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1、2022年高中物理教科版选修3-1：第二章 直流电路 学案6学习目标定位 1.理解电源的电动势及内阻的含义.2.理解闭合电路欧姆定律，理解内外电路的电势降落.3.会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系，并能进行电路分析与计算一、电源电动势1. 电源：电源是将其他形式的能转化为电势能的装置2电源将其他形式的能转化为电势能的特性可以用电动势这个物理量来表征，它等于电源未接入电路时两极间的电势差二、电源的内阻电源内部电路上的电阻叫电源的内电阻，简称内阻三、闭合电路欧姆定律1当电路中存在着电流时，电源电动势等于闭合电路总的电势降落之和，即EUU或EUIr.2闭合电路欧姆定律：在外电路为纯电阻的闭
2、合电路中，电流的大小跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比，即I.3路端电压与外电阻的关系：当外电阻R增大时，由I可知电流I减小，因而内阻两端的电压Ir减小由UEIr可知，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减小特殊情况：当外电路断开时，I0，UE；当外电路短路时，R0.短路电流I0.4.闭合电路的路端电压与电流的关系图像(UI图像)：由UEIr可知，闭合电路的路端电压与电流关系图像(UI图像)，是一条倾斜直线，如图1所示， 该直线与纵轴交点的值表示电源电动势E，与横轴交点的值表示电源短路时的电流值I0，直线的斜率反映电源内阻r的大小在任何情况都有EU外U内
3、.图1一、闭合电路欧姆定律问题设计1把电池、开关、电阻R用导线连接组成闭合电路，仔细分析电路，闭合电路有哪几部分组成？答案内电路：电源；外电路：开关、导线、电阻2由部分电路欧姆定律知，各部分上电势降落各为多少？与电动势有什么关系？答案在内电路上，电流流过内阻r，电势降落UIr；在外电路上，电流流过电阻R，电势降低UIR.EUUIRIr.要点提炼1在外电路中，沿电流方向电势降低2闭合电路欧姆定律的三种表达形式：I；EU外U内；EIRIr.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EIRIr只适用于外电路是纯电阻的电路EU外U内适用于任何电路二、路端电压与外电阻的关系
4、问题设计1.在如图2所示的电路中，电源的电动势E10 V，内电阻r1 ，试求当外电阻分别是3 、4 、7 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2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3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UI图像，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3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
5、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2(1)UI图像中，直线斜率的绝对值等于电源的内阻，即内阻r|.一、电源电动势例1下列关于电动势的说法正确的是()A电动势就是电压，就是内、外电压之和B电动势不是电压，但在数值上等于内、外电压之和C电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量D电动势的大小与外电路的结构无关解析电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，而电压是表示把电能转化为其他形式的能的本领大小的物理量；电压与电源、导体及电路结构有关，而电动势与外电路的结构无关，故正确答案为B、C、D.答案BCD二、闭合电路欧姆定律的应用例2
6、如图4所示，电源电动势为6 V，内阻为1 ，R15 ，R210 ，滑动变阻器R3阻值变化范围为010 ，求电路中的总电流的变化范围图4解析当R3阻值为零时，R2被短路，外电阻最小，电流最大R外R15 ，I A1 A.当R3阻值为10 时，外电阻最大，电流最小R并5 ，R外R1R并10 ，I A0.55 A.答案0.55 A1 A针对训练如图5所示，R为电阻箱，电表为理想电压表当电阻箱读数为R12 时，电压表读数为U14 V；当电阻箱读数为R25 ，电压表读数为U25 V求：电源的电动势E和内阻r.图5答案6 V1 .解析(1)由闭合电路欧姆定律EU1rEU2r联立并代入数据解得E6 V，r1
7、.例3如图6所示为某一电源的UI图线，由图可知()图6A电源电动势为2 VB电源内电阻为C电源短路时电流为6 AD电路路端电压为1 V时，电路中电流为5 A解析在本题的UI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r0.2 ，B错误；当路端电压为1 V时，内电阻分得的电压U内EU外2 V1 V1 V，则电路中的电流IA5 A，D正确答案AD1(电源的电动势)关于电源的电动势，下列说法正确的是()A电源的内阻越大，电动势越大B电源的电动势越大，电源所提供的电能就越多C电源接入电路后，其两端的电压越大，电源的电动势也越大D无论电源接入
8、何种电路，其电动势是不变的答案D解析电源的电动势与内阻无关，故A错误；电源所能提供的电能与电动势无关，它是由电源中储存的可转化能量的多少决定的，故B错误；电源的电动势与外电路无关，故C错误2(闭合电路欧姆定律的应用)电动势为3 V的电池，在电路中输出3 A的电流，由此可知()A内、外电阻相差1 B内、外电阻之和为1 C外电阻为1 D内电阻为1 答案B解析由闭合电路欧姆定律I得：Rr1 ，选B.3(路端电压与负载的关系)对于电动势和内阻确定的电源的路端电压，下列说法正确的是(I、U、R分别表示干路电流、路端电压和外电阻)()AU随R的增大而减小B当R0时，U0C当电路断开时，I0，U0D当R增大
9、时，U也会增大答案BD4(UI图像的理解和应用)如图7所示为闭合电路中两个不同电源的UI图像，则下列说法中正确的是()图7A电动势E1E2，短路电流I1I2B电动势E1E2，内阻r1r2C电动势E1E2，内阻r1r2D当工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化较大答案AD解析由闭合电路的欧姆定律得EUIr.当I0时电动势E等于路端电压U，即UI图线和U轴的交点的值就是电源电动势，由题图知，两电源的电动势相等当U0时I，UI图线和I轴的交点的值就是短路电流，由题图知I1I2，A正确而r|，即图线的斜率的绝对值表示电源的内阻，由题图知r1r2，B、C错误当工作电流变化量相同时，因为r1EB，rA
10、rB.图中两直线的交点坐标为(I1，U1)，由R可知，路端电压都为U1时，它们的外电阻相等由UIr可知，电流都是I1时，因r不相等，故两电源内电压不相等所以选项A、C、D正确8.如图4所示的UI图像中，直线为某电源的路端电压与电流的关系图线，直线为某一电阻R的伏安特性曲线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图像可知()图4AR的阻值为1.5 B电源电动势为3 V，内阻为0.5 C电源的输出功率为3.0 WD电源内部消耗功率为1.5 W答案AD9电路图如图5甲所示，若电阻R阻值未知，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UI图线分别如图乙所示，求：图5(1)电源
11、的电动势和内阻；(2)电源的路端电压；(3)电源的输出功率答案(1)4 V1 (2)3 V(3)3 W解析(1)由题图乙所示UI图线知：电源电动势E4 V，短路电流I短4 A，故内阻r1 .(2)由题图知：电源与电阻构成闭合回路时对应路端电压U3 V.(3)由题图知：R3 ，故P出I2R3 W.题组四综合应用10.如图6所示，已知R1R2R31 .当开关S闭合后，电压表的读数为1 V；当开关S断开后，电压表的读数为0.8 V，则电源的电动势等于()图6A1 V B1.2 VC2 V D4 V答案C解析当S闭合时，I A1 A，故有EI(1.5r)；当S断开时，I0.8 A，故有EI(2r)，解
12、得E2 V，C正确11.如图7所示的电路中，当开关S接a点时，标有“5 V2.5 W”的小灯泡L正常发光，当开关S接b点时，通过电阻R的电流为1 A，此时电阻R两端的电压为4 V求：图7(1)电阻R的阻值；(2)电源的电动势和内阻答案(1)4 (2)6 V2 解析(1)电阻R的阻值为R 4 .(2)当开关接a时，有EU1I1r，又U15 V，I1 A0.5 A.当开关接b时，有EU2I2r，又U24 V，I21 A，联立解得E6 V，r2 .12.如图8所示的电路中，已知电源电动势E36 V，内阻r2 ，R120 ，每盏灯的额定功率都是2 W，额定电压也相同当S闭合，R2调到14 时，两灯都正
13、常发光；当S断开，要使L2仍正常发光，则R2应调到何值？图8答案50 解析设所求阻值为R2，当灯L1和L2都正常发光时，加在灯两端电压为额定电压UL.当S闭合时，E1ULI1(R1rR2)，当S断开时，E2ULI2(R1rR2)，又因为E1E2E，I12I22IL(IL为灯泡额定电流)，得IL(R1r2R2R2)0，但IL0，所以R1r2R2R2，即R220 2 214 50 .13.如图9所示电路中，电源电动势E12 V，内阻r2 ，R14 ，R26 ，R33 .图9(1)若在C、D间连一个理想电压表，其读数是多少？(2)若在C、D间连一个理想电流表，其读数是多少？答案(1)6 V(2)1 A解析(1)若在C、D间连一个理想电压表，根据闭合电路欧姆定律，有I1 A1 A.理想电压表读数为UVI1R26 V.(2)若在C、D间连一个理想电流表，这时电阻R2与R3并联，并联电阻大小R23 2 根据闭合电路欧姆定律，有I2 A1.5 A.理想电流表读数为II21.5 A1 A.
2022年高中物理教科版选修3-1：第二章 直流电路 学案6
