研究閉合電路

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高二 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)


2.3 研究閉合電路 學(xué)案(粵教版選修3-1)

一、電動(dòng)勢
1.一個(gè)閉合電路可以分為兩部分:__________和__________.電外部的電路叫做________,外電路上的電阻稱為__________,電內(nèi)部的電路叫________,內(nèi)電路上的電阻即電的電阻稱為__________,用______表示.
2.電動(dòng)勢:是用描述電特性的物理量,數(shù)值上等于 _____________,用符號(hào)______表示,單位是________.
二、閉合電路的歐姆定律
1.電的電動(dòng)勢E與U外和U內(nèi)的關(guān)系為: ___________________________________.
2.閉合電路中的電流I,外電阻R、內(nèi)電阻r與電電動(dòng)勢E的關(guān)系為:__________.
3.閉合電路的歐姆定律:閉合電路中的電流跟電的電動(dòng)勢成________比,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成________比.公式表示為I=______.
三、路端電壓跟負(fù)載的關(guān)系
1.路端電壓:就是________,也可以理解為電兩極間的電壓.
2.負(fù)載:電路中, 消耗電能的元常常稱為負(fù)載.負(fù)載變化時(shí),電路中的電流就會(huì)變化,路端電壓也隨之變化.
3.當(dāng)外電阻R(負(fù)載)增大時(shí),由閉合電路歐姆定律I=________可知,電路中的電流I 減小,根據(jù)U=________-Ir可知,此時(shí)路端電壓U將________.相反,當(dāng)外電阻(負(fù)載)R減小時(shí),電流I將__________,路端電壓U將________.
四、測量電的電動(dòng)勢和內(nèi)阻
電的特性主要由______和________描述.測電的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的 實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的原理是_________,對于實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)通常用______ __法和________法處理.

一、電動(dòng)勢
[問題情境]
1.簡述閉合電路、外電路、內(nèi)電路、外電阻、內(nèi)電阻的概念.
2.用 什么物理量描述電的特性呢?
 
[要點(diǎn)提煉]
1.電動(dòng)勢:描述電特性,表示電提供電能本領(lǐng)的物理量.
2.電動(dòng)勢的數(shù)值:等于不接用電器時(shí)電______間電壓.
3.電動(dòng)勢用______表示,單位是______.
二、閉合電路的歐姆定律
[問題情境]
一個(gè)閉合電路由內(nèi)電路和外電路組成,根據(jù)初中學(xué)過的歐姆定律可以研究其外電路電阻兩端電壓與電流的關(guān)系,但是內(nèi)電路以及整個(gè)閉合回路又怎樣研究呢?
1.類比于水流和地勢,說明在外電路以及外電阻上電流的方向與電勢有什么關(guān)系?
 
2.類比于抽水機(jī),說明電內(nèi)部電流的方向與電勢的關(guān)系?
 
3.本“觀察與思考”問題中,V1與電 的電動(dòng)勢有什么關(guān)系?
 
4.分析本“觀察與思考”問題2 中數(shù)據(jù),得出E、U外、U內(nèi)之間有什么定量關(guān)系?
 
[要點(diǎn)提煉]
1.電的電動(dòng)勢E等于______和______之和,即E=______+______.
2.閉合電路的歐姆定律: __________________________________________________
_________________________________.表達(dá)式為I=__________.
[問題延伸]
電兩端的電勢差可以這樣理解,把電看做兩部分,一部分是理想的電,電動(dòng)勢為E,另一部分是電的內(nèi)阻r,沿著電流的方向,經(jīng)過理想電電勢就升高一個(gè)電動(dòng)勢E,經(jīng)過內(nèi)阻r電勢就降低一個(gè)Ir,則電兩極間的電壓為______________.
三、路端電壓跟負(fù)載的關(guān)系
[問題情境]
大家?guī)缀醵甲⒁膺^這種現(xiàn)象,傍晚是每一天的用電高峰時(shí)段,燈光較暗,而夜深人靜時(shí),若打開燈的話,燈光會(huì)特別亮;在家用電器使用中,如夏季打開空調(diào)后,你會(huì)發(fā)現(xiàn)燈泡會(huì)變暗,而關(guān)掉空調(diào)后燈泡又會(huì)馬上亮起,這是為什么呢?
1.什么是負(fù)載?
 
2.試分析:當(dāng)外電阻R增大時(shí),路端電壓如何變化?
 

 
[要點(diǎn)提煉]
1.路端電壓與外電阻的關(guān)系:當(dāng)外電阻增大時(shí),路端電壓______;當(dāng)外電阻減小時(shí),路端電壓______.
2.路端電壓與電流的關(guān)系

圖1
對純電阻電路有:U=E-Ir,對給定的電,電動(dòng)勢和內(nèi)電阻為定值,所以路端電壓與電流是線性關(guān)系,如圖1所示,圖象表達(dá):U軸截距是__________,I軸截距等于__________,直線的斜率等于__________.
3.外電路斷 開時(shí),路端電壓等于________,外電路短路時(shí),電路中的電流等于________(表達(dá)式) .
四、測量電的電動(dòng)勢和內(nèi)阻
[問題情境]
1.用實(shí)驗(yàn)的方法測量電的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的原理是什么?電路圖怎樣?
 

 
2.對實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)應(yīng)采用哪些方法處理?
 
3.用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí),圖象的橫坐標(biāo)和 縱坐標(biāo)分別是什么物理量?所得圖線與橫軸和縱軸的交點(diǎn)以及圖線斜率各有什么物理意義?
 

 
[問題延伸]
1.用一只電流表和一個(gè)電阻箱,能否測出電的電動(dòng)勢和內(nèi)阻?寫出其原理式,畫出電路圖并找出處理數(shù)據(jù)的方法.
 
2.用一只電壓表和一個(gè)電阻箱能否測出電的電動(dòng)勢和內(nèi)阻?寫出原理式,畫出電路圖并找出處理數(shù)據(jù)的方法.
 
例1 如圖2所示的電路中,當(dāng)S閉合時(shí),電壓表和電流表(均為理想電表)的示數(shù)各為1.6 V和0.4 A;當(dāng)S斷開時(shí),它們的示數(shù)各改變0.1 V和0.1 A,求電的電動(dòng)勢及內(nèi)阻.

圖2

思維總結(jié) 解此類題時(shí),一定要先弄清電路的連接方式,以及電流表、電壓表所測電流、電壓的范圍;理解電壓表和電流表均為理想電表的含義.

圖3
變式訓(xùn)練1 如圖3所示電路中,R1=R2=R3=1 Ω,電壓表內(nèi)阻很大,當(dāng)S斷開時(shí),電壓表示數(shù)為0.8 V,當(dāng)S閉合時(shí),電壓表示數(shù)為1 V,求電的電動(dòng)勢與內(nèi)阻


例2 在如圖4所示的電路中,E為電的電動(dòng)勢,r為電內(nèi)阻,R1、R3均為定值電阻,R2為滑動(dòng)變阻器.當(dāng)R2的滑動(dòng)觸頭在a端時(shí)合上開關(guān)S,此時(shí)三個(gè)電表A1、A2和V的示數(shù)分別為I1、I2和U,現(xiàn)將R2的滑動(dòng)觸頭向b端移動(dòng),則三個(gè)電表示數(shù)變化情況是(  )

圖4
A.I1增大,I2不變,U增大
B.I1減小,I2增大,U減小
C.I1增大,I2減小,U增大
D.I1減小,I2不變,U減小
聽記錄: 

 
變式訓(xùn)練2 在如圖5所示的電路中,當(dāng)滑動(dòng)變阻器R3的滑片P向b端移動(dòng)時(shí)(  )

圖5
A.電壓表示數(shù)變大,電流表示數(shù)變小
B.電壓表示數(shù)變小,電流表示數(shù)變大
C.電壓表示數(shù)變大,電流表示數(shù)變大
D.電壓表示數(shù)變小,電流表示數(shù)變小
例3 如圖6所示為兩個(gè)獨(dú)立電路A和B的路端電壓與其總電流的關(guān)系圖線,則(  )

圖6
A.路端電壓都為U1時(shí),它們的外電阻相等
B.電流都是I1時(shí),兩電內(nèi)電壓相等
C.電路A的電動(dòng)勢大于電路B的電動(dòng)勢
D.電路A中電的內(nèi)阻小于電路B中電的內(nèi)阻
聽記錄 : 

 
變式訓(xùn)練3 圖7是根據(jù)某次實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)畫出的U-I圖象,下列關(guān)于這個(gè)圖象的說法中正確的是(  )

圖7
A.縱軸截距表示待測電的電動(dòng)勢,即E=3.0 V
B.橫軸截距表示短路電流,即I短=0.6 A
C.根據(jù)r=E/I短,計(jì)算出待測電內(nèi)電阻為5 Ω
D.根據(jù)r=ΔUΔI,計(jì)算出待測電內(nèi)電阻為1 Ω
【即學(xué)即練】
1.關(guān)于電動(dòng)勢,下列說法正確的是(   )
A.電電動(dòng)勢等于電正負(fù)極之間的電勢差
B.用電壓表直 接測量電兩極得到的電壓數(shù)值,實(shí)際上總略小于電電動(dòng)勢的準(zhǔn)確值
C.電電動(dòng)勢總等于內(nèi)、外電路上的電壓之和,所以它的數(shù)值與外電路的組成有關(guān)
D.電動(dòng)勢有方向,因此電動(dòng)勢是矢量
2.電動(dòng)勢為2 V的電池在電路上輸出1 A的電流,可以判定(  )
A.內(nèi)、外電阻相差2 Ω
B.外電阻是2 Ω
C.內(nèi)電阻是2 Ω
D.內(nèi)、外電阻之和是2 Ω

圖8
3.如圖8所示為某一電的U-I曲線,由圖可知(  )
A.電電動(dòng)勢為2 V
B.電內(nèi)電阻為13 Ω
C.電短路時(shí)電流為6 A
D.電路路端電壓為1 V時(shí),電路中電流為5 A
4. 如圖9所示的電路中,電阻R=10 Ω.當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),電壓表示數(shù)為6 V.當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),電壓表示數(shù)為5.46 V,則電的內(nèi)阻為多少?

圖9



參考答案
前自主學(xué)習(xí)
一、
1.外電路 內(nèi)電路 外電路 外電阻 內(nèi)電路 內(nèi)電阻 r
2.不接用電器時(shí)電正負(fù)兩極間的電壓 E 伏特
二、
1.E=U外+U內(nèi) 2.E=IR+I(xiàn)r
3.正 反 ER+r
三、1.外電壓
3.ER+r E 減小 增大 減小
四、電動(dòng)勢 內(nèi)阻 閉合電路的歐姆定律 計(jì)算 作圖
核心知識(shí)探究
一、
[問題情境]
1.用導(dǎo)線把電、用電器連成的一個(gè)電流的通路,就是閉合電路;電外部的電路叫外電路,電內(nèi)部的電路叫內(nèi)電路;外電路上的電阻叫外電阻,用R表示,內(nèi)電路上的電阻即電的電阻稱為內(nèi)電阻,用r表示.
2.物理學(xué)用電動(dòng)勢這個(gè)物理量描述電的特性.
[要點(diǎn)提煉]
2.正、負(fù)極 3.E 伏特
二、
[問題情境]
1.在外電路中電流由高電勢流向低電勢,在外電阻上沿電流方向電勢是下降的.
2.電內(nèi)部電流由低電勢流向高電勢.
3.V1的示數(shù)等于電電動(dòng)勢.
4.E=U內(nèi)+U外
[要點(diǎn)提煉]
1.U內(nèi) U外 U內(nèi) U外
2.閉合電路中的電流跟電的電動(dòng)勢成正比,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比 ER+r
[問題延伸]
U=E-Ir.
三、
[問題情境]
1.電路中,消耗電能的元常常稱為負(fù)載.
2.當(dāng)外電阻R增大時(shí),根據(jù)I=ER+r可知,總電流I減小(E和r為定值);內(nèi)電壓Ir減小,根據(jù)U外=E-Ir可知,路端電壓U外增大.
[要點(diǎn)提煉]
1.增大 減小
2.電動(dòng)勢 短路電流 內(nèi)阻的相反數(shù)
3.電電動(dòng)勢 Er
四、
[問題情境]

1.原理是閉合電路的歐姆定律,電路圖如圖所示
2.方法一:計(jì)算法;方法二:作圖法.
3.I為橫軸,U為縱軸;與橫軸交點(diǎn)表示短路電流I短,與縱軸交點(diǎn)表示電電動(dòng)勢,圖線斜率的大小表示電的內(nèi)阻r.
[問題延伸]


1.能 原理式為E=IR+I(xiàn)r,電路圖如圖甲所示
處理數(shù)據(jù)的方法:計(jì)算法
E=I1R1+I(xiàn)1rE=I2R2+I(xiàn)2r
圖象法:根據(jù)R=1IE-r可畫出R-1I圖象


2.能 原理式為E=U+URr 電路圖如圖乙所示
處理數(shù)據(jù)的方法:計(jì)算法E=U1+U1R1rE=U2+U2R2r
圖象法:由1U=1E-rE•1R,可畫出1U-1R圖象.
解題方法探究
例1 2 V 1 Ω
解析  當(dāng)S閉合時(shí),R1、R2并聯(lián)接入電路,由閉合電路歐姆定律得:
U1=E-I1r即E=1.6+0.4 r①
當(dāng)S斷開時(shí),只有R1接入電路,由閉合電路歐姆定律得:
U2=E-I2r即E=(1.6+0.1)+(0.4-0.1)r②
由①②得:E=2 V,r=1 Ω.
變式訓(xùn)練1 2 V 0.5 Ω
例2 B [R2減小,R總減小,I增大,Ir增大,路端電壓即U減小,I(r+R3)增大,R1、R2兩端并聯(lián)電壓減小,I1減小,I2增大,B正確.]
變式訓(xùn)練2 B 
例3 AC [在路端電壓與總電流的U-I關(guān)系圖線中,圖線在U軸上的截距表示電動(dòng)勢E,圖線斜率的絕對值表示電的內(nèi)阻,可見EA>EB,rA>rB.圖中兩直線的交點(diǎn)坐標(biāo)為(I1,U1),由R=UI可知,路端電壓都為U1時(shí),它們的外電阻相等.由U′=Ir可知,電流都是I1時(shí),因r不等,兩電內(nèi)電壓不等 .所以選項(xiàng)A、C正確.]
變式訓(xùn)練3 AD
即學(xué)即練
1.B 2.D 
3.AD [由U-I圖知,電的電動(dòng)勢E=2 V,r=ΔUΔI=1.26 Ω=0.2 Ω.當(dāng)U=1 V時(shí),I=E-Ur=2-10.2 A=5 A.]
4.1 Ω
解析 當(dāng)S斷開時(shí),R外→∞,E=U外=6 V;S閉合時(shí),U外′=IR,I=5.4610 A=0.546 A.再由E=U外′+I(xiàn)r得r=E-U外′I=6-5.460.546 Ω≈1 Ω.




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