2016-2017学年高二物理鲁科版选修3-1 第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路章末检测 Word版(含解析)

合集下载

物理鲁科版选修3-1 精品导学案：第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路 Word版含解析

本章整合知识建构专题1闭合电路路端电压与负载的关系总结：端电压是电源两极间的电压，在考虑电源内阻或线路电阻的情况下，它随着负载的变化而变化，解决问题的方法是从负载电阻的变化开始.部分电路的变化对全电路的影响，通常的分析思路是：变化部分→全电路→不变部分→变化部分.【例1】如图所示，若将滑动变阻器的滑片向下滑动时，各电表示数将如何变化？解析：当滑动变阻器滑片向下滑动时，R3↑→R↑→I1=E/(R+r)↓→U=E-I1r↑.而I1↓→U1=I1R1↓→U2=U－U1↑→I2=U2/R2↑→I3=I1-I2↑.故A1的示数减小，V的示数增大，V1的示数减小，V2的示数增大，A2的示数增大，A3的示数减小.答案：见解析【例2】如图所示，电源电动势为E，内电阻为r.当滑动变阻器的触片P从右端滑到左端时，发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为ΔU1和ΔU2，下列说法中正确的是( )A.小灯泡L1、L3变暗，L2变亮B.小灯泡L3变暗，L1、L2变亮C.ΔU1<ΔU2D.ΔU1>ΔU2解析：滑动变阻器的触片P从右端滑到左端，总电阻减小，总电流增大，路端电压减小.与电阻串联的灯泡L1、L2电流增大，变亮，与电阻并联的灯泡L3电压降低，变暗.U1减小，U2增大，而路端电压U=U1+U2减小，所以U1的变化量大于U2的变化量，选B、D.答案：BD专题2通过伏安特性曲线处理电路中的问题总结：伏安特性曲线反映了电源或电阻的工作特征，掌握它的物理意义是解决问题的突破点.运用图象求解也是对闭合电路欧姆定律的应用.在纵轴(U轴)不从零开始取值时，横轴(I轴)上的截距不表示短路电流.但在纵轴上的截距仍为电动势，斜率的绝对值仍为内阻.【例1】如图所示中的图线a是某电源的伏安特性曲线，图线b是电阻R的伏安特性曲线，这个电源的内阻等于_______Ω.用这个电源和两个电阻R 串联形成闭合电路，电源的输出功率为_______W.解析：从电源的伏安特性曲线a 可知，该电源的电动势：E=6.0 V ，内阻：r=||IU ∆∆=36=2Ω，从电阻R 的伏安特性曲线b 可知：R=14=I U =4 Ω. 用两个电阻R 串联跟电源组成闭合电路，电路中电流：I=24262+⨯=+r R E =0.6 A ，电源的路端电压：U=I·2R=0.6×２×4=4.8 V ，电源的输出功率：P=UI=4.8×0.6=2.88 W答案：2 2.88【例2】如图所示为某一电源外电路的伏安特性曲线，由图可知，该电源的电动势为________V ，内阻为________Ω，外电路短路时通过电源的电流为________A.解析：图线在纵轴上的截距2 V 为电源电动势，图线斜率的绝对值：|ΔU/ΔI|=|1.8-2.0|/0.5=0.4 Ω为电源的内阻，短路电流：E/r=2/0.4=5 A答案：2 0.4 5专题3电源的最大功率问题总结：在闭合电路中存在电源，有电源的总功率、电源的输出功率和电源内阻的热功率，在什么情况下，电源有最大输出功率呢？R 出=I 2R=(r R E +)2R=Rrr R R E r R R E 4)()(2222+-=+ 当R=r 时，电源存在最大输出功率：P max =RE 42. 【例1】如图所示，电路中电池的电动势E=5 V ，内电阻r=10 Ω，固定电阻R=90 Ω，R 0是可变电阻，在R 0从零增加到400 Ω的过程中，求：(1)可变电阻R 0上消耗功率最大的条件和最大热功率；(2)电池的电阻r 和固定电阻R 上消耗的最小热功率之和.解析：(1)可变电阻R 0上消耗的热功率：P 0=I 2R 0=400)100(25020+-R R ∴R 0-100 Ω=0时，P 0最大，其最大值：P 大=40025W=161W. (2)当电流最小时，电阻r 和R 消耗的热功率最小，此时R 0应调到最大400 Ω，内阻r 和固定电阻R 上消耗的最小热功率之和为P 小=(rR R E ++0)2(R+r)=0.01 W. 科海观潮电池与环境一、废电池的危害科学调查表明,一颗钮扣电池弃入大自然后,可以污染60万升水,相当于一个人一生的用水量.而中国每年要消耗这样的电池70亿只……目前我国电池生产企业有１４００多家,1999年已达到150亿节.我国约有3.66亿个家庭每年大约需要电池近44亿节,而且多数在国内消耗.与世界不少国家相比,我国废电池回收率极低.据了解,我国生产的电池有９６％为锌锰电池和碱锰电池,其主要成分为锰、汞、锌、铬等重金属.废电池无论在大气中还是深埋在地下,其重金属成分都会随渗液溢出,造成地下水和土壤的污染,日积月累,会严重危害人类健康.1998年《国家危险废物名录》上定出汞、镉、锌、铅、铬为危险废弃物.这些电池的组成物质在电池使用过程中,被封存在电池壳内部,并不会对环境造成影响.但经过长期机械磨损和腐蚀,使得内部的重金属和酸碱等泄露出来,进入土壤或水源,就会通过各种途径进入人的食物链.生物从环境中摄取的重金属可以经过食物链的生物放大作用,逐级在较高级的生物中成千上万倍的富集,然后经过食物进入人的身体,在某些器官中积蓄造成慢性中毒.日本的水俣病就是汞中毒的典型案例.二、废电池的回收据环保专家介绍,在废电池中每回收1 000克金属,其中就有82克汞、88克镉,可以说,回收处置废电池不仅处理了污染源,而且也实现了资源的回收再利用.国外发达国家对废电池的回收与利用极为重视.西欧许多国家不仅在商店,而且直接在大街上都设有专门的废电池回收箱,废电池中95%的物质均可以回收,尤其是重金属回收价值很高.如国外再生铅业发展迅速,现有铅生产量的55%均来自于再生铅.而再生铅业中,废铅蓄电池的再生处理占据了很大比例.100千克废铅蓄电池可以回收50—60千克铅.对于含镉废电池的再生处理,国外已有较为成熟的技术,处理100千克含镉废电池可回收20千克左右的金属镉,对于含汞电池则主要采用环境无害化处理手段防止其污染环境.据悉,联合国环境署正在全世界推广“生活周期经济”的新概念.它是将一个商品“从摇篮到坟墓”分为多个阶段,即原料获得、制造工艺、运输、销售、使用、维修、回收利用、最后处置等,在每个阶段,都必须加强环境管理.生产厂家和消费者都应对自己的行为负责,生产厂家在制定生产计划、开发新产品和回收废弃产品时必须考虑环境保护的要求,消费者在购买、使用和丢弃商品时也不能对环境造成危害.我国目前在废电池的环境管理方面相当薄弱.按照巴塞尔公约中关于危险废物的控制规定.数字集成电路数字集成电路产品的种类有很多种.数字集成电路构成了各种逻辑电路,如各种门电路、编译码器、触发器、计数器、寄存器等.它们广泛地应用在生活中的方方面面,小至电子表,大至计算机,都是由数字集成电路构成的.结构上,可分成TTL型和CMOS型两类.74LS/HC等系列是最常见的TTL电路,它们使用5 V的电压,逻辑“0”输出电压为小于等于0.2 V,逻辑“1”输出电压约为3 V.CMOS数字集成电路的工作电压范围宽,静态功耗低,抗干扰能力强,更具优点.数字集成电路有个特点,就是它们的供电引脚,如16脚的集成电路,其第8脚是电源负极,16脚是电源正极;14脚的集成电路,它的第7脚是电源的正极.通常CMOS集成电路工作电压范围为3—18 V,所以不必像TTL集成电路那样,要用正好的5 V电压.CMOS集成电路的输入阻抗很高,这意味着驱动CMOS集成电路时,所消耗的驱动功率几乎可以不计.同时CMOS集成电路的耗电也非常的省,用CMOS集成电路制作的电子产品,通常都可以用干电池供电.CMOS集成电路的输出电流不是很大,大概为10 mA左右,但是在一般的电子制作中,驱动一个LED发光二极管还是没有问题的.此外,CMOS集成电路的抗干扰能力也较强,即噪声容限较大,且电源电压越高,抗干扰能力越强.教师个人研修总结在新课改的形式下，如何激发教师的教研热情，提升教师的教研能力和学校整体的教研实效，是摆在每一个学校面前的一项重要的“校本工程”。

鲁科版高中物理选修(3-1)-第四章章末复习：《闭合电路欧姆定律》章末练习3

闭合电路欧姆定律 1.主要物理量。

研究闭合电路，主要物理量有E 、r 、R 、I 、U ，前两个是常量，后三个是变量。

闭合电路欧姆定律的表达形式有：①E =U 外+U 内 ②rR EI +=（I 、R 间关系） ③U=E-Ir （U 、I 间关系） ④E r R RU +=（U 、R 间关系）从③式看出：当外电路断开时（I = 0），路端电压等于电动势。

而这时用电压表去测量时，读数却应该略小于电动势（有微弱电流）。

当外电路短路时（R = 0，因而U = 0）电流最大为I m =E /r （一般不允许出现这种情况，会把电源烧坏）。

2.电源的功率和效率。

⑴功率：①电源的功率（电源的总功率）P E =EI ②电源的输出功率P 出=UI③电源内部消耗的功率P r =I 2r⑵电源的效率：rR R EU P P E+===η（最后一个等号只适用于纯电阻电路）电源的输出功率()()rE r E r R Rrr R RE P 44422222≤⋅+=+=，可见电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示，而当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，为rE P m 42=。

例已知如图，E =6V ，r =4Ω，R 1=2Ω，R 2的变化范围是0~10Ω。

求：①电源的最大输出功率；②R 1上消耗的最大功率；③R 2上消耗的最大功率。

解：①R 2=2Ω时，外电阻等于内电阻，电源输出功率最大为2.25W ；②R 1是定植电阻，电流越大功率越大，所以R 2=0时R 1上消耗的功率最大为2W ；③把R 1也看成电源的一部分，等效电源的内阻为6Ω，所以，当R 2=6Ω时，R 2上消耗的功率最大为1.5W 。

3.变化电路的讨论。

闭合电路中只要有一只电阻的阻值发生变化，就会影响RP整个电路，使总电路和每一部分的电流、电压都发生变化。

讨论依据是：闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、串联电路的电压关系、并联电路的电流关系。

以右图电路为例：设R 1增大，总电阻一定增大；由rR EI +=，I 一定减小；由U=E-Ir ，U 一定增大；因此U 4、I 4一定增大；由I 3= I-I 4，I 3、U 3一定减小；由U 2=U-U 3，U 2、I 2一定增大；由I 1=I 3 -I 2，I 1一定减小。

高中物理 4.1 闭合电路欧姆定律鲁科版选修3-1

对闭合电路欧姆定律的理解
1．闭合电路欧姆定律的表达形式
表达式I＝Fra bibliotekE R＋r
物理意义
电流与电源电动势成正比，与电路总电阻
成反比
适用条件纯电阻电路
表达式
物理意义
适用条件
E＝I(R＋r)
①
E＝U外＋Ir ② E＝U外＋U内 ③
电源电动势在数值上等于电路中内、外电
压之和
①式适用于纯电阻电路
②③式普遍适用
电压是由电源、导体电阻、外电路的连接方式
共同决定的
下列关于电源的说法中正确的是
(B) A．电源的电动势就是电源两极的电压 B．电路中，如果每通过1 C的电荷，电源能把2 J的其他形式的能量转化为电能，则电源的电动势就是2 V C．电源的电动势跟电源外部的电路有关 D．电源的输出电流越大，则电源的电动势也就越大 [思路探究]电动势的物理意义是什么？和电压是一回事吗？
2．闭合电路欧姆定律内容：流过闭合电路的电流跟电路中电源的_电__动__势______成正
比，跟电路中内、外电阻__之__和______成反比． E
公式：I＝___R_＋__r____. 适用的条件为：__纯__电__阻__电__路______．电动势与内外电压的关系：__E__＝__U_外__＋__U_内____．
第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路
第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路
第1节闭合电路欧姆定律
第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路
学习目标 1.知道电源的电动势和内电阻，理解电动势的概念． 2．掌握闭合电路欧姆定律，并能用来分析、解决闭合电路的有关问题． 3．理解路端电压与外电阻的关系，学习用局部和整体的关系解决问题．

高中物理第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路第1节闭合电路欧姆定律学案鲁科版选修3_147.doc

第1节闭合电路欧姆定律[先填空]1．闭合电路组成(1)外电路：电源外部由用电器和导线组成的电路，在外电路中，沿电流方向电势降低．(2)内电路：电源内部的电路，在内电路中，沿电流方向电势升高．2．电动势(1)大小：电源的电动势在数值上等于电源没有接入外电路时两极间的电压．电源电动势用符号E表示，单位与电压相同：伏特，符号是V.(2)意义：电源电动势是描述电源将其他形式的能转换为电能本领大小的物理量．它是电源的特征量，只与电源本身的因素有关．(3)电池：同类型的干电池的电动势都是1.5 V，蓄电池的都是2.0 V．电源内部也是由导体组成的，因此也有电阻，这个电阻称为电源的内电阻．[再判断]1．电动势就是电势差，也叫电压，单位是V.(×)2．电源提供的电能越多，电源的电动势越大．(×)3．电动势的大小等于两极间的电压．(×)[后思考]电源的电动势和外接电路的负载有什么关系？【提示】电源的电动势只和电源本身有关，与所接的负载无关．[合作探讨]如图411是一块手机上使用的锂离子电池上的几个数据：“电压：3.7 V 容量：850 mA·h”，“充电电压：4.2 V”．图411探讨1：电动势表明了电源什么特性？【提示】把其他形式能转化为电能的本领．探讨2：上述电源若通过非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移到正极所做的功是多少？【提示】W＝qU＝3.7 J.[核心点击]1．电动势的理解(1)电动势由电源本身决定，与外电路无关．(2)电动势是标量，但有方向，物理学中规定方向为由负极经电源内部指向正极，即电源内部电流的方向．(3)电源的内部也有电阻(即内电阻)，当电流经电源内部时也有电压降(即内电压)．2．电动势与电压区别1．(多选)关于电动势下列说法正确的是( )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，移动正电荷的非静电力做功越多，电动势就越大C．电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位正电荷做的功越多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送到正极的电荷量越多【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A正确．电源电动势是反映电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量．电动势在数值上等于移送单位正电荷所做的功，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C正确，B、D错误．【答案】AC2．(多选)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断路时两极间的电压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】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选项错误，C选项正确．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正确、D选项错误．【答案】BC3．(多选)铅蓄电池的电动势为2 V，这表示( )A．电路中每通过1 C的电荷，电源把2 J的化学能转化为电势能B．没有接入电路时蓄电池两极间的电压为2 VC．蓄电池在1 s内将2 J的化学能转化成电势能D．蓄电池将化学能转化为电势能的本领比一节干电池(电动势为1.5 V)的大【解析】非静电力移动1 C电荷所做的功W＝qE＝1×2 J＝2 J，由功能关系可知有2 J的化学能转化为电势能，A正确、C错误．电源两极间的电势差(电压)U＝E＝2 V，B正确．电动势是描述电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量，E蓄电池＝2 V >E干电池＝1.5 V，故D正确．【答案】ABD理解电动势的两点注意(1)电动势与电压有本质的区别，不能认为电动势就是电压：电动势E ＝W 非q ，电压U ＝W 电q. (2)电源电动势在数值上等于电源没有接入外电路时，电源两极间的电压．[先填空]1．内容：流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成正比，跟电路中内、外电阻之和成反比．2．公式：I ＝ER ＋r.(适用于纯电阻电路)3．常用的变形公式公式：E ＝U 外＋U 内或U ＝E －Ir .(适用于任何电路) [再判断]1．在闭合回路中电流总是从高电势流向低电势．(×) 2．在闭合回路中电动势的大小等于外电压与内电压之和．(√) 3．电源的电动势等于外电路电阻两端的电压．(×) [后思考] 如图所示电压表的示数就是电源电动势吗？【提示】不是．电压表示数近似等于电源电动势．[合作探讨]手电筒中的电池用久了，虽然电动势没减少多少，但小灯泡却不怎么亮了．探讨1：电源电动势几乎不变，其内阻变化大吗？【提示】内阻明显变大．探讨2：电路中电流变化大吗？【提示】电流有明显变化． [核心点击]闭合电路欧姆定律的表达形式4．如图412所示的电路中，把R 由2 Ω改变为6 Ω时，电流减小为原来的一半，则电源的内电阻应为( )图412A ．4 ΩB ．8 ΩC ．6 ΩD ．2 Ω【解析】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，故选项D 正确．【答案】 D5．如图413所示的电路中，当S 闭合时，电压表和电流表(理想电表)的读数分别为1.6 V 和0.4 A ，当S 断开时，它们的示数变为1.7 V 和0.3 A ，则电源的电动势和内阻各为多少？【导学号：34022026】图413【解析】当S 闭合时，R 1和R 2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U 1＝E －I 1r 代入数据得：E ＝1.6＋0.4r ①当S 断开时，只有R 1接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U 2＝E －I 2r 代入数据得：E ＝1.7＋0.3r ② 联立①②得：E ＝2 V ，r ＝1 Ω. 【答案】 2 V 1 Ω[先填空]1．路端电压与电流的关系公式：U ＝E －Ir . 2．路端电压与外电阻的关系：根据U ＝IR ＝E R ＋r ×R ＝E1＋rR可知，当R 增大时，路端电压U 增大，当R 减小时，路端电压U 减小．3．两种特例(1)当外电路断路(如开关断开)时，外电阻R 为无穷大，I 为零，Ir 也为零，可得U ＝E ，即外电路断路时的路端电压等于电源电动势的大小．(2)当外电路短路时，外电阻R ＝0，此时电路中的电流最大，即I m ＝Er，路端电压为零． [再判断]1．当电源两端短路时，路端电压等于电源电动势．(×) 2．电源断路时，路端电压无限大．(×) 3．电源短路时，电流无限大．(×) [后思考]为什么电源电动势在数值上等于电源没接入电路时两极间的电压？【提示】当电源没有接入电路时，电源中的电流等于零，此时内电压等于零，所以这时的路端电压在数值上等于电源电动势．[合作探讨]傍晚用电量是每一天的高峰时段，万家灯火，但灯光较暗；又如在家用电器使用中，打开大功率的空调后，你会发现灯泡会暗．探讨1：使用的用电器变多时，总电阻如何变化？【提示】当电路中接入较多的用电器时，由于这些用电器是并联的，其总电阻会变小．探讨2：灯泡为什么变暗？【提示】总电阻变小，干路中的电流就会很大．干路上就会分去较多的电压，造成灯泡两端的电压降低，所以灯泡的亮度也就变暗了．[核心点击]1．部分电路欧姆定律的U I 图象与闭合电路欧姆定律的U I 图象比较2.(1)电源的有关功率和电源的效率 ①电源的总功率：P 总＝IE ＝I (U 内＋U 外)． ②电源的输出功率：P 出＝IU 外 ③电源内部的发热功率：P ′＝I 2r . ④电源的效率：η＝P 出P总＝U 外E ，对于纯电阻电路η＝R R ＋r ＝11＋rR. (2)输出功率和外电阻的关系图414在纯电阻电路中，电源的输出功率为P ＝I 2R ＝E 2R ＋r 2R ＝E 2R －r 2＋4Rr R ＝E 2R －r 2R＋4r①当R ＝r 时，电源的输出功率最大，P m ＝E 24r.②当R ＞r 时，随着R 增大，P 减小． ③当R ＜r 时，随着R 增大，P 增大．6．如图415所示，当滑动变阻器的滑动片P向上端移动时，则电表的示数变化情况是( )图415A.减小，增大，增大B.增大，减小，增大C.增大，增大，减小D.减小，减小，减小【解析】首先弄清测量的是R2和R3并联支路上的电压，测量的是路端电压，电流表测量的是R3支路电流．再利用闭合电路欧姆定律，判断干路上的物理量变化：P向上滑动，R3的有效电阻增大，外电阻R外增大，干路电流I减小，路端电压增大，从而判定示数增大．再进行支路上的物理量的变化情况分析：由于I减小，引起内电压U内及电阻R1上电压U R1减小，而U并＝E－(U内＋U R1)，由此可知，并联电阻R2和R3上的电压U2增大，判定示数增大；由于U2增大，R2所在支路的电流I2增大，通过R3的电流I3＝I－I2，因I减小，I2增大，故I3减小，判定的示数减小，所以本题应选C.【答案】 C7．如图416所示，电路中电源的电动势E＝5 V，内电阻r＝10 Ω，固定电阻R＝90 Ω，R0是可变电阻，在R0从零增加到400 Ω的过程中，求：图416(1)可变电阻R0上消耗功率最大的条件和最大热功率．(2)电池的电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和．(3)R上消耗的最大功率及此时R0的值．(4)如果R0的最大阻值为20 Ω，当R0调到多大时，R0消耗的功率最大？求出最大功率．【解析】(1)可变电阻R0上消耗的热功率为P0＝I2R0＝25R 0－2R0＋400WR 0－100 Ω＝0时，P 0最大，其最大值为 P 大＝25400 W ＝116W. (2)当电流最小时，电阻r 和R 消耗的热功率最小，此时R 0应调到最大400 Ω，内阻r 和固定电阻R 上消耗的最小热功率之和为P 小＝⎝⎛⎭⎪⎫E R 0＋R ＋r 2(R ＋r )＝0.01 W.(3)R 0＝0时，电路中的总电阻最小，因此电路中的电流最大，此时R 上有最大功率即P R ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫E R ＋r 2R ＝5290＋2×90 W＝0.225 W.(4)可把R 看成电源内阻的一部分，因为R 0<R ＋r .因此，R 0越接近R ＋r ，R 0消耗的功率越大，所以当R 0＝20 Ω时，R 0上消耗的功率最大．由P ＝I 2R 0可得P 大′＝0.035 W.【答案】 (1)R 0＝100 Ω116W (2)0.01 W (3)0.225 W 0 (4)20 Ω 0.035 W闭合电路的动态分析。

鲁科版高中物理选修(3-1)第4章第1节《闭合电路欧姆定律》ppt课件

2.如右图所示电路，R由2 Ω 变为6 Ω时，电路中的电流变为原来的一半，则电源的内阻是( ) A ． 1 Ω

B．2 Ω C．3 Ω D．4 Ω

二、对闭合电路欧姆定律的理解 1．关于电动势E的几个关系式 (1)E＝U内＋U外适用于所有闭合电路． (2)E ＝I(R＋ r)由闭合电路欧姆定律得到，它仅适用于外电路为纯电阻的电路． (3)U ＝ E － Ir 适用于闭合电路，常用来判断路端电压的变化和测量电源电动势及内阻．

①
(3)常用的计算式 E＝U外＋U内 ② E＝U外＋Ir ③ (4)适用条件：①、②适于外电路为纯电阻电路，③适于一切电路．
三、路端电压与外电阻的关系 1．路端电压与电流的关系： U ＝， E － Ir 物理意义表示路端电压随的变化关电流系． 2 ． U － I 图象如右图所示，图象能反映的信息有

短路电流电动势 (1)横轴上截距[坐标原点为 (0,0)时]：表示．内电阻 (2)纵轴上截距：表示．

3．路端电压与R的关系 (1)当外电阻R增大时，电流I减小，内电压Ir减小，路端电压．增大 (2)当外电阻R减小时，电流I增大，内电压Ir增大，路端电压．增大 (3)两个特例：外电路断开时，R→∞，I＝，U＝，据此 0 E 特点可测电源电动势．外电路短路时，R＝0，E I＝，U＝，据 0 r 此特点可以理解不允许将电源两端用导线直接连接的原因．

①电源的输出功率 2 2 2 E E R E P 出＝I2R＝＝ 2R＝ 2 R＋r R－r ＋4Rr R－r2 R ＋4r
E2 由此可知当 R＝r 时，电源有最大输出功率 P 出 max＝ . 4r

鲁科版高中物理选修3-1：第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路复习课件

如图 4－3 所示的电路中，闭合开关 S 后，灯 L1、L2 都发光。后来由于某种故障使灯 L2 突然变亮（未烧坏），电压表的读数增大，由此可推断，该故障可能是（）
图 4－3
A．电阻R1断路 B．电阻R2短路 C．灯L1两接线柱间短路 D．电阻R2断路【解析】根据题设条件，电路中的某种故障产生两个后果：一是灯 L2 突然变亮；二是电压表的读数增大。只有符合这两个条件的故障才是可能的故障。
如图 4－1 所示电路中，电阻 R1＝9 Ω，R2＝15 Ω，电源电动势 E＝12 V，内阻 r＝1 Ω。求：
(1)当电流表示数为 0.4 A 时，变阻箱 R3 的阻值多大？ (2)当 R3 阻值多大时，它消耗的电功率最大？ (3)当 R3 阻值多大时，电源的输出功率最大？
图4－1
【解析】由电路图可知，R2 与 R3 并联后再与 R1 串联，电流表是测量通过电阻 R2 的电流，根据串、并联电路的特点以及闭合电路欧姆定律可求出该题的答案。
第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路复习课件
直流电路的分析与计算关于直流电路的计算，一般的分析方法和注意点是：
1.弄清各电路元件的串、并联关系，把电路简化。在分析时因理想电流表内阻忽略不计，开始可用一根无电阻导线取代电流表；理想电压表内阻无限大，开始可认为理想电压表的支路断路，最后再把这两个电表安放在相应位置。电容器在恒定电流电路中只有在电路接通、断开瞬间才有充、放电电流。当电路稳定后相当于阻值无限大（考虑为不漏电的理想电容器），使这部分电路断路，在简化电路时可把含电容器的支路去掉。简化后，若要求计算电容器的带电荷量，再在相应位置补上该电容器。
（2）假设法已知电路发生某种故障，寻求故障发生在何处时，可将整个电路划分为若干部分，然后假设某部分电路发生故障，运用欧姆定律进行正向推理，推理结果若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路；若推理结果与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路。用此方法，直到变阻器 R1 最大值为 4 Ω，此时它的有效阻值为 2 Ω，定值电阻 R2＝6 Ω，电源内阻 r＝1 Ω. 当开关 S 闭合时，电源的总功率为 16 W，输出功率为 12 W，这时灯正常发光。求：

「精品」2017年高中物理第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路第1讲闭合电路欧姆定律学案鲁科版选修3_1

第1讲闭合电路欧姆定律[目标定位] 1.了解电源电动势的基本含义，了解内电路、外电路，知道电动势等于内、外电路电势降落之和.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.会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系．一、电动势电动势1．定义：电动势在数值上等于没有接入外电路时两极间的电压，常用E来表示．2．单位：跟电压的单位相同，也是伏特(V)．3．物理意义：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．不同的电源，产生电能的机制是不同的．二、闭合电路欧姆定律1．内、外电路电源内部的电路叫做内电路；电源外部的电路叫做外电路．外电路的电阻称为外电阻；内电路的电阻称为内电阻．2．特点在外电路中，电流由高电势流向低电势，在外电阻上沿电流方向电势降低；电源内部由负极到正极电势升高．3．闭合电路的欧姆定律(1)内容：流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成正比，跟电路中内、外电路的电阻之和成反比．(2)公式：I＝ER＋r或E＝IR＋Ir.想一想我们用电压表直接连接电源的两端，电压表的读数小于(填“大于”、“小于”或“等于”)电源电动势．为什么？答案小于因为电源也有内阻，用电压表和电源正负极相连时，相当于电源与电压表串联，电压表读数是路端电压，小于电源电动势．三、路端电压与负载的关系1．路端电压的表达式U＝E－Ir.2．路端电压随外电阻的变化规律(1)当外电阻R 增大时，电流I 减小，路端电压增大． (2)当外电阻R 减小时，电流I 增大，路端电压减小．(3)两个特例：外电路断开时，R →∞，I ＝0，U ＝E ，据此特点可测电源电动势．外电路短路时，R ＝0，I ＝Er ，U ＝0，因短路电流I ＝E r很大，所以不允许将电源两端用导线直接连接．想一想使用电源时，为什么不能直接用导线把电源的两极连接起来？答案直接用导线把电源的两极连接起来时，由于电源内阻很小，电流很大，容易损坏电源.一、电源电动势和内阻1．电源的作用：维持电路两端始终有一定的电势差，使电路中保持持续的电流．2．电源是把其他形式的能转化为电势能的装置．不同的电源，把其他形式的能转化为电能的本领不同，电动势也不同，例如干电池电动势都是1.5V ，学生用蓄电池电动势都是2V ，与体积大小无关．这两种电池的电动势不同，表明电池把化学能转化为电能的本领不同． 3．电源电动势等于电源没有接入外电路时两极间的电压．例1 关于电源的电动势，下面说法错误的是( ) A ．电源的电动势就是电源两极间的电压B ．电动势越大的电源，将其他形式的能转化为电能的本领越大C ．电动势的数值等于内、外电路电压之和D ．电动势只由电源性质决定，与外电路无关答案 A解析电动势等于电源没有接入外电路时两极间的电压．当电源接入外电路时，电源有内电压，电源两极间的电压小于电动势，故A 错误．电动势反映电源把其他形式的能转化为电能的本领大小，电动势越大，将其他形式的能转化为电能的本领越大，故B 正确．根据闭合电路欧姆定律知，电动势的数值等于内、外电路电压之和，故C 正确．电动势由电源性质决定，与外电路无关．故D 正确．本题选错误的，故选A. 二、闭合电路欧姆定律的应用闭合电路欧姆定律的几种表达形式 1．电流形式：I ＝ER ＋r，适用于外电路为纯电阻的闭合电路；2．电压形式：E ＝IR ＋Ir 适用于外电路为纯电阻的闭合电路E ＝U 外＋Ir 适用于任何电路，表明电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和．例2 如图1所示，电源电动势为6V ，内阻为1Ω，R 1＝5Ω，R 2＝10Ω，滑动变阻器R 3阻值变化范围为0～10Ω，求电路中的总电流变化范围．图1答案 0.55A ～1A解析当R 3阻值为零时，R 2被短路，外电阻最小，电流最大．R 外＝R 1＝5Ω，I ＝E R 外＋r ＝65＋1A ＝1A.当R 3阻值为10Ω时，外电阻最大，电流最小．R 并＝R 3R 2R 3＋R 2＝5Ω，R 外′＝R 1＋R 并＝10Ω，I ′＝E R 外′＋r ＝610＋1A≈0.55A.方法点拨：电路中的总电流由电源的电动势和电路中的总电阻决定．其中E 、r 不变，当外电阻变化时，电路总电流随之变化．例3 如图2所示，已知R 1＝R 2＝R 3＝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2A ．1VB ．1.2VC ．2VD ．4V答案 C解析当S 闭合时，I ＝U R 1＝11A ＝1A ，故有E ＝I (1.5＋r )；当S 断开时，I ′＝U ′R 1＝0.8A ，故有E ＝I ′(2＋r )，解得E ＝2V ，C 正确．三、路端电压和负载的关系 1．路端电压和外电阻的关系 (1)当外电阻R 增大时，根据I ＝ER ＋r可知，总电流I 减小，内电压Ir 减小，根据U 外＝E －Ir 可知，路端电压U 外增大．当外电路断开时，路端电压U 外＝E .(2)当外电阻R 减小时，总电流I 增大，内电压Ir 增大，路端电压U 外减小．外电路短路即r ＝0时，电路中的电流I ＝E r，U 外＝0.2．外电压U 与电流I 的关系由U ＝E －Ir 可知，U －I 图象是一条斜向下的直线，如图3所示图3(1)图象中U 轴截距E 表示电动势． (2)I 轴截距I 0等于短路电流．(3)图线斜率的绝对值表示电源的内阻，即r ＝|ΔUΔI|.注意：若纵坐标上的取值不是从零开始，则横轴截距不表示短路电流，但斜率仍然等于内阻．例4 如图4所示为两个不同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4A ．电动势E 1＝E 2，短路电流I 1>I 2B ．电动势E 1＝E 2，内阻r 1>r 2C ．电动势E 1>E 2，内阻r 1<r 2D ．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答案 AD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，C 项错误．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 项错误．由图象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．借题发挥图象的纵坐标不从零开始时，图线与纵轴的交点仍表示电源电动势E ，但图线与横轴的交点不表示短路电流．闭合电路欧姆定律的理解和应用1．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 ＋IrD ．U ＝RR ＋rE 答案 BD2．如图5所示，R 为电阻箱，电表为理想电压表，当电阻箱读数为R 1＝2Ω时，电压表读数为U 1＝4V ；当电阻箱读数为R 2＝5Ω时，电压表读数为U 2＝5V ．求：电源的电动势E 和内阻r .图5答案 6V 1Ω解析由闭合电路欧姆定律E ＝U 1＋U 1R 1r ①E ＝U 2＋U 2R 2r ②联立①②并代入数据解得E ＝6V ，r ＝1Ω.路端电压和负载的关系3．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 ＝0C ．当电路断开时，I ＝0，U ＝0D ．当R 增大时，U 也会增大答案 BD对U －I 图象的理解4．如图6所示为某一电源的U －I 图象，由图可知( )图6A ．电源电动势为2VB ．电源内阻为13ΩC ．电源短路时电流为6AD ．电路路端电压为1V 时，电路中电流为5A 答案 AD解析由U －I 图象可知，电源电动势E ＝2V.r ＝|ΔU ΔI |＝1.26Ω＝0.2Ω，当U ＝1V 时， I ＝E －U r ＝2－10.2A ＝5A ．选项A 、D 正确.题组一对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 AD2．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 D3．一太阳能电池板，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 ．0.20VC ．0.30VD ．0.40V答案 D解析由已知条件得：E ＝800mV.又因I 短＝E r ，所以r ＝E I 短＝800×10－340×10－3Ω＝20Ω.所以U ＝IR ＝E R ＋r R ＝80020＋20×20mV＝400mV ＝0.40V ，选项D 正确．4．如图1所示电路，R 由2Ω变为6Ω时，电路中的电流变为原来的一半，则电源的内阻是( )图1A ．1ΩB ．2ΩC ．3ΩD ．4Ω答案 B题组二路端电压与负载的关系5．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，电压表示数为1.8V ，则外电阻R 与电源内阻r 之比为( )图2A ．5∶3B ．3∶5C ．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∶2.6．在如图3所示电路中，电源的电动势E ＝9.0V ，内阻可忽略不计；AB 为滑动变阻器，其最大电阻R ＝30Ω；L 为一小灯泡，其额定电压U ＝6.0V ，额定功率P ＝1.8W ；S 为开关，开始时滑动变阻器的触头位于B 端，现在接通开关S ，然后将触头缓慢地向A 端滑动，当到达某一位置C 时，小灯泡恰好正常发光．则C 、B 之间的电阻应为( )图3A ．10ΩB ．20ΩC ．15ΩD ．5Ω答案 B解析本题中小灯泡恰好正常发光，说明此时通过小灯泡的电流达到额定电流I额＝P 额U 额＝1.86.0A ＝0.3A ，两端电压达到额定电压U 额＝6.0V ，而小灯泡和电源、滑动变阻器的AC 部分串联，则通过电阻AC 的电流与通过小灯泡的电流相等，故R AC ＝E －U 额I 额＝9.0－6.00.3Ω＝10Ω，所以R CB ＝R －R AC ＝20Ω. 7．如图4所示电路中，当可变电阻R 的阻值增大时( )图4A．A、B两点间的电压增大B．A、B两点间的电压减小C．通过R的电流I增大D．通过R的电流I减小答案AD解析当可变电阻R的阻值增大时，外电路总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律分析知，干路电流I干减小，A、B间电压增大，通过R2的电流增大，则通过R的电流I减小．故选A、D.题组三U－I图象的理解8．如图5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，下列说法中正确的是( )图5A．路端电压都为U0时，它们的外电阻相等B．电流都是I0时，两电源的内电压相等C．电源甲的电动势大于电源乙的电动势D．电源甲的内阻小于电源乙的内阻答案AC解析甲、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A正确；图线的斜率大小表示电源内电阻的大小(电动势与短路电流的比值)，图线甲的斜率大于图线乙的斜率，表明甲的内阻大于乙的内阻，故D错误；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，因为甲的内阻较乙的内阻大，所以当电流都为I0时，甲电源的内电压较大，故B错误．故选A、C.9．如图6所示的U－I图象中，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图线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图象可知( )图6A ．R 的阻值为0.5ΩB ．电源电动势为3.0VC ．电源的内阻为0.5ΩD ．电源内阻为1.5Ω 答案 BD 题组四综合应用10．如图7所示，电源电动势E ＝缩小空间距“8V,16W”的灯泡L 恰好能正常发光，电动机线圈的电阻R 0＝1Ω，求：图7(1)电源的总功率； (2)电动机的输出功率．答案 (1)40W (2)12W解析 (1)L 正常发光，路端电压等于灯泡额定电压8V. 内电压U 内＝(10－8)V ＝2V ，则总电流I ＝U 内r＝4A ，电源总功率为P 电＝IE ＝4×10W＝40W. (2)流经电动机的电流I M ＝I －P U＝2A.输入电动机的总功率P M 总＝U ·I M ＝8×2W＝16W. 电动机内阻消耗功率P M 内＝I 2M R 0＝4×1W＝4W. 故电动机输出功率P M 出＝(16－4) W ＝12W.11．电路图如图8甲所示，若电阻未知，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8(1)电源的电动势和内阻； (2)电源的路端电压．答案 (1)4V 1Ω (2)3V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 ＝EI 短＝1Ω. (2)由图象知：电源与电阻构成闭合回路时对应路端电压U ＝3V.12．如图9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 ，这时电阻R 两端的电压为4V ．求：图9(1)电阻R 的值； (2)电源的电动势和内阻．答案 (1)4Ω(2)6V 2Ω解析 (1)电阻R 的值为R ＝U 2I 2＝41Ω＝4Ω.(2)当开关接a 时，有E ＝U 1＋I 1r ，又U 1＝5V ，I 1＝P 1U 1＝2.55A ＝0.5A.当开关接b 时，有E ＝U 2＋I 2r ，又U 2＝4V ，I 2＝1A ，联立解得E ＝6V ，r ＝2Ω.13．如图10所示电路中，电源电动势E ＝12V ，内阻r ＝2Ω，R 1＝4Ω，R 2＝6Ω，R 3＝3Ω.图10精品资料值得拥有11 (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I 1＝E R 1＋R 2＋r ＝124＋6＋2A ＝1A.理想电压表读数为U V ＝I 1R 2＝6V.(2)若在C 、D 间连一个理想电流表，这时电阻R 2与R 3并联，并联电阻大小R 23＝R 2R 3R 2＋R 3＝6×36＋3Ω＝2Ω 根据闭合电路欧姆定律，有 I 2＝E R 1＋R 23＋r ＝124＋2＋2A ＝1.5A. 理想电流表读数为I ′＝R 2R 2＋R 3I 2＝66＋3×1.5A＝1A ．。

山东科技版物理选修3-1第四章闭合电路欧姆定律和逻辑电路(学案)

【本讲教育信息】一. 教学内容：闭合电路欧姆定律【基础知识】1. 电动势（1）电源：电源是把其他形式的能转化为电能的装置，不同的电源，两极间的电压不同。

这是由电源本身性质决定的。

（2）电动势：描述电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量，它在数值上等于电路中内电压与外电压的和。

2. 闭合电路欧姆定律（1）闭合电路⎩⎨⎧内电路外电路（2）内电压和外电压电源内阻上所降落的电压称为内电压，外电路两端的电压称为外电压，也叫路端电压。

（3）内容：流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成正比，跟电路中内外电阻之和成反比，公式rR E I +=或)r R (I E +=。

3. 路端电压U 与外电阻R 的变化关系电源的电动势和内电阻是由电源本身决定的，不随外电路电阻的变化而改变，而电流、路端电压是随着外电路电阻的变化而改变的。

（1）外电路的电阻增大时，由rR E I +=知I 减小，则电源内电压Ir U =内减小，由 E=U 内+U 外知路端电压U 外增大，相反，外电路电阻减小时，I 增大，U 外减小。

（2）两种特殊情况：外电路断开时，R=∞，路端电压U=E ；外电路短路时，R=0，U=0，rE I =（短路电流），短路电流由电源电动势和内电阻共同决定，由于r 一般很小，短路电流往往很大，极易烧坏电源或线路而引起火灾。

4. 公式法确定电源的电动势和内电阻，对某一确定电源E 、r 为确定值。

（1）由E=U+Ir 知，只要知道两组U 、I 的值（U 1、I 1，U 2、I 2）就可以通过解方程组，求出E 、r 的值。

（2）由r RU U E +=知，只要知道两组U 、R 的值（U 1、R 1，U 2、R 2）就能求解E 、r 。

（3）由E=IR+Ir 知，只要知道两组I 、R 的值（I 1、R 1，I 2、R 2）就能求解E 、r 。

5. 电路中的能量关系（1）闭合电路的功率根据能量守恒，电源的总功率等于电源的输出功率与电源内阻上消耗的功率之和。

高中物理第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路第1节闭合电路欧姆定律课堂互动教案鲁科版选修3_1

第1节闭合电路欧姆定律课堂课堂互动三点剖析一、电源的电动势1.如何正确理解“电动势”电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领.不同的电源，非静电力做功的本领不同，电源把其他形式的能转化为电能的本领不同，电动势就不同.例如：干电池的电动势是1.5 V ，表明在干电池内，在把化学能转化为电能时，可以使每1 C 电荷具有1.5 J 电能；铅蓄电池的电动势是2 V ，表明在铅蓄电池内，在把化学能转化为电能时，可以使每1 C 电荷具有2 J 电能.铅蓄电池的电动势比干电池的大，表明它把化学能转化为电能的本领比干电池的大.电动势的大小等于单位正电荷从负极经电源内部移到正极时非静电力所做的功，其数值也等于电源没有接入电路时两极间的电压.【例1】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送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向正极移送电荷量越多解析：电源是将其他能量转化为电能的装置，在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加，因此选项A 正确.电源电动势是反映电源内部其他形式的能转化为电能的能力的物理量，电动势在数值上等于移送单位电荷量所做的功，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，被移送的电荷量越多，所以选项C 正确. 答案：AC温馨提示电动势的表达式为E =qW ，但电动势是用比值定义的物理量，只由电源本身的性质决定，与移动的电荷q 、所做的功W 及外电路均无关.二、闭合电路欧姆定律1.动态电路变化问题：引起电路特性发生动态变化的原因主要有三种情况：第一，滑动变阻器滑片位置的改变，使电路的电阻发生变化；第二，开关的闭合、断开或换向（双掷开关）使电路结构发生变化；第三，非理想电表的接入使电路的结构发生变化.进行动态电路分析的一般思路是：由部分电阻变化推断出外电路总电阻R 总的变化，再由闭合电路欧姆定律判断总电流的变化，然后判断电阻没有发生变化的那部分电路的电压、电流和功率的变化情况，最后应用串并联电路的知识再判断电阻发生变化的那部分电路的电压、电流和功率的变化情况.其中，判断外电阻和总电流的变化是关键.有时会遇到判断某一并联支路上电流的变化，当此支路的电阻变大（或变小）时，支路两端的电压也变大（或变小），应用部分电路欧姆定律I =RU 就无法判断该支路电流怎样变化，这时，应判断出干路上及其他并联支路中的电流，然后利用干路上的电流等于各支路电流之和进行判断.2.路端电压与电流的关系根据公式U =E -Ir 可知，路端电压与电流的关系图象（即U -I 图象）是一条斜向下的直线，如图4-1-2所示.（1）图象与纵轴的截距等于电源的电动势大小；图象与横轴的截距等于外电路短路时的电流I max =rE . （2）图象斜率的绝对值等于电源的内阻，即r =I U ∆∆=tan θ，θ越大，表明电源的内阻越大.图4-1-2图4-1-3说明：横、纵坐标可以选不同的坐标起点，如图4-1-3所示，路端电压的坐标值不是从零开始的，而是从U 0开始的，此时图象与纵轴的截距仍然等于电源的电动势大小；图象斜率的绝对值仍然等于电源的内阻；而图象与横轴的截距就不再等于外电路短路时的电流了.【例2】如图4-1-4所示，电池电动势为E ，内阻为r ，当可变电阻的滑片P 向b 点移动时，电压表V 1的读数U 1与电压表V 2的读数U 2的变化情况是（）图4-1-4 A.U 1 变大，U 2变小B.U 1 变大，U 2变大C.U 1 变小，U 2变小D.U 1 变小，U 2变大解析：滑片P 向b 点移动时，总电阻变大，干路中电流I =rR E +变小.由于路端电压U =E -Ir ，U 增大，即电压表V 1的示数变大.由于U 2=IR ，所以电压表V 2的示数变小.答案：A三、电源的输出功率与效率1.闭合电路的功率：根据能量守恒，电源的总功率等于电源的输出功率（外电路消耗的电功率）与电源内阻上消耗的功率之和，即P 总=IU +I 2r =I (U +Ir )=IE .其中IE 为电源总功率，是电源内非静电力移动电荷做功，把其他形式的能转化为电能的功率；IU 为电源的输出功率，在外电路中，这部分电功率转化为其他形式的能（机械能、内能等）；I 2r 为电源内由于内阻而消耗的功率，转化为焦耳热.2.电源的输出功率：外电路为纯电阻电路时，电源的输出功率为P =I 2R =r R r R E r R R E 4)()(2222+-=+，由此式可知，（1）当R =r 时，电源的输出功率最大，且P m =rE 42. （2）当R ＞r 时，随着R 的增大输出功率减小.（3）当R ＜r 时，随着R 的减小输出功率减小.（4）输出功率与外电阻的关系如图4-1-5所示，由图象可知，对应某一输出功率（非最大值）可以有两个不同的外电阻R 1和R 2，且有r 2=R 1·R 2.图4-1-53.电源的效率：η=R r r R R EI UI P P +=+==11总出，可见，当R 增大时，效率增大.当R =r 时，即电源有最大输出功率时，其效率仅为50%，效率并不高.图4-1-6【例3】如图4-1-6所示，线段A 为某电源的U -I 图线，线段B 为某电阻的U -I 图线，以上述电源和电阻组成闭合电路时，求：（1）电源的输出功率P 出为多大？（2）电源内部损耗的电功率是多少？（3）电源的效率η为多大？解析：根据题意，从A 的图线可读出E =3 V ，r =63=I E Ω=0.5 Ω，从B 图线中可读出外电阻R =I U ∆∆=1Ω.由闭合电路欧姆定律可得I =5.013+=+r R E A=2 A ，则电源的输出功率为P 出=I 2R =4 W ，P 内=I 2r =2 W ，所以电源的总功率为P 总=IE =6 W ，故电源的效率为η=总出P P ×100%=66.7%.答案：(1)4 W (2)2 W (3)66.7%温馨提示电源的U -I 图线与电阻的U -I 图线的物理意义不同，前者是路端电压与电路电流的函数关系；后者是加在电阻两端的电压与通过的电流的函数关系.各个击破类题演练1关于电源与电路，下列说法正确的是（）A.外电路中电流由电源正极流向负极，内电路中电流也由电源正极流向负极B.外电路中电流由电源正极流向负极，内电路中电流由电源负极流向正极C.外电路中电场力对电荷做正功，内电路中电场力对电荷也做正功D.外电路中电场力对电荷做正功，内电路中非静电力对电荷做正功解析：假设电路中电流是由正电荷的移动形成的，外电路中，正电荷在导体中电场的作用下，从高电势端向低电势端运动，即从电源正极向电源负极运动，此过程电场力对电荷做正功.根据稳定电流的闭合性和电荷守恒定律，在内电路中，正电荷只能从电源负极向正极运动，即电流从电源负极流向正极，此过程中，电荷运动方向与电场力的方向相反，电场力对电荷做负功，要使正电荷从电源负极移向电源正极，必须有除电场力以外的其他力即非静电力做功，使其他形式的能转化为电荷的电势能.所以正确选项为BD.答案：BD变式提升1常用的干电池有1号电池、5号电池等，电动势均为1.5 V ，如果这两种电池对外供电的电荷量均为2 C ，那么电源所做的功各是多少?若有一电动势为2 V 的蓄电池，当移动相同的电荷时，电源所做的功又是多少?解析：电动势在数值上等于非静电力把1 C 的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功，即E =qW .当E ＝1.5 V ，q ＝2 C 时电源做功为： W ＝qE ＝2×1.5 J＝3 J1号电池、5号电池的电动势相等，对外供电的电荷量相等，因此电源所做的功相等，皆为3.0 J.当E ＝2 V ，q ＝2 C 时，电源做功为：W ＝qE ＝2×2 J＝4 J ，即蓄电池移动相同电荷时，做功4.0 J.答案：3 J 3 J 4 J类题演练2在如图4-1-7所示的电路中，R 1=10 Ω，R 2=20 Ω，滑动变阻器R 的阻值为0~50 Ω，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（）图4-1-7 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：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，在滑动触头由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I =rR E +总减少，灯泡的实际功率P L =I 2R L 减小，灯泡变暗.综上所述，选项B 正确.答案：B变式提升2如图4-1-8所示的电路中，当变阻器R 3的滑动触头P 向a 端移动时（）图4-1-8A.电压表示数变大，电流表示数变小B.电压表示数变小，电流表示数变大C.电压表示数变大，电流表示数变大D.电压表示数变小，电流表示数变小解析：当滑动触头P 向a 端移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，电路的总电阻减小，总电流增大，内电压增大，所以路端电压减小.因总电流增大，所以电阻R 1分担的电压增大，R 2和R 3的电压减小，流过R 2的电流减小，所以流过R 3的电流增大.答案：B类题演练3如图4-1-9所示电路中，电阻R 1＝9 Ω，R 2＝15 Ω，电源电动势E ＝12 V ，内电阻r ＝1Ω.求：图4-1-9（1）当电流表示数为0.4 A 时，变阻器R 3的阻值为多大?（2）R 3阻值多大时，它消耗的电功率最大?（3）R 3阻值多大时，电源的输出功率最大?解析：（1）R 3两端电压U =I 2R 2=6 V.设总电流为I 1，则E -I 1(r +R 1)=U ，可得I 1=0.6 A ，通过R 3的电流I 3=I 1-I 2=0.2 A ，所以R 3的阻值R 3=3I U =30 Ω. （2）把电源E 、电阻R 1、R 2组成的部分看成新电源，则R 3消耗的功率为新电路的输出功率，所以R 3消耗功率最大时R 3=rR R r R R +++1212)(=6 Ω.（3）因R 1＞r ，所以无论R 3取何值、总有外电阻大于内电阻，故当R 3=0时，电源输出功率最大.答案：(1)30 Ω (2)6 Ω (3)0变式提升3如图4-1-10所示的电路中，电源电动势E ＝10 V ，内阻r ＝0.5 ，电动机的电阻R 0＝1.0 ，电阻R 1＝1.5 Ω.电动机正常工作时，电压表的示数U 1＝3.0 V.求：图4-1-10（1）电源释放的电功率是多大?（2）电动机消耗的电功率是多大?将电能转化为机械能的功率是多大？（3）电源的输出功率是多大?解析：（1）电动机正常工作时，总电流I =11R U =2 A ，电源释放的功率P =IE =20 W.（2）电动机两端电压：U =E -I (r +R 1)=6 V ，电动机消耗的电功率为P 电=UI =12 W ，电动机消耗的热功率P 热=I 2R 0=4 W ，所以机械功率P 机=P 电-P 热=8 W.（3）电源的输出功率为P 出=P -I 2r =18 W. 答案：（1）20 W （2）12 W ，8 W （3）18 W。

2016-2017学年高中物理第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路章末综合测评鲁科版选修3-1

第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路(时间：60分钟满分：100分)一、选择题(本题共8小题，每小题6分．在每小题给出的四个选项中，第1～5题只有一项符合题目要求，第6～8题有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)1．一个闭合电路，是由电池供电的，外电路是纯电阻电路时，以下说法正确的是( ) A ．当外电阻增大时，路端电压增大 B ．当外电阻减小时，路端电压增大C ．当外电阻减小时，电池的输出功率一定增大D ．当外电阻减小时，电池的输出功率一定减小【解析】由闭合电路欧姆定律得：U ＝E －Ir ＝E －ERr＋1，当外电阻增大时，路端电压增大，即A 正确；由电源的输出功率随外电阻的变化关系图象得，当外电阻变化时，其输出功率可能增加也可能减小，即C 、D 均错误．【答案】 A2．下列说法中正确的是( )A ．欧姆表的每一挡的测量范围都是0～∞B ．用不同挡的欧姆表测量同一电阻的阻值时，误差大小是一样的C ．用欧姆表测电阻，指针越接近刻度盘中央，误差越大D ．用欧姆表测电阻时，选不同挡位时，指针越靠近右边误差越小【解析】欧姆表的每一挡的测量范围是0～∞，所以A 对；用不同挡的欧姆表测量同一电阻的阻值时，误差大小是不一样的，所以B 错；用欧姆表测电阻，指针越接近刻度盘中央，误差越小，所以C 、D 错．【答案】 A3．一块太阳能电池板，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的电阻构成一闭合电路，则它的路端电压是 ( )A ．100 mVB ．200 mVC ．300 mVD ．400 mV【解析】电源没有接入外电路时，路端电压值等于电动势，所以电动势E ＝800 mV ，由闭合电路欧姆定律得短路电流I 短＝E r ，所以电源内阻r ＝E I 短＝800×10－340×10－3Ω＝20 Ω.该电源与20 Ω的电阻连成闭合电路时，电路中电流I ＝ER ＋r ＝80020＋20mA ＝20 mA ，所以路端电压U ＝IR ＝400 mV.故正确答案为D.4．如图1所示，直线A 是电源的路端电压和电流的关系图线，直线B 、C 分别是电阻R 1、R 2的两端电压与电流的关系图线，若将这两个电阻分别接到该电源上，则( )图1A ．R 1接在电源上时，电源的效率高B ．R 2接在电源上时，电源的效率高C ．R 1接在电源上时，电源的输出功率大D ．电源的输出功率一样大【解析】电源的效率η＝P 出P 总＝UI EI ＝UE，由于U B ＞U C ，故R 1接在电源上时，电源的效率高，A 项正确，B 项错误；电源的输出功率P ＝I 2R ，则P 1＝⎝ ⎛⎭⎪⎫I 042R 1＝3I 0U 016，P 2＝⎝ ⎛⎭⎪⎫I 022R 2＝I 0U 04，P 1＜P 2，故C 、D 错误．【答案】 A5．某实验小组用三只相同的小灯泡连接成如图2所示的电路，研究串并联电路的特点．实验中观察到的现象是( )【导学号：34660113】图2A ．S 2断开，S 1与a 连接，三只灯泡都熄灭B ．S 2断开，S 1与b 连接，三只灯泡亮度相同C ．S 2闭合，S 1与a 连接，三只灯泡都发光，L 1、L 2亮度相同D ．S 2闭合，S 1与b 连接，三只灯泡都发光，L 3的亮度小于L 2的亮度【解析】 S 2断开，S 1与a 连接时，三只灯泡串联，三只灯泡都发光，且亮度相同，A 错误；S 2断开，S 1与b 连接时，L 1、L 2两只灯泡串联，L 3被断开没有接入电路，B 错误；S 2闭合，S 1与a 连接时，只有L 2亮，L 1和L 3被短路，C 错误；S 2闭合，S 1与b 连接时，L 1和L 3并联，然后与L 2串联，此时三只灯泡都发光，L 3的亮度与L 1的亮度相同，都小于L 2的亮度，D 正确．6．如图3所示，一个电源在外电阻不断变化时，内、外电阻消耗的电功率随电流变化的关系分别用抛物线C1、C2表示．由该图可知( )图3A．电源的电动势为4 VB．电源的内电阻为2 ΩC．电源输出功率的最大值为16 WD．电源消耗的最大功率为16 W【解析】图中交点表示内、外电路消耗功率相等，此时的功率和电流分别为4 W和2 A，由P内＝I2r，代入数据得r＝1 Ω，故B错误；由P外＝I2R知R＝1 Ω，内电阻等于外电阻，电动势为E＝I(R＋r)＝4 V，A正确．外电阻和内电阻相等时电源输出的功率最大，最大值为4 W，C错误．电源消耗的功率为P＝EI m，当R＝0时电流最大为4 A，P m＝16 W，故D正确．【答案】AD7．一平行板电容器C，极板是水平放置的，它和三个电阻箱及电源连接成如图4所示的电路．今有一质量为m的带电油滴悬浮在两极板之间静止不动，要使油滴上升，可采用的办法是( )【导学号：34660114】图4A．增大R1B．增大R2C．增大R3D．减小R2【解析】带电油滴受到向上的静电力和向下的重力，若要使其上升，应增加静电力，也就是增加电容器两端电压，电容器两端电压与R3两端电压相等，R3与R2串联，所以增大R3或减小R2都行．【答案】CD8．在如图5所示的电路中，由于某一电阻发生短路或断路，使A灯变暗，B灯变亮，则故障可能是( )图5A．R1短路B．R2断路C．R3断路D．R4短路【解析】由于A串联于干路中，且故障发生后，A灯变暗，故知电路中总电流变小，即电路总电阻变大，由此可排除选项A、D.假设R2断路，则其断路后，电路总电阻变大，总电流变小，A灯变暗，同时R2断路必引起与之并联的灯B中电流变大，使B灯变亮，推理结果与现象相符，故选项B对．假设R3断路，则也引起总电阻变大，总电流变小，使A灯变暗，同时R3断路后也必引起与之并联的电路(即R1所在支路)的电压和电流增大，灯B中分得的电流也变大，B灯变亮，故选项C正确．【答案】BC二、非选择题(本题共4小题，共52分，按题目要求作答)9．(10分)在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中(如图6甲)．甲乙图6(1)移动滑动变阻器的滑片应特别注意防止__________________．(2)现备有以下器材：A．干电池1节B．滑动变阻器(0～50 Ω)C．滑动变阻器(0～1 750 Ω)D．电压表(0～3 V)E．电压表(0～15 V)F．电流表(0～0.6 A)G．电流表(0～3 A)其中滑动变阻器应选________，电压表应选________，电流表应选________．(3)图乙是根据实验数据画出的U I 图象．由此可知这个干电池的电动势E ＝________ V ，内电阻r ＝________ Ω.【解析】 (1)若滑动变阻器接入电路的电阻太小，则电路中电流太大，容易烧坏电流表．(2)滑动变阻器的阻值不需太大，可选B ；通常干电池电动势为1.5 V ，故电压表可选D ，电流表可选F.(3)由题图乙可知E ＝1.5 V ，r ＝1.5－1.20.4Ω＝0.75 Ω.【答案】 (1)滑动变阻器接入电路电阻太小，电路中电流太大，烧坏电流表 (2)B D F (3)1.5 0.7510．(12分)在练习使用多用电表的实验中： (1)某同学连接的电路如图7所示．【导学号：34660115】图7①若旋转选择开关，使其尖端对准直流电流挡，此时测得的是通过________的电流； ②若断开电路中的开关，旋转选择开关使其尖端对准欧姆挡，此时测得的是________的电阻；③若旋转选择开关，使其尖端对准直流电压挡，闭合开关，并将滑动变阻器的滑片移至最左端，此时测得的是________两端的电压．(2)在使用多用电表的欧姆挡测量电阻时( ) A ．若双手捏住两表笔金属杆，则测量值将偏大B ．若测量时发现指针偏离中央刻度过大，则必需减小倍率，重新调零后再进行测量C ．若选择“×10”倍率测量时发现指针位于20与30正中间，则测量值小于25 ΩD ．若欧姆表内的电池使用时间太长，虽然完成调零，但测量值将略偏大【解析】 (1)多用电表与R 1串联，则选择直流电流挡时，测得的是通过R 1的电流；若断开电路中的开关，多用电表使用电阻挡，则R 1和R 2串联接在多用电表两端，此时测得的是R 1和R 2串联的电阻；若多用电表选用直流电压挡，并将滑动变阻器的滑片移至最左端，则多用电表与R 2并联，所以此时测得的是R 2(或电源)两端的电压．(2)双手捏住两表笔金属杆，相当于给待测电阻又并联了一个电阻，测量值将偏小，选项A 错误；测量时发现指针偏离中央刻度过大，要看指针偏角情况，若偏角太大，说明待测电阻较小，应减小倍率，重新调零后再进行测量，若偏角太小，说明待测电阻较大，应增大倍率，重新调零后再进行测量，选项B 错误；选择“×10”倍率测量时发现指针位于20与30正中间，则测量值小于250 Ω，选项C 错误；欧姆表内的电池使用时间太长，则电动势E 减小，完成调零过程则有I g ＝ER 内(式中I g 为满偏电流，是一定值，R 内为欧姆表总内阻即中值电阻，随E 变化)，测量电阻R x 时，根据闭合电路欧姆定律有I ＝ER 内＋R x＝11I g ＋R x E，由此可知当E 减小时，I 减小，指针偏角减小，所以测量值将偏大，选项D 正确．【答案】 (1)①R 1 ②R 1和R 2串联 ③R 2(或电源) (2)D11．(12分)如图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)的示数各为1.6 V 和0.4 A ．当S 断开时，它们的示数各改变0.1 V 和0.1 A ，求电源的电动势和内阻．图8【解析】当S 闭合时，R 1、R 2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U 1＝E －I 1r 即E ＝1.6＋0.4r ， ①当S 断开时，只有R 1接入电路，则外电路电阻变大，电压表示数变大，电流表示数变小，由闭合电路欧姆定律得：U 2＝E －I 2r 即E ＝(1.6＋0.1)＋(0.4－0.1)r ，②由①②得：E ＝2 V ，r ＝1 Ω. 【答案】 2 V 1 Ω12．(18分)如图9所示，一电荷量q ＝3×10－5C 带正电的小球，用绝缘细线悬于竖直放置足够大的平行金属板中的O 点．开关S 合上后，当小球静止时，细线与竖直方向的夹角α＝37°.已知两板相距d ＝0.1 m ，电源电动势E ＝15 V ，内阻r ＝0.5 Ω，电阻R 1＝3 Ω，R 2＝R 3＝R 4＝8 Ω.g 取10 m/s 2，已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.求：【导学号：34660116】图9(1)电源的输出功率； (2)两板间的电场强度大小； (3)带电小球的质量．【解析】 (1)R 2、R 3并联再与R 1串联，阻值R 外＝7.0 Ω，R 总＝R 外＋r ＝7.5 Ω，根据闭合电路欧姆定律有I ＝E R 总＝157.5A ＝2 A ， P 出＝I 2R 外＝22×7 W＝28 W.(2)U 外＝IR 外＝2×7 V＝14 V ，E ＝U d ＝140.1V/m ＝140 V/m.(3)小球静止，由力的平衡条件得Eq ＝mg tan 37°，m ＝Eqg tan 37°＝140×3×10－510×0.75 kg ＝5.6×10－4kg. 【答案】 (1)28 W (2)140 V/m (3)5.6×10－4kg。