gz学生版：《直流电路、电学实验》【高中物理导学】

高中物理导学案《学生版》让学生感悟物理，学好物理《直流电路》2-1-物理导学：《直流电路、电学实验》1.电源的电动势和内阻闭合电路的欧姆定律（一）【要点导航】一、电源电动势1．电源：从能的转化角度来看，电源是通过非静电力做功把其它形式能转化为电势能的装置。2．电源的电动势：各种电源把其它形式的能转化为电势能的本领是不同的，这种本领可用电源电动势来描述，电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移到正极所做的功。3．电动势的定义式：WEq非如果移送电荷q时非静电力所做的功为W，那么电动势E表示为E＝W/q。式中W、q的单位是焦耳（J）、库仑（C）；电动势E的单位是伏特（V）。对某个电源来说W/q是个定值，对不同的电源来说，流过相同的电量时，电源提供的电势能越多（即W/q越大），则电源转化能的本领大，也就是电源电动势大。一节干电池的电动势为1.5V，其物理意义是电路中流过电量为1C时，干电池将化学能转化为电势能的量是1.5J。4．测量：电源电动势的大小等于没有接入电路（外电路处于开路）时两极间的电压（路端电压）。EU端（R）电动势的大小可以用内阻极大的伏特表粗略测出。5．电动势的符号是E，国际单位是伏特(V)；是一个标量，但有方向，在电源内部由负极指向正极。6．电源内阻：电源内部也是由导体组成的，所以也有电阻，这个电阻叫电源内阻。二、闭合电路的欧姆定律1．理论和实验结论：电源电动势等于闭合电路总的电势降落之和。EUU外内(一切电路)2.在外电路为纯电阻的闭合电路中，电流的大小跟电源电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。这个规律称为闭合电路欧姆定律。公式：EIRr；或EIRIr(纯电阻电路)【同步导学】1.路端电压U随外电阻R变化的讨论电源的电动势E和内电阻r是由电源本身决定的，不随外电路电阻的变化而改变，而电流、路端电压是随着外电路电阻的变化而改变的：有1EEUIRRrRrR（1）外电路的电阻增大时，路端电压升高，反之也成立，()UR：增函数；（2）外电路断开时，R∞，路端电压U=E,当2EU时，内阻rR；（3）外电路短路时，R=0，U=0，mEIr(短路电流)，短路电流由电源电动势和内阻共同决定，由于r一般很小，短路电流通常很大，极易烧坏电源或线路而引起火灾。2.路端电压与电流的关系（1）路端电压与电流的函数关系式:UEIr()UI：一次减函数路端电压U与电流I的关系图线，如图所示。依据公式或图线可知：路端电压随总电流的增大而减小。（2）纵截距：E电流为零时，即外电路断路时的路端电压等于电源电动势E。（3）横截距：0I路端电压为零时，即外电路短路时的电流0EIr；内阻等于图线斜率的绝高中物理导学案《学生版》让学生感悟物理，学好物理《直流电路》2-2-对值：2121UUUrIII。（4）电源的U—I图象反映了电源的特征（电动势E、内阻r)。【范例导学】（课中合作学习）1、如图为某一电源的外特性曲线，由图可知，该电源的电动势为_________V，内阻为_____Ω，外电路短路时通过电源的电流强度为________A。2、如图所示的电路中，已知R3＝4，电流表的读数为0.75A，电压表的读数为2V。由于某一只电阻的断路，使电流表的示数变为0.8A，电压表的示数变为3.2V。(1)是哪一只电阻发生了断路？(2)电源的电动势和内阻各是多少？3、一个电源的路端电压U随外电路电阻R的变化规律如图（甲）所示，图中U=12V的直线为图线的渐近线．现将该电源和一个变阻器R0接成如图（乙）所示电路，已知电源允许通过的最大电流为2A，变阻器的最大阻值为R0=22Ω．求：（1）电源电动势E和内电阻r；（2）空载时A、B两端输出的电压范围；（3）A、B两端所能接负载的电阻的最小值。【能力提升】（课后评价练习）1.2006年第五届中国国际电源产业展览会于2006年6月28日—30日在北京展览馆隆重举行，会议主题之一是倡导“国际节能、环保、绿色电源”.下列关于电源的说法正确的是（）A.电源是把其他形式的能转化为电能的装置B.电源转化的电能越多，表示其电动势越大C.电源的电动势跟外电路无关D.电源的电动势等于开路时电源两极之间的电压2.用电动势为E、内阻为r的电源对外电路供电，下列说法中正确的是（）A.电源短路时，路端电压为零，电路中电流达到最大值B.外电路断路时，路端电压为零C.外电路的电阻增大时，干路中电流减小D.外电路的电阻增大时，路端电压增大3.有一电源，测得它的开路电压为2V，它与一个阻值为10Ω的电阻组成闭合电路时，测得电流为0.18A，则此电源的内阻为（）A.0.8ΩB.1.2ΩC.2ΩD.1.1Ω4．一个电源的内阻为1Ω，某用电器上标有“10V，20W”的字样，接到该电源上恰能正常工作，则电源的电动势是多少，电源内阻上的热功率？5.如图(甲)所示，一网络式电路，每个电阻均为R=100Ω，问C、D间应联人多大电阻r才能使A、B间的总电阻与“格子”数目无关?若该电路接上380V恒定电源，则电源输出功率为多少?高中物理导学案《学生版》让学生感悟物理，学好物理《直流电路》2-3-6.（2006年･全国高考（天津卷））21.在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为l的电子束内的电子个数是（）A.eUmeSlI2B.eUmelI2C.eUmeSI2D.eUmelIS22.闭合电路的欧姆定律（二）电路中的能量转化【要点导航】一、闭合电路的功率1、电源的总功率：P总＝EI纯电阻电路：2EPRr总2、电源内电路消耗的功率：PUI内内r一定，有：22PIrI内3、电源的输出功率：PUI出外若外电路电阻为纯电阻，则:2222()()4PUIEEIRRRrRrrR出外∴当R=r时，电源有最大输出功率：24EPrmax当电源的输出功率为P0，且P024Er，则对应于此时的外电路的电阻为R1、R2，（如图）。可以证明，12RRr。输出功率随外电阻的变化关系：函数关系：()PR出二、电路中的能量转化1、功率关系：PPP总出内（能量守恒）即：2EIUIIr2、电源的效率：PUPE出总若电路为纯电阻，则：11RrRrR()R:增函数关系【范例导学】（课中合作学习）高中物理导学案《学生版》让学生感悟物理，学好物理《直流电路》2-4-1.三只灯泡L1、L2和L3的额定电压分别为1.5V、1.5V和2.5V，它们的额定电流都为0.3A．若将它们连接成图1、图2所示电路，且灯泡都正常发光．（1）试求图1电路的总电流和电阻R2消耗的电功率；（2）分别计算两电路电源的总功率，并说明哪个电路更节能。2.如图所示，R为电阻箱，V为理想电压表．当电阻箱读数为R1=2Ω时，电压表读数为U1=4V；当电阻箱读数为R2=5Ω时，电压表读数为U2=5V．求：（1）电源的电动势E和内阻r；（2）当电阻箱R读数为多少时，电源的输出功率最大？最大值Pm为多少?3、如图所示，为一用电动机提升重物的装置，重物的质量m＝50kg，电源的电动势E＝110V，不计电源内阻及各处的摩擦．当电动机以v＝0.9m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流强度I=5A。求：电动机线圈的电阻？【能力提升】（课后评价练习）1.在纯电阻的闭合电路中，下列叙述正确的是()A.闭合电路中的电流跟电源电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比B.当外电路断开时，路端电压等于零C.当外电路短路时，电路中的电流趋近于∞D.当外电阻增大时，路端电压也增大2.有一电动势为3V，内阻不能忽略的电池两端接一电阻R，1C电荷通过R时.在R上产生的热量()A.大于3JB.小于3JC.等于3JD.电源内阻未知，无法确定3.如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图象，则下列说法中正确的是()A.电动势E1=E2，短路电流I1I2B.电动势E1=E2.内阻r1r2C电动势E1E2，内阻r1r2D.当两电源的工作电流变量相同时，电源2的路端电压变化较大4.一个电源分别接上8Ω和2Ω的电阻时，两电阻消耗的电功率相等，则电源内阻为()A.1ΩB.2ΩC.4ΩD.8Ω5.在灯泡旁并联一只大功率的电炉，发现电灯变暗，这是因为()A.电炉从电灯上分出了一部分电流B.输电线上电压增大，电灯上电压下降C.电炉的额定电压大于电灯的额定电压D.原来电灯上的电压有一部分分给了电炉6.一电源(电动势为E，内阻为r)，当它和一标有“6V，3W”的小灯泡构成闭合回路时，小灯泡恰好正常发光.如果该电源与一标有“6V，6W”的小灯泡构成一闭合回路，该灯泡()A.正常发光B.比正常发光暗C.比正常发光亮D.因不知电源内阻的大小，故无法确定高中物理导学案《学生版》让学生感悟物理，学好物理《直流电路》2-5-7.如图所示，直线A为电源的路端电压U与电流I的关系图象，直线B是电阻R的两端电压与其中电流I的关系图象，用该电源与电阻R组成闭合电路，则电源的输出功率为______W，电源的效率为______。8.如图所示的电路中，电池的电动势E=９.0V，内电阻r=2.0Ω，固定电阻R1=1.0Ω，R2为可变电阻，其阻值在0～10Ω范围内调节，问：取R2=时，R1消耗的电功率最大；取R2=时，R2消耗的电功率最大。9.在研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电路．当调节滑动变阻器R并使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5A和2V。重新调节R并使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2A和24V，则这台电动机正常运转时的输出功率为……（）A．32WB．44WC．47WD．48W10．如图所示，变阻器R2的最大电阻是10Ω，R3=5Ω，电源的内电阻r=1Ω，当开关S闭合，变阻器的滑片在中点位置时，电源的总功率为16W，电源的输出功率为12W.此时电灯R1正常发光，求：(1)电灯阻值R1是多少?(设R1值恒不变)(2)当开关S断开时，要使电灯正常工作，应使变阻器的电阻改变多少?3.闭合电路的欧姆定律（三）【知识拓展】一、闭合电路的动态分析1、程序分析法：部分全电路部分电路局部（R的变化）全局（I总、U端的变化）（EIRr）局部（U分、I分的变化）的逻辑思维进行分析推理。2、结论法：“串反并同”3、滑动变阻器的电路①限流式电路ABPbRR②分压式电路高中物理导学案《学生版》让学生感悟物理，学好物理《直流电路》2-6-121221212()1()1ABPbaPaPaPaPaPaPaPRRRRRRRRRRRRRRRRR故：()ABaPRR为减函数，有：aPABRR∴max212min12()()()ABABPaRRRRPbRRR最大值（最小值）③并联式电路令并联两支路的阻值分别是aR、bR，且：1230abRRRRRR=定值∴等效电阻：22220000()()()44abababababABabRRRRRRRRRRRRRRRRR故，当：0abRR（abRR），有：0max4ABRR（最大值）二、含电容器的直流电路问题电容器是一个储能元件，在直流电路中，电容器在充、放电时会形成瞬时充、放电电流（i充、i放）。求解含电容器的直流电路问题的基本方法是：（1）当电路稳定后，电容器相当于一个电阻无穷大的元件，与电容器串联的电路处于断路状态。（2）确定电容器和哪个电阻（支路）关联，该电阻（支路）两端电压即为电容器两端电压；当电容器和某一电阻串联后接在某一电路两端时，此电路两端电压即为电容器两端电压（Cuu并）。（3）对于较复杂电路，需要将电容器两端的电势与基准点的电势比较后才能确定电容器两端的电压（比较电势）。【互动探究】1.在图1所示电路中，电源的电功势为E、内阻为