1、温馨提示： 此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。关键能力素养形成一闭合电路的性质及其应用1.路端电压与电流的关系图像:(1)由U=E-Ir可知,U-I图像是一条倾斜的直线,如图所示。 (2)纵轴的截距等于电源的电动势E,横轴的截距等于外电路短路时的电流,I短=。(3)直线斜率的绝对值等于电源的内阻,即r=,斜率绝对值越大,表明电源的内阻越大。2.路端电压与外电阻的关系:对纯电阻电路有U=IR=,图像表达:图像中各点的物理意义可从数学的角度去理解,曲线以U=E作为渐近线,某点与原点连线的斜率为该状态下的电流。3.闭合电路
2、欧姆定律的表达形式:表达式物理意义适用条件I=电流与电源电动势成正比,与电路总电阻成反比纯电阻电路E=I(R+r)E=U外+IrE=U外+U内电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和式适用于纯电阻电路;式普遍适用【思考讨论】如图中设电源电动势为E,内阻为r,外电路电阻为R,闭合电路的电流为I。(1)写出在t时间内,外电路中消耗的电能E外的表达式;(科学思维)提示:E外=I2Rt(2)写出在t时间内,内电路中消耗的电能E内的表达式;(科学思维)提示:E内=I2rt(3)写出在t时间内,电源中非静电力做的功W的表达式;(科学思维)提示:W=Eq=EIt(4)根据能量守恒定律,W= E外+E内,推
3、导出电路中的电流与电动势和内外电阻的关系。(科学思维)提示:根据能量守恒定律,W= E外+E内,可得EIt =I2Rt+ I2rt,整理得:E=IR+Ir或者I=。【典例示范】如图所示的电路中,当S闭合时,电压表和电流表(均为理想电表)的示数各为1.6 V和0.4 A;当S断开时,它们的示数各改变0.1 V和0.1 A,求电源的电动势及内阻。【解析】当S闭合时,由闭合电路欧姆定律得E=U外+Ir即E=1.6+0.4r当S断开时,外电阻增大,电路电流减小,路端电压增大,由闭合电路欧姆定律得E=(1.6+0.1)+(0.4-0.1)r由得E=2 V,r=1 。答案:2 V1 【规律方法】闭合电路欧
4、姆定律和部分电路欧姆定律的区别(1)闭合电路欧姆定律阐明了包含电源在内的全电路中,电源电动势、路端电压和电源内电压的关系,部分电路欧姆定律只表示部分电路电流、电压、电阻之间的关系。(2)表达式不同:闭合电路欧姆定律数学表达式E=U外+U内 ,或者I=;部分电路欧姆定律数学表达式:I=。【母题追问】1.在【典例示范】中电阻R1、R2的电阻分别是多少?【解析】当S断开时,只有R1接入电路,由部分电路欧姆定律I=得R1= =5.67 当S闭合时,R1和R2并联接入电路,由部分电路欧姆定律得R1和R2并联的总电阻为R= =4 又R=,把R1=5.67 代入得R2=13.6 答案:5.67 13.6 2
5、.在【典例示范】中去掉电流表,已知电阻R1=5.67 ,R2=13.6 ,试求电源的电动势和内电阻。【解析】当S闭合时,由闭合电路欧姆定律E=U外+Ir得E=1.6+(+)r当S断开时,由闭合电路欧姆定律E=U外+Ir得E=1.7+r联立可得E=2 V,r=1 。答案:2 V1 【补偿训练】 (多选)如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图像,下列结论正确的是()A.电源的电动势为6.0 VB.电源的内阻为12 C.电源的短路电流为0.5 AD.电流为0.3 A时的外电阻是18 【解析】选A、D。因该电源的U-I图像的纵轴坐标不是从零开始的,故纵轴上的截距虽为电源的电动势,即E=6.0 V,但
6、横轴上的截距0.5 A并不是电源的短路电流,且内阻应按斜率的绝对值计算,即r= =2 。由闭合电路欧姆定律可得电流I=0.3 A时,外电阻R=-r=18 。故选项A、D正确。二闭合电路的功率问题1.闭合电路中的几个功率:(物理观念)功率名称表达式电源总功率P总=EI电源内部消耗功率P内=U内I=I2r外电路消耗功率(电源输出功率)P外=U外I=(E-U内)I=EI-I2r三者关系P总=P外+P内2.纯电阻电路中电源的输出功率:P出=UI=I2R=。电源的输出功率随外电阻的变化关系如图所示。(1)当R=r时,Pmax=。(2)一个输出功率(除最大功率外)P对应于两个不同的外电阻R1和R2,且r=
7、。(3)当Rr时,RP出3.电源的效率:=。可见,外电阻R越大,电源的效率越高。【思考讨论】(1)手电筒中的电池用久了,虽然电池的电动势没减小多少,但小灯泡却不怎么亮了,为什么?(科学思维)提示:电池用久了,电动势基本不变,但内阻却明显增大,根据I=,电路中的电流变小,由P=I2R可知小灯泡功率减小,因此小灯泡变暗。(2)电源的总功率怎样变化?(科学思维)提示:由P总=EI可知,电动势不变,电流减小,电源的总功率变小。(3)电源内部消耗功率怎样变化?(科学思维)提示:由P=I2r=()2r=当rR时,r增大P内减小。【典例示范】如图所示,电路中电池的电动势E=6 V,内阻r=10 ,固定电阻R
8、=50 ,R是可变电阻,在R从零增大到90 的过程中,问:(1)R调到多少时R上消耗的功率最小?最小功率是多少?(2)可变电阻R为多少时,R消耗功率最大?最大功率是多少?【解析】(1)当R=90 时,此时R上有最小功率即PR=()2R=0.08 W;(2)可变电阻R上消耗的功率为P0=I2R= WR=60 时,P0最大,其最大值为P大=0.15 W答案:(1)90 0.08 W(2)60 0.15 W【规律方法】在闭合电路中电阻电功率的计算方法(1)对于定值电阻来说,电功率的大小取决于通过该电阻的电流和其两端的电压。(2)输出功率的大小P=I2R=,得当外电路电阻R等于电源内阻r时,电源输出功
9、率P最大,此时的输出功率为Pmax=。(3)可变电阻的电功率的大小取决于电动势和内电阻,如果电路中还有固定电阻,可将固定电阻也当作电源的内阻来处理。【素养训练】1.(母题追问)【典例示范】中,如果R的最大阻值为40 ,当R调到多大时,R消耗的功率最大?求出最大功率。此时电源的效率是多少?【解析】可把R看成电源内阻的一部分,因为Rrb,所以电源a的效率低,选项A、C正确。【补偿训练】 1.如图所示,直线OAC为某一直流电源的总功率随电流I变化的图线,曲线OBC表示同一直流电源内部的热功率随电流I变化的图线。若A、B点的横坐标均为1 A,那么AB线段表示的功率为() A.1 WB.6 WC.2 W
10、D.2.5 W【解析】选C。由图像不难看出,在C点,电源的总功率等于电源内部的热功率,所以电源的电动势为E=3 V,短路电流为I=3 A,所以电源的内阻为r=1 。图像上AB段所表示的功率为PAB=P总-I2r= (1 3-121) W=2 W。故正确选项为C。2. (多选)如图所示,电源内阻为r,定值电阻R0=r,可变电阻R的最大阻值为2r。当可变电阻的滑片向右移动时() A.路端电压由大变小 B.电阻R0两端的电压由大变小 C.电源的内电压由大变小 D.电源的总功率由小变大【解析】选B、C。根据闭合电路的欧姆定律知,当R增大时,电路中的电流I=减小,内电压U内=Ir减小,电阻R0两端的电压U0=IR0减小,路端电压U=E-Ir增大,电源的总功率P=EI减小,选项B、C正确。关闭Word文档返回原板块
