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2019高中物理第4章探究闭合电路欧姆定律4.1探究闭合电路欧姆定律学案沪科版选修3-1

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4.1 探究闭合电路欧姆定律
学 习 目 标 知 识 脉 络

1. 知道闭合电路的组成, 理解电动势和内阻 的概念. ( 难点 ) 2.了解路端电压、内电压,知道路端电压 与负载的关系. 3.理解闭合电路欧姆定律,会用闭合电路 欧姆定律分析问题. ( 重点、难点 )

[ 自 主 预 习·探 [ 知识梳理 ] 一、路端电压和内电压 1.全电路:含有电源的电路叫作闭合电路,也叫全电路. 2.路端电压:外电路两端 ( 即电源两极间 ) 的电压.

新 知]

3.内电压:电源内部的电压. 二、电源的作用——电动势 1.定义:电源内部非静电力移送单位电荷所做的功.

W非
2.公式: E= q .

3.物理意义:描述电源非静电力搬运电荷本领大小的物理量. 4.单位:国际单位制中,

E 的单位是伏特,符号为

V.

5.电动势与路端电压、内电压的关系: 三、闭合电路欧姆定律

E= U 外+ U 内.

1.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.

E
2.公式: I = R+ r .

[ 基础自测 ] 1.思考判断 ( 正确的打“√”,错误的打“×”. (1) 电源外部有电压,电源内部没有电压. ( ×) (2) 电动势就是电源两端的电压. ( ×) (3) 电动势越大,电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大.( √)
-1-

)

---

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(4) 当电源短路时,路端电压等于电源的电动势. ( ×) (5) 由于电源内阻很小,所以短路时会形成很大的电流,为保护电源,绝对不能把电源两极 直接相连接. ( √) (6) 电源断开时,电流为零,所以路端电压也为零. ( ×) 【提示】 (1) × (2) × (4) × (6) × 电源内部也有电压. 电动势和电压是不同的概念. 电源短路时,路端电压为零. 电源断开时,路端电压等于电动势. ( ) 【导学号: 69682188】 A.电源向外提供的电能越多,表示电动势越大 B.电动势表示电源将单位正电荷从负极移送到正极时,非静电力所做的功 C.电源的电动势与外电路有关 D.在电源内从负极到正极电势升高 BD [ 电源向外提供的电能多,说明电源储存的能量多,而电动势表示电源内非静电力做功 时把其他形式的能转化为电能的本领,故 A 错误, B 正确;电源电动势由电源本身决定,与外电 D 正确. ] ′表示内电压, 表示外电路的总电阻,

2.( 多选 ) 下列关于电源的说法,正确的是

路无关, C 错误;在电源内从负极到正极电势升高, 3.( 多选 ) 若用 表示电源电动势,

表示外电压,

E
A.U= 2U′

U
(

U
) B.U′= E-U

R

r 表示内电阻, I 表示电流,则下列各式中正确的是

R
C.U= E+ Ir BD [ 由闭合电路欧姆定律可知, 故 B、 D 正确, A、 C 错误. ] 4. 如图 4-1-1 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 () 【导学号: 69682189】 D.U= R+ r ·E

E
E=U+ U′= Ir + IR,U= IR,可推得:U′= E- U,U=r + R· R.

图 4-1-1 A.4 Ω C.6 Ω B.8 Ω D.2 Ω

-2-

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I
D [ 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=2

(6 + r ) ,解得 r =2 Ω ,故 D 正确. ] [ 合 作 探 究·攻
重 难 ]

电源电动势的理解 1.电源在电路中的作用 如图 4-1-2 所示,电源能不断地将流到负极的正电荷,在电源内部通过非静电力做功再搬运 到正极,从而保持正、负极有稳定的电势差,维持电路中有持续的电流.

图 4-1-2 2.电动势与电压 电动势 物理意 义不同 数值大 从电源负极移到正极非静电力所做 小不同 的功 决定因 由电源本身决定 素不同 联系 式决定 电路闭合: E= U 内 + U 外 ;电路断开: E=U 外 ( 多选 ) 关于电源,下列说法中正确的是 ( ) 的功 由电源、 导体的电阻及导体的连接方 从导体一端移到另一端电场力所做 表示非静电力做功将其他形式的能 转化为电能的本领 数值上等于将单位电荷量的正电荷 电压 表示电场力做功将电能转化为其他 形式的能的本领 数值上等于将单位电荷量的正电荷

A.在电源内部把正电荷从负极移动到正极,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正电荷从负极向正极移送所做的功越多 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 AC [ 电源内部存在由正极指向负极的静电场,静电力阻碍电源内电荷的运动,非静电力克 服这种阻碍使正电荷由负极向正极运动,增加了电势能,
电力在电源内部把单位正电荷从负极向正极移送所做的功,

A 对.电源的电动势在数值上等于非静
做功越多, 电动势越大, B 错,C 对.电

-3-

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动势大小表示非静电力移动电荷的本领大小,而不是移动电荷的数量多少,

D 错. ]

静电力与非静电力做功的比较 (1) 非静电力只存在于电源内部,因此非静电力只在电源内部对电荷做功.通过非静电力做 功将其他形式的能转化为电能. (2) 静电力存在于整个闭合电路上,所以在电路中任何部位静电力都要做功.静电力做功将 电能转化为其他形式的能. (3) 在整个电路上,非静电力做的功与静电力做的功相等.

[ 针对训练 ] 1.如图 4-1-3 为电源和导线内移送电荷的情况.则将单位正电荷沿闭合回路移动一周所释 放的能量大小决定于 ( )

图 4-1-3 A.电源电动势 B.电路中电流的大小 C.电源的内阻 D.电源的容量 A [ 移送电荷一周所释放的能量,就是电源提供给它的电能,数值等于电源内部非静电力做

功的数值, 即 W= Eq. 题干中限定了单位正电荷, 可见 W 的数值只取决于 E,故 A 对,B、C、D 错.] 2.下列对电源电动势概念的认识中正确的是 ( ) 【导学号: 69682190】 A.电源电动势等于电源两极间的电压 B.在闭合电路中,电动势等于内、外电压之和 C.电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领,电源把其他形式的能转化为 电能越多,电动势就越大 D.电动势、电压和电势差虽名称不同,但物理意义相同,所以单位也相同 B [ 电源电动势等于电源开路时正、负极间的电压,若电路闭合时由于存在内电压,此时电

源两极间的电压小于电源电动势,故 A 项错.电源电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本 领的物理量,即在电路中通过一定电量时,电源提供的电能越多,电动势就越大,并不是电源
-4-

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把其他形式能转化为电能越多,电动势就越大,因为转化的能量除与电动势有关外,还与所经历 的时间、用电情况有关,故 式能的本领的物理量,故 C 项错.电动势和电势差意义不同,电势差是表示电能转化为其他形 D 项错. ]

闭合电路欧姆定律的理解和应用 1.闭合电路欧姆定律的表达形式 表达式 物理意义 电流与电源电动势成正比,与 电路总电阻成反比 电源电动势在数值上等于电路 中内、外电压之和 适用条件

I=

E R+ r

纯电阻电路

E= I ( R+ r ) ①







①式适用于纯电阻电路;②③ 式普遍适用

Ir E U E= U 外+ U 内 ③

2. 路端电压 U 随电流 I 变化的图像 ( U- I 关系图 )

图 4-1-4 (1) U- I 图像的函数表达式: U=E- Ir .

(2) U- I 图像特点:位于第一象限,与横纵坐标轴相交的倾斜直线,如图所示. (3) 两个特点①三个特征量:与纵轴交点表示电动势,与横轴交点表示短路电流,直线斜率 的大小表示电 源的内阻. ②两个特殊状态:当外电路断开时 ( R=∞ ) , I 变为零. Ir = 0,U= E;当电源两端短路时 ( R

E
= 0) ,此时电流 I 短 = r ( 短路电流 ) . ( 多选 ) 如图 4-1-5 说法中正确的是 ( ) 是根据某次实验记录数据画出的

U- I 图像,下列关于这个图像的

图 4-1-5 A.纵轴截距表示待测电源的电动势,即 E= 3.0 V

-5-

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B.横轴截距表示短路电流,即

I 短= 0.6 A

E
C.根据 r =I 短,计算出待测电源内电阻为 D.根据 r = 5Ω 1Ω

U I ,计算出待测电源内电阻为 UI

思路点拨: ①根据

- 图像,纵轴截距表示电动势.

U
②由于纵轴上数据不是从零开始, AD [ 由闭合电路欧姆定律可知: 故电动势为
E

内阻只能用 r = I 计算. 所以横轴截距不表示短路电流, U= E- Ir ,由数学知识可知,纵轴截距为电源的电动势,

= 3.0 V,故 A 正确;图像的斜率表示电源的内阻,即

r



U = 3- 2.4 Ω = 1 Ω , I 0.6 E 3 I 短 = r =1 A = 3 A,故 B 错

故 D 正确, C 错误;当外电路电阻 R=0 时,外电路短路,短路电流为 误. ]

电源 U- I 图像的两大误区 (1) 路端电压 U 越大,对应的电流越小.原因是闭合电路中负载电阻越大,电流越小,而路 端电压越大. (2) 横轴截距不一定是短路电流,当纵轴标数从零开始时,横轴截距为短路电流,当纵轴标 数不是从零开始时,横轴截距不等于短路电流,这一点是需要特别注意的.

[ 针对训练 ] 3. ( 多选 ) 图 4-1-6 为某电源的 U- I 曲线,由图可知 ( ) 【导学号: 69682191】

图 4-1-6 A.电源电动势为 2 V 1 B.电源内电阻为

3

Ω 6A 5A = - =- + ,可见 - 图像的纵轴截距即为电源的

C.电源短路时电流为

D.路端电压为 1 V 时,电路中电流为 AD [ 根据闭合电路欧姆定律可知

U

E Ir

rI

E

UI

-6-

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电动势,图像斜率的绝对值即为电源的内电阻

r ,由图像可得: 电动势 E=2 V,内阻 r =

2- 0.8
Ω 6

E 2
= 0.2 Ω ,故 A 正确, B 错误;当外电阻为 0 时,电源短路,则短路电流 E-U 2- 1.0

I 短 = r = 0.2 A = 10 A ,

故 C 错误;当 U=1.0 V 时,由 E=U+ Ir 可得, I = r = 0.2 A = 5.0 A ,故 D 正确. ] 4.如图 4-1-7 所示,电动势为 2 V 的电源跟一个阻值 = 9 Ω 的电阻连接成闭合电路,测

R
得电源的两端电压为 1.8 V ,求电源的内阻.

图 4-1-7 【解析】 通过电阻 R 的电流为

U 1.8
I =R= 9 A = 0.2 A
- 由闭合电路欧姆定律 【答案】 1Ω 2-1.8 0.2 Ω =1 Ω .

E= U+ Ir ,得电源内阻 r =

E

I U=

闭合电路的动态分析问题 1.引起电路特性发生动态变化的主要原因 (1) 滑动变阻器滑片位置的改变,使电路的电阻发生变化. (2) 开关的闭合、断开或换向 ( 双掷开关 ) 使电路结构发生变化. (3) 非理想电表的接入使电路的结构发生变化. 2.电路分析的基本思路:局部→整体→局部 增大 即R局 减小 增大 →R总 减小 →I总 增大 减小 增大 →U 外 减小 →

I局 U


3.结论法——“串反并同” (1) “串反”是指某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功 率都将减小;某一电阻减小时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增 大. (2) “并同”是指某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功 率都将增大;某一电阻减小时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减 小.

-7-

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如图 4-1-8 所示,两电表均为理想电表,电流表、电压表的示数为 变阻器滑片向右滑动时,电流表、电压表示数变化量为 、

I 和 U,当滑动
()

,下列说法中正确的是

I

U

图 4-1-8 A.I 增大, U 增加 B.I 减小, U 减小

U
C. D.

I 不变
U I
增大

思路点拨: ①滑片向右滑动时,滑动变阻器阻值减小,电路中总电阻减小. ②外电路电阻减小时,路端电压减小. C [ 当滑动变阻器的滑片向右移动时,变阻器接入电路的电阻减小,根据闭合电路欧姆定律

得知,电路中总电流变大,路端电压减小,则 姆定律可得

U 变小, I 变大,故 A、B 错误;根据闭合电路的欧

U= E- Ir ,则 I

U

= r ,故 D 错误, C 正确. ]

闭合电路动态分析问题的一般思路 (1) 分析电路,明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对 象.由局部电阻变化判断总电阻的变化 .

E
由 I =R+ r 判断总电流的变化 . 据 U=E- Ir 判断路端电压的变化
.

由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分的电路电压及电流的变化

.

[ 针对训练 ] 5.如图 4-1-9 所示,当滑动变阻器的滑片

P 向上端移动时, 则电表示数的变化情况是

(

)

【导学号: 69682192】

图 4-1-9
-8-

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A.V1 减小, V2 增大, A 增大 B.V1 增大, V2 减小, A 增大 C.V1 增大, V2 增大, A 减小 D.V1 减小, V2 减小, A 减小 C [ P 向上端移动, R3 的有效电阻增大,
1

外电阻 R 外 增大,干路电流 I 减小,路端电压 U1 增大, 和 R 两端电压 U 减小,由
内 1
R1

判断出 V 示数增大.由 I 减小知,内电压 U 路两端电压 减小,所以

U 增大知 R 和 R 并联电
1 23 2

U 增大,判断出
2 3

V 示数增大.由 V 示数增大知通过
2 2

R 的电流 I 增大,而干路电流 I
2

中的电流减小,即 A 示数减小,所以

C 正确. ]

R
6.如图 4-1-10 所示的电路中, 电源的电动势为 变阻器的滑片

E,内阻为 r ,A 为灯泡, D 为理想电压表. 在
)

P 由 B 端向 C 端滑动的过程中 (

图 4-1-10 A.A 灯变亮, D 示数变大 B.A 灯变亮, D 示数变小 C.A 灯变暗, D 示数变大 D.A 灯变暗, D 示数变小 D [ 变阻器的滑片

P 由 B 端向 C 端滑动的过程中滑动变阻器连入电路的电阻减小,

故电路总

电阻减小,根据闭合回路欧姆定律可得路端电压减小,即 电流增大,所以

D 的示数减小,由于总电阻减小,故总

R 两端的电压增大,而路端电压是减小的,所以并联电路两端的电压减小,所以
A 灯变暗, D 正确. ] [ 当 堂 达 标·固
双 基 ]

灯泡 A 两端的电压减小,故

1.( 多选 ) 下列关于电动势的理解正确的是

(

) 【导学号: 69682193】

A.电源的电动势越大,非静电力将正电荷从负极移送到正极的电荷量一定越多 B.电源的电动势越大,非静电力移动相同电荷量产生的电能一定越多 C.电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量 D.电源的电动势跟电源的体积有关,跟外电路有关 BC [ 在电源内部,非静电力移送的电荷量为

q= It ,电动势大的,移送的电荷量不一定多,
B

A 错误;由 W=Eq 知,电动势越大,非静电力移动相同电荷量做的功越多,产生的电能也越多, 正确;由电动势的物理意义可知,电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量, C 正确;电动势由电源中非静电力的特性决定,跟电源的大小无关,跟外电路也无关, 2.( 多选 ) 如图 4-1-11 所示电路中,电源电动势

D 错误. ]

E= 9 V 、内阻 r =3 Ω , R=15 Ω ,下列说
-9-

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法中正确的是 (

)

图 4-1-11 A.当 S 断开时, U = 9 V
AC

B.当 S 闭合时, UAC= 9 V C.当 S 闭合时,
AB

= 7.5 V ,

BC

=0

U U D.当 S 断开时, UAB= 0,UBC= 0 AC [ 当 S 断开时, U 与 U 为路端电压,等于电源电动势,选项
AC BC

A 正确,选项 D 错误;当 S

闭合时, U = U = R+ r R= 7.5 V , U = I ×0= 0,选项 B 错误,选项 C 正确. ]
ACAB

E

BC

3.( 多选 ) 如图 4-1-12 所示的电路中,滑动变阻器的滑片 电压表示数变化的绝对值分别为

P 从 a 滑向 b 的过程中,三只理想

U 1、

U2、

U3,下列各值可能出现的是 ()
【导学号: 69682194】

图 4-1-12 A. B. C. D.

U1= 3 V U1= 1 V U1= 0.5 V U1= 0.2 V

U2= 2 V U2= 3 V U2= 1 V U2= 1 V

U3= 1 V U3= 2 V

U3=1.5 V U3=0.8 V
V2 示数减小, V3 示数增大.滑动变

BD [ 滑动变阻器的滑片

P 从 a 滑向 b 的过程中,电压表

阻器的滑片 P 从 a 滑向 b 的过程中,外电路电阻减小,路端电压即电压表 示数减小值等于电压表 V3 示数增大值与电压表

V1 示数减小.电压表 V2

V1 示数减小值之和, B、 D 正确. ]

4.电路图如图 4-1-13 甲所示,若电阻 电压 U 随电流 I 的变化图线及外电阻的

R 阻值未知,电源电动势和内阻也未知,电源的路端

U- I 图线分别如图 4-1-13 乙所示,求:

- 10 -

---

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甲 图 4-1-13 (1) 电源的电动势和内阻; (2) 电源的路端电压. 【解析】
E



(1) 由题图乙所示

- 图线知:电源电动势

= 4 V ,短路电流



= 4 A,故内阻

UI r=I短=1Ω.
(2) 由题图乙知:电源与电阻构成闭合电路时对应路端电压 【答案】 (1)4 V 1 Ω (2)3 V
一、选择 .下列 .绿洲 .地质 解析:选 .下列 .气候 .过度 解析:选 新中国成 .这些 .华南 .西北 .西北 .东北 .这些 .主要 .是人 .主要 .是由 解 析 : 3. 位于长江 .长江 .泥沙 .水土 .气候 .河流 .根据 .四月 .七月 .茶园 .缺乏 .缺少 .土壤 .表层
解析:

E

I

U= 3 V.


属于相

对脆弱 界带 发区 相对脆弱 洲的荒

的自然

生态系

统的是 .水土 .高寒 流失严 带生态 重区 系统

荒漠交 灾害易

D
属于非

的自然 漠化问

生态系 题特别

统常见 严重的

的有海 自然原

岛生态 因是 (

系统、 .乱垦

干旱区

生态系

统和高

寒带生

态系统

等。 滥伐 植被

干旱 放牧 A 非洲北部 立以来 ,我国 土地主 和华北 和东北 和华北 和西南 土地的 对土地 工农业 降水减 干旱, 第 的某茶 植被破 、湖, 趋严重 导致全 季节变 域地理 为热带 沙漠化 要分布 地区 地区 地区 地区 形成 ( 进行不 所致 少,蒸 沙丘不 题,沙 场,茶 坏后, 洪水排 球气候 化减小 特征可 合理的 发加剧 断向农
漠化土 园面积

.破坏 沙漠气
土地面

候,降 积不断

水稀少
扩大,

,气候 河北怀

干旱,
来沙漠

荒漠化 离北京

问题特
天安门

别严重 已不足

;乱垦 70 k m

滥伐、 。我国

过度放 形成的

牧和破 沙漠化

坏植被 土地有

为人为 原因。 85 % 是 滥 垦 、

滥牧和

滥伐森

林的结

果 ; 10 % 是 水 资 源利用

不当和

工矿建

设破坏

林草造

成的;

5% 是沙

丘入侵

农田和

草场所

致。据

此完成

~ 题。

沙漠化

在(

、华东 、西南 、东北

、华北 沙漠化

是人类

开发和

利用,

使植被

受到破

坏所致

类发展 是由于 于气候

牧业土 地主要 600 地区带 ,致使

地推进
分布在 亩 ,每年

C 4.A 中上游
中上游

干旱、 四月、 害是 (
害频繁

半干旱 七月、

和具有 十一月

旱害的 要锄草

半湿润 三次,

地区, 久而久

在我国 之,茶

主要分 园“消

布在东 瘦”了

北、华

。同时

北和西 ,锄草

北地区
需要大

。第 量劳动

题,由 力,困

材料可 惑之际

知,我 ,茶场

国形成 主人想

的沙漠 到“羊

化土地 喜吃嫩

有 85% 草,却

是滥垦 不吃嫩

、滥牧 和滥伐 茶”,于是把

森林的 羊引进

结果。 茶园,

既节约

人力、

物力,

又保持

了水土 ,肥沃

了茶园

,可谓

一举

两得。据

此完成



题。

给下游 泄不畅 变暖 以推知

来的危 洪涝灾

淤积河 流失日 恶化,

径流的 长江流

,三次

锄草中

,水土

流失最

严重的

是( .四月

、七月

.十一
“消瘦 分解者



”的主 叶 质被微 大量冲 A

要原因



( 生物分 走 第 题,长 江中上 游植被
破坏后

枯枝落 中有机



土壤被

,导致

水土流

失加重

,河流

含沙量

增大,

因而造

成下游

淤积严

重,洪

水排泄

不畅,

致使洪

涝灾害

频繁。





,长江

流域降

水夏季

最为集

中,在

暴雨冲

刷下,

水土流

失严重

,因此

四月、

七月、

十一月 相比,

水土流

失最严

重的

是七月。



题,从材

料中可

以看出

茶园“

消瘦”

的主要

原因是

水土流

失造成

的表层

土壤被

大量冲

走。

二、综合

5.



6.C

7.D

- 11 -

---




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