1、第四章|闭合电路 第一、二节 常见的电路元器件 闭合电路的欧姆定律 核心素养点击 物理观念(1)了解电路元器件，知道各种元器件在电路中的作用(2)知道电源是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的装置，知道电动势的定义式(3)理解闭合电路欧姆定律 科学思维 经历闭合电路欧姆定律的理论推导过程，理解内、外电路的能量转化，体验能量转化和守恒定律在电路中的具体应用 科学探究(1)通过探究电源两端电压与电流的关系，体会图像法在研究物理问题中的作用(2)能根据闭合电路欧姆定律解释路端电压与负载的关系 科学态度与责任 了解电源短路可能会带来的危害，加强安全用电意识 一、常见的电路元器件 1填一填(1)常
2、见的元器件：电阻器、_、_和二极管。(2)电路：通常将需要的电阻器、电感器、电容器等元器件装配在同一个电路板上，再通过金属导线将各个元器件连接组成_，当输入端接入_时，电子在闭合回路中_流动，这个闭合回路称为电路。(3)电感器具有“通_阻交流”的作用，电容器具有“通_隔直流”的作用。电感器电容器闭合回路电源循环直流交流2判一判(1)电阻器的阻值都是固定的。()(2)电感器具有“通直流阻交流”的作用。()(3)电容器具有“通直流隔交流”的作用。()3想一想 观察如图所示的电路，回答以下问题。问题1：闭合开关S1、S2、S3，双刀双掷开关接直流电源，S2断开时三个灯泡有什么实验现象？提示：L1、L
3、3发光，L3较亮、L2不发光。问题2：闭合开关S1、S2、S3，双刀双掷开关接交流电源，S2断开和闭合时三个灯泡有什么实验现象？提示：S2断开和闭合，L1、L3不受影响，L2都能发光，但S2闭合时L2更亮。二、电动势 1填一填(1)电源电动势在数值上等于不接用电器时电源正负两极间的_。(2)非静电力。非静电力的作用：把正电荷在电源内部由_搬运到_，同时在该过程中非静电力做功，将其他形式的能转化为_。非静电力的来源：在电池中是指_作用，在发电机中是指_作用。(3)电动势。定义：非静电力把正电荷从负极搬运到正极所做的_跟被搬运的_的比值。公式：EWq。电压负极正极电能化学电磁功电荷量 单位：_，用
4、符号“V”表示。物理意义：电动势的大小反映了电源将其他形式的能转化为_的本领，电动势大，表示电源的转化本领大。2判一判(1)电源只能把电能转化为其他形式的能。()(2)电动势与电势差实质上是一样的。()(3)电源的电动势越大，电源内部非静电力做功的本领越大。()3想一想 电源中非静电力的作用是什么？提示：在电源中，非静电力做功，把一定数量的正电荷在电源内部从负极搬运到正极，使电荷的电势能增加，从而把其他形式的能转化为电势能。伏特电能三、研究闭合电路欧姆定律 路端电压与负载的关系1填一填(1)闭合电路欧姆定律内容：闭合电路中的电流与电源的电动势成_，与内、外电路的电阻之和成_。(2)公式：I E
5、Rr；适用范围：_电路。(3)常用的变形公式：E_或 U 外_；适用范围：任何闭合电路。(4)路端电压与外电阻的关系：U 外EU 内E ERrr。结论：R 增大U 外_；外电路断路时 U 外E；外电路短路时 U 外0。正比反比纯电阻U外U内EIr增大(5)路端电压与电流关系。公式：U外_。图像(U-I图像)：如图所示是一条倾斜的直线，该直线与纵轴交点的坐标表示_，斜率的绝对值表示_。2判一判(1)闭合电路中沿着电流的方向电势一定降低。()(2)闭合电路的电流跟内、外电路电阻之和成反比。()(3)电路断开时，电路中的电流为零，路端电压也为零。()EIr电动势E电源内阻r3想一想 如图为闭合电路中
6、的电势变化情况的示意图，试说明哪部分是外电路、内电路，电势是如何变化的？电源电动势为多大？提示：从A直接到B为外电路，电势逐渐降低；从B到C到A为内电路，在内电路中，一方面，存在内阻，沿电流方向电势也降低；另一方面，沿电流方向存在电势“跃升”BC 和DA化学反应层；电源电动势为BCDA。探究(一)对电动势的理解和应用 问题驱动 如图所示是闭合电路中电势升降的一个比喻。请思考图中左边的升降机在闭合电路中相当于哪个元件？升降机对儿童做功相当于闭合电路中的什么力做功？提示：升降机相当于电源，升降机对儿童做功相当于闭合电路中非静电力对电荷做功。重难释解(1)电源的电动势是表征电源把其他形式的能转化为电
7、势能的本领大小的物理量，即非静电力移送相同电荷量的电荷做功越多，则电动势越大。(2)公式 EWq 是电动势的定义式而不是决定式，E 的大小与 W 和 q 无关，是由电源自身的性质决定的，不同种类的电源电动势大小不同。多选铅蓄电池的电动势为2 V，这表示()A电路中每通过1 C电荷量，电源把2 J的化学能转变为电能 B铅蓄电池断开时两极间的电压为2 V C铅蓄电池能在1 s内将2 J的化学能转变成电能 D铅蓄电池将化学能转变成电能的本领比一节干电池(电动势为1.5 V)的大 解析：根据电动势的定义和表达式 EWq，非静电力移动 1 C 电荷量所做的功 WqE12 J2 J，由功能关系可知有 2
8、J 的化学能转化为电能，A 正确，C 错误；路端电压 UEIr，铅蓄电池断开时 I0，所以 UE2 V，B 正确；电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量，因 E 蓄电池2 VE 干电池1.5 V，故 D 正确。答案：ABD理解电动势的“三点注意”(1)电动势由电源本身决定，与外电路无关。(2)电动势是标量，但有方向，物理学中规定方向为由负极经电源内部指向正极，即电源内部电流的方向。(3)电源的内部也有电阻(即内电阻)，当电荷流经电源内部时也有电压降(即内电压)。素养训练 1下列关于电动势的说法正确的是()A电动势就是电势差，也叫电压，单位是V B电动势大的电源做功一定多 C电
9、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量时电源所提供的电能解析：电动势是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错误；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错误；电源做功的快慢不仅仅由电动势决定，还与通过电源的电流的大小共同决定，即PEEI，C错误；电动势的大小等于在电源内部移动单位正电荷所做的功，即电路中通过单位电荷量时电源向外所提供的能量，D正确。答案：D 2下面对电源电动势概念的认识正确的是()A电源的电动势与体积有关 B在
10、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 解析：电动势是由电源的性质决定的，与体积大小无关，故A项错误；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荷量时，电源提供的电能越多，电动势越大，并不是电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势越大，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项错误；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的能的本领的物理量，故D项错误。答
11、案：B 探究(二)对闭合电路的欧姆定律的理解 问题驱动 如图为闭合电路的组成。(1)在外、内电路中，沿着电流方向，各点电势如何变化？提示：在外电路中沿电流方向电势降低；在内电路中沿电流方向电势升高。(2)若电源电动势为E，电路中的电流为I，在t时间内非静电力做功多少？提示：EIt。(3)闭合电路的电流I与电动势E、外电阻R和内电阻r的关系怎样？提示：EIRIr 或 I ERr。重难释解 闭合电路中的几个关系式 几种形式说明EU 外U 内I ERr和 U RRrE 只适用于外电路为纯电阻的闭合电路I ERrU RRrE(U、R 间关系)UEIr(U、I 间关系)由于电源的电动势 E 和内电阻 r
12、 是一定的，从 UEIr不难看出，随着 I 的增加，电路中路端电压 U 减小UEIr 既适用于外电路为纯电阻的闭合电路，也适用于外电路为非纯电阻的闭合电路特别提醒(1)外电路短路时电路中电流较大，为防止将电源、电路烧坏或引发火灾事故，一般不允许这种情况发生。(2)外电路含有非纯电阻元件(如电动机、电解槽等)时，不能直接用欧姆定律解决电流问题，可以根据串、并联电路特点或能量守恒定律列式计算。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，求电源的电动势和内电阻。解题指导(1)两电表读数增减的分析：开
13、关S断开后，外电阻的变化：由R1、R2并联变化为只有R1接入电路，电阻变大；两电表读数的变化：电流表读数减小，电压表读数变大。(2)电压表测量的是路端电压，电流表测量的是干路电流，它们之间的关系满足闭合电路欧姆定律，即UEIr。解析：当S闭合时，R1、R2并联接入电路，当S断开时，只有R1接入电路，此时路端电压增大、干路电流减小。当S闭合时，U11.6 V，I10.14 A，当S断开时，U2(1.60.1)V1.7 V，I2(0.40.1)A0.3 A。将两组数据分别代入UEIr，解得E2 V，r1。答案：2 V 1 闭合电路问题的求解方法(1)分析电路特点：认清各元件之间的串、并联关系，特别
14、要注意电压表测量哪一部分的电压，电流表测量哪个用电器的电流。(2)求干路中的电流：若各电阻阻值和电动势都已知，可用闭合电路的欧姆定律直接求出，也可以利用各支路的电流之和来求。(3)应用闭合电路的欧姆定律解决问题时，应根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流。素养训练 1如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图像，下面结论正确的是()A电源的电动势为6.0 V B电源的内阻为12 C电源的短路电流为0.5 A D电流为0.3 A时外电阻是1.8 解析：由闭合电路的欧姆定律 UEIr 得，当 I0 时，UE，即图线与纵轴交点表示断路状态，电动势 E6 V，故 A 正确。电
15、源的内阻等于图线斜率的绝对值，rUI 650.52，故 B 错误。外电阻 R0 时，短路电流为IEr62 A3 A，故 C 错误。电流 I0.3 A 时，路端电压 UEIr6 V0.32 V5.4 V，则外电阻 RUI 18，故 D 错误。答案：A2(2021珠海期末)如图所示的电路中，当开关S接a点时，标有“4 V，8 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，这时电阻R两端的电压为5 V。求：(1)电阻R的阻值；(2)电源的电动势和内阻。解析：(1)当开关 S 接 b 点时，由欧姆定律得，电阻 R 的阻值为 RUI 51 5。(2)当开关 S 接 a 时，U14
16、V，I1P1U184 A2 A。当开关 S 接 b 时，U25 V，I21 A。根据闭合电路的欧姆定律得：EU1I1r，EU2I2r，联立解得 E6 V，r1。答案：(1)5 (2)6 V 1 探究(三)路端电压与负载的关系 问题驱动 观察路端电压随外电阻变化的现象 选自鲁科版新教材“实验与探究”用导线把旧干电池组、电流表、电压表、两只相同的小灯泡、开关等按如图所示电路连接。(1)闭合开关S和S1，观察小灯泡L1的亮度，并记下电流表和电压表的示数。(2)再闭合开关S2，观察小灯泡L1的亮度如何变化，电流表和电压表的示数如何变化。请结合闭合电路欧姆定律，分析发生以上变化的原因。提示：当闭合开关S
17、2后，小灯泡L1变暗，电流表示数增大，电压表示数减小。当闭合开关S2，小灯泡L1和L2并联，电路总电阻减小，总电流增大，由UEIr可知，电源的路端电压减小，灯泡L1变暗。重难释解1路端电压与负载的关系UEIrE ERrr，随着外电阻增大，路端电压增大；当外电路开路时(外电阻无穷大)，路端电压 UE；这也提供了一种粗测电动势的方法，即用电压表直接测电源电动势。2路端电压与电流的关系UEIr。3电源的 U-I 图像如图所示是一条倾斜的直线，图像中 U 轴截距 E 表示电源电动势，I 轴截距 I0 等于短路电流(纵、横坐标都从零开始)，斜率的绝对值表示电源的内阻。多选如图所示为某一电源的 U-I 图
18、像，由图可知()A电源电动势为 2 VB电源内阻为13 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解题指导 在路端电压 U 与电流 I 的 U-I 图像中：纵坐标的截距表示电动势，横坐标的截距表示短路电流，斜率的绝对值表示电源的内阻。解析：由闭合电路欧姆定律 UEIr 得知，当 I0 时，UE，由题图读出电源的电动势 E2 V，故 A 正确。电源的内阻等于图线斜率的绝对值，为 rUI 20.860.2 ，故 B 错误。电源短路时 R0，电流 I 短Er 20.2A10 A，故 C 错误。当路端电压 U1 V 时，由 EUIr 可得，IEUr210.2A5 A，
19、故 D 正确。答案：AD素养训练 1电源电动势为E，内阻为r，向可变电阻R供电，关于路端电压，下列说法正确的是()A因为电源电动势不变，所以路端电压也不变 B因为UIR，所以当I增大时，路端电压也增大 C因为UEIr，所以当I增大时，路端电压减小 D若外电路断开，则路端电压为零 解析：路端电压UIREIr，因为I增大时，R减小，所以不能用UIR判断路端电压的变化情况，根据UEIr可知，当I增大时，路端电压减小，所以选项A、B错误，C正确；当外电路断开时，路端电压等于E，选项D错误。答案：C 2如图所示，电源的内阻不能忽略，当电路中点亮的电灯的数目增多时，下面说法正确的是()A外电路的总电阻逐渐
20、变大，电灯两端的电压逐渐变小 B外电路的总电阻逐渐变大，电灯两端的电压不变 C外电路的总电阻逐渐变小，电灯两端的电压不变 D外电路的总电阻逐渐变小，电灯两端的电压逐渐变小解析：由题图可知，电灯均为并联；当点亮的电灯数目增多时，并联的支路增多，由并联电路的电阻规律可知，外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，则内电压增大，故路端电压减小，电灯两端的电压变小，故D正确。答案：D 3多选A、B两电源分别供电时其路端电压与电流的关系图线如图所示，则下述说法正确的是()A电源电动势EAEB B电源内阻rArB C电源A的短路电流为0.2 A D电源B的短路电流为0.3 A 解析：由闭合电路
21、欧姆定律得 UEIr，当 I0 时，UE，U-I 图线的斜率的绝对值的大小等于电源内阻大小。由题图看出，A 的电动势为 2 V，B 的电动势为 1.5 V，即有电源电动势 EAEB，故 A 错误。两图线平行，说明电源的内阻相等，即 rArB，故 B正确。电源 A的短路电流为 IAEArA 2210.2A0.4 A，故 C 错误。电源 B 的短路电流为 IBEBrB 1.51.510.1A0.3 A，故 D 正确。答案：BD 一、培养创新意识和创新思维 1(2021东莞测试)某数码相机的锂电池电动势为7.2 V，容量为875 mAh，能连续拍摄约315张照片。根据以上信息估算每拍摄一张照片消耗的
22、电能最接近以下哪个数值()A0.02 JB20 J C70 JD7104 J 解析：锂电池储存的电荷量 qIt8751033 600 C3 150 C，锂电池储存的电能 WEq7.23 150 J22 680 J，每拍摄一张照片消耗的电能 W0Wn72 J，C 正确，A、B、D 错误。答案：C2 用两节干电池串联后接在额定电压为3 V 的小灯泡两端，小灯泡正常发光。现将一节如图所示的方块电池接在该小灯泡两端，闭合开关后发现小灯泡亮度变暗，产生这一现象的主要原因是()A方块电池的电动势过低 B导线分担了大部分电压 C小灯泡的电阻太大 D方块电池的内阻太大 解析：小灯泡接在电池两端，其电压为电池路
23、端电压，小灯泡变暗，说明其两端电压太小，根据闭合电路欧姆定律可知 UEIr ERRr，电动势和灯泡电阻 R 一定，U 太小可能是方块电池的内阻太大，故 A、B、C 错误，D 正确。答案：D3选自人教版新教材课后习题小张买了一只袖珍手电筒，里面是两节干电池。他取出手电筒中的小灯泡，看到上面标有“2.2 V 0.25 A”的字样。小张认为，产品设计人员的意图是使小灯泡在这两节干电池的供电下正常发光。由此，他推算出了每节干电池的内阻。如果小张的判断是正确的，那么内阻是多少？提示：串联电池组的电动势等于各个电池的电动势之和，内阻等于各个电池的内阻之和。解析：每节干电池的电动势为 1.5 V，两节干电池
24、的电动势为 3.0 V。设每节干电池的内阻为 r，两节干电池的总内阻为 2r。由题意得U 内EU 外(3.02.2)V0.8 V。又因为 U 内2rI，所以rU内2I 0.820.25 1.6。答案：1.6 二、注重学以致用和思维建模 4选自鲁科版新教材课后习题如图是一个简易风速测量仪的示意图，绝缘弹簧的一端固定，另一端与导电的迎风板相连，弹簧套在水平放置的电阻率较大的均匀金属细杆上。迎风板与金属杆接触良好，并能在金属杆上自由滑动。电路的一端与迎风板相连，另一端与金属杆相连。已知弹簧的劲度系数k1 300 N/m，电阻R1.0，电源的电动势E12 V，内阻r0.5。闭合开关，没有风吹时，弹簧处于原长l00.5 m，电压传感器的示数U13.0 V。若不计摩擦和迎风板的电阻，求：(1)金属杆单位长度的电阻R0；(2)当电压传感器的示数为U22.0 V时，作用在迎风板上的风力F。解析：(1)电阻R与金属细杆串联连接，由EI(R0l0Rr)，U1IR0l0，可求得R01。(2)设此时弹簧长度为l，由 EI2(R0lRr)，U2I2R0l，Fk(l0l)，可解得F260 N，垂直于迎风板向里。答案：(1)1 (2)260 N，垂直于迎风板向里
