第三节 研究闭合电路
问题探究
在不同的工作电路中,工作电源是有很大差异的,你知道主要的差异在哪里吗??
答案:电源是一种能量的转换装置,它的工作主要是将其他形式的能转换为电能,而不同的电源这种转换本领是不同的,在物理学中通常是用电动势表示这种本领,电源的主要差异就是电动势不同,不同的用电器按需要必须配置不同电动势的电源,以满足用电器工作的要求.?
自学导引
1.电源的最基本的特征是有____________,正极的电势比负极的电势____________,两极间存在_____________.不同的电源在没有接入电路时两极间的____________,这个电压与电源的____________在数值上是相等的.?
答案:两个极 高 电压 电压不同 电动势?
2.闭合电路的欧姆定律的表达式是____________,E是____________,R是____________,r是____________.?
答案: 电源电动势 电路的外电阻 电源的内电阻?
3.电源的外电路两端的电压叫做路端电压,路端电压____________,实验结果表明__________________的大小有关.?
答案:U=E-Ir 路端电压与负载?
4.电源的电动势和内阻的大小可通过实验进行测量,在实验时,有两种数据处理方法,分别是____________和____________.??
答案:计算法 作图法?
疑难剖析
电动势的物理意义?
【例1】 关于电动势,下列说法正确的是（ ）?
A.电源电动势在数值上等于路端电压?
B.当外电阻发生变化时,电源电动势也发生变化??
C.电源电动势在数值上等于内、外电路上的电压之和,与内外电路的组成无关?
D.电源电动势的大小可以通过实验进行测定??
解析:电源电动势反映电源转换能量的本领,与外电路的电阻无关,选项?B错,C正确.电动势在数值上等于电路的内、外电压之和,与路端电压的数值不完全一样,选项A错.电动势一般情况下是不变的,可以利用实验测定,选项D正确.??
答案:CD??
温馨提示:电源电动势反映电源本身的属性,与外电路无关,它的大小反映电源的本领,尽管电动势和电压的单位相同,但物理意义不同.??
闭合电路欧姆定律的应用?
【例2】 用电动势为12 V的直流电源对某纯电阻电路供电,此时电源的端电压为8 V,?输出电流为2 A.若将外电路电阻增大到原来的2倍,则输出电流和端电压分别为( )?
A.1.0 A,8.0 V
B.1.2 A,9.6 V?
C.1.5 A,9.6 V
D.1.8 A,10 V??
解析:由题设可知,R1=U1/I1=4 Ω,而E=I1(R1+r),r=2 Ω,R2=2R1=8 Ω,,U2=I2R2=9.6 Ω,正确选项为B.?
答案:?B??
温馨提示:本题充分利用部分和闭合电路欧姆定律,先求解电源内阻,再计算外电阻改变后的端电压和输出电流.??
电路的动态分析?
【例3】 在如图231所示的电路中,当可变电阻的阻值R变大时（ ）?
图2-3-1
A.A、B间电压增大?
B.A、B间电压减小?
C.通过R2的电流减小?
D.通过R的电流增大?
解析:可变电阻R的阻值变大时,应该有
R↑→R总↑→↓U内(=Ir)↓?选项A正确.?
答案:?A??
温馨提示:电源工作的外电路中,某个电阻的变化会引起整个电路的电流电压变化,要确定某部分的电流电压变化,只能根据欧姆定律和串并联电路的特征来确定.???
电源电动势和内阻的测定?
【例4】 如图2-3-2所示的是两个闭合电路中两个电源的UI图象,下列说法中正确的是（ ）
图2-3-2
A.电动势E1=E2,内阻?r1B.电动势E1=E2,内阻?r1>r2??
C.电动势E1=E2,发生短路时的电流I1>I2?
D.当两电源的工作电流变化相同时,电源2的路端电压变化较大?
解析:电源的电动势和内阻的测定可以通过UI图线来完成,由图线可知,E1=E2,两电源的短路电流I1>I2,(图线的横截距)故内阻r=E/I,r1答案:ACD??
温馨提示:利用实验描绘的UI图线可以比较两电源的电动势和内阻之间的关系,在实验中经常使用该方法.??
拓展迁移
在图2-3-3的电路中,电源电动势E=6 V,内阻r=2 Ω,已知R1=2 Ω,R2=6 Ω,滑动变阻器的总阻值R3=12 Ω.求?
图2-3-3
(1)滑动变阻器的滑片P移到什么位置时,电压表有最大值和最小值?各是多少??
(2)如果移动变阻器的滑片P,使电压表的读数为1 V,变阻器的有效阻值是多大?
解析:(1)当P滑到最左端时,电压表被短路,读数最小,最小值为零,当P滑到最右端时,R2和R3并联的电阻最大,电压表读数最大,且.?
(2)当电压表的读数为1 V时,.?
答案:(1)当P滑到最左端时,电压表有最小值为0;当P滑到最右端时,电压表有最大值为3 V?0 3 V??
(2)1.33 Ω????????
自我检测
1.关于电动势及闭合电路欧姆定律,以下说法正确的是( )?
A.电动势越大,电源所提供的电能就越多?
B.电源电动势等于电源工作时转化的能量?
C.电源电动势越大,电源工作时电路中的总电流就越大?
D.电动势在数值上等于电源内外电路的电压之和???
答案:D
2.下列说法中正确的是( )?
A.电源电动势表示电源把其他形式的能转变为电能的本领?
B.照明电路中使用的电灯越多,电路的总电阻越大,电源的路端电压越高?
C.外电路断开时的路端电压在数值上等于电源电动势?
D.外电路短路时的路端电压在数值上等于电源电动势??
答案:AC
3.在如图2-3-4所示的电路中,当滑动变阻器R1的触头向右移动时,电压表V1和电压表V2的示数变化量分别为ΔU1和ΔU2(均取绝对值),则ΔU1和ΔU2的大小关系为( )?
图2-3-4
A.ΔU1>ΔU2?
B.ΔU1<ΔU2?
C.ΔU1=ΔU2?
D.条件不足,无法确定ΔU1和ΔU2的大小关系
答案:A
4.在如图2-3-5所示的电路中,电源的电动势E和内阻r恒定不变,电灯L恰能正常发光,如果变阻器的滑片向b端滑动,则( )?
图2-3-5
A.电灯L更亮,电流表的示数减小??
B.电灯L更亮,电流表的示数增大?
C.电灯L更暗,电流表的示数减小?
D.电灯L更暗,电流表的示数增大??
答案:A
5.在一个电动势为3 V、内阻不能忽略的电池两端接一个电阻,当有1 C电荷通过电阻R时,在R上产生的热量( )?
A.大于3 J ? B.小于3 J?
C.等于3 J? D.内阻未知,无法确定?
答案:B
6.如图2-3-6所示,用两节干电池点亮几个小灯泡,当逐一闭合开关,接入灯泡增多时,以下说法正确的是（ ）?
图2-3-6
A.灯少时各灯较亮,灯多时各灯较暗?
B.灯多时各灯两端的电压较低?
C.灯多时通过电池的电流较大?
D.灯多时通过各灯的电流较大??
答案:ABC??
7.如图2-3-7所示,当可变电阻R调到20 Ω,电流表的读数为0.3 A,当可变电阻R调到10 Ω,电流表的读数为0.4 A,则电源的电动势E=____________V,内阻r=____________Ω.??
图2-3-7
答案:12 20
8.在如图2-3-8所示的电路中,当可变电阻调到20 Ω时,电压表的示数为2 V;当可变电阻调到6 Ω时,电压表的示数为1.8 V.则电源的电动势为___________V,内阻为___________Ω.??
图2-3-8
答案:2.1 1
9.如图2-3-9所示是某电源的伏安特性曲线,由图线可知,电源电动势为____________V,电源内阻为____________Ω.电流为0.2 A时的外电阻为____________Ω.??
图2-3-9
答案:6 1.6 28.4
10.如图2-3-10所示,V1、V2是两只电压表,当开关?S?断开时,电压表V1的读数为12 V,电压表V2的读数为6 V.当开关S闭合时,电压表V2的读数为15 V,?则电源电动势为_____________V.(电源内阻不计)??
图2-3-10
答案:20?
11.在如图2-3-11所示的电路中,电压U恒定不变,所有电阻的阻值都是R,此时带电粒子P静止在平行板电容器之间,当开关S接通时,带电粒子P将( )?
图2-3-11
A.向下做加速运动?
B.向上做加速运动?
C.仍然保持静止状态?
D.都有可能??
答案:A
12.在如图2-3-12所示的电路中,电源电动势E=6 V,内阻r未知,R0为定值电阻.一同学误将电流表并联在电阻Rx的两端,其读数为2 A;将此电流表换成电压表后,读数为3 V.?若电流表和电压表均为理想电表,则R x的阻值为( )?
图2-3-12
A.1 Ω B.2 Ω?
C.3 Ω D.4 Ω?
答案:C
13.在如图2-3-13所示的电路中,电源电动势为6 V,当开关S接通后,灯泡L1和L2都不亮,用电压表测得各部分电压是Uab=6 V,Ucd=6 V,Uad=0,由此可断定( )?
图2-3-13
A.L1和L2的灯丝都烧断了?
B.L1的灯丝烧断?
C.L2的灯丝烧断?
D.变阻器R烧断?
答案:C?
14.在如图2-3-14所示的电路中,电源电动势E=6 V,内阻r=0.5 Ω,电阻R1=9.5 Ω,R2=R3=10 Ω,电压表为理想表.则开关S分别接到1、2和3三个位置时,电压表的示数分别为__________V、__________V和__________V.??
图2-3-14
答案:0 2.85 3.8?
15.在如图2-3-15甲所示的电路中,电阻R的阻值不断改变,电路中的电流和电源的路端电压也在不断改变,电源的UI图线如图乙所示,由图象确定电阻R的变化范围为____________.?
图2-3-15
答案:0≤R≤4 ?Ω??
课件29张PPT。
目标导航预习导引目标导航预习导引一二三一、电动势
1.用来表示电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量.用E来表示,单位是伏特.电动势的单位与电压的单位相同.
2.电动势在数值上等于不接用电器时电源正、负两极间的电压,但电动势不是电压.
干电池和蓄电池的电动势不同,表明了什么?
答案：两种电池的电动势不同,表明它们把化学能转化为电能的本领大小不同.目标导航预习导引一二三二、闭合电路欧姆定律
1.闭合电路由两部分组成:外电路和内电路.电源外部的电路叫外电路.外电路上的电阻称为外电阻,用R表示;电源内部的电路称为内电路.内电路上的电阻即电源的电阻称为内电阻,用r表示.
2.内容:闭合电路中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.
3.公式: 或E=IR+Ir=U外+U内.目标导航预习导引一二三三、路端电压与负载的关系
1.外电路两端的电压称为路端电压.
2.根据U=IR=E-Ir可知,当R增大时,路端电压U 增大,当R减小时,路端电压U 减小.
如图所示,U1、U2、U3、U4哪一个指电路的路端电压?
答案：U4知识精要思考探究典题例解一二迁移应用一、闭合电路欧姆定律
1.公式 中的电阻R是外电路的总电阻,要计算R的大小,先要弄清外电路的连接方式,在此基础上才能进行有效的计算.
2.利用公式 计算出的电流是电路的总电流,要确定通过某电阻上的电流,还要根据串、并联电路的特征进行求解.
3.由于电源的电动势E和内电阻r不受R的影响,所以随着R的增大,电路中的电流I减小.
4.变形式:E=IR+Ir或E=U外+Ir.或U外=E-Ir.
E=IR+Ir只适用于外电路为纯电阻的闭合电路.U外=E-Ir既适用于外电路为纯电阻的闭合电路,也适用于外电路为非纯电阻的闭合电路.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用用电压表分别测量同样规格新干电池和旧干电池两极间的电压,会发现示数近似相等,但是若将这两节新旧干电池分别连成如图所示的电路,对同一规格的灯泡供电,灯泡的亮度差别却非常大,这是为什么呢?
答案：旧干电池内阻较大,使得电路中电流较小.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用解析：电源没有接入外电路时,路端电压值等于电源电动势,所以电动势E=800 mV.【例1】 一太阳能电池板,测得它的开路电压为800 mV,短路电流为40 mA,若将该电池板与一阻值为20 Ω 的电阻器连成一闭合电路,则它的路端电压是( )
A.0.10 V B.0.20 V
C.0.30 V D.0.40 V一二知识精要思考探究典题例解迁移应用答案：D 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用(多选)用E表示电源电动势,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表示电流,则下列各式中正确的是( )
A.U'=IR B.U'=E-U
C.U=E+Ir D.
答案：BD一二知识精要思考探究典题例解迁移应用二、路端电压与负载的关系
1.对一定的电源,电流、路端电压、内电压随外电路电阻的改变而改变,变化情况如下(↑表示增大,↓表示减小):一二知识精要思考探究典题例解迁移应用2.由U=E-Ir知路端电压U是干路中电流I的一次函数,以I为横坐标,U为纵坐标,作出U-I图象,这个图象应是一条直线,如图所示:一二知识精要思考探究典题例解迁移应用傍晚是每一天用电的高峰时段,万家灯火,但灯光较暗,这是为什么呢?
答案：当电路中接入较多的用电器时,由于这些用电器是并联的,其总电阻会变小,干路中的电流就会很大,干路上就会有很大的电势降落,造成灯泡两端电压变低,所以灯泡的亮度也就变暗了.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用【例2】如图所示,当滑动变阻器的滑片P向右移动时,三个灯泡亮度的变化情况是( )
A.L1变亮,L2和L3皆变暗
B.L1变亮,L2不能确定,L3变暗
C.L1变暗,L2变亮,L3也变亮
D.L1变亮,L2变亮,L3变暗一二知识精要思考探究典题例解迁移应用思路分析：利用路端电压跟外电阻的关系讨论,先分析总电阻怎么变化,再分析总电流怎么变化,再分析路端电压怎么变化,最后到各支路的电流和电压怎么变化.
解析：当P向右移动时,滑动变阻器的电阻减小,则总电阻减小,总电流增大,所以U3变大,L3变亮,内电压增大,路端电压减小,所以L1的电压减小,L1变暗;总电流变大,又I1是变小的,所以L2的电流增大,L2变亮.因此,本题的正确选项应为C.
答案：C一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一二知识精要思考探究典题例解迁移应用如图所示,用两节干电池点亮几个小灯泡,当逐一闭合开关,接入灯泡增多时,以下说法不正确的是( )
A.灯少时各灯较亮,灯多时各灯较暗
B.灯多时各灯两端的电压较低
C.灯多时通过电池的电流较大
D.灯多时通过各灯的电流较大
答案：D
解析：由于电灯并联在电路中,所以接入电路的电灯越多,总电阻越小,电路的总电流越大.电源的内电压越大,路端电压越低.流过每个灯的电流越小,每个电灯越暗.知识链接案例探究类题试解电源电动势和内阻的测量
1.测量原理:如图甲所示,改变变阻器的阻值,从电流表、电压表中读出几组U和I的值.知识链接案例探究类题试解2.数据处理:
(1)计算法:由闭合电路的欧姆定律E=U+Ir组成方程组可求解E、r.
(2)作图法:在坐标纸上,I为横坐标,U为纵坐标,测出几组U、I值,画出U-I图象,根据闭合电路的欧姆定律U=E-Ir,可知U是I的一次函数,这个图象应该是一条直线.如图乙所示.这条直线跟纵轴的交点表示电源电动势,这条直线的斜率的绝对值,即为内阻r的值.
a.纵轴的截距等于电源的电动势E;横轴的截距等于外电路短路时的电流
b.直线斜率的绝对值等于电源的内阻,即 ,θ越大,表明电源的内阻越大.
图象法是一种应用广泛的处理实验数据的方法,采用图象法来表示实验结果,能形象直观地显示物理量变化的规律.知识链接案例探究类题试解(2015安徽理综)某同学为了测量一节电池的电动势和内阻,从实验室找到以下器材:一个满偏电流为100 μA、内阻为2 500 Ω的表头,一个开关,两个电阻箱(0~999.9 Ω)和若干导线.
(1)由于表头量程偏小,该同学首先需将表头改装成量程为50 mA的电流表,则应将表头与电阻箱 (选填“串联”或“并联”),并将该电阻箱阻值调为 Ω.?
(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量,实验电路如图甲所示,通过改变电阻R测相应的电流I,且作相关计算后一并记录如下表.甲 知识链接案例探究类题试解知识链接案例探究类题试解①根据表中数据,图乙中已描绘出四个点,请将第5、6两组数据也描绘在图乙中,并画IR-I图线;乙
②根据图线可得电池的电动势E是 V,内阻r是 Ω.?知识链接案例探究类题试解解析：(1)表头改装成大量程的电流表时,应给其并联上一个电阻.由IgRg=(I-Ig)R,解得R=5.0 Ω,即将电阻箱阻值调为5.0 Ω;
(2)①图线如答案图所示;
②根据题意,题中(2)的表格中的电压为电阻箱两端电压.改装后的毫安表内阻RA约为5.0 Ω,由闭合电路欧姆定律,得E=U+(RA+r)I,整理得U=E-(RA+r)I,结合图象知,图线在纵轴上的截距表示电池的电动势,有E=1.53 V,图线的斜率大小表示RA+r的阻值,由图线得斜率约为7.0,故 r=k-RA=2.0 Ω.
答案：(1)并联 5.0 (2)①如答案图所示 ②1.53 2.0知识链接案例探究类题试解知识链接案例探究类题试解在用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻的实验中,所用电流表和电压表的内阻分别为0.1 Ω和1 kΩ.下面分别为实验原理图及所需的器件图.(1)试在图乙中画出连线,将器件按原理图连接成实验电路.
(2)一位同学记录了6组实验数据,见表.试根据这些数据在图丙中画出U-I图线.根据图象读出电池的电动势E= V,求出电池内阻r= Ω.?知识链接案例探究类题试解知识链接案例探究类题试解答案：(1)见解析 (2)1.46 0.72(0.67~0.77均可)
解析：(1)先将电源、开关、电流表、滑动变阻器按照一定顺序连接好,再将电压表并到滑动变阻器与电流表串联电路两端,实物连接如图.知识链接案例探究类题试解(2)根据表格中U、I数据,在方格纸U-I坐标上描点画线,如图所示,连直线时第四组数据(0.32 A,1.18 V)标出的点明显偏离其他点,误差太大,应该舍去,然后将直线延长,交U轴于U1=1.46 V(1.44~1.48都对),即为电源电动势;交I轴于I=0.64 A,注意此时U2=1.00 V,由闭合电路欧姆定律得 Ω=0.72 Ω(0.67~0.77均对).
