2020-2021學(xué)年物理教科版選修3-1教案：2.4　電源的電動勢和內(nèi)阻　閉合電路歐姆定律 Word版含解析

1、4電源的電動勢和內(nèi)阻閉合電路歐姆定律一、閉合電路的歐姆定律1閉合電路組成(1)外電路：電源外部的電路，在外電路中，沿電流方向電勢降低(2)內(nèi)電路：電源內(nèi)部的電路，在內(nèi)電路中，沿電流方向電勢升高2閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化如圖所示，電路中電流為i，在時間t內(nèi)，非靜電力做功等于內(nèi)外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的總和，即eiti2rti2rt.3閉合電路的歐姆定律(1)內(nèi)容：閉合電路中的電流，跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比(2)公式：i.(3)適用范圍：純電阻電路(4)常用的變形公式及適用范圍：eu外u內(nèi)或ueir.用電壓表接在電源兩極間測得的電壓是電源的內(nèi)電壓還是電源的電動勢？提示：電

2、壓表的示數(shù)指的是路端電壓，而不是內(nèi)電壓，通過這種方式無法測量內(nèi)電壓；也不是電源的電動勢，由于電源有內(nèi)阻，所以電壓表的示數(shù)要小于電源電動勢的值二、路端電壓與負(fù)載的關(guān)系1路端電壓與電流的關(guān)系(1)公式：ueir.(2)圖象(ui圖象)：如圖所示，是一條傾斜的直線，該線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)表示電動勢，斜率的絕對值表示內(nèi)阻2路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律(1)外電阻r增大時，電流i減小，外電壓u增大，當(dāng)r增大到無限大(斷路)時，i0，ue.(2)外電阻r減小時，電流i增大，外電壓u減小，當(dāng)r減小到零時，i，u0.大家?guī)缀醵甲⒁膺^這種現(xiàn)象，傍晚是每一天的用電高峰時段，燈光較暗，而夜深人靜時，若打開燈的話，燈光

3、特別亮；在家用電器使用中，如夏季打開空調(diào)后，你會發(fā)現(xiàn)燈泡變暗，而關(guān)掉空調(diào)后燈又會馬上亮起來，這是為什么呢？提示：當(dāng)電路中接入較多的用電器時，由于這些用電器是并聯(lián)的，其總電阻會變小，干路中的電流就會很大，干路上就會有較大的電壓降，造成用戶用電器兩端的電壓變低，所以燈泡亮度也就變暗了考點(diǎn)一閉合電路的動態(tài)分析問題1閉合電路動態(tài)分析的思路閉合電路中由于局部電阻變化(或開關(guān)的通斷)引起各部分電壓、電流(或燈泡明暗)發(fā)生變化，分析這類問題的基本思路是：2閉合電路動態(tài)分析的三種方法(1)程序法：基本思路是“部分整體部分”，即：r局r總i總u外(2)結(jié)論法“并同串反”“并同”：指某一電阻增大時，與它并聯(lián)或間接

4、并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大；某一電阻減小時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小“串反”：指某一電阻增大時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減?。荒骋浑娮铚p小時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大(3)特殊值法與極限法：指因滑動變阻器滑片滑動引起電路變化的問題，可將滑動變阻器的滑動端分別滑至兩個極端去討論一般用于滑動變阻器兩部分在電路中都有電流時的討論(1)在閉合電路中，任何一個電阻的增大(或減小)，都將引起電路總電阻的增大(或減小)，該電阻兩端的電壓一定會增大(或減小).(2)理想電壓表可認(rèn)為是斷路，理想電

5、流表可認(rèn)為是短路.【例1】如圖所示電路，電源內(nèi)阻不可忽略開關(guān)s閉合后，在變阻器r0的滑動端向下滑動的過程中()a電壓表與電流表的示數(shù)都減小b電壓表與電流表的示數(shù)都增大c電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)減小d電壓表的示數(shù)減小，電流表的示數(shù)增大解答本題時應(yīng)把握以下三點(diǎn)：(1)r0的滑動端向下滑動時對局部和整個電路的電阻的影響；(2)電壓表的測量對象；(3)電流表的測量對象【答案】a【解析】滑動變阻器r0的滑片向下滑動，r0接入電路的電阻變小，電路的總電阻變小，總電流變大，電源的內(nèi)電壓變大，外電壓變小，電壓表的示數(shù)變小，r1兩端的電壓變大，r2兩端的電壓變小，電流表的示數(shù)變小，a項正確總結(jié)提能 分析閉

6、合電路的動態(tài)變化問題時，基本思路是“部分整體部分”，即根據(jù)局部電阻的變化，判斷總電阻的變化，并進(jìn)一步判斷電流、路端電壓的變化情況，根據(jù)串并聯(lián)電路的特點(diǎn)再確定電路其他部分電流、電壓的變化情況如圖所示的電路中，電源電動勢為e，內(nèi)阻為r，如果將滑動變阻器的滑片向b端滑動，則燈泡l、電表a(均未超過限度)會發(fā)生何種變化(d)a燈泡l變亮，電流表a示數(shù)變小b燈泡l變亮，電流表a示數(shù)變大c燈泡l變暗，電流表a示數(shù)變小d燈泡l變暗，電流表a示數(shù)變大解析：如果將滑片向b端滑動，則r1減小，r總減小，i干增大，電流表a示數(shù)變大；則u內(nèi)增大，u端減小，燈泡l變暗，故選項d正確考點(diǎn)二閉合電路中的功率和效率1當(dāng)外電路

7、為純電阻電路時，各部分功率關(guān)系分析如下由eiti2rti2rt知eii2ri2r2電源的輸出功率：當(dāng)外電路為純電阻電路時討論如下(1)電源的輸出功率p出i2rr由此可知當(dāng)rr時，電源有最大輸出功率p出max.(2)p出與外電阻r的函數(shù)關(guān)系圖象圖象分析(3)電源的效率，可見，外電阻r越大，電源的效率越高(1)電源輸出功率越大，效率不一定越高，如電源輸出功率最大時，效率只有50%.(2)判斷可變電阻功率變化時，可將可變電阻以外的其他電阻看成電源的一部分內(nèi)阻.(3)當(dāng)p輸出pm時，每個輸出功率對應(yīng)兩個可能的外電阻r1、r2，且r1r2r2.【例2】如圖所示，已知電源的電動勢為e，內(nèi)阻r2 ，定值電阻

8、r10.5 ，滑動變阻器的最大阻值為5 ，求：(1)當(dāng)滑動變阻器的阻值為多大時，電阻r1消耗的功率最大？(2)當(dāng)滑動變阻器的阻值為多大時，滑動變阻器消耗的功率最大？(3)當(dāng)滑動變阻器的阻值為多大時，電源的輸出功率最大？由pi2r可知定值電阻的功率隨電流增大而增大而對于純電阻電路，也可以由此式變形并結(jié)合數(shù)學(xué)知識求出功率隨電阻變化的動態(tài)規(guī)律【答案】(1)0 (2)2.5 (3)1.5 【解析】(1)因為電路是純電阻電路，則滿足閉合電路歐姆定律，有pr1r1當(dāng)r20 時，電阻r1消耗的功率最大，pr1mr1(2)法1(極值法)：pr2r2r2當(dāng)r2r1r2.5 時，滑動變阻器消耗的功率最大，即pr2

9、m.法2(等效電源法)：如果把電源和r1的電路等效為一個新電源，則整個電路等效為一個新電源和滑動變阻器組成的閉合電路，“外電路”僅一個滑動變阻器r2，這個等效電源的e和r可以這樣計算：把新電源的兩端斷開，根據(jù)電源電動勢e等于把電源斷開時電源兩端的電壓，則新電源的電動勢ee，而等效電源的內(nèi)阻rr1r，即兩個電阻的串聯(lián)根據(jù)電源的輸出功率隨外電阻變化的規(guī)律，在r2上消耗的功率隨外電阻r2的增大而先變大后變小，當(dāng)r2rr1r2.5 時，在r2上消耗的功率達(dá)到最大值，即pr2m.(3)原理同(2)，很容易得出當(dāng)r1r2r，即r2rr11.5 時，電源輸出的功率最大，pm.總結(jié)提能 對于電源輸出的最大功率

10、的問題，可以采用數(shù)學(xué)中求極值的方法，也可以采用電源的輸出功率隨外電阻的變化規(guī)律來求解但應(yīng)當(dāng)注意的是，當(dāng)待求的最大功率對應(yīng)的電阻值固定不變時，此時的條件是流過該電阻的電流最大(多選)如圖所示，已知電源的內(nèi)電阻為r，定值電阻r0r，可變電阻r的總阻值為2r，若滑動變阻器的滑片p由a端向b端滑動，則下列說法中正確的是(ab)a電源的輸出功率由小變大b固定電阻r0上消耗的電功率由小變大c電源內(nèi)部的電壓即內(nèi)電壓由小變大d可變電阻r上消耗的電功率變小解析：(1)由閉合電路的歐姆定律得出電源的輸出功率隨外電阻變化的規(guī)律表達(dá)式為p出根據(jù)題圖所示，當(dāng)滑片p由a端向b端滑動時，外電路電阻的變化范圍是0r，由題圖可

11、知，當(dāng)外電路電阻由0增加到r時，電源的輸出功率一直變大，所以選項a正確；(2)r0是純電阻，所以其消耗的電功率為pr0，因全電路的總電壓即電源電動勢e一定，當(dāng)滑動變阻器的滑片p由a端向b端滑動時，外電阻由0增加到r，而且是一直變大，所以外電壓一直升高，由上面的公式可知，r0上消耗的電功率也一直增大，所以選項b正確；(3)在滑動變阻器的滑片p由a端向b端滑動時，外電壓一直升高，故內(nèi)電壓就一直變小，選項c錯誤；(4)討論可變電阻r上消耗的電功率的變化情況時，可以把定值電阻r0當(dāng)作電源內(nèi)電阻的一部分，即電源的等效內(nèi)電阻為r，這時可變電阻r上消耗的電功率相當(dāng)于外電路消耗的功率，即等效電源的輸出功率根據(jù)

12、圖可以看出，隨著可變電阻r由a端向b端的滑動，在r的阻值增大到之前，電源的輸出功率，即可變電阻r上消耗的電功率是一直增大的；一旦增大到r，可變電阻r上消耗的電功率達(dá)到最大值；滑片p再繼續(xù)向b端滑動時，可變電阻r上消耗的電功率就會逐漸減小，故d錯誤考點(diǎn)三含電容電路的分析與計算1分析和計算含有電容器的直流電路時，注意把握以下三個方面：(1)電路穩(wěn)定后，電容器所在支路相當(dāng)于斷路因此，該支路上的電阻兩端無電壓，該電阻相當(dāng)于導(dǎo)線(2)當(dāng)電容器與電阻并聯(lián)后接入電路時，電容器兩端的電壓與并聯(lián)電阻兩端的電壓相等(3)電路中的電流、電壓變化時，將會引起電容的充放電，如果電容器兩端的電壓升高，電容器將充電，反之電

13、容器放電通過與電容器串聯(lián)的電阻的電荷量等于電容器帶電荷量的變化2解答含電容電路問題的步驟：(1)應(yīng)用電路的有關(guān)規(guī)律分析出電容器兩極板間的電壓及其變化情況(2)根據(jù)平行板電容器的相關(guān)知識進(jìn)行分析求解【例3】如圖所示，e10 v，r1 ，r1r35 ，r24 ，c100 f.當(dāng)s斷開時，電容器中帶電粒子恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)求：(1)s閉合后，帶電粒子加速度的大小和方向；(2)s閉合后流過r3的總電荷量解答本題時可按以下思路分析：【答案】(1)g方向豎直向上(2)4104 c【解析】(1)開始帶電粒子恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，必有qemg且qe豎直向上s閉合后，qemg的平衡關(guān)系被打破s斷開，帶電粒子恰好處于靜

14、止?fàn)顟B(tài)，設(shè)電容器兩極板間距離為d，有uce4 v，quc/dmg.s閉合后，uce8 v設(shè)帶電粒子加速度為a，則quc/dmgma，解得ag，方向豎直向上(2)s閉合后，流過r3的總電荷量等于電容器上電荷的增加量，所以qc(ucuc)4104 c.總結(jié)提能 電路穩(wěn)定時r3中沒有電流，只有電容器充電(或放電)時r3中才有變化的電流通過，故不能用qit求電量只能通過電容器極板上的電量變化來求解但要注意分析極板上電性是否改變，若不變，用兩個狀態(tài)的電量求差，若變化了，用兩個狀態(tài)的電量求和在如圖所示的電路中，電源電動勢e3.0 v，內(nèi)電阻r1.0 ；電阻r110 ，r210 ，r330 ，r435 ；電

15、容器的電容c100 f，電容器原來不帶電求接通開關(guān)s后流過r4的總電荷量答案：2.0104 c解析：由電阻的串、并聯(lián)公式得閉合電路的總電阻r總r，由歐姆定律得通過電源的電流i，電源的路端電壓ueir，r3兩端的電壓uu.通過r4的總電荷量就是電容器的電荷量qcu.由以上各式并代入數(shù)據(jù)解得q2.0104 c.考點(diǎn)四電路故障的分析與判斷1故障特點(diǎn)(1)斷路特點(diǎn)：電路中發(fā)生斷路，表現(xiàn)為電源電壓不為零而電流為零，若外電路中無用電器的任意兩點(diǎn)間電壓不為零，則這兩點(diǎn)間有斷點(diǎn)，而這兩點(diǎn)與電源連接部分無斷點(diǎn)(2)短路特點(diǎn)：若外電路中發(fā)生短路，表現(xiàn)為有電流通過電路而電壓為零2故障的分析方法這類題目要從已知條件出

16、發(fā)，進(jìn)行嚴(yán)密地推理，找出故障的原因具體分為兩種方法：(1)儀器檢測法：斷路故障的判斷：用電壓表與電源并聯(lián)，若有電壓，再逐段與電路并聯(lián)，若電壓表指針偏轉(zhuǎn)，則該段電路中有斷點(diǎn)短路故障的判斷：用電壓表與電源并聯(lián)，若有電壓，再逐段與電路并聯(lián)，若電壓表示數(shù)為零，則該電路被短路若電壓表示數(shù)不為零，則該電路沒有被短路或不完全被短路(2)假設(shè)法：已知電路發(fā)生某種故障，尋求故障發(fā)生在何處時，可將整個電路劃分為若干部分，然后假設(shè)某部分電路發(fā)生故障，運(yùn)用歐姆定律進(jìn)行正向推理，推理結(jié)果若與題述物理現(xiàn)象不符合，則故障不是發(fā)生在這部分電路若推理結(jié)果與題述物理現(xiàn)象符合，則故障可能發(fā)生在這部分電路用此方法，直到找出發(fā)生故障的

17、全部可能為止【例4】如圖所示的電路中，閉合開關(guān)s后，燈l1、l2都發(fā)光后來由于某種故障使燈l2突然變亮(未燒壞)，電壓表的讀數(shù)增大，由此可推斷，這故障可能是()a電阻r1斷路b電阻r2短路c燈l1兩接線柱間短路 d電阻r2斷路根據(jù)題設(shè)條件，電路中的某種故障產(chǎn)生兩個后果：一是燈l2突然變亮；二是電壓表的讀數(shù)增大只有符合這兩個條件的故障才是可能的故障【答案】d【解析】因為電壓表的讀數(shù)增大，所以路端電壓增大，電源內(nèi)阻上的電壓減小，說明總電流減小，電路總電阻增大若電阻r1斷路，會導(dǎo)致總電阻增大，總電流減小，而此時燈l2兩端的電壓會減小，致使燈l2變暗，故選項a錯若電阻r2短路，燈l2將不亮，選項b錯若

18、燈l1兩接線柱間短路，電路的總電阻減小，總電流增大，電壓表的讀數(shù)減小，不符合題意，選項c也錯若電阻r2斷路，電路的總電阻增大，總電流減小，電壓表的讀數(shù)增大，符合題意而總電流減小，導(dǎo)致內(nèi)電壓和燈l1、r1并聯(lián)部分電壓減小，燈l2兩端電壓增大，燈l2變亮，故選項d正確如圖所示為“熱得快”熱水器的電路圖和示意圖現(xiàn)接通電源，發(fā)現(xiàn)該熱水器沒有發(fā)熱，并且熱水器上的指示燈也不亮用交流電壓表測得熱水器a、b兩端的電壓為220 v，指示燈兩端的電壓為220 v那么該熱水器的故障在于(c)a連接熱水器和電源的導(dǎo)線斷開b連接電熱絲與指示燈的導(dǎo)線發(fā)生了短路c電熱絲熔斷，同時指示燈燒斷d同時發(fā)生了以上各種情況解析：若連

19、接熱水器和電源的導(dǎo)線斷開，a、b間的電壓應(yīng)為零，與題不符，故a錯誤；連接電熱絲與指示燈的導(dǎo)線發(fā)生了短路，a、b間的電壓應(yīng)為零，與題不符，故b錯誤；據(jù)題，電壓表測得a、b兩點(diǎn)間電壓為220 v，與電源的電壓相同，說明連接熱水器和電源的導(dǎo)線是完好無損的，熱水器不發(fā)熱說明電熱絲熔斷了，指示燈不亮說明指示燈被燒毀了，故c正確；同時發(fā)生以上各種情況時，a、b間的電壓應(yīng)為零，與題不符，故d錯誤1如圖所示，電源的電動勢為e、內(nèi)阻為r，r1、r2、r3為定值電阻，r為滑動變阻器，a為理想電流表、v為理想電壓表當(dāng)滑動變阻器滑片向右滑動時，下列說法中正確的是(a)a電流表和電壓表示數(shù)都變大b電流表和電壓表示數(shù)都變小c電流表示數(shù)減小，電壓表示數(shù)變大d電流表示數(shù)變大，電壓表示數(shù)減小解析：首先要弄清電路的結(jié)構(gòu)，畫出等效電路圖，電壓表測r1兩端的電壓當(dāng)滑動變阻器的滑片向右滑動時，接入電阻變小，總電阻變小，總電流變大，內(nèi)電壓變大，路端電壓變小，則流過r2的電流變小，流過r1的電流變大，其兩端電壓也變大，所以電壓表、電流表示數(shù)都變大，選項a正確2(多選)如圖所示的ui圖象中，直線為某電源的路端電壓與電流的關(guān)系，直線為某一電阻r的ui圖線，用該電源直接與電阻r連接成閉合電路，由圖象可知(ad)ar的阻值為1.5 b電源