2.闭合电路的欧姆定律
课后篇巩固提升
基础巩固
1.(多选)电池给灯泡供电与人将球抛出在能量转化方面有相似之处,我们可以将电势能类比于重力势能,如图所示,下列说法正确的是( )
A.可以将电流通过灯泡时电流做功与抛球时人对球做功相类比
B.可以将电池的非静电力做功与抛球时人对球做的功类比
C.可以将电流通过灯泡时做的功与重力对球做的功类比
D.可以将电池的非静电力做功与重力对球做功类比
解析将电势能类比重力势能,电流通过灯泡做功,电势能减少,可类比重力做功,重力势能减少,非静电力做功,电势能增加,可类比人抛球对球做功,球重力势能增加,故B、C正确。
答案BC
2.
(多选)如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图像,则下列说法正确的是( )
A.电动势E1=E2,短路电流I1>I2
B.电动势E1=E2,内阻r1>r2
C.电动势E1>E2,内阻r1D.当两电源的工作电流变化量相同时,电源2的路端电压变化较大
解析由题图可知两电源的U-I图线交纵轴于一点,则说明两电源的电动势相同;交横轴于两不同的点,很容易判断电源1的短路电流大于电源2的短路电流,则A项正确。又由两图线的倾斜程度可知图线2的斜率的绝对值大于图线1的斜率的绝对值,即电源2的内阻大于电源1的内阻,则可知B、C项错误。由图像可判断当两电源的工作电流变化量相同时,电源2的路端电压的变化量大于电源1的路端电压的变化量,可知D项正确。
答案AD
3.
如图所示,当开关S断开时,电压表示数为3 V,当开关S闭合时,电压表示数为1.8 V,则外电阻R与电源内阻r之比为 ( )
A.5∶3 B.3∶5
C.2∶3 D.3∶2
解析S断开时,电压表的示数等于电源的电动势,即E=3 V。S闭合时,U外=1.8 V,所以U内=E-U外=1.2 V。因U外=IR,U内=Ir,所以R∶r=U外∶U内=1.8∶1.2=3∶2。
答案D
4.一块数码相机中用的锂电池的电动势为3.6 V,容量为1 000 mA·h(相当于用1 000 mA的电流释放可放电1 h,用500 mA的电流释放可放电2 h,以此类推)。当关闭液晶屏时可拍摄照片400张左右,则每拍一张照片所消耗的电能约为 J;当打开液晶屏时可拍摄照片150张左右,则每拍一张照片液晶屏消耗的电能约为 J。?
解析电源输出的总电能E=UQ=UIt=3.6×1×3 600 J=12 960 J。
关闭液晶屏时,每拍一张照片消耗的电能
E1==32.4 J。
打开液晶屏时,每拍一张照片消耗的电能
E2==86.4 J。
每拍一张照片液晶屏消耗的电能E3=E2-E1=86.4 J-32.4 J=54 J。
答案32.4 54
5.铅蓄电池的电动势为2 V,一节干电池的电动势为1.5 V,将铅蓄电池和干电池分别接入电路,两个电路中的电流分别为0.1 A和0.2 A。试求:两个电路都工作20 s,电源所消耗的化学能分别为多少?哪一个电源把化学能转化为电能的本领更大?
解析对于铅蓄电池的电路,20 s内通过的电荷量为q1=I1t=2 C,对于干电池的电路,20 s内通过的电荷量为q2=I2t=4 C。
由电动势的定义式得电源消耗的化学能分别为
W1=q1E1=4 J,W2=q2E2=6 J。
电动势反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小,电动势越大,电源本领越大,故铅蓄电池把化学能转化为电能的本领更大。
答案4 J 6 J 铅蓄电池把化学能转化为电能的本领更大
能力提升
1.有两个阻值相同都为R的电阻,串联起来接在电动势为E的电源上,通过每个电阻的电流为I,若将这两个电阻并联起来,仍接在该电源上,此时通过一个电阻的电流为,则该电源的内阻是( )
A.R B. C.4R D.
解析由闭合电路欧姆定律得,两电阻串联时I=,两电阻并联时I=,解得r=4R,故选C。
答案C
2.
(多选)如图所示的U-I图像中,直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系,直线Ⅱ为某一电阻R的U-I曲线,用该电源直接与电阻R连接成闭合电路,由图像可知( )
A.R的阻值为1.5 Ω
B.电源电动势为3 V,内阻为0.5 Ω
C.电源的输出功率为3 W
D.电源内部消耗功率为1.5 W
答案AD
3.
(多选)如图所示,甲、乙为两个独立电源(外电路为纯电阻)的路端电压与通过它们的电流 I 的关系图线,下列说法正确的是( )
A.电源甲的电动势大于电源乙的电动势
B.电源甲的内阻小于电源乙的内阻
C.路端电压都为U0时,它们的外电阻相等
D.电流都是I0时,两电源的内电压相等
解析图线与U轴交点的坐标值表示电动势的大小,由图线可知,甲与U轴交点的坐标值比乙的大,表明甲的电动势大于乙的电动势,故A正确;图线的斜率的绝对值表示电源内阻的大小(电动势与短路电流的比值),图线甲的斜率的绝对值大于图线乙的斜率的绝对值,表明甲的内阻大于乙的内阻,故B错误;甲、乙两图线的交点坐标为(I0,U0),外电路是纯电阻说明两电源的外电阻相等,故C正确;电源的内电压等于通过电源的电流与电源内阻的乘积,即U内=Ir,因为甲的内阻比乙的内阻大,所以当电流都为I0时,甲电源的内电压较大,故D错误。故选A、C。
答案AC
4.
如图所示电路中,电源电动势E=12 V,内阻r=2 Ω,R1=4 Ω,R2=6 Ω,R3=3 Ω。
(1)若在C、D间连一个理想电压表,其读数是多少?
(2)若在C、D间连一个理想电流表,其读数是多少?
解析(1)若在C、D间连一个理想电压表,根据闭合电路欧姆定律,有I1= A=1 A。
理想电压表读数为UV=I1R2=6 V。
(2)若在C、D间连一个理想电流表,这时电阻R2与R3并联,并联电阻大小R23= Ω=2 Ω
根据闭合电路欧姆定律,有
I2= A=1.5 A
U2=E-I2(r+R1)=3 V
理想电流表读数为I'==1 A。
答案(1)6 V (2)1 A
(共33张PPT)
2.闭合电路的欧姆定律
必备知识
自我检测
一、电动势
1.非静电力
(1)定义:电源把正电荷由负极搬运到正极的力。
(2)化学电池中的非静电力是化学作用,发电机中的非静电力是电磁作用。电源把正电荷由负极搬运到正极。非静电力做正功,电势能增加。
2.电源
通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。
3.电动势
(1)定义:非静电力把正电荷从负极搬运到正极所做的功跟搬运的电荷量的比值叫电源的电动势。
必备知识
自我检测
(3)单位:伏特,用“V”表示。
(4)物理意义:电动势的大小反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领,电动势越大,表示电源转化其他形式能量的本领越大。
(5)大小:从做功角度,其数值等于非静电力把1 C的正电荷从负极搬运到正极所做的功。?
(6)决定因素:电动势是电源的属性,大小完全由电源的非静电力特性决定,与电源的体积和外电路的组成及变化无关。
必备知识
自我检测
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
1.电势变化趋势
在外电路中,沿电流方向电势降低。
2.电源的内阻:电源内部也存在电阻,内电路中的电阻叫内电阻,简称内阻。
3.闭合电路欧姆定律
(1)内容:闭合电路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。
4.内电压、路端电压与电动势的关系
内电路上的电势降落称为内电压,外电路上总的电势降落称为路端电压。关系为E=U外+U内。
必备知识
自我检测
三、路端电压与负载的关系
1.路端电压与电流的关系
电流越大,路端电压越小。关系式:U=E-Ir。
2.路端电压与外电阻的关系
必备知识
自我检测
1.正误判断。
(1)电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。 ( )
解析:电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。
答案:×
(2)把同一电源接在不同的电路中,电源的电动势也将变化。 ( )
解析:电动势是电源本身的性质,与接入的外电路无关。
答案:×
必备知识
自我检测
(3)电动势就是电势差,两者没有区别。 ( )
解析:电势差指电场中两点电势之差,反映了两点的电势变化;电动势是电源的一个重要参量,反映了电源将其他形式的能转化为电能的本领。两者虽然单位相同,但有本质的区别。
答案:×
(4)电源的电动势在数值上等于电源两极之间的电压。 ( )
解析:当电源开路时,电源两极之间的电压在数值上等于电源的电动势。
答案:×
必备知识
自我检测
(5)电源一定时,负载电阻越大,电流越大。 ( )
解析:根据闭合电路的欧姆定律I= ,负载电阻越大,电流越小。
答案:×
(6)外电路断路时,电源两端的电压就是电源电动势。 ( )
解析:外电路断路时,电源两端的电压在数值上等于电源电动势,但电压与电动势是两个不同的概念。
答案:×
必备知识
自我检测
2.一台发电机用0.5 A的电流向外输电,在1 min内有180 J的机械能转化为电能,则发电机的电动势为( )
A.6 V B.360 V C.120 V D.12 V
答案:A
必备知识
自我检测
3.一太阳能电池板,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
答案:D
探究一
探究二
探究三
随堂检测
电动势
情景导引
日常生活中我们经常接触到各种各样的电源,如图所示的干电池、手机电池,它们有的标有“1.5 V”字样,有的标有“3.7 V”字样。
1.如果把5 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极,电荷的电势能增加了多少?非静电力做了多少功?如果把2 C的正电荷从3.7 V的手机电池的负极移到正极呢?
2.是不是非静电力做功越多电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大?如何描述电源把其他形式的能转化为电能的本领?
探究一
探究二
探究三
随堂检测
要点提示:1.从1.5 V干电池的负极移到正极,电势能增加了7.5 J,非静电力做功7.5 J;从3.7 V手机电池的负极移到正极,电势能增加了7.4 J,非静电力做功7.4 J。
2.不是。非静电力对电荷做功多少与电荷的数量有关。若把相同数量的正电荷从电源的负极移到正极,做功越多,电荷获得的电势能越多,表明电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大。可以用非静电力做的功与电荷量的比值来反映非静电力做功的本领。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
知识归纳
1.电动势
(1)定义:在电源内部,非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功W与被移送电荷量q的比值。
(3)物理意义:反映电源非静电力做功本领大小的物理量。
(4)决定因素:由电源中非静电力的特性决定,跟电源的体积无关,跟外电路无关。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
2.对电动势概念的四点诠释
(1)电动势是用比值定义的物理量,由电源中非静电力的特性决定,是电源的属性,与移送的电荷量q和所做的功W无关,跟电源的体积、外电路也无关。
(2)电动势是电源的专用名词,而电压对应于内、外电路。
(3)电动势E是标量,为了研究问题方便,规定电动势的方向为电源内部电流方向,即由电源负极指向正极。
(4)电动势越大,表明每移动1 C电荷,电源可把更多的其他形式的能量转化为电能。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
实例引导
例1(多选)关于电动势E的说法中正确的是 ( )
A.电动势E的大小,与非静电力所做的功W的大小成正比,与移送电荷量q的大小成反比
B.电动势E是由电源本身决定的,跟电源的体积和外电路均无关
C.电动势E是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量
D.电动势E的单位与电势差的单位相同,故两者在本质上相同
解析:电动势是一个用比值定义的物理量,这个物理量与这两个相比的项没有关系,它是由电源本身决定的,是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量。电动势和电势差尽管单位相同,但本质上是不相同的,故选B、C。
答案:BC
探究一
探究二
探究三
随堂检测
规律方法 电动势与电势差的区别与联系
探究一
探究二
探究三
随堂检测
变式训练1有一铅蓄电池,在其内部将2×10-5 C的电子从正极移到负极需要3×10-2 s的时间,此过程中非静电力做功为4×10-5 J,则该铅蓄电池的电动势是多少?给一小灯泡供电,供电电流是0.2 A,供电10 min,非静电力做功是多少?
答案:2 V 240 J
探究一
探究二
探究三
随堂检测
闭合电路欧姆定律及其能量分析
情景导引
右图为闭合电路的组成(纯电阻电路)
(1)在外、内电路中,沿着电流方向,各点电势如何变化?
(2)若电源电动势为E,电路中的电流为I,在t时间内电源非静电力做功多少?内外电路中产生的焦耳热分别为多少?它们之间有怎样的关系?
(3)闭合电路的电流I与电动势E,外电阻R和内电阻r的关系怎样?
探究一
探究二
探究三
随堂检测
要点提示:(1)在外电路中沿电流方向电势降低;在内电路中沿电流方向电势升高。
(2)EIt。I2rt;I2Rt。EIt=I2Rt+I2rt。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
知识归纳
闭合电路欧姆定律的不同表达形式
探究一
探究二
探究三
随堂检测
实例引导
例2在如图所示的电路中,R1=9 Ω,R2=5 Ω,当a、b两点接理想的电流表时,其读数为0.5 A;当a、b两点间接理想的电压表时,其读数为1.8 V。求电源的电动势和内电阻。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
解析:当a、b两点间接理想的电流表时,R1被短路,回路中的电流I1=0.5 A,由闭合电路欧姆定律得:E=I1(R2+r)①
由闭合电路欧姆定律得:
E=I2(R2+R1+r)②
联立①②得:E=3 V,r=1 Ω。
答案:3 V 1 Ω
探究一
探究二
探究三
随堂检测
规律方法 解决闭合电路问题的一般步骤
①分析电路特点:认清各元件之间的串、并联关系,特别要注意电压表测量哪一部分的电压,电流表测量哪个用电器的电流。
②应用闭合电路的欧姆定律求干路中的电流。
③根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
变式训练2某电路当外电路断开时,路端电压为3 V,接上8 Ω的负载电阻后其路端电压降为2.4 V,则可以判定该电路中电源的电动势E和内电阻r分别为( )
A.E=2.4 V,r=1 Ω B.E=3 V,r=2 Ω
C.E=2.4 V,r=2 Ω D.E=3 V,r=1 Ω
答案:B
探究一
探究二
探究三
随堂检测
情景导引
在如图所示的电路中,电源的电动势E=10 V,内电阻r=1 Ω,试求当外电阻分别是1 Ω、3 Ω、4 Ω、7 Ω、9 Ω时所对应的路端电压。通过数据计算,你发现了怎样的规律?请以电路中的电流为横轴,路端电压为纵轴,作出U-I图像,图线与纵轴的交点、与横轴交点(纵坐标从零开始)、斜率的绝对值的物理意义各是什么?
探究一
探究二
探究三
随堂检测
要点提示:外电压分别为5 V、7.5 V、8 V、8.75 V、9 V。随着外电阻的增大,路端电压逐渐增大。
U-I图像如图所示。图线与纵轴的交点表示电源的电动势;图线与横轴的交点表示短路电流;图线斜率的绝对值表示电源的内阻,即
探究一
探究二
探究三
随堂检测
知识归纳
1.路端电压随外电阻的变化规律
探究一
探究二
探究三
随堂检测
2.路端电压与电流的关系图像如图所示
(1)U轴截距表示电源电动势,纵坐标从零开始时,I轴截距等于短路电流。
画龙点睛 电阻的伏安特性曲线电压随电流的增大而增大,此处电源的U-I图像中电压随电流的增大而减小,二者物理意义不同。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
实例引导
例3(多选)某一电源的U-I图像如图所示,由图可知( )
A.电源电动势为2 V
C.电源短路时电流为6 A
D.电路路端电压为1 V时,电路中电流为5 A
答案:AD
探究一
探究二
探究三
随堂检测
变式训练3(多选)某电源的路端电压与电流的关系图像如图所示,下列结论正确的是 ( )
A.电源的电动势为6.0 V
B.电源的内阻为12 Ω
C.电源的短路电流为0.5 A
D.电流为0.3 A时的外电阻是18 Ω
答案:AD
探究一
探究二
探究三
随堂检测
1.(多选)关于电动势,下列说法中正确的是( )
A.在电源内部把正电荷从负极移到正极,非静电力做功,电势能增加
B.对于给定的电源,移动正电荷非静电力做功越多,电动势就越大
C.电动势越大,说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移动时,单位电荷量做功越多
D.电动势越大,说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移到正极时,移送的电荷量越多
解析:电源是将其他形式的能转化为电势能的装置,是通过电源内部的非静电力做功来完成的,所以,非静电力做功,电势能就增加,因此选项A正确。电源的电动势是反映电源内部其他形式的能转化为电势能本领的物理量,电动势在数值上等于移送单位电荷量的正电荷所做的功,不能说电动势越大,非静电力做功越多,也不能说电动势越大,移送的电荷量越多,所以选项C正确,选项B、D错误。
答案:AC
探究一
探究二
探究三
随堂检测
2.用E表示电源电动势,U表示路端电压,Ur表示内电压,R表示外电路总电阻,r表示电源内阻,I表示干路电流,则下列各式正确的是( )
A.Ur=IR B.Ur=E-U
答案:B
