典例印证,思维深化
如图2-7-3所示的电路中,当S闭合时,电压表和电流表(均为理想电表)的示数各为1.6V和0.4A.当S断开时,它们的示数各改变0.1V和0.1A,求电源的电动势和内阻.
图2-7-3
【思路点拨】 解答该题可根据E=U+Ir,结合题设条件,列方程组求解.
【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:
U=E-Ir,即1.6=E-0.4r①
当S断开时,只有R1接入电路,由闭合电路欧姆定律得:
U′=E-I′r,即1.6+0.1=E-(0.4-0.1)r②
由①②得:
E=2V,r=1Ω
【答案】 2V 1Ω
闭合电路问题的求解方法
(1)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部分的电压,电流表测量哪个用电器的电流.
(2)求干路中的电流:
若各电阻阻值和电动势都已知,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流之和来求.
(3)应用闭合电路的欧姆定律解决问题时,应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.
第4步 巧练——精选习题,落实强化
1.下列说法中,错误的是( )
A.电源短路时,电源的内电压等于电动势
B.电源短路时,路端电压为零
C.电源开路时,路端电压最大
D.电源的负载增加时,路端电压也增大
【解析】 电源的负载增加,是并入的用电器增多,并入的用电器越多外电阻越小,路端电压越小,故D说法错误.
【答案】 D
2.某电路当外电路断开时,路端电压为3V,接上8Ω的负载电阻后其路端电压降为2.4V,则可以判定该电路中电源的电动势E和内电阻r分别为( )
A.E=2.4V,r=1Ω B.E=3V,r=2Ω
C.E=2.4V,r=2ΩD.E=3V,r=1Ω
【解析】 当外电路断开时,电动势和路端电压相等,故E=3V,根据I=,U=E-Ir=E-r得r=2Ω,故选B.
【答案】 B
学生分组探究二 闭合电路的功率和效率(深化理解)
1.外电路的电阻越大,电源的输出功率越大吗?
2.电源的输出功率越大,电源的效率越高吗?
1.各部分功率关系分析
由EIt=I2Rt+I2rt知
EI=I2R+I2r
2.电源的输出功率
当外电路为纯电阻电路时讨论如下:
(1)电源的输出功率
P出=I2R=R==
由此可知当R=r时,电源有最大输出功率P出max=.
(2)P出与外电阻R的函数关系图象,如图2-7-4所示.
图2-7-4
(3)电源的效率
η======,可见,外电阻R越大,电源的效率越高.
如图2-7-5所示,电路中电池的电动势E=5V,内电阻r=10Ω,固定电阻R=90Ω,R0是可变电阻,在R0从零增加到400Ω的过程中,求:
图2-7-5
(1)可变电阻R0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)R0调到多少时R上消耗的功率最大,最大功率是多少?
【思路点拨】
(1)当R0=R+r时,R0消耗功率最大.
(2)对于固定电阻,由P=I2R可知,电流最大时功率最大,电流最小时功率最小.
【解析】
(1)可变电阻R0上消耗的热功率:
P0=I2R0=
R0-100Ω=0时,P0最大,其最大值:
P大=W=W.
(2)当电流最小时,电阻r和R消耗的热功率最小,此时R0应调到最大400Ω,内阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和为
P小=()2(R+r)=0.01W.
(3)R0=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PR=()2R=×
90W=0.225W.
【答案】
(1)100Ω W
(2)0.01W
(3)0 0.225W
闭合电路中功率分析方法
当内、外电路电阻相等时,电源有最大输出功率,这个条件适用求变阻器上消耗的最大功率,不适用于求定值电阻上消耗功率的最大值.因为R0是可变电阻,不能当作电源内阻.当R0的阻值等于零时电路中会出现最大电流,而此时却是R的最大功率的条件.
3.(多选)直流电路如图2-7-6所示,在滑动变阻器的滑片P向右移动时,电源的( )
A.总功率一定增大
B.效率一定增大
C.内部损耗功率一定减小
D.输出功率一定先增大后减小
图2-7-6
【解析】 滑片P向右移动时,外电阻R外增大,由闭合电路欧姆定律I=知,I减小,由P总=EI可得P总减小,故选项A错误;
根据η==知,选项B正确;
由P损=I2r知,选项C正确;
由P出-R外图象,因不知R外的初始值与r关系,所以无法判断P出的变化情况,选项D错误.
【答案】 BC
4.(多选)将一标有“6V,3W”的小灯泡L1接到某电池组上(电源内阻不能忽略),小灯泡恰好正常发光,若改将“6V,4W”的灯泡L2接到该电池组上,则该灯的实际功率可能是(不考虑温度对灯丝电阻的影响)
A.1.5W B.2.5W
C.3.5WD.4.5W
【解析】 当改接L2时,RL2<
RL1(由灯泡额定值可求得),灯泡的实际消耗功率(即电池组的输出功率)变化有两个极端情况:
当将电池组内阻视为r→0时,电源可看作稳压电源,因RL2<
RL1,L2具有最大功率
Pmax==4W
当电源内阻r≫R外,则可看作恒流电源,因RL2<RL1,故L2具有最小功率
Pmin=I2RL2=()2RL2=2.25W.
故选项B、C正确.
电路的结构千变万化,涉及电路的估算方法及结果也各不相同.如能用相关类型的规律去思考,则会事半功倍.
学生分组探究三 闭合电路的动态分析(拓展延伸)
在闭合电路中,外电路的电阻逐渐变化时,会引起电路哪些物理量的变化?
1.闭合电路动态分析的思路
闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化,分析这类问题的基本思路是:
2.闭合电路动态分析的三种方法
(1)程序法:
基本思路是“部分→整体→部分”,
即:
(2)结论法——“串反并同”
“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.
“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.
(3)特殊值法与极限法:
指因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论.一般用于滑动变阻器两部分在电路中都有电流时的讨论.
如图2-7-7所示电路,电源内阻不可忽略.开关S闭合后,在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中( )
A.电压表与电流表的示数都减小
B.电压表与电流表的示数都增大
C.电压表的示数增大,电流表的示数减小
D.电压表的示数减小,电流表的示数增大
图2-7-7
【解析】 当R0滑动端向下滑动时,R0减小,则电路中总电阻减小,由I=知,总电流增大,由U=E-Ir知,路端电压减小,故电压表示数减小.由于R1两端电压增大,R2两端电压减小,故电流表示数减小,故A正确.
【答案】 A
动态电路分析的基本步骤
(1)明确各部分电路的串、并联关系,特别要注意电流表或电压表测量的是哪部分电路的电流或电压.
(2)由局部电路电阻的变化确定外电路总电阻的变化.
(3)根据闭合电路的欧姆定律I=判断电路中总电流如何变化.
(4)根据U内=Ir,判断电源的内电压如何变化.
(5)根据U外=E-Ir,判断电源的外电压(路端电压)如何变化.
(6)根据串、并联电路的特点,判断各部分电路的电流、电压、电功率、电功如何变化.
5.如图2-7-8所示电池电动势为E,内阻为r.当可变电阻的滑片P向b点移动时,电压表
的读数U1与电压表
的读数U2的变化情况是( )
A.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
图2-7-8
【解析】 滑片P向b移动时,总电阻变大,干路中I=变小.由于路端电压U=E-Ir,U增大,即V1表示数U1变大.由于V2表示数U2=IR,U2减小,所以A正确.
图2-7-9
6.如图2-7-9所示的电路中,电源的电动势E和内电阻r恒定不变,电灯L恰能正常发光,如果变阻器的滑片向b端滑动,则( )
A.电灯L更亮,电流表的示数减小
B.定值电阻R2消耗的功率增大
C.电灯L变暗,电源的总功率减小
D.电灯L变暗,电流表的示数增大
【解析】 滑片向b端滑动,R1变大,电路中总电阻变大,路端电压变大,根据I=知I减小,电流表示数减小,根据E=U外+Ir,U外变大,灯泡两端电压变大,故电灯L更亮.再根据P2=IR2,I总减小,IL变大,故I2变小,R2功率变小,故B、C、D错误,A正确.
含电容器电路的分析与计算
分析和计算含有电容器的直流电路时,注意把握以下五个方面:
(1)电路稳定时电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件,在电容器处的电路看作是断路,画等效电路时,可以先把它去掉.
(2)若要求解电容器所带电荷量时,可在相应的位置补上,求出电容器两端的电压,根据Q=CU计算.
(3)电路稳定时电容器所在支路上电阻两端无电压,该电阻相当于导线.
(4)当电容器与电阻并联后接入电路时,电容器两端的电压与并联电阻两端的电压相等.
(5)电路中的电流、电压变化时,将会引起电容器的充、放电,如果电容器两端的电压升高,电容器将充电,反之,电容器将放电.通过与电容器串联的电阻的电量等于电容器带电量的变化量.
如图2-7-10所示,E=10V,R1=4Ω,R2=6Ω,C=30μF.电池内阻可忽略.
图2-7-10
(1)闭合开关S,求稳定后通过R1的电流.
(2)然后将开关S断开,求此后流过R1的总电量.
【思路点拨】
(1)S闭合,R1、R2串联,电容器两端电压为R2两端电压.
(2)S断开,电容器两端电压为电源电压.
【解析】
(1)电路稳定后,电容器所在的支路上无电流通过,因此R1与R2串联,C两端的电压即为R2两端的电压.
由欧姆定律得,通过R1的电流:
I==1A.
(2)闭合开关S稳定后,C两端电压:
U1=IR2=6V
C所带电量Q1=CU1=30×
10-6×
6C=1.8×
10-4C
开关S断开稳定后,总电流为零,电容器两端电压为E,所带电量Q2=CE=30×
10C=3×
通过R1的电量即为电容器增加的电量,ΔQ=Q2-Q1=1.2×
10-4C.
【答案】
(1)1A
(2)1.2×
——[先看名师指津]——————————————
含电容器电路问题的分析方法
(1)应用电路的有关规律分析出电容器两极板间的电压及其变化情况.
(2)根据平行板电容器的相关知识进行分析求解.
——[再演练应用]———————————————
如图2-7-11所示的电路中,电源的电动势为E,内阻忽略不计,R1、R2、R3、R4均为定值电阻,C是电容器,开关S是断开的,现将开关S闭合,则在闭合S后的较长时间内,通过R4的电荷量是多少?
图2-7-11
【解析】 S断开时,电源与R1、R2串联,R3、R4和电容器串联后与R2并联,由于电容器可看做断路,故R3、R4上电压为零,电容器上的电压等于R2的电压,且上极板电势高,带正电.Q1=
S闭合时,R1、R2串联后与R3并联,R4和电容器串联后并联在R1两端,电容器上的电压等于R1两端的电压,且上极板电势低,带负电.Q2=
闭合S后的较长时间内,通过R4的电荷量为ΔQ=Q1+Q2=+=CE.
【答案】 CE
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- 闭合电路 欧姆定律 学案高一 物理
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