12.2閉合電路的歐姆定律（學(xué)生版）-高二物理講義（人教2019）

12.2閉合電路的歐姆定律【物理核心素養(yǎng)】物理觀念：學(xué)生通過探究電子通過電源內(nèi)阻和外阻消耗的能量等于電源消耗的能量,讓學(xué)生具有能量的觀念科學(xué)思維：通過實(shí)驗,培養(yǎng)學(xué)生利用“實(shí)驗研究，得出結(jié)論”的探究物理規(guī)律的科學(xué)思路和方法?？茖W(xué)探究：通過利用閉合電路歐姆定律解決一些簡單的實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題的能力。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過本節(jié)課教學(xué)，加強(qiáng)對學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，通過探究物理規(guī)律培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。【教學(xué)重難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn):應(yīng)用閉合電路歐姆定律進(jìn)行相關(guān)的電路分析和計算。教學(xué)難點(diǎn):討論路端電壓與負(fù)載關(guān)系。知識點(diǎn)一、電源和電動勢1．電源電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的裝置．(1)在化學(xué)電池(干電池、蓄電池)中，非靜電力是化學(xué)作用，它使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢能．(2)在發(fā)電機(jī)中，非靜電力是電磁作用，它使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電勢能．2．電動勢(1)電源的電動勢是表征電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小的物理量，即非靜電力移送相同電荷量的電荷做功越多，做功本領(lǐng)越強(qiáng)，則電動勢越大．(2)公式E＝eq\f(W,q)是電動勢的定義式而不是決定式，E的大小與W和q無關(guān)，是由電源自身的性質(zhì)決定的，不同種類的電源電動勢大小不同．(3)電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把1C的正電荷在電源內(nèi)從負(fù)極移送到正極所做的功．【經(jīng)典例題1】如圖為某型號的干電池，在其外殼上標(biāo)注有“9伏”的字樣，這表示（）A．電池短路時，該電池輸出的電流為9AB．該電池在單位時間內(nèi)有9J的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能C．將該電池接入電路后，電池兩端的電壓始終為9VD．1C正電荷通過該電池的過程中，有9J的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能【答案】D【解析】A．由于電池的內(nèi)阻未知，無法確定電池短路時的輸出電流，故A錯誤；B．電池的電動勢為9V，表示非靜電力將單位正電荷從該電池的負(fù)極通過電池內(nèi)部移送到正極時所做的功為9J，即電能增加了9J，與時間無關(guān)，故B錯誤；C．將該電池接入電路后，電池兩端電壓為路端電壓，如果外電路正常工作，則路端電壓小于電動勢，故C錯誤。D．電池的電動勢為9V，表示1C正電荷通過該電池的過程中，非靜電力做的功為9J，即有9J的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故D正確；故選D。【結(jié)束】【變式訓(xùn)練1】用電器的銘牌標(biāo)志反映了該用電器的基本出廠性能指標(biāo)?，F(xiàn)有標(biāo)簽為“1.5V”的5號電池和“1.5V0.3A”的小燈泡，下列對1.5V的理解正確的是（）A．電池接入電路時，電池兩極間的電壓是1.5VB．每經(jīng)過1C的電荷量，有1.5J的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C．該燈泡的額定電壓為1.5V，超過1.5V時小燈泡會立即燒毀D．該燈泡正常工作時，通過的電流為0.3A，每秒有0.45J的電能轉(zhuǎn)化為熱能【答案】D【解析】A．電池接入電路時，電池兩極間的電壓是路端電壓，小于電動勢1.5V，故A錯誤；B．每經(jīng)過1C的電荷量，有1.5J的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故B錯誤；C．該燈泡的額定電壓為1.5V，超過1.5V時小燈泡不會立即燒毀，但存在燒毀風(fēng)險，故C錯誤；D．該燈泡正常工作時，通過的電流為0.3A，每秒轉(zhuǎn)化為熱能的電能為故D正確。故選D?！窘Y(jié)束】知識點(diǎn)二、閉合電路歐姆定律及其能量分析1．內(nèi)、外電路中的電勢變化如圖5所示，外電路中電流由電源正極流向負(fù)極，沿電流方向電勢降低，內(nèi)電路中電流由電源負(fù)極流向正極，沿電流方向電勢升高．圖52．閉合電路歐姆定律的幾種表達(dá)形式(1)I＝eq\f(E,R＋r)、E＝IR＋I(xiàn)r只適用于外電路為純電阻的閉合電路．(2)U外＝E－Ir，E＝U外＋U內(nèi)適用于任意的閉合電路，其中U外表示外電路的電勢降落，叫作路端電壓．3．電源的總P出＝U外I.【經(jīng)典例題2】如圖所示是利用電動機(jī)提升重物的示意圖，其中D是直流電動機(jī)，電源內(nèi)阻。閉合開關(guān)S，質(zhì)量為m的重物P以速度勻速上升，這時電流表和電壓表的示數(shù)分別是和。已知重物的質(zhì)量，（g?。┣螅海?）電動機(jī)的輸入功率和輸出功率；（2）電動機(jī)線圈的電阻；（3）電源的效率。（結(jié)果保留一位小數(shù)點(diǎn)）【答案】（1），；（2）；（3）91.7%【解析】（1）電動機(jī)消耗的電功率為電動機(jī)的輸出功率為（2）電動機(jī)線圈消耗的功率為解得（3）電源內(nèi)阻消耗的功率電源消耗的總功率電源效率【結(jié)束】【變式訓(xùn)練2】（多選）如圖所示為汽車蓄電池與車燈（電阻不變）啟動電動機(jī)組成的電路，已知蓄電池電源電動勢，電動機(jī)內(nèi)部線圈電阻，電壓表和電流表均為理想電表。車燈接通、電動機(jī)未啟動時，電流表示數(shù)，電壓表示數(shù)。保持車燈接通，電動機(jī)啟動時，電壓表示數(shù)變?yōu)?。則電動機(jī)啟動時（）A．通過電動機(jī)的電流為300AB．通過電流表的電流為70AC．電動機(jī)的發(fā)熱功率約為117.2wD．電動機(jī)的輸出功率為562.5w【答案】BC【解析】B．車燈接通、電動機(jī)未啟動時，設(shè)車燈電阻為RL，電源內(nèi)阻為r，對車燈根據(jù)歐姆定律可得電源內(nèi)阻為電動機(jī)啟動時，通過電源的電流即通過電流表的電流為故B正確；A．電動機(jī)啟動時，流過車燈的電流為通過電動機(jī)的電流為故A錯誤；CD．電動機(jī)啟動時，電動機(jī)的輸入功率為電動機(jī)的發(fā)熱功率為故電動機(jī)的輸出功率為故C正確，D錯誤。故選BC?！窘Y(jié)束】知識點(diǎn)三、路端電壓與負(fù)載的關(guān)系1．路端電壓的表達(dá)式：U＝E－Ir.2．路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律對于確定的電源，電動勢E和內(nèi)阻r是一定的．(1)當(dāng)外電阻R增大時，由I＝eq\f(E,R＋r)可知電流I減小，路端電壓U＝E－Ir增大．(2)當(dāng)外電阻R減小時，由I＝eq\f(E,R＋r)可知電流I增大，路端電壓U＝E－Ir減小．(3)兩種特殊情況：當(dāng)外電路斷開時，電流I變?yōu)?，U＝E，即斷路時的路端電壓等于電源電動勢．當(dāng)電源兩端短路時，外電阻R＝0，此時電流I＝eq\f(E,r).【特別提醒】1．路端電壓與負(fù)載的關(guān)系：U＝E－U內(nèi)＝E－eq\f(E,R＋r)r，隨著外電阻增大，路端電壓增大．當(dāng)外電路開路時(外電阻無窮大)，路端電壓U＝E，這也提供了一種粗測電源電動勢的方法，即用電壓表直接測電源電動勢．2．由U＝E－Ir知，電源的U－I圖像是一條傾斜的直線，如圖3所示，圖像中U軸截距E表示電源電動勢，I軸截距I0等于短路電流(縱、橫坐標(biāo)都從零開始)，斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻．【經(jīng)典例題3】（多選）在如圖所示的圖像中，直線Ⅰ為某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線，直線Ⅱ為某一電阻的圖線，曲線Ⅲ為某一小燈泡的曲線，曲線Ⅲ與直線Ⅰ的交點(diǎn)為，該點(diǎn)的切線與橫軸交點(diǎn)坐標(biāo)為，用該電源直接與電阻或小燈泡連接成閉合電路，由圖像可知（）A．電源電動勢為，內(nèi)阻為B．為定值電阻，其阻值為C．接入電源時的電阻為D．接入電源時電源的輸出功率大于接入電源時電源的輸出功率【答案】BD【解析】A．由圖像I可知，電源電動勢：，短路電流：I短=2.0A，電源內(nèi)阻故A錯誤；B．由圖像Ⅱ可知，定值電阻故B正確；C．曲線Ⅲ與直線Ⅰ的交點(diǎn)為（1.5A，0.75V），電源的路端電壓為0.75V，干路電流為1.5A，L接入電源時的電阻故C錯誤；D．R接入電源時電源的輸出功率L接入電源時電源的輸出功率故R接入電源時電源的輸出功率大于L接入電源時電源的輸出功率，故D正確。故選BD。【結(jié)束】【變式訓(xùn)練3】如圖甲所示的電路中，只閉合開關(guān)，在滑動變阻器的滑片從a端移動到b端的過程中，兩電壓表、的示數(shù)、隨電流表A的示數(shù)I變化的關(guān)系如下圖乙所示，其中電容器的電容。電路中的電流表和電壓表均為理想電表。（1）求電源的電動勢和內(nèi)阻；（2）求滑動變阻器R的最大阻值和電阻的阻值；（3）現(xiàn)將滑動變阻器的滑片置于中間，單刀雙擲開關(guān)撥到1端，穩(wěn)定后再撥到2端。求從1端撥到2端至電路再次穩(wěn)定的過程中流過電阻的電荷量?！敬鸢浮浚?），；（2），；（3）【解析】（1）由圖像知，；，由閉合電路的歐姆定律知將數(shù)據(jù)代入得（2）由閉合電路的歐姆定律知由圖像知，代入解得（或者由圖像知，，解得）當(dāng)時，，則當(dāng)時，，則聯(lián)立以上兩式解得（3）開關(guān)接到1端時，電路中總電阻電容器兩端電壓電容器的電荷量為開關(guān)接到2端時，則有電容器的電荷量為因開關(guān)從1接到2時，電容器的極性發(fā)生改變，所以流過電阻的電荷量可得【結(jié)束】知識點(diǎn)四、歐姆表的原理2．歐姆表的原理歐姆表測電阻的原理是閉合電路歐姆定律，歐姆表內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖所示．當(dāng)紅、黑表筆接觸時，電流表指針指在最大值Ig處．由Ig＝eq\f(E,Rg＋r＋R1)＝eq\f(E,RΩ)，得RΩ＝eq\f(E,Ig)；當(dāng)紅、黑表筆間接入被測電阻Rx時，通過表頭的電流I＝eq\f(E,Rx＋R1＋Rg＋r)＝eq\f(E,RΩ＋Rx).改變被測電阻Rx的阻值，電流I隨著改變，每個Rx值都對應(yīng)一個電流值，在刻度盤上直接標(biāo)出與I值對應(yīng)的Rx值，就可以從刻度盤上直接讀出被測電阻的阻值．2．歐姆表表盤的刻度標(biāo)注刻度標(biāo)注方法標(biāo)注位置“0Ω”紅、黑表筆短接，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針滿偏，被測電阻Rx＝0滿偏電流Ig處“∞”紅、黑表筆不接觸，表頭指針不偏轉(zhuǎn)，被測電阻Rx＝∞電流為零處中值電阻Rx中＝r＋R＋Rg＝RΩ刻度盤正中央“Rx”紅、黑表筆接Rx，Ix＝eq\f(E,r＋R＋Rg＋Rx)，Rx與Ix一一對應(yīng)與Rx對應(yīng)電流Ix處【經(jīng)典例題4】如圖所示是歐姆表的原理示意圖，其中，電流表的滿偏電流為300μA，電阻Rg=100Ω，調(diào)零電阻最大值R=50kΩ，串聯(lián)的定值電阻R0=100Ω，電源電動勢E=1.5V，內(nèi)阻r=2Ω。（1）歐姆調(diào)零后，求接入電路中的電阻R的阻值；（2）當(dāng)電流是滿偏電流的六分之五時，用它測得的電阻Rx是多少？【答案】（1）4798Ω；（2）1000Ω【解析】（1）當(dāng)電流表滿偏時有其中R內(nèi)為歐姆表的內(nèi)阻，所以有而R內(nèi)=r+Rg+R0+R解得R=4798Ω（2）用它測量電阻Rx時，當(dāng)指針指在滿偏電流時有解得故測得的電阻Rx是1000Ω?！窘Y(jié)束】【變式訓(xùn)練4】下圖所示為多用電表的原理圖，表頭內(nèi)阻為，調(diào)零電阻范圍為，電池的電動勢為E，內(nèi)阻為r，則下列說法正確的是（）A．接表內(nèi)電池正極的是紅表筆B．用多用電表的歐姆檔測量某電阻時，若指針指面板中央，則待測電阻阻值C．測量電阻時，應(yīng)該先進(jìn)行歐姆調(diào)零，再選倍率檔，最后接入電阻進(jìn)行測量D．用多用電表的歐姆檔測量某電阻時，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)太小，應(yīng)改選較大的倍率檔【答案】D【解析】A．根據(jù)“紅進(jìn)黑出”，電流由紅表筆流入電表由黑表筆流出電表可知，接表內(nèi)電池正極的是黑表筆，接表內(nèi)負(fù)極的是紅表筆，故A錯誤；B．用多用電表的歐姆檔測量某電阻時，若指針指面板中央，則此時根據(jù)閉合電路歐姆定律有又因為所以，可得顯然調(diào)零電阻不一定等于，故B錯誤。C．測量電阻時，應(yīng)先選倍率擋，再進(jìn)行歐姆調(diào)零，最后接入電阻進(jìn)行測量，故C錯誤。D．用多用電表的歐姆擋測量某電阻時，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)太小，說明待測電阻較大，因為指針指向中間位置附近相對較為準(zhǔn)確，所以應(yīng)改選較大的倍率擋，故D正確。故選D。【結(jié)束】題組A基礎(chǔ)過關(guān)練【結(jié)束】1．下列關(guān)于電源和電動勢的說法正確的是（）A．電路中有電源一定有持續(xù)的電流B．在電源內(nèi)部，電流由電源正極流向電源負(fù)極C．電源電動勢與外電路的組成有關(guān)D．電源電動勢反映電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小【結(jié)束】2．如圖所示的UI圖像中，直線Ⅰ為某電源的路端電壓與電流的關(guān)系，直線Ⅱ為某一電阻R的UI曲線，用該電源直接與電阻R連接成閉合電路，由圖像可知（）A．R的阻值為1.0ΩB．電源電動勢為3V，內(nèi)阻為0.5ΩC．電源的輸出功率為3WD．電源內(nèi)部消耗功率為1.5W【結(jié)束】3．如圖甲是多用電表內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，圖乙是刻度盤，通過選擇開關(guān)分別與1、2、3、4、5、6相連，以改變電路結(jié)構(gòu)，分別成為電流表、電壓表和歐姆表，下列說法正確的是（）A．A是黑表筆、B是紅表筆B．作電流表時1比2量程大，作電壓表時6比5量程小C．當(dāng)選擇開關(guān)與3或4相連是歐姆表，測量電阻之前需歐姆調(diào)零D．如圖乙所示的指針位置，若選擇的電阻×10擋，讀數(shù)為180；若選擇的直流電壓10V擋，讀數(shù)為6.20V【結(jié)束】4．電路圖如圖甲所示，圖乙是電路中的電源的路端電壓隨電流變化的關(guān)系圖像，滑動變阻器的最大阻值為，定值電阻。以下說法中正確的是（）A．電源的內(nèi)阻為B．當(dāng)時電源的輸出功率最大C．當(dāng)時電源的輸出功率最大D．當(dāng)時消耗的功率最大【結(jié)束】5．（多選）如圖，直線Ⅰ、Ⅱ分別是電源1與電源2的路端電壓隨輸出電流變化的特性圖線，曲線Ⅲ是一個小燈泡的伏安特性曲線。如果把該小燈泡分別與電源1、電源2單獨(dú)連接，則下列說法正確的是（）A．電源1與電源2的內(nèi)阻之比是11：7B．電源1與電源2的電動勢之比是7：11C．在這兩種連接狀態(tài)下，小燈泡消耗的功率之比是1：2D．在這兩種連接狀態(tài)下，小燈泡的電阻之比是1：2【結(jié)束】6．（多選）用多用電表測電阻，下列說法中正確的是（）A．測電阻時，要把選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到歐姆擋上B．若把選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到歐姆擋的“×1”擋上，準(zhǔn)確調(diào)零后，測量電阻，指針恰指在刻度30和50的正中央，則待測電阻的阻值正好為C．測電阻時，指針偏轉(zhuǎn)角度越小，待測的電阻值就越大D．若多用電表內(nèi)沒有安裝電池，就不能用來測電阻【結(jié)束】題組B能力提升練【結(jié)束】7．如圖所示的圖像中，直線①為某一電源的路端電壓U與電流I的關(guān)系圖像，直線②、③分別為電阻R1、R2的U—I圖線，下列說法正確的是（

）A．該電源的電動勢為3V，內(nèi)阻為2ΩB．電阻R1、R2的阻值之比為1：4C．把電阻R1、R2分別接在該電源兩端時，電源的輸出功率相等D．將該電源與電阻R1相連構(gòu)成閉合電路時，電源的輸出功率最大【結(jié)束】8．如圖所示電路中，電源內(nèi)阻不可忽略，R1＝10Ω，R2＝8Ω。當(dāng)開關(guān)S打向a時，電壓表示數(shù)為2.0V，當(dāng)開關(guān)S打向b時，電壓表示數(shù)不可能為（）A．1.9V B．1.8V C．1.7V D．1.6V【結(jié)束】9．如圖所示為歐姆表的簡化電路圖，靈敏電流表的內(nèi)阻為90Ω、滿偏電流為1mA。若電源電動勢，則下列說法正確的是（）A．表筆A是黑色表筆B．的作用是機(jī)械調(diào)零C．若測量某導(dǎo)體電阻時，指針恰好在表盤中央，則待測電阻的阻值為D．當(dāng)通過表頭的電流達(dá)到最大值時，表筆A、B之間待測電阻的阻值達(dá)到最大【結(jié)束】10．（多選）如圖所示，直線Ⅰ、Ⅱ分別是電源1與電源2的路端電壓隨輸出電流變化的圖像，曲線Ⅲ是一個小燈泡的伏安特性曲線，如果把該小燈泡先后分別與電源1和電源2單獨(dú)連接，下列說法正確的是（

）A．電源1和電源2的內(nèi)阻之比是1：1B．在這兩種連接狀態(tài)下，小燈泡消耗的功率之比約為1：2C．在這兩種連接狀態(tài)下，小燈泡的電阻之比約為18：25D．電源1和電源2的輸出功率之比是7：6【結(jié)束】11．（多選）如圖所示，直流電動機(jī)線圈的電阻為R，當(dāng)該電動機(jī)正常工作時，電動機(jī)兩端電壓為U，通過電動機(jī)的電流為I，則（）A．電動機(jī)內(nèi)部發(fā)熱功率為 B．電動機(jī)的機(jī)械功率為C．電源的輸出功率為 D．電源的總功率為【結(jié)束】12．R1=28Ω，R2=18Ω。當(dāng)開關(guān)處于位置1時，電流表示數(shù)I1=0.2A，當(dāng)開關(guān)處于位置2時，電流表示數(shù)I2=0.3A。求電源的電動勢E和內(nèi)阻r?！窘Y(jié)束】題組C培優(yōu)拔尖練【結(jié)束】13．如圖甲所示的電路，其中電源電動勢E=6V，內(nèi)阻r=2Ω，定值電阻R=4Ω，已知滑動變阻器消耗的功率P與其接入電路的阻值RP的關(guān)系如圖乙所示。則下列說法中正確的是（）A．圖乙中滑動變阻器的最大功率P2=2WB．圖乙中R1=6Ω，R2=12ΩC．滑動變阻器消耗功率P最大時，定值電阻R消耗的功率也最大D．調(diào)整滑動變阻器RP的阻值從最右端滑到最左端，電源的效率先增大后減少【結(jié)束】14．（多選）如圖所示，直線Ⅰ、Ⅱ分別是電源1與電源2的路端電壓隨輸出電流變化的圖線，曲線Ⅲ是一個小燈泡的圖線。曲線Ⅲ與直線Ⅰ、Ⅱ相交點(diǎn)的坐標(biāo)分別為P（5，3.75）、Q（6，5）。如