2021-2022高中物理3-1學案：第2章 7閉合電路的歐姆定律

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE20-版權(quán)所有@高考資源網(wǎng)學必求其心得，業(yè)必貴于專精7閉合電路的歐姆定律[學習目標］1。[物理觀念］會由能量守恒定律推導出閉合電路的歐姆定律。2。[物理觀念］理解內(nèi)、外電壓,理解閉合電路的歐姆定律。(重點）3.[科學思維]會用閉合電路的歐姆定律分析路端電壓與負載的關(guān)系,會進行相關(guān)的電路分析和計算。（難點)一、閉合電路的歐姆定律1．描述閉合電路的幾個基本物理量用導線把電源、用電器連接起來就構(gòu)成了閉合電路，如圖所示。①內(nèi)電路：電源內(nèi)部的電路叫作內(nèi)電路，其電阻叫作內(nèi)電阻,通常用r表示。閉合電路中，通常用U內(nèi)表示Ir，它是內(nèi)電路的電勢降落，稱為內(nèi)電壓。②外電路：電源兩極之間的外部電路叫作外電路，其電阻叫作外電阻。閉合電路中,通常用U外表示IR，它是外電路的電勢降落,稱為外電壓,也常稱為路端電壓,簡單地記為U。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)化為其他形式的能的總和，即EIt＝I2Rt＋I2rt.3．閉合電路的歐姆定律（1）內(nèi)容：閉合電路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＝eq\f(E，R＋r）;適用范圍：純電阻電路。(3）常用的變形公式:E＝U外＋U內(nèi)或U外＝E－Ir；適用范圍：任何閉合電路。二、路端電壓與負載的關(guān)系1．路端電壓與外電阻的關(guān)系：U外＝E－U內(nèi)＝E－eq\f（E,R＋r）r。結(jié)論：①R增大→U外增大；②外電路斷路時U外＝E；③外電路短路時U外＝0.2．路端電壓與電流關(guān)系(1)公式：U外＝E－Ir。(2）圖象（U。I圖象)：如圖所示是一條傾斜的直線，該直線與縱軸交點的坐標表示電動勢E，斜率的絕對值表示電源內(nèi)阻r。1．思考判斷(正確的打“√"，錯誤的打“×”）（1)電動勢越大，閉合電路的電流就越大。 (×）（2）電源的內(nèi)阻越大，閉合電路的電流就越小. （×）(3)電源一定時，負載電阻越大，電流越小。 (√）（4）電源發(fā)生短路時，電流為無窮大。 （×)（5)外電路斷路時，電源兩端的電壓就是電源電動勢. (×）2．一太陽能電池板，測得它的開路電壓為800mV，短路電流為40mA。若將該電池板與一阻值為20Ω的電阻連成一閉合電路，則它的路端電壓是（）A．0。10VB．0。20VC．0。30VD．0.40VD［電源電動勢為0。8V，根據(jù)I短＝eq\f（E，r），解得r＝eq\f(E,I短）＝20Ω，所以U＝eq\f（R，R＋r)E＝0。4V，D正確。］3．(多選)如圖所示為兩個不同閉合電路中兩個不同電源的U-I圖象,則下列說法中正確的是（)A．電動勢E1＝E2，短路電流I1〉I2B．電動勢E1＝E2，內(nèi)阻r1〉r2C．電動勢E1>E2，內(nèi)阻r1<r2D．當兩電源的工作電流變化量相同時，電源2的路端電壓變化較大AD[由圖象可知兩電源的U.I圖線交縱軸于一點，則說明兩電源的電動勢相同；交橫軸于兩不同的點，很容易判斷電源1的短路電流大于電源2的短路電流，則A項正確。又由兩圖線的傾斜程度可知圖線2的斜率的絕對值大于圖線1的斜率的絕對值，即電源2的內(nèi)阻大于電源1的內(nèi)阻，則可知B、C項錯誤。由圖象可判斷當兩電源的工作電流變化量相同時，電源2的路端電壓的變化量大于電源1的路端電壓的變化量，可知D項正確。]對閉合電路歐姆定律的理解應用1.閉合電路中的幾個關(guān)系式幾種形式說明（1）E＝U＋U內(nèi)(1)I＝eq\f（E，R＋r)和U＝eq\f（R,R＋r)E只適用于外電路為純電阻的閉合電路（2）I＝eq\f（E,R＋r）(3）U＝E－Ir（U、I間關(guān)系）（2）由于電源的電動勢E和內(nèi)電阻r不受R變化的影響,從I＝eq\f(E，R＋r)不難看出,隨著R的增加，電路中電流I減小(3）U＝E－Ir既適用于外電路為純電阻的閉合電路,也適用于外電路為非純電阻的閉合電路（4）U＝eq\f（R，R＋r)E(U、R間關(guān)系)2。特別提醒(1)外電路短路時電路中電流較大,為防止將電源、電路燒壞或引發(fā)火災事故,一般不允許這種情況發(fā)生。（2)外電路含有非純電阻元件（如電動機、電解槽等）時,不能直接用歐姆定律解決電流問題，可以根據(jù)串、并聯(lián)電路特點或能量守恒定律列式計算?！纠?】如圖所示的電路中，當S閉合時，電壓表和電流表(均為理想電表）的示數(shù)各為1.6V和0.4A。當S斷開時，它們的示數(shù)各改變0.1V和0。1A，求電源的電動勢和內(nèi)電阻。思路點撥：（1)兩表讀數(shù)增減的分析：①開關(guān)S斷開后，外電阻的變化：由R1、R2并聯(lián)變化為只有R1接入電路，電阻變大；②兩表讀數(shù)的變化：電流表讀數(shù)減小，電壓表讀數(shù)變大。(2)電壓表測量的是路端電壓，電流表測量的是干路電流，它們之間的關(guān)系滿足閉合電路歐姆定律，即U＝E－Ir.[解析］當S閉合時，R1、R2并聯(lián)接入電路，當S斷開時,只有R1接入電路，此時路端電壓增大、干路電流減小。當S閉合時，由閉合電路歐姆定律得：U＝E－Ir，即1。6＝E－0.4r①當S斷開時，只有R1接入電路，由閉合電路歐姆定律得：U′＝E－I′r,即1。6＋0.1＝E－（0。4－0.1）r②由①②得:E＝2V，r＝1Ω。[答案]2V1Ω閉合電路問題的求解方法（1)分析電路特點：認清各元件之間的串、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）應用閉合電路的歐姆定律解決問題時，應根據(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。eq\o(［跟進訓練])1。如圖所示的電路中，電阻R1＝9Ω，R2＝15Ω，電源電動勢E＝12V,內(nèi)電阻r＝1Ω。求當電流表示數(shù)為0。4A時,變阻器R3的阻值多大？[解析]對R2，有U2＝I2R2＝0。4×15V＝6V則R1和r上的電壓U＝E－U2＝（12－6）V＝6V故總電流I1＝eq\f(U,R1＋r）＝eq\f(6，9＋1）A＝0.6A流過R3的電流I3＝I1－I2＝（0。6－0.4）A＝0.2A故R3＝eq\f(U2,I3)＝eq\f(6,0.2)Ω＝30Ω.［答案]30Ω閉合電路的動態(tài)變化閉合電路中只要電路的某一部分發(fā)生變化，就會影響整個電路，使總電路和每一部分的電流、電壓都發(fā)生變化。其分析的一般思路為:（1)明確電路結(jié)構(gòu)，即電路各元件的連接方式；（2)明確局部電阻的變化和外電路總電阻R總的變化;（3)運用I總＝eq\f(E，R總＋r）判斷I總的變化；(4）運用U內(nèi)＝I總r判斷U內(nèi)的變化;(5)運用U外＝E－U內(nèi)判斷U外的變化;（6)運用電學公式定性分析各支路相關(guān)量變化?！纠?】如圖所示的電路中，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)增大思路點撥：（1)滑動變阻器的滑動端向下滑動時,滑動變阻器接入電路的電阻減小，總電阻減小。（2)分析電路的動態(tài)變化的一般思路是“先局部后整體再局部”。A［滑動變阻器R0的滑片向下滑動的過程中，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正確。]直流電路的動態(tài)分析思路基本思路是“部分→整體→部分”,即從阻值變化入手，由串、并聯(lián)規(guī)律判知R總的變化情況,再由閉合電路歐姆定律判知I總和U端的變化情況，最后由部分電路歐姆定律及串聯(lián)分壓、并聯(lián)分流等規(guī)律判知各部分的變化情況。eq\o（［跟進訓練]）2．如圖所示，閉合開關(guān)S,滑動變阻器R2的滑片向下滑動的過程中(）A．通過R1的電流增大B．電壓表的示數(shù)變小C．流過電阻R3的電流方向是a→bD．流過電阻R3的電流方向是b→aC［當滑動變阻器R2的滑片向下滑動時，變阻器連在電路中的電阻增大,外電路總電阻增大，干路電流減小，所以通過R1的電流減小，故A錯誤；干路電流減小，電壓表的示數(shù)增大，故B錯誤；干路電流減小，電容器的電壓增大，可知，電容器C所帶電荷量增多，電容器充電,流過電阻R3的電流方向是a→b，故C正確，D錯誤。］電源的有關(guān)功率和電源的效率1.電源的有關(guān)功率和電源的效率(1）電源的總功率：P總＝IE＝I(U內(nèi)＋U外）。(2）電源的輸出功率:P出＝IU外。（3）電源內(nèi)部的發(fā)熱功率：P′＝I2r。（4)電源的效率：η＝eq\f（P出，P總）＝eq\f（U外,E),對于純電阻電路，η＝eq\f(R，R＋r）＝eq\f（1,1＋\f(r，R）)。2．輸出功率和外電阻的關(guān)系在純電阻電路中，電源的輸出功率為P＝I2R＝eq\f(E2，R＋r2）R＝eq\f（E2,R－r2＋4Rr）R＝eq\f(E2，\f（R－r2，R)＋4r).（1）當R＝r時，電源的輸出功率最大,Pm＝eq\f(E2,4r)。(2)當R〉r時，隨著R增大，P減小。（3）當R〈r時,隨著R增大,P增大.【例3】電路圖如圖甲所示，圖乙中圖線是電路中的電源的路端電壓隨電流變化的關(guān)系圖象,滑動變阻器的最大阻值為15Ω，定值電阻R0＝3Ω.甲乙（1）當R為何值時，R0消耗的功率最大?最大值為多少?(2）當R為何值時，電源的輸出功率最大？最大值為多少?思路點撥:(1)由題圖乙可求出電源的電動勢和內(nèi)電阻，注意縱軸坐標原點不從0開始。(2)R0為定值電阻，其電流越大,消耗功率越大。（3)對電源來說,R＋R0為電源外電阻,當r＝R0＋R時，電源輸出功率最大。［解析］（1）由題圖乙知電源的電動勢和內(nèi)阻為：E＝20V，r＝eq\f（20－5，2）Ω＝7.5Ω由題圖甲分析知道,當R＝0時,R0消耗的功率最大，最大值為P′max＝eq\b\lc\(\rc\）(\a\vs4\al\co1(\f(E，R0＋r))）eq\s\up12（2）R0＝eq\b\lc\（\rc\）(\a\vs4\al\co1(\f(20,3＋7.5））)eq\s\up12(2）×3W≈10.9W。（2)當r＝R＋R0,即R＝4.5Ω時，電源的輸出功率最大，最大值為Pmax″＝eq\b\lc\（\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(E,R0＋R＋r))）eq\s\up12(2）(R0＋R）＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(20,3＋4.5＋7.5)）)eq\s\up12（2)×(3＋4.5)W≈13.3W。[答案]（1）010。9W(2）4.5Ω13。3W上例中，當R為何值時,R消耗的功率最大？最大值為多少？提示：把R0看作電源內(nèi)電阻，則電源的等效內(nèi)阻為r′＝r＋R0＝10。5Ω即當R＝r′＝10.5Ω時，R消耗的功率最大,最大功率Pmax＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1（\f(E，R0＋R＋r）)）eq\s\up12(2）R＝eq\b\lc\(\rc\）（\a\vs4\al\co1(\f（20，10。5＋10.5))）eq\s\up12(2）×10。5W＝9.5W。eq\o（[跟進訓練])3．如圖所示，電路電壓U保持不變，滑動變阻器R的總阻值與R2的阻值均為20Ω，電阻R1的阻值為5Ω.當滑動變阻器R的滑動端P由a向b滑動過程中(）A．干路中電流不斷減小B．R1上消耗電功率不斷增大C．R1上消耗電功率不斷減小D．R2上消耗電功率不斷增大B［滑片由a向b滑動時,R變小，R并變小，R總變小，電路中的總電流變大，R1兩端的電壓變大,消耗的功率變大；并聯(lián)部分電壓變小,R2消耗的功率變小，故B正確,A、C、D錯誤。]電路故障問題電路故障一般是短路或斷路，常見的情況有導線斷芯、燈泡斷絲、燈座短路、電阻器內(nèi)部斷路、接觸不良等，判斷故障的基本方法有兩種。1．儀表檢測法(1）電壓表是由靈敏電流計G和分壓電阻R0串聯(lián)組成的，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖甲所示。甲乙（2)用電壓表檢測如圖乙所示，合上開關(guān)S,若電壓表有示數(shù)但燈泡不亮,說明電路中有電流通過電壓表，電路為通路(電壓表作為一個高電阻把開關(guān)和電源接通了)，則開關(guān)S和導線不斷路,燈L斷路即故障所在.2．假設法已知電路發(fā)生某種故障，尋找故障發(fā)生的位置時，可將整個電路劃分為若干部分，然后逐一假設某部分電路發(fā)生故障，運用歐姆定律進行正向推理.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.直到找出發(fā)生故障的全部可能為止，亦稱排除法.【例4】（多選)在如圖所示的電路中，電源的電動勢E和內(nèi)阻r恒定,閉合開關(guān)S后燈泡能夠發(fā)光,經(jīng)過一段時間后燈泡突然變亮,則出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是()A．電阻R1短路B．電阻R2斷路C．電阻R2短路D．電容器C斷路AB[若R1短路，則R總變小,I總變大，通過燈泡L的電流變大，燈泡變亮，A正確;若R2斷路，R總變大，I總變小,U內(nèi)＝I總r變小，U外變大，U1＝I總R1變小，因UL＝U外－U1,所以UL變大，燈泡變亮，B正確;若R2短路，電流不經(jīng)過燈泡，燈泡不亮，C錯誤；若電容器斷路，總電阻不影響，故燈泡亮度不變，D錯誤。］如果某用電器被短路，則它兩端的電壓為零；如果電路中某處斷路且只有一處,則斷路處電壓不為零，這是解決故障問題的主要依據(jù).eq\o(［跟進訓練]）4．圖示電路中，電源的電動勢E＝6V,內(nèi)阻不計,閉合開關(guān)S后,某時刻電路出現(xiàn)故障，此時理想電壓表的示數(shù)U＝6V,可知該故障可能為（)A．小燈泡L斷路B．電阻R1或R2斷路C．小燈泡L和電阻R1都斷路D．電阻R1或R2短路B[電壓表有示數(shù)，說明電壓表之外電路有短路或電壓表之內(nèi)電路有斷路，所以故障可能為小燈泡短路或者電阻R1或R2斷路,B正確。］1．［科學思維]理解閉合電路歐姆定律。2．［科學思維］分析閉合電路的動態(tài)變化問題.3．［科學方法］閉合電路中的功率分析與計算。4．［科學思維］電路中的故障分析。1．關(guān)于電源的電動勢，下列說法中正確的是（）A．電源電動勢的大小等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓的大小，所以當電源接入電路時，電動勢的大小將發(fā)生變化B．電路閉合時,并聯(lián)在電源兩端的電壓表的示數(shù)就是電源電動勢的值C．電源的電動勢是表示電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的本領大小的物理量D．在閉合電路中,電動勢等于內(nèi)、外電路上電壓之和，所以電動勢實際上就是電壓C［直接利用電動勢的概念分析判斷可知，選項C正確。］2。(多選）如圖所示為兩個獨立電路A和B的路端電壓與其總電流I的關(guān)系圖線，則（)A．路端電壓都為U1時,它們的外電阻相等