您现在的位置: 天添资源网 >> 优秀教案 >> 物理教案 >> 高二 >> 正文 搜索:

探究闭合电路欧姆定律学案(沪科版选修3-1)

作者:佚名 教案来源:网络 点击数:

探究闭合电路欧姆定律学案(沪科版选修3-1)

本资料为WORD文档,请点击下载地址下载

章 来源天添 资源网 ww w.
tT z y w.C oM 探究闭合电路欧姆定律学案(沪科版选修3-1)
[学习目标定位] 1.掌握电动势的概念及表达式.了解电源内部能量的转化过程和生活中的电池.2.理解闭合电路欧姆定律的内容,掌握其表达式.3.会用闭合电路欧姆定律进行简单的计算.
 
一、闭合电路的路端电压和内电压
1.部分电路和闭合电路:通常,把不涉及电源的电路叫做部分电路,把含有电源的电路叫做闭合电路,也叫做全电路.
2.外电路和内电路:用电器和导线组成外电路,电源内部是内电路.
3.路端电压和内电压:外电路两端(即电源两极间)的电压称为路端电压,电源内部的电压称为内电压.
二、电源的作用——电动势
1.在外电路中,正电荷在电场力的作用下,由电源的正极向电源的负极做定向移动,从而形成了电流.要使电路中有持续恒定的电流,就必须保持电源的正、负极间有持续电压.电源的作用就是保持电源两极之间的电压.
2.电源是把其他形式的能转化为电能的装置.化学电池把化学能转化成电能,发电机把机械能转化为电能.
3.电动势E就是电源内部非静电力移送单位电荷所做的功.表达式:E=W非q,在国际单位制中,E的单位是伏[特].电动势由电源自身特性决定,跟电源的体积和外电路无关.
三、 闭合电路欧姆定律
1.公式:I=ER+r.
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.
一、闭合电路的路端电压和内电压
实验探究1 用多用电表测量路端电压
按如图1所示的电路选择器材,连接电路.
 
图1
按课本要求测量电压Ubc、Ubc′、Uac.分析测得的数据,比较三个电压测量值之间的关系为________.
答案 Ubc′<Ubc<Uac
 
图2
实验探究2 测电源内部的电压
按如图2所示电路连接线路,分别测量电源的内电压和外电压,多次测量,把测量结果记录在事先准备好的表格中,分析内、外电压的大小,说明它们满足怎样的规律?
答案 在误差允许的范围内,内、外电压之和为一定值.
[要点提炼]
1.在外电路中,电流方向由电源正极流向负极;在内电路中电流方向由负极流向正极.
2.在闭合电路中,内电压与外电压之和保持不变.
二、路端电压与负载的关系
[问题设计]
 
图3
1.在如图3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3 Ω、4 Ω、7 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?
答案 外电压分别为7.5 V、8 V、8.75 V.随着外电阻的增大,路端电压逐渐增大.
2.如图4所示,以电路中的电流为横轴,路端电压为纵轴,建立路端电压U与电流I的U-I图像,请思考,图线与纵轴的交点表示的物理意义是什么?纵坐标从零开始时,图线与横轴的交点表示的物理意义是什么?直线的斜率的绝对值表示的物理意义又是什么?
 
图4
答案 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r=|ΔUΔI|.
[要点提炼]
1.路端电压随着外电阻的增大而增大,随着外电阻的减小而减小,但不呈线性变化.
外电路断开时,路端电压等于电源电动势;外电路短路时,电路中的电流I=Er(表达式).
2.路端电压与电流的关系式为U=E-Ir,其图像如图5所示.
 
图5
(1)在图像中U轴截距表示电源电动势,I轴截距等于短路电流.
(2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻,即内阻r=|ΔUΔI|.
 
一、对电动势的理解
 例1  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 本题考查了电动势的基本概念,关键要正确地理解电动势.电动势是一个用比值定义的物理量,这个物理量是与这两个相比的项没有关系,它是由电源本身决定的,是表征其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量.电动势和电压尽管单位相同,但本质上是不相同的,故选B、C.
答案 BC
二、闭合电路欧姆定律的应用
 例2  如图6所示,电源电动势为6 V,内阻为1 Ω,R1=5 Ω,R2=10 Ω,滑动变阻器R3阻值变化范围为0~10 Ω,求电路中总电流的变化范围.
 
图6
解析 当R3阻值为零时,R2被短路,外电阻最小,电路中的电流最大.
R外=R1=5 Ω,I=ER外+r=65+1 A=1 A.
当R3阻值为10 Ω时,外电阻最大,电路中的电流最小.
R并=R3R2R3+R2=5 Ω,R外′=R1+R并=10 Ω,
I′=ER外′+r=610+1 A≈0.55 A.
答案 0.55 A~1 A
三、闭合电路的动态分析
 例3  如图7所示,R4是半导体材料制成的热敏电阻,电阻率随温度的升高而减小,这就是一个火警报警器的电路,电流表是安放在值班室的显示器,电源两极之间接一个报警器,当R4所在处出现火情时,显示器的电流I和报警器两端的电压U的变化情况是(  )
 
图7
A.I变大,U变小  B.I变大,U变大
C.I变小,U变大  D.I变小,U变小
答案 A
 
 
 
1.(对电动势概念的理解)关于电压和电动势,下列说法正确的是(  )
A.电动势就是电源两极间的电压
B.电压和电动势单位都是伏特,所以电压和电动势是同一物理量的不同叫法
C.电压U=W/q和电动势E=W/q中的W是一样的,都是静电力所做的功
D.电压和电动势有本质的区别,反映的能量转化方向不同
答案 D
解析 电动势只是在数值上等于电源两极间的电压,但是不能说电动势是电压,A错;尽管电压和电动势单位都是伏特,但它们不是同一物理量,有本质的区别,电压反映静电力做功,电能转化为其他形式的能,而电动势反映非静电力做功,其他形式的能转化为电能,故B、C错,D对.
2.(闭合电路欧姆定律的理解)若E表示电动势,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.U=RR+rE
答案 BD
3.(闭合电路欧姆定律的应用)电动势为3 V的电池,在电路中输出3 A的电流,由此可知(  )
A.内、外电阻相差1 Ω  B.内、外电阻之和为1 Ω
C.外电阻为1 Ω  D.内电阻为1 Ω
答案 B
解析 由闭合电路欧姆定律I=ER+r得:R+r=1 Ω,选B.
4.(路端电压与负载的关系)对于电动势和内阻确定的电源的路端电压,下列说法正确的是(I、U、R分别表示干路电流、路端电压和外电阻)(  )
A.U随R的增大而减小
B.当R=0时,U=0
C.当电路断开时,I=0,U=0
D.当R增大时,U也会增大
答案 BD
 
题组一 闭合电路欧姆定律的理解
1.在闭合电路中,下列叙述正确的是(  )
A.闭合电路中的电流跟电源电动势成正比,跟整个电路的电阻成反比
B.当外电路断开时,路端电压等于零
C.当外电路短路时,电路中的电流无穷大
D.当外电阻增大时,路端电压也增大
答案 AD
2.在已接电源的闭合电路里,关于电源的电动势、内电压、外电压的关系,下列说法正确的是(  )
A.若外电压增大,则内电压增大,电源电动势也会随之增大
B.若外电压减小,内电阻不变,内电压也就不变,电源电动势必然减小
C.若外电压不变,则内电压减小,电源电动势也会随内电压减小
D.若外电压增大,则内电压减小,电源的电动势始终等于二者之和
答案 D
题组二 闭合电路欧姆定律的简单应用
3.如图1所示的电路中,把R由2 Ω改变为6 Ω时,电流强度减小为原来的一半,则电源的内电阻应为(  )
 
图1
A.4 Ω  B.8 Ω
C.6 Ω  D.2 Ω
答案 D
解析 根据闭合电路欧姆定律E=I(R+r),当R=2 Ω时,E=I(2+r);当R=6 Ω时,E=I2(6+r),解得r=2 Ω,故选D.
4.如图2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(  )
 
图2
A.5∶3       B.3∶5
C.2∶3       D.3∶2
答案 D
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.
5.一太阳能电池板,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
解析 由已知条件得:E=800 mV.
又因I短=Er,
所以r=EI短=800×10-340×10-3 Ω=20 Ω.
所以U=IR=ER+rR=80020+20×20 mV=400 mV
=0.40 V,选项D正确.
6.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2I/3,则该电源的内阻是(  )
A.R  B.R/2
C.4R  D.R/8
答案 C
解析 由闭合电路欧姆定律得,两电阻串联时I=E2R+r,两电阻并联时23I=12•ER2+r,解得r=4R,故选C.
7.如图3所示,已知R1=R2=R3=1 Ω.当开关S闭合后,电压表的读数为1 V;当开关S断开后,电压表的读数为0.8 V,则电源的电动势等于(  )
 
图3
A.1 V  B.1.2 V
C.2 V  D.4 V
答案 C
解析 当S闭合时,I=UR1=11 A=1 A,故有E=I(1.5+r);当S断开时,I′=U′R1=0.8 A,故有E=I′(2+r),解得E=2 V,C正确.
8.如图4所示的电路中,电源的内阻r≠0,R1和R2是两个定值电阻.当滑动变阻器R的滑片向a移动时,电路中的电流I1、I2的变化情况是(  )
 
图4
A.I1不变      B.I1变小
C.I2变大      D.I2变小
答案 BC
解析 当滑动变阻器R的滑片向a移动时,滑动变阻器连入电路的电阻变小,整个回路的总电阻变小,根据闭合电路欧姆定律可知,干路电流I=ER外+r变大,路端电压U=E-Ir变小,I1变小,A错误,B正确;又I=I1+I2,所以I2变大,C正确,D错误.
题组三 U-I图像的应用
9.如图5所示为两个独立电路A和B的路端电压与其总电流I的关系图线,则(  )
 
图5
A.路端电压都为U1时,它们的外电阻相等
B.电流都是I1时,两电源内电压相等
C.电路A的电源电动势大于电路B的电源电动势
D.A中电源的内阻大于B中电源的内阻
答案 ACD
解析 在路端电压与总电流的关系图线(U—I)中,图线在U轴上的截距表示电动势E,图线斜率的绝对值表示电源的内阻,可见EA>EB,rA>rB.图中两直线的交点坐标为(I1,U1),由R=UI可知,路端电压都为U1时,它们的外电阻相等.由U′=Ir可知,电流都是I1时,因r不相等,故两电源内电压不相等.所以选项A、C、D正确.
10.电路图如图6甲所示,若电阻R阻值未知,电源电动势和内阻也未知,电源的路端电压U随电流I的变化图线及外电阻的U—I图线分别如图乙所示,求:
 
图6
(1)电源的电动势和内阻;
(2)电源的路端电压;
(3)电源的输出功率.
答案 (1)4 V 1 Ω (2)3 V (3)3 W
解析 (1)由题图乙所示U—I图线知:电源电动势E=4 V,短路电流I短=4 A,故内阻r=EI短=1 Ω.
(2)由题图知:电源与电阻构成闭合回路时对应路端电压U=3 V.
(3)由题图知:R=3 Ω,故P出=I2R=3 W.
题组四 综合应用
11.如图7所示的电路中,当开关S接a点时,标有“5 V 2.5 W”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1 A,此时电阻R两端的电压为4 V.求:
 
图7
(1)电阻R的阻值;
(2)电源的电动势和内阻.
答案 (1)4 Ω (2)6 V 2 Ω
解析 (1)电阻R的阻值为R=U2I2=41 Ω=4 Ω.
(2)当开关接a时,有E=U1+I1r,
又U1=5 V,
I1=P1U1=2.55 A=0.5 A.
当开关接b时,有E=U2+I2r,
又U2=4 V,I2=1 A,
联立解得E=6 V,r=2 Ω.
12.如图8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.
 
图8
(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?
答案 (1)6 V (2)1 A
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=ER1+R2+r=124+6+2 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=R2R3R2+R3=6×36+3 Ω=2 Ω
根据闭合电路欧姆定律,有
I2=ER1+R23+r=124+2+2 A=1.5 A.
理想电流表读数为
I′=R2R2+R3I2=66+3×1.5 A=1 A.

章 来源天添 资源网 ww w.
tT z y w.C oM