人教版 (新课标)选修37 闭合电路欧姆定律学案

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一、闭合电路的欧姆定律

1．闭合电路：只有用导线把电源、用电器连成一个____________电路，电路中才有电流．用电器、导线组成____________，电源内部是__________．在外电路中，正电荷在恒定电场的作用下由____________移向____________；在电源内部，非静电力把正电荷从____________移到________．电路中________定向移动的方向就是电流的方向．在外电路中沿电流方向____________降低．

2．能量转化和守恒：在闭合电路中，非静电力做的功等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和．

3．闭合电路的欧姆定律：(1)内容：闭合电路的电流跟电源的________成正比，跟内、外电路的________之和成反比 .(2)公式表示：①I＝；②E＝I(R＋r)；③E＝U外＋U内．     

(3)适用条件：①②两式适用于________电路，③式适用于一切电路．

二、路端电压与负载的关系

1．路端电压：就是________，也可以理解为电源两极间的电压．

2．负载：电路中，消耗电能的元件常常称为负载．负载变化时，电路中的电流就会变化，路端电压也随之变化．

3．路端电压随负载的变化：U＝E－Ir，或U＝E－r.

(1)当R增大时，U______________；(2)R减小时，U__________；(3)当r＝0时，U不随________的变化而变化，这种电源称为理想电源；(4)当R＝0时，这种情况叫________，I＝，由于电源内阻一般很小，故电路中的电流会很大，会导致烧毁电源甚至引起火灾，绝对不允许将电源正负极用导线直接连在一起；(5)当R→∞时，这种情况叫________，此时路端电压等于________.

知识探究

要点一 闭合电路欧姆定律的相关问题

1．闭合电路欧姆定律的推导

说明：(1)闭合电路的欧姆定律表达式：I＝.

闭合电路的欧姆定律变形式：E＝IR＋Ir或E＝U外＋Ir或U外＝E－Ir.

E＝IR＋Ir只适用于外电路为纯电阻的闭合电路．E＝U外＋Ir或U外＝E－Ir既适用于外电路为纯电阻的闭合电路，也适用于外电路为非纯电阻的闭合电路．

(2)用电压表接在电源两极间测得的电压U外是指路端电压，不是内电路两端的电压，也不是电源电动势，所以U外<E.

(3)当电源没有接入电路时，因无电流通过内电路，所以U内＝0，故此时E＝U外，即电源电动势等于电源没有接入电路时的路端电压．这提供了测E的一种方法．

2．路端电压U外与外电阻R之间的关系：对一定电源、电流、路端电压、内电压随外电路电阻的改变而改变，变化情况如何？

                                    .1.

3．路端电压与电流的关系图象

(1)由U＝E－Ir可知，U—I图象是一条斜向下的直线，

如图2－7－3所示．(2)纵轴的截距等于电源的电动势E；横轴的截距等于外电路短路时的电流I0＝  。

(3)直线斜率的绝对值等于电源的内阻．即

r＝＝＝tan θ      θ越大，表明电源的内阻越大．

要点三、内外电路功率、电源输出功率、电源效率怎样区别？

(1)各部分功率关系分析 ：由EIt＝I2Rt＋I2rt知，EI＝I2R＋I2r

其中EI为电源的总功率，I2r为电源内耗功率，I2R为外电路消耗功率，也是电源的输出功率．

(2)电源输出功率特点：P出＝UI＝I2R＝R＝＝，

由此式可看出，当R＝r时，P出有最大值，即Pm＝＝.

由图2－7－5可以看出①当R＝r时，输出功率最大，P出＝.

②当R<r时，若R增大，P出增大，当R>r时，若R增大，则P出减小．

③除R＝r外，图象上总有两点输出功率P出相等，如图中R1与R2，则由()2·R1＝()2·R2           整理得：R1R2＝r2.

(3)电源的效率

①定义：输出功率跟电路消耗的总功率的比值，即η＝＝ .

②如果外电路为纯电阻电路，则η＝＝＝＝，所以外电路电阻越大，电源效率越高．

③当电源输出功率最大时，R＝r，η＝50%.

典例剖析

题型一、闭合电路欧姆定律的应用

【例1】 如图2－7－6所示电动势为2 V的电源跟一个阻值R＝9 Ω的电阻接成闭合电路，测得电源两端电压为1.8 V，求电源的内阻．

题型二 电路的动态分析

【例2】如图1所示的电路，闭合开关S，滑动变阻器滑片P向左移动，下列结论正确的是(　　)

A．电流表读数变小，电压表读数变大    B．小灯泡L变亮

C．电容器C上电荷量减小              D．以上说法都不对

拓展探究1：电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图2所示的电路，当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，下列说法正确的是(　　)

A．电压表和电流表读数都增大     B．电压表和电流表读数都减小

C．电压表读数增大，电流表读数减小

D．电压表读数减小，电流表读数增大

                                .2.

题型二 含源电路的功率和效率

【例3】 如图3所示电路中，定值电阻R2＝r(r为电源内阻)，滑动变阻器的最大阻值为R1且R1≫R2＋r，在滑动变阻器的滑片P由左端a向右滑动的过程中，以下说法正确的是(　　)

A．电源的输出功率变小                  B．R2消耗的功率先变大后变小

C．滑动变阻器消耗的功率先变大后变小    D．以上说法都不对

拓展探究2：如图4所示，U—I图线上，a、b、c各点均表示该电路中有一个确定的工作状态，b点α＝β，则下列说法中正确的是(　　)

A．在b点时，电源有最大输出功率

B．在b点时，电源的总功率最大

C．从a到b时，β角增大，电源的总功率和输出功率都将增大

D．从b到c时，β角增大，电源的总功率和输出功率都将减小

课堂训练

1．将一个电动势为3 V，内阻不能忽略的电池两端接一电阻R，当有1 C的电荷通过电阻R时，在R上产生的热量(　　)

A．大于3 J     B．小于3 J      C．等于3 J      D．内阻未知，无法确定

2．如图所示，用两节干电池点亮几只小灯泡，当逐一闭合开关，接入灯泡增多时，以下说法正确的是(　　)

A．灯少时各灯较亮，灯多时各灯较暗

B．灯多时各灯两端的电压较低

C．灯多时通过电池的电流较大   D．灯多时通过各灯的电流较大

3．一太阳能电池板，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 V

4．如图所示，A、B、C三只电灯均能发光，当把滑动变阻器的触头P向下滑动时，三只电灯亮度的变化是(　　)

A．A、B、C都变亮　　　　　　 　B．A、B变亮，C变暗

C．A、C变亮，B变暗             D．A变亮，B、C变暗

5.如图所示，电源的电动势E＝24 V，内阻r＝1 Ω，电阻R＝2 Ω，M为直流电动机，其电阻r′＝1 Ω，电动机正常工作时，其两端所接电压表读数为UV＝21 V，求电动机转变机械能的功率是多大？

 课后训练

1．下列关于闭合电路的说法中，错误的是(　　)

A．电源短路时，电源的内电压等于电动势  B．电源短路时，路端电压为零

C．电源断路时，路端电压最大

D．电源的负载增加时，路端电压也增大

2．某电池当外电路断开时，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分别为(　　)

A．E＝2.4 V，r＝1 Ω　　　　　　B．E＝3 V，r＝2 Ω

C．E＝2.4 V，r＝2 Ω            D．E＝3 V，r＝1 Ω

3.法国和德国两名科学家先后独立发现了“巨磁电阻”效应，共同获得2007年诺贝尔物理学奖．所谓“巨磁电阻”效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象，物理兴趣小组的同学从“巨磁电阻”效应联想到一些应用，他们的探究如下：为了儿童安全，布绒玩具必须检测其中是否存在金属断针，可以先将玩具放置强磁场中，若其中有断针，则断针被磁化，用磁报警装置可以检测到断针的存在．图5是磁报警装置一部分电路示意图，其中RB是利用“巨磁电阻”效应而制作的磁敏传感器，它的电阻随断针的出现而减小， a、b接报警器，当传感器RB所在处出现断针时，电流表的电流I、ab两端的电压U将(　　)

                                  .3.

A．I变大，U变大      B．I变小，U变小

C．I变大，U变小      D．I变小，U变大

4.如图6所示是研究内、外电压的实验装置，“＋”、“－”是电池的两极，A、B是位于两极内侧的探针，电压表V、V′分别接在电池的两极和两探针上，R是滑动变阻器，P是它的滑动触头，下述中错误的是(　　)

A．P向右滑动时V的示数增大

B．P向右滑动时V′的示数减小

C．电压表V′跟A端相连的接线柱应是“＋”接线柱

D．电压表V′跟B端相连的接线柱应是“＋”接线柱

5．如图7所示，经过精确校准的电压表V1和V2，分别用来测量某线路中电阻R两端a、b间的电压时，读数依次为12.7 V和12.3 V，则(　　)

A．a、b间的实际电压略大于12.7 V

B．a、b间的实际电压略小于12.3 V

C．电压表V1的内阻大于V2的内阻

D．电压表V1的内阻小于V2的内阻

6．如图8所示，E为电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器．当R2的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况是(　　)

A．I1增大，I2不变，U增大     B．I1减小，I2增大，U减小

C．I1增大，I2减小，U增大     D．I1减小，I2不变，U减小

7．如图9所示电路中，电源电动势恒定，要想使灯泡变暗，可以(　　)

A．增大R1       B．减小R1

C．增大R2       D．减小R2

8．如图11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．

9．如图12所示，电解槽A和电炉B并联接到电源上，电源内阻r＝1 Ω，电炉电阻R＝19 Ω，电解槽电阻r＝0.5 Ω，当S1闭合、S2断开时，电炉消耗的功率为648 W；S1、S2都闭合时，电炉消耗的功率475 W．(电炉电阻不变)，试求：

(1)电源电动势．

(2)S1、S2都闭合时，流过电解槽的电流大小．

(3)S1、S2都闭合时，电解槽电能转化成化学能的功率．