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第4章第1节 闭合电路欧姆定律
内容索引0102基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升03学以致用•随堂检测全达标
课标要求1.通过实验探究并理解闭合电路欧姆定律。(科学探究)2.能熟练运用闭合电路欧姆定律进行分析推理并解决相关问题。(科学思维)3.知道闭合电路中各点的电势高低,加深对于电动势及回路中能量转化的理解。(物理观念)
基础落实•必备知识全过关
一、电动势1.内、外电路的电路,称为外电路;的电路,称为内电路。2.电动势大小:电动势在数值上等于电源时两极间的电压。用符号E表示。电动势在数值上等于将单位电荷量的正电荷由负极移到正极_________力所做的功。3.电动势单位:跟电压的单位,也是。4.电动势物理意义:电动势是反映电源把转化为_________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。电源外部电源内部没有接入外电路非静电相同伏特(V)其他形式的能电能
想一想电源中非静电力的作用是什么?提示在电源中,非静电力做功,把一定数量的正电荷在电源内部从负极搬运到正极,使电荷的电势能增加,从而把其他形式的能转化为电能。
二、闭合电路欧姆定律1.闭合电路的特点在外电路中,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。2.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,跟电路中内、外电阻之和成。(2)公式:E=U外+U内或。正比反比
三、路端电压与外电阻的关系1.路端电压的表达式:U=。2.路端电压随外电阻的变化规律(1)当外电阻R增大时,由可知电流I,路端电压U=E-Ir。(2)当外电阻R减小时,由可知电流I,路端电压U=E-Ir。(3)两种特殊情况:当外电路断开时,电流I变为,U=。即断路时的路端电压等于。当电源短路时,可视为外电阻R=0,此时。E-Ir减小增大增大减小0E电源的电动势
易错辨析判一判(1)把同一电源接在不同的电路中,电源的电动势也将变化。()(2)电动势就是电势差,两者没有区别。()(3)电源的电动势在数值上等于电源两极之间的电压。()×电动势是电源本身的性质,与接入的外电路无关。×电势差指电场中两点电势之差,反映了两点的电势变化;电动势是电源的一个重要参量,反映了电源将其他形式的能转化为电能的本领。两者虽然单位相同,但有本质的区别。×当电源开路时,电源两极之间的电压在数值上等于电源的电动势。
(4)电源一定时,负载电阻越大,电流越大。()(5)外电路断路时,电源两端的电压就是电源电动势。()××外电路断路时,电源两端的电压在数值上等于电源电动势,但电压与电动势是两个不同的概念。
即学即用练一练1.一台发电机用0.5A的电流向外输电,在1min内有180J的机械能转化为电能,则发电机的电动势为()A.6VB.360VC.120VD.12V答案A
2.一太阳能电池板,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的电阻器连成一闭合电路,则它的路端电压是()A.0.10VB.0.20VC.0.30VD.0.40V
答案D
重难探究•能力素养全提升
探究一电动势[情境探究]日常生活中我们经常接触到各种各样的电源,如标有“1.5V”字样的干电池,标有“3.7V”字样的手机电池。如果把5C的正电荷从1.5V干电池的负极移到正极,电荷的电势能增加了多少?非静电力做了多少功?如果把2C的正电荷从3.7V的手机电池的负极移到正极呢?要点提示从1.5V干电池的负极移到正极,电势能增加了7.5J,非静电力做功7.5J;从3.7V手机电池的负极移到正极,电势能增加了7.4J,非静电力做功7.4J。
[知识归纳]1.电动势(1)定义:在电源内部,非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功W与被移送电荷量q的比值。(2)定义式为:。(3)物理意义:反映电源非静电力做功本领大小的物理量。(4)决定因素:由电源中非静电力的特性决定,跟外电路无关。
2.对电动势概念的四点诠释(1)电动势是用比值定义的物理量,由电源中非静电力的特性决定,是电源的属性,与移送的电荷量q和所做的功W无关,跟电源的体积、外电路也无关。(2)电动势是电源的专用名词,而电压对应于内、外电路。(3)电动势E是标量,为了研究问题方便,规定电动势的方向为电源内部电流方向。(4)电动势越大,表明每移动1C电荷,电源可把更多的其他形式的能量转化为电能。
[应用体验]典例1(多选)关于电动势E的说法正确的是()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,跟外电路无关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
答案BC解析电动势是一个用比值定义的物理量,这个物理量与这两个相比的项没有关系,它是由电源本身决定的,是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量。电动势和电势差尽管单位相同,但本质上是不相同的,故选B、C。
规律方法电动势与电势差的区别与联系比较项电动势E电势差U实质非静电力做功,其他形式的能转化为电能静电力做功,电能与其他形式的能相互转化定义式,W为非静电力做的功,W为静电力做的功联系两者单位相同,均为伏特(V)电动势等于电源未接入电路时两极间的电势差
针对训练1有一铅蓄电池,在其内部将2×10-5C的电子从正极移到负极需要3×10-2s的时间,此过程中非静电力做功为4×10-5J,则该铅蓄电池的电动势是多少?用该铅蓄电池给一小灯泡供电,供电电流是0.2A,供电10min,非静电力做功是多少?非静电力做的功W=Eq=EIt=2×0.2×60×10J=240J。答案2V240J
探究二闭合电路欧姆定律[情境探究]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。(1)电源电动势几乎不变,其内阻变化明显吗?(2)电路中电流变化明显吗?要点提示(1)电池用久了,内阻变得很大。(2)根据闭合电路的欧姆定律知总电流很小,因此小灯泡不怎么亮了。
[知识归纳]1.闭合电路(1)闭合电路是指由电源和用电器及导线组成的完整的电路。(2)内电路:如图所示,电源内部的电路叫内电路,电源的电阻叫内电阻。(3)外电路:电源外部的电路叫外电路,外电路的电阻称为外电阻。
2.闭合电路欧姆定律的表达形式
[应用体验]典例2在如图所示的电路中,R1=9Ω,R2=5Ω,当a、b两点接理想的电流表时,其读数为0.5A;当a、b两点间接理想的电压表时,其读数为1.8V。求电源的电动势和内电阻。
解析当a、b两点间接理想的电流表时,R1被短路,回路中的电流I1=0.5A,由闭合电路欧姆定律得E=I1(R2+r)①当a、b两点间接理想的电压表时,回路中的电流由闭合电路欧姆定律得E=I2(R2+R1+r)②联立①②得E=3V,r=1Ω。答案3V1Ω
规律方法闭合电路问题的求解方法(1)分析电路特点:认清各元件之间的串、并联关系,特别要注意电压表测量哪一部分的电压,电流表测量哪个用电器的电流。(2)求干路中的电流:若各电阻阻值和电动势都已知,可用闭合电路欧姆定律直接求出,也可以利用各支路的电流之和来求。(3)应用闭合电路欧姆定律解决问题时,应根据部分电路欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流。
针对训练2在如图所示的电路中,R1=20.0Ω,R2=10.0Ω,当开关S置于位置1时,理想电流表的示数为I1=0.20A;当开关S置于位置2时,理想电流表的示数为I2=0.30A,求电源的电动势和内电阻。
解析设电源的电动势为E,内阻为r,当开关分别置于1、2两个位置时,根据闭合电路欧姆定律列出方程E=I1R1+I1r①E=I2R2+I2r②代入数据,解得E=6V,r=10Ω。答案6V10Ω
探究三路端电压与外电阻的关系[情境探究]我们有这样的经验,傍晚是每一天用电高峰时段,万家灯火,但是灯光较暗;而夜深人静的时候,灯光较亮,这是为什么?要点提示用电高峰时段,电路中的电流比较大,导线中的电阻上损失的电压多,灯泡两端的电压变小,因此灯泡变暗。
[知识归纳]
[应用体验]典例3电源电动势为E,内阻为r,向可变电阻R供电,关于路端电压,下列说法正确的是()A.因为电源电动势不变,所以路端电压也不变B.因为U=IR,所以当I增大时,路端电压也增大C.因为U=E-Ir,所以当I增大时,路端电压减小D.若外电路断开,则路端电压为零答案C解析路端电压U=IR=E-Ir,因为I增大时,R减小,所以不能用U=IR判断路端电压的变化情况,根据U=E-Ir可知,当I增大时,路端电压减小,A、B错误,C正确;当外电路断开时,路端电压为E,D错误。
针对训练3(多选)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I的增大而增大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
学以致用•随堂检测全达标
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,移动正电荷时非静电力做功越多,电动势就越大C.电动势越大,说明非静电力在电源内部把单位电荷量的正电荷从负极向正极移动时,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移到正极时,移送的电荷量越多
答案AC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,A正确。电源的电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量,电动势在数值上等于移送单位电荷量的正电荷所做的功,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,C正确,B、D错误。
2.用E表示电源电动势,U表示路端电压,Ur表示内电压,R表示外电路总电阻,r表示电源内阻,I表示干路电流,则下列各式正确的是()A.Ur=IRB.Ur=E-UC.U=E+IrD.答案B解析因为不知道外电阻是纯电阻电路还是非纯电阻电路,所以不一定成立,Ur=E-U一定成立,D错误,B正确;Ur=Ir,A错误;U=E-Ir,C错误。
3.有两个相同的电阻,阻值为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,仍接在该电源上,此时通过一个电阻的电流为,则该电源的内阻是()答案C
4.如图所示电路中,电源电动势E=12V,内阻r=2Ω,R1=4Ω,R2=6Ω,R3=3Ω。(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
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)的示数为1.6V和0.4A。当S断开时,它们的示数各改变0.1V和0.1A,求电源的电动势和内电阻。
解析当S闭合时,R1、R2并联接入电路,当S断开时,只有R1接入电路,此时路端电压增大、干路电流减小。当S闭合时,由闭合电路欧姆定律得U=E-Ir,即1.6V=E-r·0.4A当S断开时,只有R1接入电路,由闭合电路欧姆定律得U'=E-I'r,即1.6V+0.1V=E-r(0.4A-0.1A)联立解得E=2V,r=1Ω。答案2V1Ω
本课结束
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