高中物理-2.3研究闭合电路学案(含解析)粤教版选修3-1.doc

学案5　研究闭合电路
[学习目标定位] 1.了解内电路、外电路，知道电动势等于内、外电路电压之和.2.掌握闭合电路欧姆定律的内容，理解各物理量及公式的物理意义.3.会分析路端电压与负载的关系．
一、电动势
1．一个闭合电路可以分为两部分：外电路和内电路．电源外部的电路叫做外电路，外电路上的电阻称为外电阻，电源内部的电路叫内电路，内电路上的电阻即电源的电阻称为内电阻，用r表示．
2．电动势：是用来描述电源特性的物理量，数值上等于不接用电器时电源正负两极间的电压，用符号E表示，单位是伏特．
二、闭合电路的欧姆定律
1．理论和实验的研究都表明：电源的电动势E等于U外和U内之和，即E＝U外＋U内．
2．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．公式表示为I＝.
三、路端电压跟负载的关系
1．路端电压：外电路两端的电压叫做路端电压．
2．路端电压的表达式：U＝E－Ir.
3．路端电压随外电阻的变化规律：当外电阻R增大时，由闭合电路欧姆定律I＝可知，电路中的电流I减小，路端电压U增大．相反，当外电阻R减小时，电流I增大，路端电压U减小．
一、电动势
[问题设计]
日常生活中我们经常接触到各种各样的电源，如图1所示的干电池标有“1.5 V”字样，手机电池标有“3.7 V”字样．干电池和手机电池的电动势不同，说明了什么？

图1
答案　两种电池的电动势不同，表明它们把其他形式的能转化为电能的本领大小不同．
[要点提炼]
1．电动势反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小．
2．电动势的决定因素：电动势是电源的属性，大小完全由电源本身决定，与电源的体积和外电路的组成及变化情况无关．
3．在外电路中电流方向由电源正极流向负极；在内电路中，电流方向由负极流向正极．
[延伸思考]
1号、2号、5号干电池体积依次减小，其电动势如何？
答案　电动势都是1.5 V.
二、闭合电路的欧姆定律
[问题设计]
按图2所示电路图连接电路，分别测出电源的内电压和外电压，多次测量，把测量结果记录在事先准备好的表格中，分析内、外电压的大小，它们满足怎样的规律？

图2
答案　在误差允许范围内，内、外电压之和为一定值．
[要点提炼]
闭合电路欧姆定律的三种表达形式：I＝；E＝U外＋U内；E＝IR＋Ir.
[延伸思考]
闭合电路欧姆定律的三种表达形式的适用范围是否相同？
答案　不相同．I＝和E＝IR＋Ir只适用于外电路是纯电阻的电路．E＝U外＋U内适用于任何电路．
三、路端电压跟负载的关系
[问题设计]
1．在如图3所示的电路中，电源的电动势E＝10 V，内电阻r＝1 Ω，试求当外电阻分别是3 Ω、4 Ω、7 Ω时所对应的路端电压．通过数据计算，你发现了怎样的规律？

图3
答案　外电压分别为7.5 V、8 V、8.75 V．随着外电阻的增大，路端电压逐渐增大．
2.如图4所示，以电路中的电流为横轴，路端电压为纵轴，建立路端电压U与电流I的U－I图象，请思考，图线与纵轴的交点表示的物理意义是什么？纵坐标从零开始时，图线与横轴的交点表示的物理意义是什么？直线的斜率的绝对值表示的物理意义又是什么？

图4
答案　图线与纵轴的交点表示电源的电动势；图线与横轴的交点表示短路电流；图线斜率的绝对值表示电源的内阻，即r＝||.
[要点提炼]
1．路端电压随着外电阻的增大而增大，随着外电阻的减小而减小，但不呈线性变化．
外电路断开时，路端电压等于电源电动势；外电路短路时，电路中的电流I＝(表达式)．
2.路端电压与电流的关系式为U＝E－Ir，其图象如图5所示．

图5
(1)在图象中U轴截距表示电源电动势，纵坐标从零开始时，I轴截距等于短路电流．
(2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻，即内阻r＝||.

一、闭合电路欧姆定律的应用
例1　如图6所示，电源电动势为6 V，内阻为1 Ω，R1＝5 Ω，R2＝10 Ω，滑动变阻器R3阻值变化范围为0～10 Ω，求电路中的总电流的变化范围．

图6
解析　当R3阻值为零时，R2被短路，外电阻最小，电流最大．
R外＝R1＝5 Ω，I＝＝ A＝1 A.
当R3阻值为10 Ω时，外电阻最大，电流最小．
R并＝＝5 Ω，R外′＝R1＋R并＝10 Ω，
I′＝＝ A≈0.55 A.
答案　0.55 A～1 A
针对训练1　如图7所示，R为电阻箱，电表为理想电压表．当电阻箱读数为R1＝2 Ω时，电压表读数为U1＝4 V；当电阻箱读数为R2＝5 Ω，电压表读数为U2＝5 V．求：电源的电动势E和内阻r.

图7
答案　6 V　1 Ω.
解析　由闭合电路欧姆定律E＝U1＋r①
E＝U2＋r②
联立①②并代入数据解得E＝6 V，r＝1 Ω.
二、U－I图象的理解和应用
例2　(双选)如图8所示为某一电源的U－I图线，由图可知(　　)

图8
A．电源电动势为2 V
B．电源内电阻为Ω
C．电源短路时电流为6 A
D．电路路端电压为1 V时，电路中电流为5 A
解析　在本题的U－I图线中，纵轴截距表示电源电动势，A正确；横轴截距表示短路电流，C错误；图线斜率的绝对值表示电源的内电阻，则r＝Ω＝0.2 Ω，B错误；当路端电压为1 V时，内电阻分得的电压U内＝E－U外＝2 V－1 V＝1 V，则电路中的电流I＝＝A＝5 A，D正确．
答案　AD
针对训练2　(单选)两电源的U—I图象如图9中直线A、B所示．由图象可知(　　)

图9
A．EA＝EB，rA＝rB
B．EA>EB，rA>rB
C．EA<EB，rA<rB
D．EA>EB，rA<rB
答案　B