物理：2.3 研究闭合电路 课件（粤教版选修3-1）

(共53张PPT)
第三节　研究闭合电路
课标定位
学习目标：1.掌握电动势的概念．
2．知道电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压，知道电源的
电动势等于内、外电路上电势降落之和．
3．理解闭合电路的欧姆定律及其公式，并能熟练解决有关的电路问题．
4．熟练利用闭合电路的欧姆定律，讨论电源的路端电压与负载的关系．
5．了解并掌握测定电源的电动势与内阻的原理．
6．掌握实验方法，并学会处理数据．
重点难点：电动势的理解，闭合电路的欧姆定律的应用，掌握实验原理，合理处理实验数据.
一、电动势
1．电源外部的电路叫做外电路，外电路上的电阻称为_______．电源内部的电路叫做内电路，内电路上的电阻即电源的电阻称为_______.
2．不同的电源，两极间的_____不同，物理学用电动势这个物理量来描述电源的这种特性.电源的电动势_______等于不接用电器时电源正负两极间的电压．
外电阻
内电阻
电压
数值上
3．电动势的单位与电压的单位相同，也是___
___．电动势是标量，电动势不是电压．
二、闭合电路的欧姆定律
1．内容：闭合电路中的电流跟电源的_______成正比，跟内外电路的_________成反比．
2．公式：I＝_________.
伏
特
电动势
电阻之和
思考感悟
在探究电动势、外电压、内电压三者之间的定量关系的实验中，两电压表的正、负极连接时应注意什么？
提示：外电路电压表的正极与电源的正极相连接，负极与电源负极相连接．内电路电压表的正极与电源负极旁边的铜丝相连，负极与电源正极旁边的铜丝相连．
三、路端电压跟负载的关系
1．外电路两端的电压叫_________ ．
2．由E＝U外＋U内和U内＝Ir可得U外＝_____.
对于一个电源，它的电动势和内阻是确定的.当
外电阻增大时，由闭合电路欧姆定律_________可知，电路中的电流减小，因而路端电压_____.反之，当外电阻减小时，路端电压_____.
路端电压
E－Ir
增大
减小
四、测量电源的电动势和内阻
实验的电路如图2－3－1所示，实验原理是闭合电路的欧姆定律．
图2－3－1
平均值
2．用作图法来处理数据
(1)在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，根据测出的多组U、I值，在坐标纸上描出对应的点.
(2)根据闭合电路的欧姆定律U＝E－Ir，可知U、I关系图象是一条直线．由于存在实验误差，按照实测数据描出的点一般不会严格地落在同一条直线上．为了减小误差，可以用直尺画一条直线，使直线两侧的点的数目_________．这条直线就是电路的路端电压与电流的关系图象.
大致相等
(3)这条直线跟纵轴的交点的纵坐标数值上等于_____________.
(4)这条直线与横轴的交点表示电压U＝0，即电压被短路的情况．交点的横坐标即为短路电流I
短，内电阻r可由下式得到：_______.不难看出,直线的斜率数值上等于______________.
电源电动势E
电源的内电阻r
一、电动势的理解
从能量转化的角度来看，非静电力移动电荷做功的过程，就是把其他形式的能转化为电能的过程．在不同的电源中，非静电力做功的本领也不相同，把一定数量的正电荷在电源内部从负极搬运到正极，非静电力做功越多，电荷的电势能增加得就越多．非静电力做的功越少，则电荷的电势能增加得就越少.物理学中用电动势表示电源的这种特性.
特别提醒：电动势在数值上等于电源不接入电路时两极间的电压，但与两极间的电压有着本质的区别，不能说路端电压就是电源电动势，电动势是电源本身的一种性质，两极间的电压是由电动势提供的．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(单选)下列说法中正确的是(　　)
A．电源的电动势实质上就是电源两极间的电压
B．电源的电动势在数值上等于两极间的电压
C．电源的电动势与电压的单位相同，但与电压有本质的区别
D．电动势越大，电源两极间的电压一定越高
解析：选C.电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量．而电压是电场中两点间的电势差，电动势与电压有着本质的区别，所以A选项错，C选项对．当电源开路时，两极间的电压在数值上等于电源的电动势，但在闭合电路中，电源两极间的电压(路端电压)随外电阻的增大而增大，随外电阻的减小而减小，当电源短路时，R外＝0，这时路端电压为零，所以B、D选项错．
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．
特别提醒：在闭合电路中，任何一个电阻的增大(或减小)，将引起电路总电阻的增大(或减小)．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．(单选)用电动势为12 V的直流电源对某纯电阻电路供电，此时电源的路端电压为8 V，输出电流为2 A．若将外电路电阻增大到原来的2倍，则输出电流和路端电压分别为(　　)
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
三、路端电压与负载的关系
1．电动势和内电压、外电压的关系
电动势的大小等于内、外电压之和，即E＝U内＋U外．
2．路端电压与负载的关系
(如图2－3－2所示).
图2－3－2
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3．(单选)如图2－3－3所示的
电路中，电源的电动势为E，
内阻为r.当可变电阻的滑片P
向b移动时，电压表V1的读数
U1与电压表V2的读数U2的变化情况是(　　)
图2－3－3
A．U1变大，U2变小
B．U1变大，U2变大
C．U1变小，U2变小
D．U1变小，U2变大
解析：选A.当P向b移动时，电路中总电阻变大，由闭合电路的欧姆定律可知电路中总电流I变小，由欧姆定律得U2＝IR变小，再由闭合电路欧姆定律得U1＝E－Ir变大，故本题应选A.
四、测量电源的电动势和内电阻
1．测量原理
如图2－3－4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．
图2－3－4
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.
(2)系统误差：主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的
数值比实际的总电流(即流过
电源的电流)要小一些．U越
大，电流表的读数与总电流
的偏差就越大，将测量结果与真实情况在U－I坐标系中表示出来，如图2－3－5所示，可见E测＜E真，r测＜r真.
图2－3－5
4．注意事项
(1)为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，宜选用旧电池和内阻较大的电压表.
(2)电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电电流不宜超过0.3 A，短时间放电电流不宜超过0.5 A．因此实验中不宜将I调得过大，读电表的读数要快，每次读完后应立即断电.
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
4．如图2－3－7所示是某
电源的路端电压随干路电
流I的变化图象，由图象可
知，该电源的电动势为___
_____V，内阻为________Ω.
图2－3－7
答案：6.0　1.6
如图2－3－8所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数分别为1.6 V和0.4 A．当S断开时，它们的示数分别改变0.1 V和0.1 A，求电源电动势．
例1
闭合电路欧姆定律的应用
图2－3－8
【自主解答】　法一：当S闭合时，R1、R2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U1＝E－I1r
即E＝1.6＋0.4r ①
当S断开时，只有R1接入电路，外电阻增大，电路总电阻变大，由闭合电路欧姆定律得：U2＝E－I2r
即E＝(1.6＋0.1)＋(0.4－0.1)r ②
由①②得：E＝2 V，r＝1 Ω.
图2－3－9
【答案】　2 V
变式训练　如图2－3－10所示的电路中，电阻R1＝9 Ω，R2＝15 Ω，电源电动势E＝12 V，内电阻r＝1 Ω.求当电流表示数为0.4 A时，变阻器R3的阻值多大？
图2－3－10
解析：根据欧姆定律可得：U2＝I2R2＝I3R3，由闭合电路欧姆定律可得：E＝U2＋(I2＋I3) (R1＋r)，代入数据解得：R3＝30 Ω.
答案：30 Ω
(单选)如图2－3－11所示的电路中，当滑动变阻器的滑动触点向b端移动时(　　)
例2
闭合电路的动态分析
图2－3－11
A．电压表V的读数增大，电流表A的读数减小
B．电压表V和电流表A的读数都增大
C．电压表V和电流表A的读数都减小
D．电压表V的读数减小，电流表A的读数增大
【精讲精析】　变阻器滑动端向b端移动，变阻器电阻增大，与R2并联部分电阻增大，再与R1串联后外电路总电阻增大，导致全电路总电阻增大，电动势不变，因此干路总电流减小，路端电压U＝E－Ir，总电流减小，路端电压增大，故电压表所测路端电压的读数增大.由于
【答案】　A
【方法总结】　这是一道比较典型的局部电路变化引起全电路中各物理量变化的问题，分析方法就是从局部电阻变化分析全电路(干路)电流变化，再讨论局部各物理量的变化，即从局部到整体，再从整体到局部的方法．
(单选)如图2－3－12所示，已知C＝6 μF,
R1＝5 Ω，R2＝6 Ω，E＝6 V，r＝1 Ω，开关S原来处于断开状态，下列说法中正确的是(　　)
例3
含电容器的电路问题
图2－3－12
A．开关S闭合瞬间，电流表的读数为0.5 A
B．开关S闭合瞬间，电压表的读数为5.5 V
C．开关S闭合经过一段时间，再将开关S迅速断开，则通过R2的电荷量为1.8×10－5 C
D．以上答案都不对
【答案】　C
【方法总结】　此题考查电容器的特性，即电容器充电瞬间可认为是短路，电容器充电完毕达到稳定后可认为是断路．
用电流表、电压表测量一节干电池的E、r，内阻约0.5 Ω.放电电流一般不超过0.5 A，可供选择的器材除开关、导线外，还有：
A．电压表(0～3 V，内阻3 kΩ)；
B．电压表(0～15 V，内阻15 kΩ)；
C．电流表(0～0.6 A，内阻0.1 Ω)；
例4
电源电动势和内阻的测量
D．电流表(0～3 A，内阻0.02 Ω)；
E．滑动变阻器(0～20 Ω，额定电流1.5 A)；
F．滑动变阻器(0～15 00 Ω，额定电流1.5 A);
(1)本实验中电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用_______.
(2)画出本实验的电路原理图．
【精讲精析】　(1)因为一节干电池的电动势大约为1.5 V，而最大电流不超过0.5 A，所以根据选表原则，为了使电表指针尽量半偏以上，应选择A、C；滑动变阻器的选择原则是便于调节，所以要选择总电阻小的，即选E.
(2)电路原理图如图2－3－13所示．
图2－3－13
【答案】　(1)A　C　E　(2)如图2－3－13所示
【方法总结】　选电压表、电流表时不要认为量程越大越好，应使指针偏转大一些，以减小读数时的相对误差；变阻器的选取以调节方便为原则，既考虑最大阻值，又要看额定电流是否符合要求．