粤教版高中物理选修3-1第二章电路第三

高中物理学习材料金戈铁骑整理制作第三节研究闭合电路1．闭合电路由两部分组成：其中电源外部的电路叫________，其电阻称为外电阻；电源内部的电路叫内电路，其电阻称为内电阻．2．电源是把其他形式的能转化为电能的装置，用________描述电源把其他形式的能转化为电能的本领大小．3．闭合电路中的电流跟电源的电动势成________，跟内、外电路的电阻之和成________，表达式为____________，适用于外电路是________的电路．4．路端电压是指外电路两端的电压，即电源的输出电压U＝E－Ir.(1)当外电阻R增大时，I ，内电压，路端电压U增大，当R→∞时，内电压为零，路端电压等于。

(2)当外电阻R减小时，I________，内电压________，路端电压U减小，当电源两端短路时，外电阻R＝0，I＝____________，U＝0.5．由U外＝E－Ir可知，U外-I是一条斜向下的直线，直线斜率的绝对值等于__________，直线在纵轴上的截距表示________，直线在横轴上的截距表示______________________．6．有两个相同的电阻R，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R的电流为2I/3，则该电源的内阻是()A．R B．R/2 C．4R D．R/87．一太阳能电池板，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的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是()A．0.10 V B．0.20 V C．0.30 V D．0.40 V8．某电池当外电路断开时的路端电压为3 V，接上8 Ω的负载电阻后其路端电压降为2.4 V，则可以判定该电池的电动势E和内阻r为()A．E＝2.4 V，r＝1 Ω B．E＝3 V，r＝2 ΩC．E＝2.4 V，r＝2 ΩD．E＝3 V，r＝1 Ω【概念规律练】知识点一电动势的概念1．关于电源的电动势，下列说法正确的是()A．在某电池的电路中每通过2 C的电荷量，电池提供的电能是4 J，那么这个电池的电动势是0.5 VB．电源的电动势越大，电源所提供的电能就越多C．电源接入电路后，其两端的电压越大，电源的电动势也越大D．无论电源接入何种电路，其电动势是不变的2．关于电源电动势，下面说法不正确的是()A．电源两极间电压总等于电动势B．电动势越大的电源，将其他能转化为电能的本领越大C．电路接通后，电源的电压小于它的电动势D．电动势只由电源性质决定，与外电路无关知识点二闭合电路欧姆定律3. 如图1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1A．5∶3 B．3∶5C．2∶3 D．3∶24. 如图2所示，电源电动势E＝30 V，内阻r＝1 Ω，灯泡上标有“6 V12 W”字样，直流电动机线圈电阻R＝2 Ω，若灯泡恰好能正常发光，求电动机输出的机械功率．图2知识点三路端电压与负载的关系5．(双选)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－UC．U＝E＋Ir D．U＝RR＋r·E6．(双选) 如图3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3A．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的电动势大于电路B的电动势D．A中电源的内阻小于B中电源的内阻【方法技巧练】一、闭合电路动态问题的分析方法7．如图4所示的电路中，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()图4A．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8．在如图5所示的电路中，R1、R2、R3和R4皆为定值电阻，R5为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r，设电流表○A 的读数为I，电压表○V 的读数为U，当R5的滑动触点向图中a端移动时()图5A．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变小二、电源的电动势和内阻的测量方法9．在测量电源电动势和内阻的实验中，电源的电动势约为6 V，内阻约为0.5 Ω，电流表的内阻为0.5 Ω，电压表的内阻为6 kΩ.为了减小实验误差，应当采用的电路是选项中的()10．用电流表和电压表测定电池的电动势E和内阻r，所用电路如图6(a)所示，一位同学测得的六组数据如下表所示.组别12345 6电流I/A0.120.200.310.320.500.57电压U/V 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05(1)试根据这些数据在图(b)中作出U—I图线．图6(2)根据图线求出电池的电动势E＝________ V，电池的内阻r＝________ Ω.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3．(双选) 如图7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7A．电动势E1＝E2，短路电流I1>I2B．电动势E1＝E2，内阻r1>r2C．电动势E1>E2，内阻r1<r2D．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4. 在如图8所示电路中，当变阻器的滑动头P由a向b端移动时()图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5．如图9所示的电路中，灯泡A、灯泡B原来都是正常发光的．现在突然灯泡A比原来变暗了些，灯泡B比原来变亮了些，则电路中出现的故障可能是()图9A．R1短路B．R2断路C．R3断路D．R1、R2同时短路6．(双选) 如图10所示，用电池对电容器充电，电路a、b之间接有一灵敏电流表，两极板之间有一个电荷q处于静止状态．现将两极板的间距变大，则()图10A．电荷将向上加速运动B．电荷将向下加速运动C．电流表中将有从a到b的电流D．电流表中将有从b到a的电流7．下列给出多种用伏安法测电池电动势和内阻的数据处理方法，其中既能减小偶然误差又直观、简便的是()A．测出两组I、U的数据，代入方程组E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r，求出E和rB．多测几组I、U的数据，求出几组E、r，最后分别求出其平均值C．测出多组I、U的数据，画出U—I图象，再根据图象求E、rD．多测几组I、U的数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E，再用闭合电路欧姆定律求出内电阻r8．如图11所示，电动势为E、内阻不计的电源与三个灯泡和三个电阻相接．只合上开关S1，三个灯泡都能正常工作．如果再合上S2，则下列表述正确的是()图11A．电源输出功率减小B．L1上消耗的功率增大C．通过R1上的电流增大D．通过R3上的电流增大题号12345678答案9.如图12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，这时电阻R两端的电压为4 V．求：图12(1)电阻R的值；(2)电源的电动势和内阻．10．如图13所示电路中，E＝10 V，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF，电池内阻不计，求：图13(1)闭合开关S，稳定后通过R1的电流；(2)然后将开关S断开，这以后流过R1的总电荷量．11．在“测定电源的电动势和内阻”的实验中，已连接好部分实验电路．(1)按如图14甲所示的实验电路，把图乙中剩余的电路连接起来．(2)在如图乙所示的电路中，为避免烧坏电表，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于________端(填“A”或“B”)．图14(3)图15是根据实验数据作出的U—I图象，由图可知，电源的电动势E＝______ V，内阻r＝______ Ω.图15实验：测量电源的电动势和内阻1．(双选)用伏安法测电源的电动势和内阻的实验中，下列说法中错误的是()A．应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表读数变化明显B．应选用内阻较小的电压表和电流表C．移动滑动变阻器的滑片时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载D．使滑动变阻器阻值尽量大一些，测量误差才小2．(双选)为测量电源的电动势和内阻，待测电源、开关、导线配合下列仪器可达到实验目的的是()A．一只电流表和一只电阻箱B．一只电压表和一只电阻箱C．一只电流表和一个滑动变阻器D．一只电压表和一个滑动变阻器3．(双选) 用如图16所示的电路测量电源的电动势和内阻，根据测得的数据作出了如图17所示的U—I图象，由图象可知()图16图17A ．电源电动势为1.40 VB ．电源内阻值为3.50 ΩC ．外电路短路时的电流为0.40 AD ．电压表的示数为1.20 V 时，电流表的示数I ′约为0.20 A4．有三组同学分别测量三节干电池的电动势和内电阻，利用图线处理测得的数据，画出U —I 图线如图18所示，则三组同学测得的干电池电动势E a 、E b 、E c 大小关系是________，内电阻r a 、r b 、r c 大小的关系是________．(用“>”、“＝”或“<”表示)图185. 用一只高阻值的电压表和电阻箱，可以测得电源的电动势和内阻，按图19所示连接电路，实验时先闭合S 1，从电压表中读得U 1＝2 V ，再闭合S 2，改变电阻箱的电阻，当R ＝24 Ω时，U 2＝1 V ，由上述数据可知，该电池的电动势E ＝________，内阻r ＝________.图196．(双选)图20是根据某次测定电源的电动势和内阻的实验记录的数据作出的U －I 图象，下列关于这个图象的说法中正确的是( )图20A ．纵轴截距表示待测电源的电动势，即E ＝3.0 VB ．横轴截距表示短路电流，即I 0＝0.6 AC ．根据r ＝EI 0，计算出待测电源内阻为5 ΩD ．根据r ＝|ΔUΔI|，计算出待测电源内阻为1 Ω7．如图21所示是测量两节干电池组成的串联电池组的电动势和内电阻的实验所用器材，用实线将它们连成实验电路．图218．用如图22所示电路，测定一节干电池的电动势和内阻．电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用．除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：图22(a)电流表(量程0.6 A、3 A)；(b)电压表(量程3 V、15 V)；(c)定值电阻(阻值1 Ω、额定功率5 W)；(d)定值电阻(阻值10 Ω、额定功率10 W)；(e)滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω、额定电流2 A)；(f)滑动变阻器(阻值范围0～100 Ω、额定电流1 A)．那么：(1)要正确完成实验，电压表的量程应选择______ V，电流表的量程应选择________ A；R0应选择________ Ω的定值电阻，R应选择阻值范围是________ Ω的滑动变阻器．(2)引起该实验系统误差的主要原因是________．9．在测电源电动势和内阻的实验中，用电源、电阻箱、电压表连成如图23所示的电路．一位同学记录的6组数据见下表：图23R/Ω 2.0 3.0 6.0101520U/V 1.30 1.36 1.41 1.48 1.49 1.50根据这些数据选取适当的坐标轴，并在图24所示的方格纸上画出图线，根据图线读出电源的电动势E＝________ V，求得电源的内阻r＝________ Ω.图2410．在做测干电池电动势和内阻的实验时备有下列器材可供选用．A．干电池(电动势约为1.5 V)B．直流电流表(量程为0～0.6～3 A,0.6 A档内阻为0.10 Ω，3 A档内阻为0.025 Ω)C．直流电压表(量程为0～3～15 V,3 V档内阻为5 kΩ，15 V档内阻为25 kΩ)D．滑动变阻器(阻值范围为0～15 Ω，允许最大电流为1 A)E．滑动变阻器(阻值范围为0～1 000 Ω，允许最大电流为0.5 A)F．开关G．导线若干H．电池夹(1)将选定的器材按本实验要求的电路(系统误差较小)给图25所示的实物图连线．图25(2)根据实验记录，画出的U —I 图象如图26所示，可得待测电池的内阻r ＝________ Ω.图26第三节 研究闭合电路课前预习练 1．外电路 2．电动势3．正比 反比 I ＝ER ＋r纯电阻4．(1)减小 减小 电动势 (2)增大 增大 E r5．电源内阻 电动势 短路电流I ＝Er6．C [由闭合电路欧姆定律得，两电阻串联时I ＝E 2R ＋r，两电阻并联时23I ＝12·ER 2＋r ，解得r ＝4R ，故选C.]7．D [由已知条件得：E ＝800 mV . 又因I 短＝E r ，所以r ＝E I 短＝80040 Ω＝20 Ω.所以U ＝IR ＝E R ＋r R ＝80020＋20×20 mV ＝400 mV＝0.40 V ，选项D 正确．]8．B [当电路断开时的路端电压即为电源电动势，即E ＝3 V ．再由题意知，当R ＝8 Ω时，U 外＝2.4 V ，回路电流为I ＝U 外R ＝0.3 A ．E ＝U 内＋U 外＝U 外＋Ir ，解得r ＝2 Ω.] 课堂探究练1．D 由电动势的定义可知，当通过单位电荷时转化的电能为2 J ，即电源的电动势为 2 V ，故A 错误；电源所能提供的电能与电动势无关，它是由电源中贮存的可转化能量的多少决定的，故B 错误；电源的电动势与外电路无关，故C 错误．2．A3．D [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.] 4．36 W解析 因灯泡正常发光，所以I ＝P U ＝126A ＝2 AU 内＝Ir ＝2×1 V ＝2 V 所以电动机电压为U M ＝E －U 内－U ＝30 V －2 V －6 V ＝22 V 电动机输出的机械功率为P 机＝U M I －I 2R ＝22×2 W －22×2 W ＝36 W. 5．BD 6．AC [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E A >E B ，r A >r B .图中两直线的交点坐标为(I 1、U 1)，由R ＝UI 可知，路端电压都为U 1时，它们的外电阻相等．由U ′＝Ir 可知，电流都是I 1时，因r 不相等，故两电源内电压不相等．所以选项A 、C 正确．]7．A8．D [本题考查闭合电路的动态分析．当R 5的滑动触点向图中a 端移动时，R 5接入电路的电阻变小，外电路的总电阻就变小，总电流变大，路端电压变小即电压表○V 的读数U 变小；由于总电流变大，使得R 1、R 3两端电压都变大，而路端电压又变小，因此，R 2和R 4串联两端电压变小，则电流表○A 的读数I 变小，故选D.]方法总结 闭合电路的动态分析是一类非常典型的题目类型，解决这类问题的关键是抓住电源的E 、r 不变，思路是外电路电阻变化，引起全电路中电流的变化，根据闭合电路欧姆定律公式I ＝ER ＋r ，以及E ＝U 外＋U 内＝IR ＋Ir 进行正确推理，从而判定路端电压U 外和内电压U 内的变化．然后再应用串、并联电路的特点判断外电路的电流或某个电阻的变化情况，即应用“部分——整体——部分”这样的顺序分析．9．A [电流表的内阻与电源的内阻差不多，采用电流表外接法．B 图测的实际上是电源内阻和电流表内阻之和，误差较大，故选A 、D 图错误，C 图无法测出．]10．(1)见解析图 (2)1.45 0.69解析 本题考查用作图法处理实验数据的能力．作图线时应使尽可能多的点落在直线上，个别偏离太大的点应舍去，图线如下图所示．由图线与纵轴的交点可得电动势E ＝1.45 V ，再读出图线与横轴交点的坐标(1.00,0.65)，由E ＝U ＋Ir 得r ＝E －UI≈0.69 Ω.方法总结 在画U —I 图象时，要尽量使多数点落在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去，这样可减少偶然误差，提高测量精度．课后巩固练 1．AD 2.D3．AD [由图象可知两电源的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；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 、C 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．]4．B 5.C 6.BD7．C [A 中只测两组数据求出E 、r ，偶然误差较大；B 中计算E 、r 平均值虽然能减小误差，但太繁琐；D 中分别求I 、U 的平均值是错误的做法．]8．C [合上S 2之前，R 3与L 3串联后与L 1、L 2并联，最后与R 1串联．合上S 2之后，在并联电路部分又增加了一个并联的支路，电路的总阻值减小，电路的总电流也即流过R 1的电流增大，C 正确．因电源的内阻不计，则电源的输出功率P ＝IE 增大，A 错误．通过R 1中的电流增大时R 1两端电压升高，则并联电路部分的两端电压降低，L 1消耗的功率降低，通过R 3与L 3的电流减小，B 、D 均错误．]9．(1)4 Ω (2)6 V 2 Ω解析 (1)电阻R 的值为R ＝U 2I 2＝41 Ω＝4 Ω.(2)当开关接a 时，有E ＝U 1＋I 1r ， 又U 1＝5 V ， I 1＝P 1U 1＝2.55A ＝0.5 A. 当开关接b 时，有E ＝U 2＋I 2r ， 又U 2＝4 V ，I 2＝1 A ， 联立解得E ＝6 V ，r ＝2 Ω.10．(1)1 A (2)1.2×10－4 C解析 (1)闭合S 时：I ＝E R 1＋R 2＝104＋6 A ＝1 A(2)设S 闭合与断开时C 的电荷量分别为Q 1、Q 2，则： Q 1＝CIR 2 Q 2＝CE所以，断开S 后，流过R 1的电荷量为：ΔQ ＝Q 2－Q 1＝30×10－6×(10－6) C ＝1.2×10－4 C 11．(1)见解析 (2)B (3)1.5 1.0解析 (1)电路连接如右图．(2)闭合开关前，滑动变阻器接入电路中的阻值应该最大，故滑片应置于B 端．(3)由图象可知，电源电动势为1.5 V ，内阻r ＝1.5－1.00.5Ω＝1.0 Ω.实验1．BD [选用电表时应选用内阻较大的电压表和内阻较小的电流表；同时，滑动变阻器的阻值不能太大，如果太大不便于调节．]2．AB [由E ＝IR ＋Ir 知测E 、r 用一只电流表测电流，用电阻箱改变外电阻并可读出阻值，只要获得两组I 、R 数据即可求得E 、r ，用滑动变阻器无法确定接入电路的电阻，故A 正确，C 不可行；由E ＝U ＋UR ·r 知测E 、r 用一只电压表和一只电阻箱可获得两组U 、R值求出E 、r ，故B 可行；若用一只电压表和一个滑动变阻器不可以，因滑动变阻器接入电路的阻值无法确定，故D 不能达到目的．]3．AD [图象与纵坐标的交点为电源的电动势E ＝1.40 V ；电源内阻r ＝1.40－1.000.40 Ω＝1 Ω；根据E ＝U ＋I ′r ，代入数据得I ′＝E －U r ＝1.40－1.201A ＝0.20 A ．]4．E a ＝E b >E c r b >r a >r c5．2 V 24 Ω解析 由题意可知，电压表内阻为高阻值，则在先闭合S 1时，U 1＝E ＝2 V ；当再闭合S 2且R ＝24 Ω，U 2＝1 V 时，I ＝U 2R ＝124 A ，由闭合电路电压关系有U 内＝E －U 2＝1 V ．则r＝U 内I＝24 Ω. 6．AD [由于纵坐标并非从零开始，故横轴截距不是短路电流，内阻r ＝|ΔU ΔI |＝3.0－2.40.6－0Ω＝1 Ω.]7．见解析图 解析甲首先画出实验电路图如右图甲所示．依据电路图连接实物图如图乙所示．因为待测电源电动势约为3 V ，所以电压表选用0～3 V 的量程；干电池的允许电流一般在0.5 A 左右，所以电流表应选用0～0.6 A 的量程；还有一点就是注意开关闭合前，要使变阻器接入电路的阻值尽量大些，保护电流表，以防烧坏．乙方法总结连接实物电路图时，要注意以下几点：(1)先画出原理图，这是连接实物的依据．(2)先接干路，再接支路，例如本题中电压表可看做支路，因此先把电源、开关、电流表、滑动变阻器依顺序连成闭合电路，最后再把电压表的正负接线柱连接到相应的位置．(3)注意电源的正负极、电表的正负接线柱、电表量程的选择以及滑动变阻器接线柱的合理选用．8．(1)30.610～10(2)电压表的分流解析(1)一节干电池的电动势为1.5 V，所以电压表量程选择3 V即可，一节干电池的允许电流在0.6 A以下，因此电流表量程选择0.6 A即可．R0起保护作用使电路中的电流在0.6 A以下，若选用定值电阻10 Ω，估算最大电流为I max＝ER0＋r<ER0＝310A＝0.3 A则电流表指针指在半刻度以下，测量误差太大，因此定值电阻应选用1 Ω.若选用滑动变阻器0～100 Ω的，则使用范围太小，不方便操作，因此选用滑动变阻器0～10 Ω即可．(2)电流表应测量通过电源的电流，但由于电压表的分流作用，电流表实际测量的电流值比通过电源的电流小，所以引起该实验误差的主要原因是电压表的分流．9．1.530.35解析由记录的六组数据可求出各电阻值时的电流，由题表可得下表U—I值：U/V 1.30 1.36 1.41 1.48 1.49 1.50I/A0.650.450.240.150.100.075 用纵轴表示U，横轴表示电流I.用描点法描出U—I图线(如下图所示)，纵坐标上截距为1.53 V，所以E＝1.53 V．由E＝U1＋Ir＝1.3 V＋0.65 A·r＝1.53 V，得r＝0.35 Ω.10．(1)如下图所示(2)1解析(1)实物连接图如上图所示，首先是仪器选择，只有1节干电池，故电压表选C(0～3 V)；整个实验电路中只要不造成短路现象，在此实验中电池放电电流也不宜超过0.6 A 为宜，故电流表量程应选B(0～0.6 A)；由以上知滑动变阻器应选D(0～15 Ω)；还要用开关F 、导线G 和电池夹H.其次是电路选择，题目要求系统误差较小，应采用右图所示的电路．所以选用器材代号为：A 、B(0～0.6 A)、C(0～3 V)、D(0～15 Ω)、F 、G 、H.(2)由U —I 图象可知E ＝1.5 V ，r ＝1.5－0.70.8－0Ω＝1 Ω.点评 恰当选择器材是做好实验的基础．要遵循科学性、准确性、安全性的原则．此处还应特别注意，图象纵坐标不是从零开始，所以r ≠1.50.8Ω.。