【创新设计】2013-2014学年高中物理鲁科版选修3-1第4章4-1闭合电路欧姆定律

自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练第1节闭合电路欧姆定律自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练1．知道闭合电路可分为外电路和内电路，知道闭合电路中的外电压和内电压．2．知道电源的电动势和内电阻的意义，理解闭合电路的欧姆定律．3．了解路端电压与外电阻的关系，学习用局部和整体的关系分析解决问题的思想方法.自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练一、电源电动势及内电阻1．电源：通过做功把其他形式的能转化为电能的装置．2．电动势：在电源内部非静电力把1C由移到所做的功，即.3．内电阻：电源内部导体的电阻．非静电力正电荷负极正极E＝W非q自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练二、闭合电路欧姆定律1．内、外电路(1)概念：内电路是电源内部电路，外电路是电源外部电路．(2)特点：外电路中电流由电源流向，沿电流方向电势，内电路中电流由电源流向，沿电流方向电势．2．闭合电路的能量转化非静电力做功等于内、外电路电能转化为其他形式能的总和，即：EIt＝.正极负极降低负极正极升高I2Rt＋I2rt自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练3．闭合电路的欧姆定律(1)内容：闭合电路里的电流，跟电源的电动势成，跟内、外电路的电阻之和成．(2)公式：I＝.①或E＝.②或E＝＋．③(3)适用条件：①、②适于外电路为电路，③适于一切电路．正比反比ER＋rIR＋IrU外U内纯电阻自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练三、路端电压与外电阻的关系1．当外电阻R增大时，电流I减小，内电压Ir减小，路端电压．2．当外电阻R减小时，电流I增大，内电压Ir增大，路端电压．3．两个特例：外电路断开时，R→∞，I＝，U＝，据此特点可测电源电动势．外电路短路时，R＝0，I，U＝，据此特点可以理解不允许将电源两端用导线直接连接的原因．增大减小0EEr0自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练温馨提示全电路欧姆定律适用于纯电阻电路，跟部分电路欧姆定律相同，不同的是全电路的总电压等于电动势、总电阻等于内外电阻之和.自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练一、对电动势的理解1．概念理解(1)在不同电源中，非静电力做功的本领不同，即把相同数量的正电荷在电源内部从负极搬运到正极，非静电力做功的多少不同，电动势大小也不同．(2)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，即由电源负极指向正极．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练(3)公式E＝Wq是电动势的定义式而不是决定式，E的大小与W和q无关，是由电源自身的性质决定的，电动势不同，表示将其他形式的能转化为电能的本领不同，例如：蓄电池的电动势为2V，表明在蓄电池内移送1C的电荷量时，可以将2J的化学能转化为电能．(4)电动势的大小；在电源的内部从负极到正极移送单位正电荷非静电力做功的数值．一定要注意必须是“单位正电荷”，而不是“任意电荷”．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练2.电动势与电势差的区别与联系电势差U电动势E物理意义电场力做功，电能转化为其他形式的能非静电力做功，其他形式的能转化为电能定义式U＝Wq，W为电场力做的功E＝Wq，W为非静电力做的功单位伏特(V)伏特(V)联系电动势等于电源未接入电路时两极间的电势差自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练二、闭合电路中的功率和效率1．电源的功率(1)物理意义：将其他能转化为电能的转化功率．(2)表达式P源＝EI＝E2R＋r2．电源的消耗功率(1)物理意义：电源内阻发热功率．(2)表达式：P内＝I2r＝ER＋r2·r.自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练3．电源的输出功率(1)物理意义：电源对外供电功率(2)表达式：P出＝UI当外电路为纯电阻电路时讨论如下①电源的输出功率P出＝I2R＝E2R＋r2R＝E2RR－r2＋4Rr＝E2R－r2R＋4r.由此可知当R＝r时，电源有最大输出功率P出max＝E24r.自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练②P出与外电阻R的函数关系图象，如图4－1－1图4－1－1图象分析R＜r时，R越大，P出越大R＝r时，P出＝E24r，为最大值R＞r时，R越大，P出越小自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练③电源的效率η＝P出P＝U外IEI＝U外E＝IRIR＋r＝RR＋r＝11＋rR，可见，外电阻R越大，电源的效率越高．特别提醒(1)电源输出功率越大，效率不一定越高，如电源输出功率最大时，效率只有50%.(2)判断可变电阻功率变化时，可将可变电阻以外的其他电阻看成电源的一部分内阻．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练三、路端电压与U－I图象1．路端电压U＝E－Ir对于一个电源，其路端电压随电路中电流的增大而减小，随电流的减小而增大．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练2．U－I图象(如图4－1－2所示)(注：图象的横坐标与纵坐标均从零开始)(1)电源的U－I图象是一条倾斜的直线．(2)图线与纵轴的交点表示电源电动势E.(3)图线与横轴的交点表示短路电流I0.(4)图线斜率的绝对值表示电源内阻．图4－1－2自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练温馨提示图象的纵坐标不从零开始时，图线与纵轴的交点仍表示电源电动势E，但图线与横轴的交点不表示短路电流．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【典例1】如图4－1－3所示的电路中，电源的电动势E为3.2V，电阻R的阻值为30Ω，小灯泡L的额定电压为3.0V，额定功率为4.5W，当开关S接位置1时，电压表的读数为3.0V，那么当开关S接位置2时，小灯泡L能正常发光吗？实际功率是多少？图4－1－3自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练解析当开关S接位置1时，回路中的电流为：I1＝UR＝3V30Ω＝0.1A.电源的内阻为：r＝E－UI1＝3.2－3.00.1Ω＝2Ω.小灯泡的电阻为：RL＝U2/P＝3.024.5Ω＝2Ω.当开关S接位置2时，回路中的电流为：I2＝Er＋RL＝3.22＋2A＝0.8A.自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练此时小灯泡的实际功率为：P实＝IRL＝0.82×2W＝1.28W.从小灯泡的实际功率来看，小灯泡此时很暗，不能正常工作．答案不能正常工作1.28W借题发挥利用闭合电路分析问题时，应明确电路结构，弄清串并联关系，且利用串并联的特点加以解决．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【变式1】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自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练答案D解析电源没有接入外电路时，路端电压值等于电源电动势，所以电动势E＝800mV.由闭合电路欧姆定律得短路电流I短＝Er，所以电源内阻r＝EI短＝800×10－340×10－3Ω＝20Ω，该电源与20Ω的电阻连成闭合电路时，电路中电流I＝ER＋r＝80020＋20mA＝20mA，所以路端电压U＝IR＝400mV＝0.4V，D正确．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【典例2】如图4－1－4所示，电路中E＝3V，r＝0.5Ω，R0＝1.5Ω，变阻器的最大阻值R＝10Ω.(1)在变阻器的阻值R为多大时，变阻器上消耗的功率最大？最大为多大？(2)在变阻器的阻值R为多大时，定值电阻R0上消耗的功率最大？最大为多大？图4－1－4自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练解析(1)此种情况可以把R0归入电源内电阻，这样变阻器上消耗的功率，也就是电源的输出功率，即当R＝r＋R0＝2Ω时，R消耗功率最大为：Pm＝E24R＝324×2W＝98W.(2)定值电阻R0上消耗的功率可以表达为：P＝I2R0，因为R0不变，当电流最大时功率最大，此时应有电路中电阻最小，即当R＝0时R0上消耗的功率最大：Pm′＝E2R0＋r2R0＝321.5＋0.52×1.5W＝278W.自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练借题发挥在解答第二问时，有些同学又会用第一问的方法来求解，把R归为内阻，调节R使内阻R＋r＝R0，这样使用是错误的．因为R0是定值电阻，由P＝I2R0知，只要电流最大，P就最大．在研究电阻R上消耗的最大功率时，应注意区分“可变与定值”这两种情况，两种情况中求解的思路和方法是不相同的．答案(1)2Ω98W(2)0278W自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【变式2】将阻值为4Ω和10Ω的两个电阻R1、R2分别接在同一电源上，结果R2上消耗的功率P2比R1上消耗的功率P1大，则()．A．电源内阻一定大于4ΩB．两电阻串联后接此电源，外电路总功率一定大于只接R2时的功率C．两电阻并联后接此电源，外电路总功率一定小于只接R1时的功率D．只接R1时电源消耗的功率一定大于只接R2时消耗的功率自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练解析根据电源输出功率随外电阻的变化关系曲线如图所示．因为R2消耗的功率P2比R1消耗的功率P1大．所以有R1R2R3且rR1＝4Ω.A选项正确、D选项正确．R1与R2的并联电阻一定小于R1的电阻．由电源的输出功率曲线可知外电路总功率一定小于只接R1时的功率，C正确．若R1与R2串联，其电阻大于R2的电阻．外电路的消耗的总功率不一定大于只接R2时的功率，B错误．答案ACD自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【典例3】在如图4－1－5的闭合电路中，当滑片P向右移动时，两电表读数的变化是()．A.变大，变大B.变小，变大C.变大，变小D.变小，变小图4－1－5自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练答案B解析当滑片向右移动时，R变大，根据闭合电路欧姆定律：电路中的电流I＝ER＋R0＋r变小，即电流表读数变小；电压表读数U＝E－I(R0＋r)变大，B正确．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练借题发挥闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化的问题的分析方法如下：程序法：“部分→整体→部分”(1)由局部电阻变化判断总电阻的变化．(2)由I＝ER＋r判断总电流的变化．(3)根据U＝E－Ir判断路端电压的变化．(4)由欧姆定律及串并联电路的规律判断各部分电路电压及电流的变化．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练以上分析可形象表示为：R局增大减小→R总增大减小→I总减小增大→U端增大减小⇒I分U分自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【变式3】如图4－1－6所示，电源电动势为E，内阻为r，不计电压表和电流表内阻对电路的影响，当电键闭合后，两小灯泡均能发光．在将滑动变阻器的触片逐渐向右滑动的过程中，下列说法正确的是()．图4－1－6A．小灯泡L1、L2均变暗B．小灯泡L1变亮，小灯泡L2变暗C．电流表的读数变小，电压表的读数变大D．电流表的读数变大，电压表的读数变小自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练答案BC解析滑动触片向右滑动的过程中，滑动变阻器接入电路部分的阻值变大，电路中的总电阻变大，路端电压变大，总电流变小，故电流表的读数变小，电压表的读数变大，小灯泡L2变暗，小灯泡L2两端的电压减小，小灯泡L1两端电压增大，小灯泡L1变亮，B、C正确．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练图4－1－7(1)电源的电动势和内阻；(2)电源的路端电压；(3)电源的输出功率．闭合电路欧姆定律的应用1．电路图4－1－7甲所示，若电阻未知，电源电动势和内阻也未知，电源的路端电压U随电流I的变化图线及外电阻的U－I图线分别如图4－1－7乙所示，求：自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练解析(1)由题