1、第四章闭合电路第一节常见的电路元器件第二节闭合电路的欧姆定律必备知识自主学习一、识别几种常见元器件1.电阻器:(1)分为阻值固定的电阻器和阻值可变的电阻器。(2)在电路图中,用字母“R”及符号“”表示。2.电感器:(1)由绝缘导线绕成,通过电磁感应能把外部电路的电能储存在电感器内部的磁场中。(2)在电路图中用字母“L”及符号“”或“”表示。3.二极管:(1)在电路中,只允许电流由单一方向通过,反向时阻断。(2)在电路图中,用字母“D”及符号“”表示,箭头表示正向电流的方向。二、电动势市面上有形形色色的电池,它们产生电能的“本领”一样吗?如何比较不同电池发电“本领”的高低呢?提示:不一样。通过比
2、较电动势判断产生电能“本领”的高低。1.闭合电路:由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路。用电器和导线组成外电路,电源内部是内电路。2.非静电力的作用:在电源内部,非静电力把正电荷从负极搬运到正极,在该过程中非静电力做功,使电荷的电势能增加,将其他形式的能量转化为电势能。3.电动势:(1)定义:在电源内部,非静电力把正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功W与被移送电荷q的比值。(2)公式:E=(3)单位:伏特,简称:伏,符号:V。(4)物理意义:反映电源非静电力做功本领大小的物理量。(5)影响电动势大小的因素有:非静电力的性质电源的体积外电路结构电源的新旧程度提醒:电动势的单位与电压的单位
3、相同,但是两者是截然不同的两个概念。三、闭合电路欧姆定律1.内阻:通常在电源内部也存在电阻,内电路中的电阻叫作内阻。2.闭合电路的电势:(1)在外电路中沿电流方向电势降低(选填“升高”或“降低”)。(2)在内电路中沿电流方向电势升高(选填“升高”或“降低”)。3.闭合电路欧姆定律:(1)内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比。(2)表达式:I=。(3)适用条件:外电路为纯电阻电路。四、路端电压与负载的关系1.负载和路端电压:负载是外电路中的用电器,路端电压是外电路的电压。2.路端电压U与电流I的关系:(1)路端电压U与电流I的函数关系式:U=E-Ir。(2)U-
4、I图像:如图所示,该直线与纵轴交点的纵坐标表示电动势,斜率的绝对值表示电源的内阻。3.路端电压与外电阻的关系:当R增大时,路端电压U增大,当R减小时,路端电压U减小。4.两种特殊情况:(1)当外电路断路时,外电阻R为无穷大,I为零,Ir也为零,可得U=E,即外电路断路时的路端电压等于电源电动势的大小。(2)当外电路短路时,外电阻R=0,此时电路中的电流最大,即Im=,路端电压为零。(1)电动势与电势差实质上是一样的。()(2)在电源内部,正电荷向正极移动过程中,电场力做负功,电荷电势能增加。()(3)所有的电源,均是将化学能转化为电能的装置。()(4)E=U+Ir适用于任何电路。()(5)外电
5、路短路时,电路中的电流无穷大。()(6)电源断路时,电流为零,所以路端电压也为零。()关键能力合作学习知识点一电动势1.对电动势的理解:利用抽水机类比电源。类比可知,抽水机对水的作用力相当于非静电力,抽水机对水做功相当于非静电力做功,重力相当于静电力,重力势能相当于电势能,抽水机相当于电源。抽水机抽水抽水机外AB水从高处流向低处水的重力做正功重力势能转化为其他形式的能抽水机内BA水从低处被抽到高处抽水机对水做正功其他形式的能转化为重力势能电源供电电源外部正极负极正电荷从高电势处向低电势处运动电场力做正功电能转化为其他形式的能电源内部负极正极正电荷由低电势处被移到高电势处非静电力做正功其他形式的
6、能转化为电能提醒:与抽水机类比,电动势相当于抽水机的抽水高度。2.电动势与电势差的区别:电压(电势差)UAB电源电动势E意义表示静电力做功,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能的本领定义UAB=,将单位电荷量的正电荷从导体一端移到另一端时,静电力做的功E=,将单位电荷量的正电荷在电源内从负极移到正极时,非静电力做的功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将内阻很大的电压表并联在电源两端,且外电路断开联系电路闭合时,E=U内+U外电路断开时,E=U外提醒:电势差的正负有一定的物理意义,而电动势
7、一般只取正值。【典例】有一铅蓄电池,在其内部将210-5 C的电子从正极移到负极需要310-2s的时间,此过程中非静电力做功为410-5 J,则该铅蓄电池的电动势是多少?给一小灯泡供电,供电电流是0.2 A,供电10 min,非静电力做功是多少?【解析】电动势E= V=2 V,非静电力做的功W=Eq=EIt=20.26010 J=240 J。答案:2 V240 J如图所示为一块手机电池的背面印有的一些符号,下列说法正确的是()A.该电池储存的最大电能为500 mAhB.该电池储存的最大能量为1.8 JC.该电池在工作1小时后达到的电流为500 mAD.若电池以10 mA的电流工作,可用50小时
8、【解析】选D。500 mAh表示电池的容量,不是储存的电能,故A错误; 该电池储存的最大能量为3.650010-33 600 J=6 480 J,故B错误;可以由电池容量计算电池在一定放电电流下使用的时间,由500 mAh=t10 mA可得t=50 h,手机电池工作时的电流很小,远小于500 mA,故C错误,D正确。【加固训练】对于电动势的定义式E=的理解正确的是()A.E与W成正比B.E与q成反比C.E的大小与W、q无关D.W表示非静电力【解析】选C。电动势是描述电源非静电力搬运电荷本领大小的物理量,与W、q无关,故A、B项错误,C项正确;公式中W表示非静电力做的功,故D项错误。知识点二闭合
9、电路的欧姆定律1.闭合电路欧姆定律的表达式: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;式普遍适用提醒:闭合电路欧姆定律的常用表达式较多,但是本质是相同的,应注意它们之间的联系。2.路端电压与负载的关系:(1)路端电压与外电阻的关系:公式:U=E-U内=E-r。特点:由公式可知,随着外电阻增大,路端电压增大。当外电路断路时(外电阻无穷大),路端电压U=E;当外电路短路时(外电阻等于零),路端电压U=0。(2)路端电压与电流的关系:公式:U=E-Ir。电源的
10、U-I图像:如图所示是一条倾斜的直线。结合公式可知,图像中U轴截距表示电源电动势E,I轴截距I0等于短路电流,斜率的绝对值表示电源的内阻r。【典例】如图所示的电路中,电源电动势E=1.5 V,内阻r=0.6 ,电阻R1=3 ,电阻R2=4 ,电阻R3=6 。电压表为理想电表,闭合开关S,求:(1)通过电源的电流大小;(2)电源的内电压和电压表的示数。【解析】(1)R2、R3并联后与R1串联,则R2、R3并联电阻:R23=2.4 干路电流I=0.25 A。(2)电源的内电压Ur=Ir=0.15 V。电压表的示数即为R3、R2的并联电压,U=IR23=0.6 V。答案:(1)0.25 A(2)0.
11、15 V0.6 V1.(多选)如图所示,甲、乙为两个独立电源(外电路为纯电阻电路)的路端电压与通过它们的电流I的关系图线,下列说法中正确的是()A.路端电压都为U0时,它们的外电阻相等B.电流都是I0时,两电源的内电压相等C.电源甲的电动势大于电源乙的电动势D.电源甲的内阻小于电源乙的内阻【解析】选A、C。甲、乙两图线的交点坐标为(I0,U0),路端电压与干路电流均相等,说明两电源的外电阻相等,故A项正确;图线的斜率的绝对值表示电源内阻,图线甲的斜率的绝对值大于图线乙的斜率的绝对值,表明电源甲的内阻大于电源乙的内阻,故D项错误;图线与U轴交点的坐标值表示电动势的大小,由图线可知,电源甲的电动势
12、大于电源乙的电动势,故C项正确;电源的内电压等于通过电源的电流与电源内阻的乘积,即U内=Ir,因为电源甲的内阻比电源乙的内阻大,所以当电流都为I0时,电源甲的内电压较大,故B项错误。2.一个电源和一个电阻箱组成的电路如图所示,把R由2 改变为6 时,流过电源的电流减小到原来的一半,则电源的内阻应为()A.4 B.8 C.6 D.2 【解析】选D。根据闭合电路欧姆定律,分别列出R变化前后电流的表达式,运用比例法求出电源的内电阻。设电源的内阻为r,则根据闭合电路欧姆定律,得I1=,I2=,由题有I2=,联立得:2(R1+r)=R2+r,代入解得r=2 ,故选D。【加固训练】如图所示,当开关S断开时
13、,电压表示数为3 V,当开关S闭合时,电压表示数为1.8 V,则外电阻R与电源内阻r之比为()A.53B.35C.23D.32【解析】选D。S断开时,电压表的示数等于电源的电动势,即E=3 V。S闭合时,U外=1.8 V,所以U内=E-U外=1.2 V。因U外=IR,U内=Ir,所以Rr=U外U内=1.81.2=32,故D项正确。情境模型素养学为了充分利用旧电池,小明使用一节新电池搭配一节旧电池共同为手电筒供电。已知新旧电池的电动势均为1.5 V,新电池内阻为1 ,旧电池内阻为8 ,手电筒采用的灯泡参数为“3 V6 ”。探究:(1)利用新旧电池供电时,流过灯泡的电流是多少?只利用一节新电池给灯
14、泡供电时,流过灯泡的电流是多少?(2)结合计算结果思考,新旧电池能否搭配使用呢?【解析】(1)由题意结合闭合电路欧姆定律知,新旧电池供电时,电路中的电流为:I1=0.2 A只用一节新电池供电时,电路中的电流为:I2=0.214 A(2)新旧电池供电时的电流反而不如只用一节新电池供电时电流大,故新旧电池不能搭配使用。答案:(1)0.2 A0.214 A(2)不能如图所示是某温控装置的简化电路图,工作电路由电压为220 V的电源和阻值R=88 的电热丝组成;控制电路由电源(内阻不计)、电磁铁(线圈电阻R0=20 )、开关、滑动变阻器R2(取值范围080 )和热敏电阻R1组成;R1阻值随温度变化的关
15、系如表所示,当控制电路电流I50 mA时,衔铁被吸合切断工作电路;当控制电路电流I40 mA时,衔铁被释放接通工作电路。温度/908066605046403635R1/102040507080100120130探究:(1)工作电路正常工作时,工作电流是多少?(2)当温度为60 ,滑动变阻器R2=50 时,衔铁恰好被吸合,控制电路的电源电压是多少?【解析】(1)工作电路由电压为220 V的电源和阻值R=88 的电热丝组成,则工作电流为I=2.5 A;(2)当温度为60 时,由表格数据可知R1=50 ,已知此时滑动变阻器R2=50 ,则控制电路的总电阻为:R总=R1+R2+R0=50 +50 +2
16、0 =120 ,此时衔铁恰好被吸合,则控制电路的电流为:I=50 mA=0.05 A,由欧姆定律可得,控制电路的电源电压为:U=IR总=0.05 A120 =6 V;答案:(1)2.5 A(2)6 V课堂检测素养达标1.(2020宿州高二检测)关于电压和电动势,下列说法正确的是()A.电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量B.电动势就是电源两极间的电压C.电压和电动势单位相同,所以电动势和电压物理意义相同D.电源电动势定义式E=和电势差定义式U=中的W都是电场力做的功【解析】选A。电动势是表征电源把其他形式的能转化为电势能本领的物理量,故A正确。当外电路断开时,电动势大小等于电源
17、两极间的电压,故B错误.。电压和电动势单位相同,但电动势和电压物理意义不相同,电动势反映电源的特性,与外电路的结构无关,故C错误。电源电动势定义式E=中的W是指非静电力做的功,电势差定义式U=中的W是指电场力做的功,故D错误。故选A。2.如图所示电路中,电源电动势E=9 V,内阻r=3 ,R=15 ,下列说法中正确的是()A.当S断开时,UAC=9 VB.当S闭合时,UAC=9 VC.当S闭合时,UAB=7.5 V,UAC=9 VD.当S断开时,UAB=0,UBC=0【解析】选A。当S断开时,UAC与UBC为路端电压,等于电源电动势,A正确,D错误;当S闭合时,UAC=UAB=R=7.5 V,UBC=I0=0,B、C错误。3.如图所示电路中,电源电动势E=12 V,内阻r=2 ,R1=4 ,R2=6 ,R3=3 。(1)若在C、D间连一个理想电压表,其读数是多少?(2)若在C、D间连一个理想电流表,其读数是多少?【解析】(1)若在C、D间连一个理想电压表,根据闭合电路欧姆定律,有I1= A=1 A。理想电压表读数为UV=I1R2=6 V。(2)若在C、D间连一个理想电流表,这时电阻R2与R3并联,并联电阻大小R23= =2 根据闭合电路欧姆定律,有I2= A=1.5 AU3=E-I2(r+R1)=3 V理想电流表读数为I=1 A。答案:(1)6 V(2)1 A