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第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路第1节闭合电路欧姆定律学习目标重点难点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，理解闭合电路欧姆定律.3.了解路端电压与外电阻的关系.1.闭合电路欧姆定律、路端电压与外电阻的变化关系.2.电动势的概念.01课前自主梳理02课堂合作探究03素养拓展提升04课后巩固提升课时作业一、电动势1．物理意义：表征电源把_______________转化为电能本领的物理量．2．大小：数值上等于电源___________________时两极间的电压．符号为E，单位：_____，符号：____．二、闭合电路欧姆定律1．闭合电路组成(1)外电路：电源_____的电路，如图所示．(2)内电路：电源_____的电路，如图所示．其他形式的能没有接入外电路伏特V外部内部2．电流方向与电势升降的关系在外电路，沿电流方向电势_____；在内电路，沿电流方向电势_____．3．电动势与电势降落的关系在闭合电路中，内、外电路电势的降落等于电源的电动势，即E＝_________或E＝_______．4．闭合电路欧姆定律(1)内容：流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成_____，跟电路中内、外电阻之和成_____．(2)公式I＝______．降低升高IR＋Ir正比反比U外＋U内ER＋r三、路端电压与外电阻的关系1．路端电压与电流的关系(1)公式：U＝______．(2)图象(U－I图象)：如图所示是一条倾斜的_____，该线与纵轴交点的纵坐标表示________，斜率的绝对值表示__________．2．路端电压随外电阻的变化规律(1)外电阻R增大时，电流I_____，外电压U_____，当R增大到无限大(断路)时，I＝___，U＝___．(2)外电路R减小时，电流I____，外电压U____，当R减小到零时，I＝____，U＝_．E－Ir直线电动势电源内阻减小增大0E增大减小E/r0傍晚用电高峰时段，灯光较暗，而夜深人静时，若打开灯的话，灯光特别亮；在家用电器使用中，如夏季打开空调后，你会发现灯泡会变暗，而关掉空调后灯又会马上亮起来，这是为什么呢？提示：当电路中接入较多的用电器时，由于这些用电器是并联的，其总电阻会变小，干路中的电流就会很大，干路上就会有较大的电压降，造成用户用电器两端的电压变低，所以灯泡亮度也就变暗了．电动势与电压的区别及联系电动势电压物理意义不同表示非静电力做功将其他形式的能转化为电能的本领表示电场力做功将电能转化为其他形式的能的本领数值大小不同数值上等于将单位电量的正电荷从电源负极移到正极非静电力所做的功(E＝W非q)数值上等于将单位电量的正电荷从导体一端移动到另一端电场力所做的功(U＝W电q)决定因素不同由电源本身决定由电源及导体的电阻，导体的连接方式决定联系电路闭合：E＝U内＋U外电路断开：E＝U外[特别提醒]电动势是标量，为了研究问题方便，通常规定一个方向，与电源内部电流的方向相同，即由电源的负极经内电路指向正极．[典例1]下面对电源电动势概念的认识正确的是()A．电源电动势等于电源两极间的电压B．在闭合电路中，电动势等于内、外电压之和C．电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领，电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势就越大D．电动势、电压和电势差虽名称不同，但物理意义相同，所以单位也相同[思路点拨](1)电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量．(2)电动势的大小只与电源本身有关与其他因素无关．[尝试解答]电源电动势等于电源开路时正、负极间的电压，若电路闭合时由于存在内电压，此时电源两极间的电压小于电源电动势，故A项错．电源电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量，即在电路中通过一定电量时，电源提供的电能越多，电动势就越大，并不是电源把其他形式能转化为电能越多，电动势就越大，因为转化的能量除与电动势有关外，还与所经历的时间、用电情况有关，故C项错．电动势和电势差意义不同，电势差是表示电能转化为其他形式能的本领的物理量，故D项错．[答案]B1．(多选)关于电动势下列说法正确的是()A．电源电动势等于电源正负极之间的电势差B．用电压表直接测量电源两极得到的电压数值，实际上总略小于电源电动势的准确值C．电源电动势总等于内、外电路上的电压之和，所以它的数值与外电路的组成有关D．电源电动势总等于电路中通过1C的正电荷时，电源提供的能量解析：电源电动势在数值上等于非静电力把1C正电荷从负极移送到正极所做的功，等于电源提供的能量，它与外电路的组成无关，只由电源本身的性质决定．电源电动势和电势差不是一个概念，电源电动势在数值上等于外电路电压与内电路电压之和．用电压表直接测电源两极得到的电压时，由于内电路要分一部分电压，电压表测得的只是外电压，所以总要略小于电动势的准确值，B、D正确．答案：BD闭合电路欧姆定律1．公式：I＝ER＋r(或E＝U外＋U内＝IR＋Ir，U外＝E－Ir)．2．适用范围：外电路是纯电阻的电路．3．路端电压：外电路两端的电压称为路端电压．U＝E－U内＝E－Ir＝IR.当外电路断开时，U＝E.4．电源的外特性曲线(U－I图象)(1)图线与纵轴的交点表示电源电动势E.(2)图线与横轴的交点表示短路电流E/r.(3)图线斜率的绝对值表示电源内阻．[特别提醒](1)E＝U外＋U内适用于任何电路，而E＝IR＋Ir只适用于纯电阻电路；(2)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．[典例2]如图所示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.[思路点拨]纵轴电压不从零开始．[尝试解答]在U轴上截距2V为电源电动势，斜率的绝对值|ΔUΔI|＝|1.8－2.00.5|Ω＝0.4Ω为电源内阻，短路电流为Er＝20.4A＝5A.[答案]20.45在U轴不从零开始取值时，I轴上的截距不表示短路电流．2．(多选)关于电源和直流电路的性质，下列说法正确的是()A．电源被短路时，放电电流无穷大B．外电路断路时，路端电压最高C．外电路电阻值减小时，路端电压升高D．不管外电路电阻怎样变化，其电源的内、外电压之和保持不变解析：对给定电源，一般认为E，r不变，电动势在数值上等于内、外电压之和，E＝U内＋U外．电源短路时，放电电流为E/r，外电路断路时，由于U内＝I·r＝0，所以U外＝E，故B、D正确．答案：BD闭合电路欧姆定律的应用1．路端电压与外电阻关系的讨论(1)当R增大时，(I减小，U内＝I·r减小)U外增大；当R→∞时，I＝0，U外＝E(最大)．(2)当R减小时，U外减小，当R→0时，I＝Er，U外＝0.2．闭合电路中的功率及电源效率(1)电源的总功率P总＝IE.(2)电源的输出功率P出＝IU.(3)电源内部发热功率P内＝I2r.(4)电源效率η＝P出P总＝IUIE＝RR＋r.(5)闭合电路中，当R＝r时，电源的输出功率最大，Pmax＝E24r，此时路端电压为E2，效率为50%.[典例3]如图所示，设电源电动势为E，内阻r，R3的滑动端向左移时，V0__________，V1________，V2________，A1________，A2________，A3________(变大、变小或不变)．[思路点拨][规范解答]R3的滑动端向左移动时，R3变小，R2和R3并联电阻R23变小，外电路电阻R外＝R1＋R23变小，所以总电流I1变大，路端电压U0＝E－I1r变小．由于U1＝I1R，所以U1变大．又由于U2＝U0－U1所以U2变小．I2＝U2R2，故I2变小，而I3＝I1－I2，由于I1变大，I2变小，故I3变大．[答案]变小变大变小变大变小变大先要分析总电阻变化，再要根据闭合电路欧姆定律判出电流I和路端电压U的变化．然后再局部分析．不要从一局部的变化未经研究整体变化，就直接研究另一局部的变化．研究过程中，要交替利用欧姆定律和串、并联的特点进行，单靠其中一个不行．3．如图所示，电池电动势为E，内阻为r，当可变电阻的滑片P向b点移动时，电压表的读数U1与电压表的读数U2的变化情况是()A．U1变大，U2变小B．U1变大，U2变大C．U1变小，U2变小D．U1变小，U2变大解析：滑片P向b点移动时，总电阻变大，干路中电流I＝ER＋r变小．由于路端电压U＝E－Ir，U增大，即电压表的示数变大．由于U2＝IR，所以电压表的示数变小．答案：A有一只电压表，量程已知，内阻为RV，另有一电池(电动势未知，但不超过电压表的量程，内阻可忽略)．请用这只电压表和电池，再用一个单刀双掷开关和一些导线，设计测量某一高值电阻Rx的实验．(1)画出实验电路图．(2)简要写出测量步骤和需记录的数据，导出Rx的计算式．[思路点拨]电压表的读数就是它两端的电压，内阻RV已知，可求出通过电压表的电流．[规范解答](1)电路如图所示．(2)当S接2时，记下电压表的示数为U1，由于电源内阻不计，则U1＝E.当S接1时，记下电压表的示数为U2，所以Rx两端的电压为E－U2，由串联电路特点得：U2RV＝E－U2Rx，所以Rx＝U1－U2U2RV.[答案]见规范解答1．电路的分析与设计，离不开最基本的串、并联电路，再结合串、并联电路的特点和欧姆定律进行分析计算．2．电压表就是一个“会说话”的电阻，若内阻已知，则可求出通过电压表的电流；若电流表内阻已知，也可通过电流表的读数来求出电流表两端的电压。若没有特别说明，可把电表理想化(即RV＝∞，RA＝0)．[随堂训练]1．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电能解析：电动势用来描述电源把其他形式的能转化为电能的本领，其大小只决定于电源本身的性质，与外电路无关，而电势差是由电源和外电路共同决定的，并不是不变的，A错；电源的电动势大，不一定做功就多，还有可能不做功，如电源没有接入外电路时做功为零，B错；电源做功的快慢不是由电动势决定的，而是由通过电源的电流的大小来决定的，即PE＝EI，C错；电动势的大小等于在电源内部移动单位正电荷所做的功，即电源所提供的能量，D对．答案：D2．电动势为2V的电池在电路上输出1A的电流，则可以断定()A．内外电阻相差2ΩB．外电阻是2ΩC．内电阻是2ΩD．内外电阻之和是2Ω解析：由闭合电路欧姆定律知E＝I(R＋r)，所以R＋r＝EI＝2Ω，即内外电阻之和是2Ω，故D选项正确，A、B、C错．答案：D3．如图甲所示，不计电表对电路的影响，改变滑动变阻器的滑片位置，测得电压表V1和V2的示数随电流表A的示数变化规律分别如图乙中a、b所示，下列判断正确的是()①图线a的延长线与纵轴交点的坐标值等于电源电动势②图线b斜率的绝对值等于电源的内阻③图线a、b交点的横、纵坐标之积等于此状态下电源的输出功率④图线a、b交点的横、纵坐标之积等于此状态下电阻R0消耗的功率A．①③B．①④C．①③④D．②③解析：当变阻器滑片向右滑动时，电阻减小，电流增大，电压表V2的示数增大，V1的示数减小，所以图线b表示电压表V2示数随电流表A示数的变化情况，图线a表示电压表V1示数随电流表A示数的变化情况；当外电路电阻无限大时，电路中电流为0，故此时电压表V1的示数就是a的延长线与纵轴交点的坐标值，它等于电源的电动势，①正确；图线b斜率的绝对值等于电阻R0的阻值，②错误；图线a、b交点的横、纵坐标之积既等于此状态下电源的输出功率，也等于电阻R0消耗的功率，③、④正确，故选C.答案：C4．在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑动头向下滑动时，A、B两灯亮度的变化情况为()A．A灯和B灯都变亮B．A灯、B灯都变暗C．A灯变亮，B灯变暗D．A灯变暗，B灯变亮解析：当滑动变阻器的滑动头向下滑动时，电阻变小，总电阻减小，电路电流增大