高中物理选修31第二章 7闭合电路的欧姆定律学生版.docx
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高中物理选修31第二章7闭合电路的欧姆定律学生版
7 闭合电路的欧姆定律--学生版
[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.
图1
(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.
(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=
.
(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:
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,由I=
可知电流I减小,路端电压U=E-Ir增大.
(2)当外电阻R减小时,由I=
可知电流I增大,路端电压U=E-Ir减小.
(3)两种特殊情况:
当外电路断开时,电流I变为0,U=E.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R=0,此时I=
.
1.判断下列说法的正误.
(1)E=U+Ir适用于任何电路.()
(2)某电源电动势为10V,内阻为2Ω,外接一线圈电阻为8Ω的电动机,则电路中的电流为1A.()
(3)在闭合电路中,外电阻越大,路端电压越大.()
(4)电路断开时,电路中的电流为零,路端电压也为零.()
(5)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2V的电源跟一个阻值R=9Ω的电阻接成闭合电路,理想电压表测得电源两端电压为1.8V,则电源的内阻为________Ω.
图2
一、闭合电路的欧姆定律
如图为闭合电路的组成.
(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?
1.内、外电路中的电势变化
如图3所示,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.
图3
2.闭合电路欧姆定律的几种表达形式
(1)I=
、E=IR+Ir只适用于外电路为纯电阻的闭合电路.
(2)U外=E-Ir,E=U外+U内适用于任意的闭合电路.
例1
(2018·聊城市期末)如图4所示的电路中,当开关S接a点时,标有“4V,8W”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5V.求:
图4
(1)电阻R的阻值;
(2)电源的电动势和内阻.
针对训练1 在图5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5
二、路端电压与电流、负载的关系
1.在如图所示的电路中,电源的电动势E=10V,内电阻r=1Ω,试求当外电阻分别是3Ω、4Ω、9Ω时所对应的路端电压.通过数据计算,你发现了怎样的规律?
1.路端电压与负载的关系:
U=E-U内=E-
r,随着外电阻增大,路端电压增大;当外电路开路时(外电阻无穷大),路端电压U=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.
2.路端电压与电流的关系:
U=E-Ir.
3.电源的U-I图象:
如图6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I0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.
图6
例2
(多选)如图7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7
A.电源的电动势为6.0V
B.电源的内阻为12Ω
C.电源的短路电流为0.5A
D.电流为0.3A时的外电阻是18Ω
针对训练2 两个电源的U-I图象如图8所示,从图象中可以看出( )
图8
A.电池a的电动势较大,内电阻较大
B.电池a的电动势较小,内电阻较小
C.电池b的电动势较小,内电阻较大
D.电池b的电动势较大,内电阻较小
例3
如图9所示,电源的内阻不能忽略,当电路中点亮的电灯的数目增多时,下面说法正确的是( )
图9
A.外电路的总电阻逐渐变大,电灯两端的电压逐渐变小
B.外电路的总电阻逐渐变大,电灯两端的电压不变
C.外电路的总电阻逐渐变小,电灯两端的电压不变
D.外电路的总电阻逐渐变小,电灯两端的电压逐渐变小
1.(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
2.(电源的U-I图象的理解和应用)(多选)如图10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,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10
A.比值
表示外电路电阻
B.比值
表示电源内电阻
C.比值
表示电源电动势
D.矩形OCDE的面积表示电源的输出功率
3.(闭合电路欧姆定律的应用)如图11所示,电阻R1=8Ω,R2=3Ω,当开关S接a点时,理想电流表示数为1A;当开关S接b点时,理想电流表示数为2A.求电源的电动势和内阻.
图11
4.(闭合电路欧姆定律的应用)(2018·烟台市期末)如图12所示的电路中,电源电动势E=1.5V,内阻r=0.6Ω,电阻R1=3Ω,电阻R2=4Ω,电阻R3=6Ω.电压表为理想电表,闭合开关S,求:
图12
(1)通过电源的电流大小;
(2)电源的内电压和电压表的示数.
一、选择题
考点一 闭合电路欧姆定律的理解与应用
1.(多选)纯电阻电路中,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,r表示内电阻,I表示干路电流,则下列各式中正确的是( )
A.U′=IRB.U′=E-U
C.U=E+IrD.U=
E
2.如图1所示的电路中,把R由2Ω改为6Ω时,电流减小为原来的一半,则电源的内电阻应为( )
图1
A.4ΩB.8Ω
C.6ΩD.2Ω
3.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3V;当开关S1、S2均闭合时,电压表的读数为1.8V,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( )
图2
A.
B.
C.
D.
4.(多选)如图3所示电路中,电源电动势E=9V、内阻r=3Ω,R=15Ω,下列说法中正确的是( )
图3
A.当S断开时,UAC=9V
B.当S闭合时,UAC=9V
C.当S闭合时,UAB=7.5V,UBC=0
D.当S断开时,UAB=0,UBC=0
5.(多选)(2018·张家口市期末)如图4所示的电路中,电源的电动势为3.2V,电阻R的阻值为30Ω,小灯泡L的额定电压为3.0V,额定功率为4.5W.当开关S接位置1时,电压表的读数为3V,下列说法正确的是( )
图4
A.电源的内电阻为4Ω
B.小灯泡的电阻为2Ω
C.当开关S接到位置2时,小灯泡很暗
D.当开关S接到位置2时,小灯泡两端的电压为3V
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U=E-Ir,所以当I增大时,路端电压减小
7.(2018·北师大附属实验中学期中)在输液时,药液有时会从针口流出体外,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( )
图5
A.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
考点三 电源的U-I图象的理解与应用
8.(多选)如图6所示为某一电源的U-I图线,由图可知( )
图6
A.电源电动势为2V
B.电源内电阻为
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
9.(多选)如图7所示为闭合电路中两个不同电源的U-I图象,则下列说法中正确的是( )
图7
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>r2
D.当工作电流变化量相同时,电源2的路端电压变化较大
二、非选择题
10.(2018·时杨中学高二上期中)如图8所示电路中,电源电动势E=12V,内电阻r=1.0Ω,电阻R1=9.0Ω,R2=15Ω,理想电流表A的示数为0.4A,求电阻R3的阻值和它消耗的电功率.
图8
11.(2018·哈师大附中期中)在如图9所示的电路中,R1=2Ω,R2=R3=4Ω,当开关K接a时,R2上消耗的电功率为4W,当开关K接b时,电压表示数为4.5V,试求:
图9
(1)开关K接a时,通过电源的电流和电源两端的电压;
(2)开关K接b时,电源的电动势和内电阻;
(3)开关K接c时,通过R2的电流.
12.如图10所示,甲图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.不考虑电表对电路的影响.
图10
(1)电压表V1、V2的示数随电流表示数的变化图象应分别为U—I图象中的哪一条直线?
(2)定值电阻R0、变阻器的总电阻R分别为多少?
(3)求出电源的电动势和内阻.
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