第四章++閉合電路歐姆定律與科學(xué)用電+知識(shí)點(diǎn)總結(jié) 高二上學(xué)期物理魯科版（2019）必修第三冊

2/2新教材魯科版2019版物理必修第三冊第4章知識(shí)點(diǎn)清單目錄第4章閉合電路歐姆定律與科學(xué)用電第1節(jié)閉合電路歐姆定律第2節(jié)科學(xué)測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻第3節(jié)科學(xué)測量_用多用電表測量電學(xué)量第4節(jié)科學(xué)用電第4章閉合電路歐姆定律與科學(xué)用電第1節(jié)閉合電路歐姆定律一、電動(dòng)勢1.電源：把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2.電動(dòng)勢(1)物理意義：反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量。(2)大?。涸跀?shù)值上等于電源沒有接入外電路時(shí)兩極間的電壓。符號為E，單位：伏特，單位符號：V。(3)電動(dòng)勢在數(shù)值上還等于將單位電荷量的正電荷由負(fù)極移動(dòng)到正極非靜電力所做的功。(4)定義式：E=W非3.內(nèi)阻：電源內(nèi)部導(dǎo)體的電阻。二、閉合電路歐姆定律1.閉合電路(1)電路：一部分是電源外部的電路，稱為外電路；另一部分是電源內(nèi)部的電路，稱為內(nèi)電路。(2)電壓：外電路兩端的電壓稱為外電壓；內(nèi)電路兩端的電壓稱為內(nèi)電壓。(3)電動(dòng)勢與內(nèi)、外電壓的關(guān)系：在閉合電路中，內(nèi)、外電路電勢的降落等于電源的電動(dòng)勢，即E=U外+U內(nèi)或E=IR+Ir。(4)電流：在外電路中，電流由電勢高的一端流向電勢低的一端；在內(nèi)電路中，電流由電勢低的一端流向電勢高的一端。2.閉合電路歐姆定律(1)內(nèi)容：流過閉合電路的電流跟電路中電源的電動(dòng)勢成正比，跟電路中內(nèi)、外電阻之和成反比。(2)表達(dá)式：I=ER+r(3)適用范圍：純電阻電路。三、路端電壓與外電阻的關(guān)系1.路端電壓與電流的關(guān)系：U=E-Ir。2.路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律(1)外電阻R增大電流I減小路端電壓U增大。外電阻R增大到無限大(斷路)電流I接近于0路端電壓U=E。(2)外電阻R減小電流I增大路端電壓U減小。外電阻R等于零(短路)電流I=Er路端電壓U=0。四、對電動(dòng)勢的理解1.電動(dòng)勢的物理意義：它反映了電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的大小，是電源的屬性，與電源的體積、外電路無關(guān)。2.電動(dòng)勢的粗略測量：電動(dòng)勢在數(shù)值上等于電源沒有接入外電路時(shí)兩極間的電壓，可以用阻值較大的電壓表直接接在電源兩端粗略測量，其示數(shù)近似為電源電動(dòng)勢E。五、對閉合電路歐姆定律的理解1.閉合電路的組成2.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=E流過閉合電路的電流跟電路中電源的電動(dòng)勢成正比，跟電路中內(nèi)、外電阻之和成反比純電阻電路E=I(R+r)?①E=U外+Ir?②E=U外+U內(nèi)?③電源電動(dòng)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EIt=I2Rt+I2rt④W=W外+W內(nèi)?⑤電源提供的總能量等于內(nèi)、外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的總和④式適用于純電阻電路；⑤式普遍適用3.路端電壓U隨電流I變化的圖像(U-I關(guān)系圖像)(1)圖像的函數(shù)表達(dá)式：U=E-Ir。(2)討論：當(dāng)外電路斷路(即R→∞，I=0)時(shí)，縱軸上的截距表示電源的電動(dòng)勢E；當(dāng)外電路短路(R=0，U=0)時(shí)，橫軸上的截距表示電源的短路電流I短=Er。U-I關(guān)系圖線的斜率的絕對值表示內(nèi)電阻r?4.(1)當(dāng)外電路斷開，用電壓表測量電源兩極之間的電壓時(shí)，其讀數(shù)可近似認(rèn)為等于電源的電動(dòng)勢。(2)當(dāng)外電路短路時(shí)，電流I=Er六、路端電壓隨外電路的變化關(guān)系分析1.U外-R圖像的意義路端電壓U外與外電阻R的關(guān)系可用如圖所示的圖像表示，圖像中的曲線以U外=E為漸近線，曲線上過某點(diǎn)的切線斜率為該狀態(tài)的電流I。?

U外=IR=ERR+r=E1+rR2.閉合電路的動(dòng)態(tài)分析方法當(dāng)電路中的滑動(dòng)變阻器的觸頭移動(dòng)或支路的開關(guān)打開(閉合)時(shí)，電路的阻值或結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，分析此時(shí)的電壓、電流或功率變化時(shí)，方法與技巧如下：(1)程序法：基本思路是“部分→整體→部分”。即：R局增大減小→R總增大減小→I總減小增大?I支(2)規(guī)律法：“串反并同”所謂“串反并同”規(guī)律，指的是在閉合電路中，若電源內(nèi)阻不為零，則當(dāng)某一電阻變大(或變小)時(shí)，與它串聯(lián)(或間接串聯(lián))的支路上各定值電阻的電壓和電流均減小(或增大)，而與它并聯(lián)(或間接并聯(lián))的支路上各定值電阻的電壓和電流均增大(或減小)。(3)極端法：因滑動(dòng)變阻器滑片的滑動(dòng)引起電路變化的問題，可將滑動(dòng)變阻器的滑片分別滑至兩個(gè)極端去討論。(4)等效電源法：將電路中某些元件與電源看做一個(gè)新的電源，然后再分析、討論，可以簡化問題，使思路更簡單。七、閉合電路功率問題的分析1.各部分功率關(guān)系分析對于純電阻電路，由EIt=I2Rt+I2rt知，EI=I2R+I2r，其中EI為電源的總功率，I2r為電源內(nèi)阻的消耗功率，I2R為外電路的消耗功率，也是電源的輸出功率。(1)電源的功率P：電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的功率，也稱為電源的總功率。計(jì)算式：P=(2)電源內(nèi)阻的消耗功率P內(nèi)：電源內(nèi)阻的熱功率，也稱為電源的損耗功率，計(jì)算式：P內(nèi)=I2r。(3)電源的輸出功率P出：外電路的消耗功率，計(jì)算式：P出=IU外(普遍適用)。2.電源的輸出功率與外電阻R的關(guān)系分析電源的輸出功率：P出=UI=RE2(R+r(1)當(dāng)R=r時(shí)，電源的輸出功率最大，Pm=E2(2)當(dāng)R>r時(shí)，隨著R的增大輸出功率越來越小。(3)當(dāng)R<r時(shí)，隨著R的增大輸出功率越來越大。(4)當(dāng)P出<Pm時(shí)，每個(gè)輸出功率對應(yīng)兩個(gè)可能的外電阻R1和R2，且R1·R2=r2。(5)P出與R的關(guān)系如圖所示。?3.電源的效率η=P出P=IU外IE=U外E=IR第2節(jié)科學(xué)測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻。2.學(xué)習(xí)通過計(jì)算和作圖分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。二、實(shí)驗(yàn)器材1.電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、待測干電池、開關(guān)、導(dǎo)線等。三、實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)1.原理圖如圖所示2.實(shí)驗(yàn)原理改變滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，測出兩組I、U數(shù)據(jù)，代入方程E=U+Ir，可得到方程組E=U解此方程組可求得電動(dòng)勢E=I2U1?I四、實(shí)驗(yàn)步驟1.確定電流表、電壓表的量程，按照電路圖連接好電路，且使滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大。2.閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表和電壓表有明顯的讀數(shù)，記錄一組U、I值。3.用同樣的方法，多測幾組U、I值。4.斷開開關(guān)，整理好器材。5.利用代數(shù)法或圖像法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1.代數(shù)法運(yùn)用方程組E=U1+I利用所測U、I值多求幾組E和r的值，最后算出它們的平均值。2.圖像法以縱軸表示路端電壓，橫軸表示總電流，建立直角坐標(biāo)系，將所測多組對應(yīng)的U、I值進(jìn)行描點(diǎn)，然后用平滑的曲線將各點(diǎn)連接起來。由U=E-Ir知，U-I圖像是一條斜向下的直線，如圖所示。(1)直線與縱軸的交點(diǎn)表示電源的電動(dòng)勢E。(2)直線與橫軸的交點(diǎn)表示短路電流I0。(3)直線斜率的絕對值等于電源的內(nèi)阻r=|k|=ΔUΔI六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)及誤差分析1.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些?？蛇x用已使用過一段時(shí)間的干電池。(2)干電池在大電流放電時(shí)，電動(dòng)勢會(huì)明顯下降，內(nèi)阻r會(huì)明顯增大，故長時(shí)間放電不宜超過0.3A，短時(shí)間放電不宜超過0.5A。因此，實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過大，讀電表要快，每次讀完應(yīng)立即斷電。(3)要測出不少于6組I、U數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些。用方程組求解時(shí)，要將測出的I、U數(shù)據(jù)，第1次和第4次為一組，第2次和第5次為一組，第3次和第6次為一組，分別解出E、r值再取平均值。(4)在畫U-I圖線時(shí)，要使較多的點(diǎn)落在一條直線上或使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)。個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去不予考慮。這樣，就可使偶然誤差得到部分抵消，從而提高精確度。(5)干電池內(nèi)阻較小時(shí)路端電壓U的變化也較小，即不會(huì)比電動(dòng)勢小很多，這時(shí)，在畫U-I圖線時(shí)，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始(橫坐標(biāo)I必須從零開始)。這時(shí)圖線和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流，不過直線斜率的絕對值仍是電源的內(nèi)阻。2.誤差分析(1)系統(tǒng)誤差產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因有兩種：電壓表分流和電流表分壓。①電流表相對于待測電阻(電源內(nèi)阻)外接，如圖甲所示。?a.由于電壓表分流IV，故電流表示數(shù)I小于電源的輸出電流I真，I真=I+IV，而IV=URV，U越大，IV越大，它們的關(guān)系可用圖乙表示。實(shí)測的圖線為AB，經(jīng)過IV修正后的圖線為A'B，可看出AB的斜率絕對值和在縱軸上的截距小于A'B，即實(shí)測的E和b.對此也可由電路來解釋：若把圖甲中的R和電流表看成外電路，則電壓表可看成內(nèi)電路的一部分，故實(shí)測的是電源和電壓表這個(gè)整體等效的r'和E'。電壓表和電源并聯(lián)，故等效內(nèi)阻r小于電源內(nèi)阻r真，即r測<r真；外電路斷開時(shí)，a、b兩點(diǎn)間電壓Uab即等效電動(dòng)勢，此時(shí)電壓表與電源構(gòu)成回路，故Uab<E真，即E測<E真。測量值實(shí)際上是等效電源的電動(dòng)勢E'和內(nèi)阻r'，當(dāng)把等效電源外電路短路時(shí)，電壓表不再分流，短路電流等于通過電源的實(shí)際電流，所以兩圖線相交

于相同的短路電流處(乙圖中的B點(diǎn))。②電流表相對于待測電阻(電源內(nèi)阻)內(nèi)接，如圖甲所示。?由于電流表的分壓作用，故電壓表的讀數(shù)比路端電壓小，電流表測得的電流等于流過電源的電流，所以在流過電流相同的情況下，U測<U真，依照分析可繪制出圖乙所示圖線，可以從圖線的意義得E測=E真，r測>r真。對此也可由電路來解釋，若把圖甲中的RA看成內(nèi)阻的一部分，故實(shí)測的是電源和電流表這個(gè)整體的等效電動(dòng)勢E'和內(nèi)阻r'，r測=r'=r真+RA>r真；由電動(dòng)勢等于外電路斷路時(shí)的路端電壓可知，把電路從A、B處斷開，E測=UAB=E真，所以兩圖線交于縱軸上的同一點(diǎn)，即電源的電動(dòng)勢處。綜合上述，任一種電路都存在系統(tǒng)誤差，若電源內(nèi)阻較小時(shí)，不能采用②中的測量電路，盡管電動(dòng)勢的測量值準(zhǔn)確，但內(nèi)阻的測量誤差很大，因此要選用①中的測量電路。(2)偶然誤差①由于讀數(shù)視差或電表接線柱接觸不良引起的誤差。②每次讀完電表示數(shù)沒有立即斷電，而是長時(shí)間閉合開關(guān)S，甚至改變滑動(dòng)變阻器阻值的全過程中始終通電，造成電池電動(dòng)勢E下降，內(nèi)電阻r增大。③用圖像法求E和r時(shí)，由于作圖不準(zhǔn)確造成的偶然誤差。第3節(jié)科學(xué)測量_用多用電表測量電學(xué)量第4節(jié)科學(xué)用電一、認(rèn)識(shí)多用電表1.歐姆表的改裝的理論依據(jù)就是閉合電路歐姆定律。2.測量原理如圖所示，當(dāng)紅、黑表筆間接入待測電阻R時(shí)，通過表頭的電流I=ER1+r+每個(gè)R值都對應(yīng)一個(gè)電流值，在刻度盤上直接標(biāo)出與I值對應(yīng)的R值，就可以從刻度盤上直接讀出待測電阻的阻值。3.用途：共用一個(gè)表頭，可分別測量電壓、電流、電阻。4.各部分名稱如下：?二、用多用電表測量電學(xué)量1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)用多用電表測量電路元件的電壓值。(2)用多用電表測量電路元件的電流值。(3)用多用電表測量電阻的電阻值。2.實(shí)驗(yàn)器材多用電表、不同阻值的電阻、學(xué)生電源、小燈泡、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線等。3.實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)多用電表的核心是一個(gè)直流靈敏電流計(jì)G，即表頭。表頭與電阻、開關(guān)等組成不同的測量電路。如圖所示是一種測量直流電流、電壓和電阻的多用電表原理示意圖。用多用電表測直流電流和電壓的原理，實(shí)質(zhì)上就是我們學(xué)過的分流和分壓原理。在圖中，若將選擇開關(guān)撥至觸點(diǎn)“1”或“2”，可構(gòu)成不同量程的電流表；若將選擇開關(guān)撥至觸點(diǎn)“3”或“4”，可構(gòu)成不同量程的電壓表；若將選擇開關(guān)撥至觸點(diǎn)“5”，可構(gòu)成歐姆表。測量電阻前，需先將多用電表的兩表筆直接相連，調(diào)節(jié)調(diào)零電阻(R5+R6)使指針滿偏，以校準(zhǔn)歐姆表內(nèi)部的總電阻。4.實(shí)驗(yàn)步驟(1)用多用電表測量電路元件的電壓值a.觀察多用電表指針是否在零刻度。若不在零刻度，則用螺絲刀轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械調(diào)零旋鈕，使指針停于左端零刻度。b.選擇直流電壓擋合適的量程，并將選擇開關(guān)旋至相應(yīng)位置。c.將多用電表并聯(lián)在待測電路兩端，注意紅表筆接觸點(diǎn)的電勢應(yīng)比黑表筆接觸點(diǎn)的電勢高。d.讀數(shù)時(shí)注意所選量程的分度值。(2)用多用電表測量通過電路元件的電流值a.選擇直流電流擋合適的量程。b.將被測電路導(dǎo)線拆開一端，把多用電表串聯(lián)在電路中。c.讀數(shù)時(shí)，要認(rèn)清刻度盤上的分度值。注意：電流應(yīng)從紅表筆流入多用電表。(3)用多用電表測量電阻的電阻值a.檢查多用電表指針是否仍在左端零刻度。b.估測待測電阻的電阻值，將多用電表的選擇開關(guān)旋至合適倍率的歐姆擋。c.將黑、紅表筆短接，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指在右端電阻零刻度處。d.將表筆搭在待測電阻兩端，指針示數(shù)乘以量程倍率，即待測電阻阻值。通常電阻上的標(biāo)稱值與測量值之間有誤差，算出對應(yīng)的相對誤差。e.實(shí)驗(yàn)完成之后，將表筆從插孔拔出，并將選擇開關(guān)旋到“OFF”位置或交流電壓最高擋；若長期不用，應(yīng)取出電池。三、科學(xué)用電1.家庭電路一般由兩根進(jìn)戶線、電能表、保險(xiǎn)設(shè)備、用電器、插座、導(dǎo)線、開關(guān)等組成。2.斷路、短路是家庭用電的常見故障。3.火災(zāi)和觸電是用電中較容易發(fā)生的安全事故。用電時(shí)發(fā)生的火災(zāi)主要是由短路和過載造成的。觸電一般是人直接或間接接觸帶電體造成的。為了避免用電事故的發(fā)生，了解一些安全用電的常識(shí)是非常重要的。4.節(jié)約用電，不僅可以減少能源消耗，緩解能源緊張問題，還可以減少環(huán)境污染。四、對多用電表電阻擋測量原理的理解1.測量原理?當(dāng)紅、黑表筆相接時(shí)(圖甲)，相當(dāng)于被測電阻Rx=0，調(diào)節(jié)R的阻值，使Er+Rg+R=Ig，則表頭的指針指到滿刻度，所以將刻度盤上指針指在滿偏處定為電阻零刻度。當(dāng)紅、黑表筆不接觸時(shí)(圖乙)相當(dāng)于被測電阻Rx=∞，電流表中沒有電流，表頭的指針不偏轉(zhuǎn)，此時(shí)指針?biāo)傅奈恢檬强潭鹊摹啊蕖碧帯．?dāng)紅、黑表筆間接入被測電阻Rx時(shí)(圖丙)，通過表頭的電流I=Er+Rg+R+Rx。改變Rx，電流I隨之改變，每個(gè)Rx2.歐姆表的刻度(1)歐姆表的刻度不均勻歐姆表刻度能指示出電阻的數(shù)值，但刻度是不均勻的，如圖所示?？坑疫叺目潭认?，靠左邊的刻度密，這是因?yàn)榭潭仁歉鶕?jù)電流與電阻的對應(yīng)關(guān)系刻出的，而接入不同的被測電阻Rx時(shí)，通過的電流IxIx=Er+(2)中值電阻電流表的指針指到刻度盤的中央時(shí)所對應(yīng)的Rx值叫中值電阻，R中=R內(nèi)=Rg+r+R。(3)由(1)(2)可知：當(dāng)Rx=2R內(nèi)時(shí)，Ix=ER內(nèi)+2R內(nèi)=1當(dāng)Rx=3R內(nèi)時(shí)，Ix=ER內(nèi)+3R內(nèi)=1當(dāng)Rx=nR內(nèi)時(shí)，Ix=ER內(nèi)+nR內(nèi)=13.刻度標(biāo)注刻度標(biāo)注方法標(biāo)注位置“0”紅、黑表筆相接，調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕，使指針滿偏，被測電阻Rx=0滿偏電流Ig處“∞”紅、黑表筆不接觸，表頭指針不偏轉(zhuǎn)，被測電阻Rx=∞電流為零處中值電阻R中=r+R+Rg刻度盤正中央“Rx”紅、黑表筆接Rx，Ix=E(r+R+Rx=EIx-r-R-Rg，Rx與I與Rx對應(yīng)的電流Ix處

(1)歐姆表的刻度不均勻，且由右向左刻度越來越密，要盡可能利用歐姆表的刻度盤的中央部分。(2)使用多用電表測電流、電壓、電阻時(shí)，電流都是從紅表筆流入，從黑表筆流出。五、用多用電表測電阻1.用多用電表測電阻的步驟(1)機(jī)械調(diào)零：使用前若表針沒有停在左端的“0”位置(電流的零刻度處)，要用螺絲刀轉(zhuǎn)動(dòng)指針定位螺絲(調(diào)零螺絲)，使指針指零；將紅、黑表筆分別插入“+”“-”插孔。(2)選擋：估計(jì)待測電阻的大小，旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān)，使其尖端對準(zhǔn)歐姆擋的合適倍率。(3)歐姆調(diào)零：將紅、黑表筆短接，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指在表盤右端的“0”刻度處。(4)測量讀數(shù)：將兩表筆分別與待測電阻的兩端接觸，表針?biāo)鶎潭戎党吮堵始幢粶y電阻阻值。(5)測另一電阻時(shí)重復(fù)(2)(3)(4)。(6)實(shí)驗(yàn)完畢，應(yīng)將選擇開關(guān)置于“OFF”擋或交流電壓最高擋，拔出表筆。2.測電阻時(shí)應(yīng)注意的問題(1)選擋后要進(jìn)行歐姆調(diào)零。(2)換擋后要重新進(jìn)行歐姆調(diào)零。(3)被測電阻要與電源等其他元件分離，不能用手接觸表筆的金屬桿。(4)選擇倍率時(shí)，應(yīng)使指針盡可能指在中央刻度線附近。若指針偏角太大，應(yīng)改換低倍率，若指針偏角太小，應(yīng)改換高倍率。(5)被測電阻阻值等于表針?biāo)鶎潭戎?/p>