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第4章探究闭合电路欧姆定律4.1探究闭合电路欧姆定律第4章探究闭合电路欧姆定律1.了解电源的电动势和内阻.(难点)2.了解路端电压、内阻上的电压和电动势之间的关系.(重点)3.理解闭合电路欧姆定律，会分析、解决闭合电路有关问题.(重点、难点)一、测量闭合电路的路端电压和内电压1.部分电路、全电路通常，我们把不涉及电源的电路叫做______电路，把含有电源的闭合电路叫做____电路.2.路端电压：外电路______(电源两极间)的电压叫做路端电压.可以用多用电表的电压挡直接测量，实验表明，无负载时的测量值______有负载时的测量值.部分全两端大于3.内电压：电源________上的电压称为内电压.二、电源的作用——电动势1.定义：电源内部__________移送单位电荷所做的功叫做电源的电动势.2.公式：___________.非静电力内电阻E＝W非q3.单位：国际单位制中，伏特，符号V.同电压的单位.4.标量：只有大小的物理量，但电源有正负极.5.物理意义：电源电动势是描述电源将其他形式的能转换为______本领大小的物理量.它是电源的特征量，跟电源的体积和________无关.电能外电路1.(1)电源发生短路时，电流为无穷大.()(2)外电路断路时，电源两端的电压等于电源电动势.()(3)用电压表直接测电源两极电压时，电压表的示数等于电源的电动势.()×√×三、闭合电路欧姆定律1.在闭合电路中，电源电动势等于闭合电路内、外电压之和，公式：_________________.2.闭合电路欧姆定律：闭合电路中的电流跟_______________成正比，跟内外电路的__________成反比.公式：__________.E＝U外＋U内电源的电动势电阻之和I＝ER＋r2.(1)电动势越大，闭合电路的电流越大.()(2)电源的内阻越大，闭合电路的电流越小.()(3)电源电动势和内阻一定时，外电阻越大，电流越小.()××√对电源电动势的理解学案导引1.电动势的物理意义是什么？和电压一样吗？2.电源是依靠什么给电路提供持续电流的？1.对电源作用的理解(1)从电荷受力的角度，如图所示，在外电路中电流是在静电力的作用下从电源的正极流向电源的负极，即从高电势到低电势.在电源内部电流只能从电源的负极流向正极，即从低电势到高电势.而静电力不仅不可能使电流从低电势流向高电势，而且还将起阻碍作用，因此在电源内部必然有一种“力”，使电流克服静电力从低电势流向高电势，这种力就称为“非静电力”.(2)从能量的观点来理解电源的非静电力移动电荷做功的过程，其实就是把其他形式的能量转化为电能的过程.不同的电源，其内部存在的非静电力也不相同，其做功的能力也就不同，即从电源负极“搬运”相同的正电荷经电源内部到电源正极，所做的功不相同.2.电动势与电压的区别电压电源电动势意义表示电场力做功将电能转化成其他形式的能的本领表示非静电力做功将其他形式的能转化成电势能的本领定义UAB＝WABq，将单位电荷量的正电荷从导体一端移到另一端时，电场力做的功E＝W非q，将单位电荷量的正电荷从电源负极移到正极时，非静电力做的功电压电源电动势决定因素由电源及导体电阻、导体连接方法决定由电源本身决定，与其他因素无关测量方法将电压表并联在被测电路两端(1)将内阻很大的电压表并联在电源两端，且外电路断开；(2)用伏安法联系电路闭合时，E＝U内＋U外，电路断开时，E＝U开路下列关于电动势的说法中正确的是()A．电动势就是电势差，也叫电压，单位是VB．电动势大的电源做功一定多C．电动势大的电源做功一定快D．电动势的大小等于电路中通过单位电荷时电源所提供的电能[思路点拨]解此题要依据电动势的物理意义及电动势和电压的区别进行分析.[解析]电动势是由电源本身性质决定的，与外电路没有关系，而电势差是由电源及外电路共同决定的，是随外电路电阻的变化而变化的，故A错误；电源电动势大只能说明电源把其他形式的能量转化为电能的能力大，其做功不一定快，也不一定多，故B、C错误；由电动势的物理意义知电动势的大小就等于在电源内部移动单位正电荷所做的功，故D正确.[答案]D解决有关电动势理解问题的关键是要掌握对电动势多层次的描述，明确它是电源本身的一个物理量，与外界无关，只与电源内部构造有关.1.(多选)关于电动势E的说法中正确的是()A．电动势E的大小，与非静电力所做的功W的大小成正比，与移送电荷量q的大小成反比B．电动势E是由电源本身决定的，跟电源的体积和外电路均无关C．电动势E是表征电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量D．电动势E的单位与电势差的单位相同，故两者在本质上相同解析：选BC．电动势是一个用比值法定义的物理量，这个物理量与这两个相比的项没有关系，它是由电源本身决定的，是表征其他形式的能转化为电能本领的物理量.电动势和电压尽管单位相同，但本质上是不相同的，故选B、C．闭合电路U端与R、I的关系学案导引什么是路端电压？路端电压随外电阻的变化规律是什么？1.路端电压与外电阻的关系(1)路端电压：外电路两端的电压，即电源的输出电压U端＝E－Ir.(2)路端电压与外电阻R的关系：由闭合电路欧姆定律得U端＝E－Ir对于纯电阻电路来说有I＝ER＋r两式联立得U端＝E－ER＋rr＝ERR＋r＝E1＋rR.(3)讨论：①当外电阻R增大时，电流I减小，路端电压增大，当外电路断路时，R→∞，I＝0，U端＝E，即外电路断路时的路端电压等于电源的电动势.②当外电阻R减小时，电流I增大，路端电压减小，当外电路短路时，R＝0，I＝Er，U端＝0，由于电源内阻r一般较小，故短路电流I＝Er一般很大，所以不能让电源短路，以免烧坏电源，发生火灾等.2.路端电压与电流的关系图像由U端＝E－Ir可知，U端－I图像是一条斜向下的直线，如图所示.(1)图像的截距当电流等于零时，即外电路开路，路端电压等于电源电动势，即直线在纵轴上的截距表示电源电动势E；当路端电压等于零时，即外电路短路，电路中只有电源内阻，故短路电流I短＝Er，所以横轴上截距为短路电流I短.(2)直线的斜率由I短＝Er得r＝EI短，所以直线斜率的绝对值就等于电源内阻，即图中r＝tanα，α越大，直线的斜率越大，内阻r越大.如图所示，R1＝R3＝4Ω，R2＝8Ω，当变阻器R3的滑片滑到A端时，电压表示数为15V，滑片滑到B端时，电流表示数为4A．试求电源电动势和内电阻.[思路点拨]解答本题时应把握以下三点：(1)滑片滑到A端时，外电路的连接方式.(2)滑片滑到B端时，外电路的连接方式.(3)明确电压表所测电压为路端电压.[解析]滑片滑到A端，R2、R3串联，再与R1并联，则R外＝R1（R2＋R3）R2＋R3＋R1＝4×（8＋4）8＋4＋4Ω＝3Ω由闭合电路欧姆定律得E＝U＋UR外r①滑片滑到B端，R1、R3串联，再与R2并联，则R′外＝R2（R1＋R3）R2＋R1＋R3＝8×（4＋4）8＋4＋4Ω＝4Ω由闭合电路欧姆定律得E＝I(R′外＋r)②将U＝15V，I＝4A，R外＝3Ω，R′外＝4Ω代入①②解得E＝20V，r＝1Ω.[答案]20V1Ω闭合电路欧姆定律确定了电流与电动势和内、外电阻之间的关系，当外电阻变化时，通过测量电压或电流就能求出电源的电动势和内电阻.2.(多选)如图所示为两个闭合电路中两个电源的U－I图像，下列说法中正确的是()A．电动势E1＝E2，内阻r1r2B．电动势E1＝E2，内阻r1r2C．电动势E1＝E2，发生短路时的电流I1I2D．当两电源的工作电流变化相同时，电源2的路端电压变化较大解析：选ACD．电源的电动势和内阻的测定可以通过U－I图线来完成，由图线可知，E1＝E2，两电源的短路电流I1I2(图线的横截距)，故内阻r＝EI，r1r2，选项A、C正确，B错误；因图线1的斜率的绝对值小于图线2的斜率的绝对值，由图线可以得到ΔU＝rΔI⇒ΔU2ΔU1，选项D正确.闭合电路的动态分析学案导引1.闭合电路欧姆定律的基本内容是什么？2.当闭合电路的外电阻发生变化时，各部分的电流、电压如何变化？1.引起电路特性发生动态变化的主要原因(1)滑动变阻器滑片位置的改变，使电路的电阻发生变化；(2)开关的闭合、断开或换向(双掷开关)使电路结构发生变化；(3)非理想电表的接入使电路的结构发生变化.2.电路分析的基本思路：局部→整体→局部即R局增大减小→R总增大减小→I总减小增大→U外增大减小→I局U局3.电路分析的基本步骤(1)明确各部分电路的串并联关系，特别要注意电流表或电压表测量的是哪部分电路的电流或电压.(2)由局部电路电阻的变化确定外电路总电阻的变化.(3)根据闭合电路欧姆定律I＝ER＋r判断电路中总电流如何变化.(4)根据U内＝Ir，判断电源的内电压如何变化.(5)根据U外＝E－U内，判断电源的外电压(路端电压)如何变化.(6)根据串并联电路的特点判断各部分电路的电流或电压如何变化.如图所示，当滑动变阻器的滑片P向上端移动时，则电表示数的变化情况是()A．V1减小，V2增大，A增大B．V1增大，V2减小，A增大C．V1增大，V2增大，A减小D．V1减小，V2减小，A减小[解题探究](1)P向上移动时，R3阻值增还是减？电路的总电阻增还是减？(2)路端电压如何变化？[解析]P向上端移动，R3的有效电阻增大，外电阻R外增大，干路电流I减小，路端电压U1增大，判断出V1示数增大.由I减小知，内电压U内和R1两端电压UR1减小，由U1增大知R2和R3并联电路两端电压U2增大，判断出V2示数增大.由V2示数增大知通过R2的电流I2增大，而干路电流I减小，所以R3中的电流减小，即A示数减小，所以C正确.[答案]C3.如图所示电路，开关S闭合后，四个灯泡都正常发光，某时刻t，L4因灯丝烧断而突然熄灭，假设其他三灯丝都没烧断，则()A．L1、L3更亮，L2变暗B．L1更亮，L2、L3变暗C．L1、L2、L3都更亮D．L2变暗，L3更亮，L1不变解析：选A．L4突然熄灭后，外电路总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律得知：电路中总电流I减小，L1两端电压U1＝E－I(R＋r)，I减小，其他量不变，则U1增大，L1更亮.L2中电流I2＝I－I1，I减小，I1增大，则I2减小，L2变暗.L3电压U3＝U1－U2，U1增大，U2减小，则U3增大，L3更亮.所以L1、L3更亮，L2变暗，故选A．闭合电路动态分析问题的一般思路(1)分析电路，明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象.(2)由局部电阻变化判断总电阻的变化.(3)由I＝ER＋r判断总电流的变化.(4)据U＝E－Ir判断路端电压的变化.(5)由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分的电路电压及电流的变化.典型问题——闭合电路基本规律的应用(10分)如图所示，已知R1＝4Ω，电流表的示数I＝0.75A，电压表的示数U＝2.0V.经一段时间后一电阻断路，使电流表的示数变为I′＝0.80A，而电压表的示数变为U′＝3.2V.求：(1)发生断路的电阻是哪一个？(2)电源的电动势和内阻各是多少？[思路点拨]解此题的关键有两点：(1)根据电流表、电压表的读数变化判断何处断路.(2)利用闭合电路欧姆定律结合串、并联电路的特点求解.[解析](1)某一电阻断路前后，电流表、电压表均有示数，说明R1，R3没有断路，所以只能是R2上发生断路，此时，R1上无电流通过，电压表测量的是路端电压U′＝3.2V.(2分)(2)由于路端电压U′＝3.2V，电流表测的是干路电流I′＝0.80A，所以R3＝U′I′＝3.20.80Ω＝4Ω(1分)R2断路前，电压表的示数U＝U2＝2.0V，路端电压U0＝I·R3＝(0.75×4)V＝3V(1分)对于R1，R2支路，根据串联电路的分压原理，U2U0－U2＝R2R1，R2＝U2·R1U0－U2＝2×43－2Ω＝8Ω(1分)所以电路中总电流I0＝U0R3＋U0R1＋R2＝34＋34＋8A＝1A(1分)根据闭合电路欧姆定律分析，R2断路前，E＝U0＋I0r，即E＝3V