2022-2023學(xué)年粵教版必修第三冊 4.1-4.2 常見的電路元器件　閉合電路的歐姆定律 學(xué)案

第四章閉合電路學(xué)習(xí)目標(biāo)STSE情境導(dǎo)學(xué)1.了解常見的元器件，知道它們的符號和它們在電路中的作用．2．了解電源電動勢的基本含義，知道它的定義式．3．理解閉合電路的歐姆定律及其公式．(重點)4．熟練應(yīng)用閉合電路的歐姆定律解決有關(guān)的電路問題．(難點)eq\a\vs4\al(家庭常用的干電池雖大小知識點一識別幾種常見元器件1.電阻器.（1）分類：電阻器可分為阻值固定的電阻器和阻值可變的電阻器.（2）在電路圖中電阻器用字母R及符號表示.2.電感器.（1）作用：通過電磁感應(yīng)能把外部電路的電能儲存在電感器內(nèi)部的磁場中.（2）電感器用字母L及符號eq\a\vs4\al()表示.3.二極管.（1）特點：在電路中，二極管只允許電流由單一方向通過，反向時阻斷.（2）二極管用字母D及符號表示，箭頭表示正向電流的方向.知識點二常見元器件在電路中的作用1.電感器具有“通直流阻交流”的作用，即電感線圈對交流有限流作用.2.電容器具“通交流隔直流”的作用.3.電阻器在電路中的主要作用是調(diào)節(jié)電路中的電流和電壓.4.二極管可作為各種邏輯電路的開關(guān)，或?qū)Ω哳l交流電路進行濾波整流等.知識點三電動勢1.電源的作用：通過非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.2.電動勢.（1）物理：描述電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng).（2）大?。篍＝eq\f(W,q).（3）電源電動勢的大小只取決于電源本身的性質(zhì)，與電源的體積無關(guān)，也與外電路無關(guān).知識點四研究閉合電路歐姆定律1.閉合電路的歐姆定律：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.閉合電路的歐姆定律表達(dá)式：I＝eq\f(E,R＋r)，常用的變式：E＝I（R＋r）或E＝U內(nèi)＋U外，其中R為外電路的等效總電阻，電阻r為內(nèi)電路的電阻.知識點五路端電壓與負(fù)載的關(guān)系1.當(dāng)外電路的阻值減小時，由閉合電路歐姆定律可知，電路中的電流I增大，內(nèi)電壓增大，路端電壓減小.2.路端電壓U與電流I的關(guān)系圖像如圖所示，可知：（1）圖像是一條向下傾斜的直線.（2）路端電壓U隨著電流I的增大而減小.1.關(guān)于電容器和電感器，下列說法中正確的是（）A.電容器和電感器對交變電流有阻礙作用，因此不能讓交變電流通過B.電容器和電感器對直流電流有阻礙作用，但可以讓直流電流通過C.電容器和電感器對直流電流都沒有阻礙作用D.電感器對交變電流有阻礙作用解析：電感器對交變電流有阻礙作用，但不能阻止，所以回路中有電流；電容器對直流電來說相當(dāng)于斷路，所以A、B、C錯誤.答案：D2.（多選）關(guān)于電動勢和電壓，下列說法正確的是（）A.電動勢E是由電源本身決定的，跟外電路無關(guān)B.電動勢E的單位與電勢、電勢差的單位都是伏特，故三者本質(zhì)上一樣C.電動勢不是電壓，但它數(shù)值上等于將1C電荷在電源內(nèi)從負(fù)極運送到正極電場力做功的大小D.電動勢是表示電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的本領(lǐng)大小的物理量解析：電動勢是表示電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的本領(lǐng)大小的物理量，電動勢E由電源本身決定，跟外電路無關(guān)，電勢與電勢差是描述電場的能的性質(zhì)的物理量，電動勢E與電勢、電勢差本質(zhì)不同，A、D正確，B錯誤.電動勢不是電壓，電動勢對應(yīng)非靜電力做功而不是電場力做功，C錯誤.答案：AD學(xué)習(xí)小結(jié)1.通過觀察各種電池，了解電動勢和內(nèi)阻等概念.2.能夠區(qū)分部分電路歐姆定律和閉合電路歐姆定律探究一進一步理解電源電動勢1.對概念的理解.（1）對于不同電源，電動勢不同，表示將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)不同，其實質(zhì)是非靜電力做功的本領(lǐng)不同，即把相同數(shù)量的正電荷在電源內(nèi)部從負(fù)極搬運到正極，非靜電力做功的多少不同.例如，蓄電池的電動勢為2V，表示在蓄電池內(nèi)移送1C的電荷時，可以將2J的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能.（2）公式E＝eq\f(W,q)是電動勢的定義式而不是決定式，E的大小與W和q無關(guān)，是由電源自身的性質(zhì)決定的.（3）為了研究問題方便，規(guī)定電動勢的方向為電源內(nèi)部電流方向，即由電源負(fù)極指向正極，但電動勢是標(biāo)量.2.電動勢和電壓的區(qū)別與聯(lián)系.項目電壓U電動勢E物理意義電場力做功，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的本領(lǐng)，表征電場的性質(zhì)非靜電力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)，表征電源的性質(zhì)定義式U＝eq\f(W,q)，W為電場力做的功E＝eq\f(W,q)，W為非靜電力做的功單位伏特伏特聯(lián)系電動勢等于電源未接入電路時兩極間的電壓值【典例1】有關(guān)電壓與電動勢的說法中正確的是（）A.電壓與電動勢的單位都是伏特，所以電動勢與電壓是同一物理量的不同叫法B.電動勢就是電源兩極間的電壓C.電動勢公式E＝eq\f(W,q)中的W與電壓U＝eq\f(W,q)中的W是一樣的，都是電場力做的功D.電動勢與電壓從能量轉(zhuǎn)化的角度來說有本質(zhì)的區(qū)別解析：只有電路開路時，電動勢才等于電源兩端的電壓值，對于E＝eq\f(W,q)及U＝eq\f(W,q)中的W，前者表示非靜電力做的功，后者表示電場力做的功.電動勢和電壓的意義不同，電動勢反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的本領(lǐng)，而電壓反映把電勢能轉(zhuǎn)化成其他形式的能的本領(lǐng).綜上所述，D正確.答案：DE＝eq\f(W,q)和U＝eq\f(W,q)的區(qū)別（1）電動勢E＝eq\f(W,q)：W為非靜電力將正電荷從負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路移到正極所做的功，數(shù)值上等于該過程中消耗電源的化學(xué)能（或其他形式能）；E為電源電動勢，在數(shù)值上等于電源移動單位正電荷消耗的化學(xué)能（或其他形式能），其大小反映了電源把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng).（2）電勢差U＝eq\f(W,q)：W為電荷在電場中從一點移到另一點過程中電場力做的功，它與電勢能的變化量ΔEP的關(guān)系為W＝－ΔEp；電勢差U在數(shù)值上等于在電場中移動單位正電荷電場力做的功.（3）電動勢表征電源的性質(zhì)，電勢差表征電場的性質(zhì).1.現(xiàn)代生活離不開電源，電子表、照相機、移動電話、計算器及許多電子產(chǎn)品，都需要配備各式各樣的電源.以下關(guān)于電源的說法，正確的是（）A.電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負(fù)極不斷地搬運到正極，從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢差B.電源的作用就是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能C.只要電路中有電源，電路中就一定有電流D.電源實質(zhì)上也是一個用電器，也需要外界提供能量解析：電源的作用是維持正、負(fù)極之間有一定的電勢差，這需要電源不斷地將其內(nèi)部的負(fù)電荷向負(fù)極聚集，將正電荷向正極聚集.外電路中自由電子在電場力的作用下向正極移動；在電源內(nèi)部，需要將正極上的電子搬運到負(fù)極，維持電勢差不變，故A錯誤；從能量轉(zhuǎn)化的角度來看，電源在搬運電荷的過程中，需要克服電場力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，故B正確；若要電路中有電流，不僅需要有電源，還需要電路是閉合的，兩者缺一不可，故C錯誤；電源是對電路提供能量的裝置，故D錯誤.故選B.答案：B2.小剛家里購買了一款掃地機器人，如圖所示.小剛仔細(xì)檢查了這個新掃地機器人，發(fā)現(xiàn)銘牌上標(biāo)有如下表所示數(shù)據(jù)，則該掃地機器人（）主機基本參數(shù)產(chǎn)品尺寸345mm×345mm×96mm電池14.4V/5200mA·h鋰電池產(chǎn)品質(zhì)量約3.8kg無線連接WiFi智能快連額定電壓14.4V額定功率55WA.額定工作電流為0.25AB.充滿電后正常工作的時間為2.5hC.電池充滿電后儲存的總電荷量為18720CD.以額定電流工作時每小時消耗能量為55J解析：由銘牌知，掃地機器人工作的額定電壓為14.4V，額定功率為55W，則額定電流I＝eq\f(55,14.4)A≈3.82A，每秒鐘消耗能量W＝Pt＝55J，A、D錯誤；根據(jù)電池容量5200mA·h知，電池充滿電后儲存的總電荷量Q＝5.2A×3600s＝18720C，充滿電后正常工作的時間t＝eq\f(5200mA·h,3.82A)≈1.36h，B錯誤，C正確.故選C.答案：C探究二對閉合電路歐姆定律的理解1.閉合電路歐姆定律的表達(dá)形式.表達(dá)式物理意義適用條件I＝eq\f(E,R＋r)電流與電源電動勢成正比，與電路總電阻成反比純電阻電路（把電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電路）①E＝I（R＋r）；②E＝U外＋I(xiàn)r；③E＝U外＋U內(nèi)電源電動勢在數(shù)值上等于電路中內(nèi)、外電壓之和①式適用于純電阻電路；②③式普遍適用2.路端電壓U隨電流I變化的圖像（U-I關(guān)系圖）.（1）U-I圖像的函數(shù)表達(dá)式：U＝E－Ir.（2）U-I圖像：位于第一象限，與橫縱坐標(biāo)軸相交的傾斜直線，如圖所示.（3）幾個特點.①三個特征量：與縱軸交點表示電動勢，與橫軸交點表示短路電流，直線斜率的大小表示電源的內(nèi)阻.②兩個特殊狀態(tài)：當(dāng)外電路斷開時（R＝∞），I變?yōu)榱悖琁r＝0，U＝E；當(dāng)電源兩端短路時（R＝0），此時電流I短＝eq\f(E,r)（短路電流）.【典例2】如圖所示電路中，電阻R1＝R2＝R3＝10Ω，電源內(nèi)阻r＝5Ω，電壓表可視為理想電表.當(dāng)開關(guān)S1和S2均閉合時，電壓表的示數(shù)為10V.求：（1）電阻R2中的電流；（2）路端電壓；（3）電源的電動勢；（4）當(dāng)開關(guān)S1閉合而S2斷開時，電壓表的示數(shù).解析：（1）電阻R2中的電流I＝eq\f(U2,R2)＝1A.（2）外電阻R＝R2＋eq\f(R1R3,R1＋R3)＝15Ω，所以路端電壓U＝IR＝15V.（3）根據(jù)閉合電路歐姆定律I＝eq\f(E,R＋r)，得E＝I（R＋r），代入數(shù)據(jù)，解得E＝20V.（4）S1閉合而S2斷開，電路中的總電流I′＝eq\f(E,R1＋R2＋r)＝0.8A，電壓表示數(shù)U′＝I′（R1＋R2），代入數(shù)據(jù)，解得U′＝16V.答案：（1）1A（2）15V（3）20V（4）16V閉合電路問題的求解方法（1）分析電路特點：認(rèn)清各元件之間的串、并聯(lián)關(guān)系，特別要注意電壓表測量哪一部分的電壓，電流表測量哪個用電器的電流.（2）求干路中的電流：若各電阻阻值和電動勢都已知，可用閉合電路的歐姆定律直接求出，也可以利用各支路的電流之和來求.（3）應(yīng)用閉合電路的歐姆定律解決問題時，應(yīng)根據(jù)部分電路的歐姆定律和電路的串、并聯(lián)特點求出部分電路的電壓和電流.3.在如圖所示的電路中，電源內(nèi)阻r為1Ω，電阻R為5Ω，理想電壓表示數(shù)為1.50V，則電源電動勢為（）A.1.5VB.1.8VC.2.0VD.3.0V解析：根據(jù)部分電路歐姆定律可得I＝eq\f(U,R)＝eq\f(1.50,5)A＝0.3A，電源電動勢為E＝I（r＋R）＝0.3×（1＋5）V＝1.8V.故選B.答案：B4.如圖所示的電路中，電源電動勢E＝9V，電阻R1＝2.5Ω，R2＝3Ω，當(dāng)電阻箱Rx調(diào)到3Ω時，電流表的示數(shù)為2A.求：（1）電源的內(nèi)電阻；（2）調(diào)節(jié)電阻箱，使電流表的示數(shù)為1.8A時，電阻R2的電流.解析：（1）電路的外電阻R＝R1＋eq\f(R2Rx,R2＋Rx)＝4Ω.根據(jù)E＝I（R＋r），代入數(shù)據(jù)，解得r＝0.5Ω.（2）電流表的示數(shù)為1.8A時，UR1＝I′R1＝1.8×2.5V＝4.5V，電源的內(nèi)電壓U內(nèi)＝I′r＝1.8×0.5V＝0.9V.則并聯(lián)電路兩端的電壓UR2＝U并＝E－U內(nèi)－UR1＝3.6V，通過電阻R2的電流I2＝eq\f(UR2,R2)＝1.2A.答案：（1）0.5Ω（2）1.2A探究三閉合電路的動態(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：eq\x(\a\al(分清電,路結(jié)構(gòu)))→eq\x(\a\al(局部電,阻變化))→eq\x(\a\al(總電阻,變化))→eq\x(\a\al(總電流,變化))→eq\x(\a\al(路端電,壓變化))→eq\x(\a\al(各部分電壓、,電流變化))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eq\x(\a\al(增大,減小))→R總eq\x(\a\al(增大,減小))→I總eq\x(\a\al(減小,增大))→U外eq\x(\a\al(增大,減小))→eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(I局,U局))（2）結(jié)論法——“并同串反”.①“并同”是指某一電阻增大時，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.②“串反”是指某一電阻增大時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小；某一電阻減小時，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.【典例3】如圖所示，當(dāng)滑動變阻器的滑片P向右移動時，三個燈泡亮度的變化情況是（）A.L1變亮，L2和L3均變暗B.L1變亮，L2不能確定，L3變暗C.L1變暗，L2變亮，L3也變亮D.L1變亮，L2變亮，L3變暗解析：當(dāng)P向右移動時，滑動變阻器的電阻減小，則總電阻減小，總電流增大，所以U3變大，L3變亮，內(nèi)電壓增大，路端電壓減小，所以L1的電壓減小，L1變暗；總電流變大，又I1是變小的，所以L2的電流增大，L2變亮.答案：C分析動態(tài)電路變化時應(yīng)注意的三個問題（1）討論定值電阻上的電壓（或電流）的變化時，可用部分電路歐姆定律I＝eq\f(U,R)分析；但是，討論可變電阻的電壓（或電流）變化時，不能再用I＝eq\f(U,R)分析，因為它的電阻變化時，兩端的電壓也隨著變化.（2）討論各支路電壓（電流）變化時，先討論定值電阻上的電壓（電流）的變化，后討論可變電阻上的電壓（電流）變化.（3）在閉合電路中，任何一個電阻的增大（或減?。?，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?。?，通過該電阻的電流一定會減?。ɑ蛟龃螅?5.如圖所示的電路