学案导学设计学年高中物理 第二章 电路 研究闭合电路学案 粤教版选修31.docx
- 文档编号:17639663
- 上传时间:2023-07-27
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:147.32KB
学案导学设计学年高中物理 第二章 电路 研究闭合电路学案 粤教版选修31.docx
《学案导学设计学年高中物理 第二章 电路 研究闭合电路学案 粤教版选修31.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《学案导学设计学年高中物理 第二章 电路 研究闭合电路学案 粤教版选修31.docx(17页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
学案导学设计学年高中物理第二章电路研究闭合电路学案粤教版选修31
学案5 研究闭合电路
[学习目标定位]1.了解内电路、外电路,知道电动势等于内、外电路电压之和.2.掌握闭合电路欧姆定律的内容,理解各物理量及公式的物理意义.3.会分析路端电压与负载的关系.
一、电动势
1.一个闭合电路可以分为两部分:
外电路和内电路.电源外部的电路叫做外电路,外电路上的电阻称为外电阻,电源内部的电路叫内电路,内电路上的电阻即电源的电阻称为内电阻,用r表示.
2.电动势:
是用来描述电源特性的物理量,数值上等于不接用电器时电源正负两极间的电压,用符号E表示,单位是伏特.
二、闭合电路的欧姆定律
1.理论和实验的研究都表明:
电源的电动势E等于U外和U内之和,即E=U外+U内.
2.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.公式表示为I=
.
三、路端电压跟负载的关系
1.路端电压:
外电路两端的电压叫做路端电压.
2.路端电压的表达式:
U=E-Ir.
3.路端电压随外电阻的变化规律:
当外电阻R增大时,由闭合电路欧姆定律I=
可知,电路中的电流I减小,路端电压U增大.相反,当外电阻R减小时,电流I增大,路端电压U减小.
一、电动势
[问题设计]
日常生活中我们经常接触到各种各样的电源,如图1所示的干电池标有“1.5V”字样,手机电池标有“3.7V”字样.干电池和手机电池的电动势不同,说明了什么?
图1
答案 两种电池的电动势不同,表明它们把其他形式的能转化为电能的本领大小不同.
[要点提炼]
1.电动势反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小.
2.电动势的决定因素:
电动势是电源的属性,大小完全由电源本身决定,与电源的体积和外电路的组成及变化情况无关.
3.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.
[延伸思考]
1号、2号、5号干电池体积依次减小,其电动势如何?
答案 电动势都是1.5V.
二、闭合电路的欧姆定律
[问题设计]
按图2所示电路图连接电路,分别测出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,它们满足怎样的规律?
图2
答案 在误差允许范围内,内、外电压之和为一定值.
[要点提炼]
闭合电路欧姆定律的三种表达形式:
I=
;E=U外+U内;E=IR+Ir.
[延伸思考]
闭合电路欧姆定律的三种表达形式的适用范围是否相同?
答案 不相同.I=
和E=IR+Ir只适用于外电路是纯电阻的电路.E=U外+U内适用于任何电路.
三、路端电压跟负载的关系
[问题设计]
1.在如图3所示的电路中,电源的电动势E=10V,内电阻r=1Ω,试求当外电阻分别是3Ω、4Ω、7Ω时所对应的路端电压.通过数据计算,你发现了怎样的规律?
图3
答案 外电压分别为7.5V、8V、8.75V.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图象,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=|
|.
[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=
(表达式).
2.路端电压与电流的关系式为U=E-Ir,其图象如图5所示.
图5
(1)在图象中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.
(2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻,即内阻r=|
|.
一、闭合电路欧姆定律的应用
例1
如图6所示,电源电动势为6V,内阻为1Ω,R1=5Ω,R2=10Ω,滑动变阻器R3阻值变化范围为0~10Ω,求电路中的总电流的变化范围.
图6
解析 当R3阻值为零时,R2被短路,外电阻最小,电流最大.
R外=R1=5Ω,I=
=
A=1A.
当R3阻值为10Ω时,外电阻最大,电流最小.
R并=
=5Ω,R外′=R1+R并=10Ω,
I′=
=
A≈0.55A.
答案 0.55A~1A
针对训练1 如图7所示,R为电阻箱,电表
为理想电压表.当电阻箱读数为R1=2Ω时,电压表读数为U1=4V;当电阻箱读数为R2=5Ω,电压表读数为U2=5V.求:
电源的电动势E和内阻r.
图7
答案 6V 1Ω.
解析 由闭合电路欧姆定律E=U1+
r①
E=U2+
r②
联立①②并代入数据解得E=6V,r=1Ω.
二、U-I图象的理解和应用
例2
(双选)如图8所示为某一电源的U-I图线,由图可知( )
图8
A.电源电动势为2V
B.电源内电阻为
Ω
C.电源短路时电流为6A
D.电路路端电压为1V时,电路中电流为5A
解析 在本题的U-I图线中,纵轴截距表示电源电动势,A正确;横轴截距表示短路电流,C错误;图线斜率的绝对值表示电源的内电阻,则r=
Ω=0.2Ω,B错误;当路端电压为1V时,内电阻分得的电压U内=E-U外=2V-1V=1V,则电路中的电流I=
=
A=5A,D正确.
答案 AD
针对训练2 (单选)两电源的U—I图象如图9中直线A、B所示.由图象可知( )
图9
A.EA=EB,rA=rB
B.EA>EB,rA>rB
C.EA D.EA>EB,rA 答案 B 1.(闭合电路欧姆定律的理解)(双选)若E表示电动势,U表示电源外电压,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+IrD.U= E 答案 BD 2.(闭合电路欧姆定律的应用)(单选)电动势为3V的电池,在电路中输出3A的电流,由此可知( ) A.内、外电阻相差1ΩB.内、外电阻之和为1Ω C.外电阻为1ΩD.内电阻为1Ω 答案 B 解析 由闭合电路欧姆定律I= 得: R+r=1Ω,选B. 3.(路端电压与负载的关系)(双选)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 4.(U-I图象的理解和应用)(双选)图10所示为闭合电路中两个不同电源的U-I图象,则下列说法中正确的是( ) 图10 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r1>r2 D.当工作电流变化量相同时,电源2的路端电压变化较大 答案 AD 解析 由闭合电路的欧姆定律得E=U+Ir.当I=0时电动势E等于路端电压U,即U-I图线和U轴的交点就是电源电动势,由题图知,两电源的电动势相等.当U=0时I= ,U-I图线和I轴的交点就是短路电流,由题图知I1>I2,A正确.而r=| |,即图线的斜率的绝对值表示电源的内阻,由题图知r1 题组一 闭合电路欧姆定律的理解 1.(双选)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.(单选)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应用 3.(单选)如图1所示的电路中,把阻值R为2Ω的电阻改变为阻值为6Ω的电阻时,电流强度减小为原来的一半,则电源的内电阻应为( ) 图1 A.4ΩB.8ΩC.6ΩD.2Ω 答案 D 解析 根据闭合电路欧姆定律E=I(R+r),当R=2Ω时,E=I(2+r);当R=6Ω时,E= (6+r),解得r=2Ω,故选D. 4.(单选)如图2所示,当开关S断开时,电压表示数为3V,当开关S闭合时,理想电压表示数为1.8V,则外电阻R与电源内阻r之比为( ) 图2 A.5∶3B.3∶5 C.2∶3D.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=3V.S闭合时,U外=1.8V,所以U内=E-U外=1.2V.因U外=IR,U内=Ir,所以R∶r=U外∶U内=1.8∶1.2=3∶2. 5.(单选)一太阳能电池板,测得它的开路电压为800mV,短路电流为40mA.若将该电池板与一阻值为20Ω的电阻连成一闭合电路,则它的路端电压是( ) A.0.10VB.0.20V C.0.30VD.0.40V 答案 D 解析 由已知条件得: E=800mV. 又因I短= ,所以r= = Ω=20Ω. 所以U=IR= R= ×20mV=400mV =0.40V,选项D正确. 6.(单选)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.RB.R/2 C.4RD.R/8 答案 C 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. 7.(单选)如图3所示,已知R1=R2=R3=1Ω.当开关S闭合后,电压表的读数为1V;当开关S断开后,电压表的读数为0.8V,则电源的电动势等于( ) 图3 A.1VB.1.2V C.2VD.4V 答案 C 解析 当S闭合时,I= = A=1A,故有E=I(1.5+r);当S断开时,I′= =0.8A,故有E=I′(2+r),解得E=2V,C正确. 题组三 U-I图象的应用 8.(双选)如图4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4 A.路端电压都为U1时,它们的外电阻RA>RB 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.电路A中电源的内阻大于电路B中电源的内阻 答案 CD 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= 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C、D正确. 9.如图5甲所示电路图中,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5 (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)4V 1Ω (2)3V (3)3W 解析 (1)由题图乙所示U—I图线知: 电源电动势E=4V,短路电流I短=4A,故内阻r= =1Ω. (2)由题图乙知: 电源与电阻构成闭合回路时对应的路端电压U=3V. (3)由题图乙知: R=3Ω,故P出=I2R=3W. 题组四 综合应用 10.如图6所示的电路中,当开关S接a点时,标有“5V 2.5W”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,此时电阻R两端的电压为4V.求: 图6 (1)电阻R的阻值; (2)电源的电动势和内阻. 答案 (1)4Ω (2)6V 2Ω 解析 (1)电阻R的阻值为R= = Ω=4Ω. (2)当开关接a时,有E=U1+I1r, 又U1=5V, I1= = A=0.5A. 当开关接b时,有E=U2+I2r, 又U2=4V,I2=1A, 联立解得E=6V,r=2Ω. 11.如图7所示的电路中,已知电源电动势E=36V,内阻r=2Ω,R1=20Ω,每盏灯的额定功率都是2W,额定电压也相同.当S闭合,R2调到14Ω时,两灯都正常发光;当S断开,要使L2仍正常发光,则R2应调到何值? 图7 答案 50Ω 解析 设所求阻值为R2′,当灯L1和L2都正常发光时,加在灯两端电压为额定电压UL. 当S闭合时,E1=UL+I1(R1+r+R2), 当S断开时,E2=UL+I2(R1+r+R2′), 又因为E1=E2=E,I1=2I2=2IL(IL为灯泡额定电流),得IL(R1+r+2R2-R2′)=0,但IL≠0,所以R1+r+2R2=R2′, 即R2′=20Ω+2Ω+2×14Ω=50Ω. 12.如图8所示电路中,电源电动势E=12V,内阻r=2Ω,R1=4Ω,R2=6Ω,R3=3Ω. 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)6V (2)1A 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=1A. 理想电压表读数为UV=I1R2=6V. (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=2Ω 根据闭合电路欧姆定律,有 I2= = A=1.5A. 理想电流表读数为 I′= I2= ×1.5A=1A.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 学案导学设计学年高中物理 第二章 电路 研究闭合电路学案 粤教版选修31 学案导学 设计 学年 高中物理 第二 研究 闭合电路 粤教版 选修 31