高中物理：4.1《探究闭合电路欧姆定律》课件（沪科版选修3-1）

欢迎进入物理课堂 1 思考在外电路中沿电流方向电势如何变化 为什么 提示 在外电路沿电流方向电势降低 因为正电荷的移动方向就是电流方向 在外电路中 正电荷受静电力作用 从高电势向低电势运动 2 思考在内电路中沿电流方向电势如何变化 为什么 以一节干电池为例说明 提示 如果电源是一节干电池 在电源的正负极附近存在反应层 在这两个反应层中沿电流方向电势升高 在正负极之间电源的内阻中也有电流 沿电流方向电势降低 且两反应层中电势升高的值等于内 外电路电阻上电势降低值之和 3 分析讨论电动势和电势差的物理意义有何不同 提示 1 电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量 它是电源的特征量 2 电势差反映电势能转化为其他形式能的本领的物理量 它表示电场的性质 4 干电池和蓄电池的电动势不同 说明了什么 提示 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 5 讨论电源内部能量的转化情况是怎样的 提示 如果电源是一节干电池 在电源的正负极附近存在着化学反应层 反应层中非静电力 化学作用 把正电荷从电势低处移到电势高处 在这个反应层中 沿电流方向电势升高 在正负极之间 电源的内阻中也有电流 沿电流方向电势降低 将电能转化为内能 典例1 下面对电源电动势概念的认识正确的是 A 电源电动势等于电源两极间的电压B 在闭合电路中 电动势等于内 外电压之和C 电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领 电源把其他形式的能转化为电能越多 电动势就越大D 电动势 电压和电势差虽名称不同 但物理意义相同 所以单位也相同 思路点拨 解答此题应明确以下三点 1 电动势的物理意义 2 电动势的大小以及电路中的能量转化 3 电动势与电势差的区别 自主解答 选B 电源电动势等于电源开路时正 负极间的电压 若电路闭合时由于存在内电压 此时电源两极间的电压小于电源电动势 故A项错 电源电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量 即在电路中通过一定电量时 电源提供的电能越多 电动势就越大 并不是电源把其他形式能转化为电能越多 电动势就越大 因为转化的能量除与电动势有关外 还与所经历的时间 用电情况有关 故C项错 电动势和电势差意义不同 电势差是表示电能转化为其他形式能的本领的物理量 故D项错 1 试通过实验说明 在如图所示的电路中 开关S闭合前与闭合后电压表的读数有变化吗 提示 开关闭合后伏特表读数小于闭合开关前的读数 2 试分析 电压表在开关闭合前后测的是谁两端的电压 提示 当开关断开时 电压表测的是电源的电动势 但是当开关闭合时 电压表测的是R两端的电压 电动势的定义 3 试分析 电源电动势E与外电路电压U外和内电路电压U内之间存在什么样的关系 用公式怎样来表示 提示 外电路的电压与内电路的电压加起来应该等于电源电动势 写成公式就是 E U外 U内因为 U外 I外R U内 I内r并且串联电路中电流相等 即I外 I内 I所以 E I外R I内r I R r 进一步可改写成 这就是闭合电路的欧姆定律 即闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比 跟内外电阻之和成反比 4 设电源电动势为E 内阻为r 外电路电阻为R 闭合电路的电流为I 试根据能量转化与守恒定律推导闭合电路欧姆定律 提示 1 在t时间内 外电路中消耗的电能E外的表达式 E外 I2Rt 2 在t时间内 内电路中消耗的电能E内的表达式 E内 I2rt 3 在t时间内 电源中非静电力做的功W的表达式 W Eq EIt 根据能量守恒定律 W E外 E内即EIt I2Rt I2rt则有E IR Ir 或者即得闭合电路的欧姆定律 5 电源的电动势和内外电路上的电压关系是怎样的 并试推导 提示 根据欧姆定律 外电路两端的电势降落为U外 IR 习惯上成为路端电压 内电路的电势降落为U内 Ir 代入E IR Ir得E U外 U内该式表明 电动势等于内外电路电势降落之和 典例2 如图所示 R1 9 R2 30 S闭合时 电压表V的读数为11 4V 电流表A的读数为0 2A S断开时 电流表A的读数为0 3A 题中电表为理想电表 即电压表的内阻无限大 电流表的内阻为零 求 1 电阻R3的阻值 2 电源的电动势和内阻 思路点拨 解此类问题注意以下几点 1 明确外电路的连接关系 2 各个部分电流电压的对应关系和部分电路欧姆定律的应用 3 闭合电路欧姆定律的应用 自主解答 电压表测量的是路端电压U 1 S闭合时R2和R3并联 R3两端的电压U3 U2 I2R2 0 2 30V 6V R1两端的电压U1 U U3 11 4 6 V 5 4V 流过R1的电流I1 U1 R1 A 0 6A 通过R3的电流I3 I1 I2 0 6 0 2 A 0 4A 电阻R3 U3 I3 6 0 4 15 2 设电源电动势为E 内阻为r 根据闭合电路欧姆定律E I R r 有 当S闭合时E U I1r 即E 11 4 0 6r 当S断开时E I r R1 R2 即E 0 3 r 9 30 联立以上两式解得E 12V r 1 1 何为路端电压 探究讨论路端电压与外电阻的关系 提示 路端电压即外电路两端的电压 也就是电源的正 负极之间的电压 把U内 Ir代入E U U内 得U E U内 E Ir 1 当外电阻R增大时 根据可知电流I减小 E和r为定值 内电压Ir减小 根据U E Ir可知路端电压U增大 2 当外电阻R减小时 根据可知电流I增大 内电压Ir增大 根据U E Ir可知路端电压U减小 3 当外电路断开时 R I 0 Ir 0 U E 当外电路短路时 R 0 I 称为短路电流 U 0 2 讨论如何求一个电源的电动势和内电阻 提示 1 由E U Ir知 只要知道两组U I的值 U1 I1 U2 I2 就可以通过解方程组 求出E r的值 2 由E 知 只要知道两组U R的值 U1 R1 U2 R2 就能求解E r 3 由E IR Ir知 只要知道两组I R的值 I1 R1 I2 R2 就能求解E r 3 如果以路端电压为纵坐标 电路中的电流I为横坐标 画出的U I图像如图所示 分析此图像我们可得到什么信息 提示 1 图线与纵轴的交点表示电源电动势E 2 图线与横轴的交点表示短路电流I0 3 图线斜率的绝对值表示电源内阻 典例3 2010 上海高考 在如图的闭合电路中 当滑片P向右移动时 两电表读数的变化是 变大 变大变小 变大C 变大 变小D 变小 变小 思路点拨 解答本题要把握以下两点 1 本题属于电路的动态分析问题 需要用闭合电路的欧姆定律进行分析 2 要能够通过滑动变阻器滑片的移动方向来判断滑动变阻器阻值的变化 自主解答 选B 将R0看做是电源内阻 当滑片P向右移动时 滑动变阻器电阻变大 导致干路电流变小 内阻电压降减小 路端电压变大 典例4 如图所示的电路中 若将滑动变阻器的滑动触头向b端滑动时 试判断图中八只表的示数将怎样变化 各电表内阻对电路的影响均不考虑 思路点拨 解答本题应把握以下两点 1 本题为 动态 分析问题 可用常规分析法逐步推出结论 2 要明确每一个电表所测的物理量 标准解答 R2的滑片向下滑动 R2值变大 引起R总变大 由可知总电流变小 即电流表A示数变小 由U IR总 可知路端压变大 即电压表V示数变大 由I4 可知I4变大 即电流表A4示数变大 由I1 I I4 可知I1变小 即电流表A1示数变小 由U1 I1R1可知U1变小 即电压表V1示数变小 由U2 U U1 可知U2变大 即电压表V2示数变大 由可知I3变大 即电流表A3示数变大 由I2 I1 I3 可知I2变小 即电流表A2示数变小 知识点1 闭合电路与电源的电动势1 电源电动势的大小反映的是 A 电源在单位时间内传送电荷量的多少B 电流做功的快慢C 电源把电能转化成其他形式能的本领的大小D 电源把其他形式能转化成电能的本领的大小 解析 选D 由电动势定义知 电动势的大小反映的是电源把其他形式能转化为电能的本领 D选项正确 2 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 选C D 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 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 C正确 电动势在一般情况下是不变的 可以利用实验测定 选项D正确 知识点2 闭合电路欧姆定律3 如图所示电路中 电源电动势E 9V 内阻r 3 R 15 下列说法中正确的是 A 当S断开时 UAC 9VB 当S闭合时 UAC 9VC 当S闭合时 UAB 9V UBC 0D 当S断开时 UAB 0 UBC 0 解析 选A 当S断开时 AC两端电压即为电源电压为9V 因无电流通过R 故UAB 0 BC两端电压也为电源电压 即UBC 9V 故A对 D错 当S闭合时 UAB UAC 7 5V 此时BC间为一根连通的导线 故UBC 0 故B C错 知识点3 路端电压与外电阻的关系4 2011 昆明高二检测 如图电路中 在滑动变阻器的滑片P向上端a滑动过程中 两表的示数情况为 A 电压表示数增大 电流表示数减小B 电压表示数减小 电流表示数增大C 两电表示数都增大D 两电表示数都减小 解析 选A 在滑动变阻器的滑片P向上端a滑动过程中 R3变大 则R总变大 I总变小 U内变小 U外增大 V的示数变大 R1中的电流变小 UR1减小 UR2增大 IR2增大 IR3减小 A的示数减小 A正确 B C D错误 5 如图所示的电路中 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 6V和0 4A 当S断开时 它们的示数分别改变0 1V和0 1A 求电源的电动势和内阻 解析 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 当S断开时 只有R1接入电路 由闭合电路欧姆定律得 U2 E I2r 即E 1 6 0 1 0 4 0 1 r 由 得 E 2V r 1 答案 2V1 一 选择题 本题共4小题 每小题4分 共16分 1 下列关于闭合电路的说法中 错误的是 A 电源短路时 电源的内电压等于电动势B 电源短路时 路端电压为零C 电源断路时 路端电压最大D 电源的负载增加时 路端电压增大 解析 选D 电源短路时 外电阻为零 路端电压为零 由E U内 U外 故U内 E A B正确 电源断路时 R外 I 0 由U E I r 故U最大等于E C正确 负载增加 并联在电源上的用电器个数增加 外电阻减小 路端电压减小 故D错 2 2009 广东高考 如图所示是一实验电路图 在滑动触头由a端滑向b端的过程中 下列表述正确的是 A 路端电压变小B 电流表的示数变大C 电源内阻消耗的功率变小D 电路的总电阻变大 解析 选A 当滑动触头向b端滑动时 接入电路中的电阻减小 使得总电阻减小 D错 根据可知总电流增加 根据闭合电路中的欧姆定律有E Ir U外 可知路端电压在减小 A对 电流表的示数为可知电流表示数在减小 B错 根据P I2r 可知内阻消耗的功率在增大 C错 3 2011 嘉兴高二检测 如图为两个不同闭合电路中两个不同电源的U I图像 则下述说法正确的是 A 电动势E1 E2 发生短路时的电流I1r2C 电动势E1 E2 内阻r1 r2D 电流相同时 电源1的输出功率小 解析 选C 在U I图像中 图线与纵坐标的交点表示电源的电动势 与横坐标的交点表示短路电流 图线的斜率的绝对值表示电源的内电阻 故选项A错误 C正确 B错误 当电流相同时 U1 U2 由P UI 故电源1的输出功率大 因此选项D错误 4 2010 扬州高二检测 如图所示 已知C 6 F R1 5 R2 6 E 6V r 1 开关S原来处于断开状态 下列说法中正确的是 A 开关S闭合瞬间 电流表的读数为0 5AB 开关S闭合瞬间 电压表的读数为5 5VC 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 5CD 以上说法都不对 解析 选C 开关S闭合瞬间 电容器充电 接近于短路状态电压U IR1 5V 5 5V 故A B错 开关闭合一段时间后 电容器相当于断路I 0 5A 此时电容器上电荷量Q CU2 CI R2 6 10 6 0 5 6C 1 8 10 5C断开开关S后 电荷量Q经R2释放 故C正确 二 非选择题 本题共2小题 共14分 5 2011 昆明高二检测 7分 把一个滑动变阻器与电流表串联后再与电压表并联 电表认为理想 然后接于一个电池的两极上 当变阻器的滑动头在某一位置时 电流表的读数是0 3A 电压表的读数是2 8V 当滑动头移到另一位置时 电流表读数是0 4A 电压表读数是2 6V 试求该自制电池的电动势和内阻 解析 根据闭合电路欧姆定律 得E U1 I1r及E U2 I2r 代入数据解得E 3 4V r 2 答案 3 4V2 6 7分 如图所示电路中 R1 0 8 R3 6 滑动变阻器的全值电阻R2 12 电源电动势E 6V 内阻r 0 2 当滑动变阻器的滑片在变阻器中央位置时 闭合开关S 电路中的电流表和电压表的读数各是多少 解析 外电路的总电阻为根据闭合电路欧姆定律可知 电路中的总电流为即电流表A1的读数为1 5A 对于R2与R3组成的并联电路 根据部分电路欧姆定律 并联部分的电压为即电压表V2的读数为4 5V对于含有R2的支路 根据部分电路欧姆定律 通过R2的电流为即电流表A2的读数为0 75A 电压表V1测量电源的路端电压 根据E U外 U内得U1 E Ir 6V 1 5 0 2V 5 7V即电压表V1的读数为5 7V 答案 1 5A0 75A5 7V4 5V 1 8分 在如图所示的电路中 R1 10 R2 20 滑动变阻器R的阻值为0 50 当滑动触头P由a向b滑动的过程中 灯泡L的亮度变化情况是 A 逐渐变亮B 逐渐变暗C 先变亮后变暗D 先变暗后变亮 解析 选B 灯泡的亮度由灯的实际功率大小决定 电灯灯丝电阻不变 研究通过灯丝电流的大小可知灯的亮度 电源电动势E和内阻r不变 通过灯泡电流由外电路总电阻决定 外电阻是由滑动变阻器连入电路部分的电阻决定的 当滑动触头由a向b滑动过程中 滑动变阻器连入电路部分的电阻增大 总电阻增大 总电流减小 灯泡的实际功率PL I2RL减小 灯泡变暗 综上所述 选项B正确 2 2011 宁波高二检测 12分 如图所示电路中 当开关S接a点时 标有 5V2 5W 的小灯泡L正常发光 当开关S接b点时 通过电阻R的电流为1A 这时电阻R两端的电压为4V 求 1 电阻R的值 2 电源的电动势和内阻 解析 1 电阻R的值为 2 当开关接a时 有E U1 I1r 又U1 5V当开关接b时 有E U2 I2r又U2 4V I2 1A联立解得E 6V r 2 答案 1 4 2 6V2 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全