第4章 第1节 第1课时 闭合电路欧姆定律-（配套word）2023-2024学年高一新教材物理必修第三册 【步步高】学习笔记（鲁科版）

第1节　闭合电路欧姆定律 第1课时　闭合电路欧姆定律 [学习目标]　1.理解电动势的概念。2.了解外电路、内电路，知道电动势等于内、外电路电势降落之和。3.理解闭合电路欧姆定律的内容，掌握其表达式并会进行有关计算(重难点)。 一、电动势 如图，一个完整的电路由哪些部分组成？电源在电路中的作用是什么？ 答案　一个完整的电路由电源、用电器、开关、导线等组成，电源在电路中的作用是使电路保持一定的电压并形成电流。 1．内、外电路 电源内部的电路叫作内电路；电源外部的电路叫作外电路。外电路的电阻称为外电阻；内电路的电阻称为内电阻。 2．电动势在数值上等于电源没有接入外电路时两极间的电压，常用E来表示。 3．单位：与电压的单位相同，也是伏特(V)。 4．物理意义：电动势在数值上等于将单位电荷量的正电荷由负极移动到正极非静电力所做的功。电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能的本领的物理量。它是电源的特征量。不同的电源，产生电能的机制是不同的。 日常生活中我们经常接触到各种各样的电源，如图所示的干电池、手机电池，它们有的标有“1.5 V”字样，有的标有“3.7 V”字样。 (1)如果把5 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极，该电荷的电势能增加了多少？非静电力做了多少功？如果把2 C的正电荷从3.7 V的手机电池的负极移到正极呢？ (2)是不是非静电力做功越多，电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大？如何描述电源把其他形式的能转化为电能的本领？ 答案　(1)把5 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极，该电荷的电势能增加了7.5 J，非静电力做功7.5 J。把2 C的正电荷从3.7 V手机电池的负极移到正极，该电荷的电势能增加了7.4 J，非静电力做功7.4 J。 (2)不是。非静电力对电荷做功多少与电荷的电荷量有关。若把带相同电荷量的正电荷从电源的负极移到正极，做功越多，电荷获得的电势能越多，表明电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大。可以用非静电力做的功与电荷量的比值来反映电源把其他形式的能转化为电能的本领。 (1)电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。(　×　) (2)E＝只是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小由电源内非静电力的特性决定。(　√　) (3)一节1.5 V的5号干电池和一节1.5 V的7号干电池把其他形式的能转化为电能的本领一样大。(　√　) (4)电动势定义式E＝中的W与电压U＝中的W是同种性质力所做的功。(　×　) (5)电动势跟电源的体积无关，外电路变化时，电动势也变化。(　×　) 例1　铅蓄电池的电动势为2 V，这表示(　　) A．电源将1 C的正电荷从正极移至负极的过程中，2 J的化学能转化为电能 B．电源将1 C的正电荷从负极移至正极的过程中，2 J的化学能转化为电能 C．铅蓄电池在1 s内将2 J的化学能转化为电能 D．铅蓄电池比一节干电池(电动势为1.5 V)的体积大，故电动势大 答案　B 解析　铅蓄电池的电动势为2 V，表示非静电力将1 C的正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功为2 J，即2 J的化学能转化为电能，与时间无关，故A、C错误，B正确；电源的电动势表示电源将其他形式的能转化为电能的本领，铅蓄电池的电动势比一节干电池的电动势大，与二者的体积大小无关，故D错误。 二、闭合电路欧姆定律 如图为闭合电路的组成 (1)在内、外电路中，沿着电流方向，各点电势如何变化？ (2)内、外电路电势的降落与电源电动势有何关系？ (3)闭合电路的电流I与电动势E、外电阻R和内电阻r有何关系？ 答案　(1)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)E＝U外＋U内 (3)E＝IR＋Ir或I＝ 1．特点 在外电路中，电流由高电势流向低电势，沿电流方向电势降落；电源内部由负极到正极电势升高。 2．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正比，跟电路中内、外电阻之和成反比。 (2)表达式：E＝U外＋U内或I＝。 闭合电路欧姆定律的两个表达式E＝U外＋U内、I＝的适用条件相同吗？ 答案　不相同。E＝U外＋U内适用于所有电路，而I＝适用于纯电阻电路。 例2　(多选)如图所示，当可变电阻R＝2 Ω时，理想电压表的示数U＝4 V，已知电源的电动势E＝6 V，则(　　) A．此时理想电流表的示数是2 A B．此时理想电流表的示数是3 A C．电源的内阻是1 Ω D．电源的内阻是2 Ω 答案　AC 解析　由题图可知电压表测量的是路端电压，电流表测量的是通过可变电阻R的电流，由U＝IR，得I＝2 A，再由闭合电路欧姆定律有E＝U＋Ir，将I＝2 A、U＝4 V、E＝6 V代入可得r＝1 Ω，故选项A、C正确，B、D错误。 例3　如图所示电路中，R1＝9 Ω，R2＝30 Ω，开关S闭合时电压表示数为11.4 V，电流表示数为0.2 A，开关S断开时电流表示数为0.3 A，求：(不考虑电表内阻) (1)电阻R3的值； (2)电源电动势和内电阻。 答案　(1)15 Ω　(2)12 V　1 Ω 解析　(1)由题图可知，当开关S闭合时，电阻R2、R3并联，根据欧姆定律则有 U＝(I1＋)R1＋I1R2，解得R3＝15 Ω。 (2)由题图可知，当开关S闭合时，电阻R2、R3并联，根据闭合电路欧姆定律有 E＝U＋(I1＋)r＝11.4 V＋0.6r S断开时，根据闭合电路欧姆定律有 E＝I2(R1＋R2＋r)＝0.3×(39＋r) 解得E＝12 V，r＝1 Ω。 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，特别要注意电压表测量哪一部分的电压，电流表测量通过哪个用电器的电流。 2．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。 例4　(2022·山西洪洞二中高二阶段练习)如图所示，电动机M的线圈电阻r1＝0.4 Ω，定值电阻R＝24 Ω，电源电动势E＝40 V，断开开关S，理想电流表的示数I1＝1.6 A；闭合开关S，理想电流表的示数为I2＝4.0 A，求： (1)电源内阻r； (2)闭合开关S后，通过电阻R的电流IR； (3)闭合开关S后，电动机输入功率PM和输出功率P出。 答案　(1)1 Ω　(2)1.5 A　(3)90 W　87.5 W 解析　(1)电源电动势E＝40 V，当S断开时，理想电流表的示数I1＝1.6 A， 根据闭合电路欧姆定律可知I1＝ 解得电源内阻r＝1 Ω (2)开关S闭合后，理想电流表的示数I2＝4.0 A， 则电源内电压为U内＝I2r＝4×1 V＝4 V 路端电压为U＝E－U内＝36 V 通过电阻R的电流为IR＝＝ A＝1.5 A (3)通过电动机的电流IM＝I2－IR＝2.5 A 电动机两端的电压U＝36 V， 电动机的输入功率PM＝UIM＝90 W 输出功率P出＝PM－IM2r1＝87.5 W。 电源的总功率：P总＝EI；电源内电阻消耗的功率P内＝U内I＝I2r；电源输出功率P出＝U外I。 课时对点练 1．(多选)关于电源和电动势，下列说法中正确的是(　　) A．电源可将其他形式的能转化为电能 B．把同一电源接在不同的电路中，电源的电动势也将变化 C．电源就是产生电荷的装置 D．电源的电动势越大，非静电力将单位正电荷从负极移送到正极做的功一定越多 答案　AD 解析　电源就是将其他形式的能量转化为电能的装置，A正确，C错误；电动势与电路的构成无关，B错误；根据电动势的定义式知，D正确。 2．(2023·山东招远一中高二期中)下列有关电动势的说法正确的是(　　) A．电动势与外电路无关，与电源的体积有关 B．电动势就是电源两极间的电压 C．电动势在数值上等于静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功 D．电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量 答案　D 解析　电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量，与外电路无关，与电源的体积也无必然关系，A错误，D正确；电动势等于电源开路时两极间的电压，正常工作的电源两极间的电压(路端电压)小于电动势，B错误；电动势公式E＝中的W表示非静电力所做的功，电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功，C错误。 3．(2022·江西南昌大学附属中学高二期末)干电池的电动势为1.5 V，下列说法正确的是(　　) A．外电路闭合时，在1 s内有1.5 J的其他能转化为电能 B．外电路闭合时，在1 s内有1.5 C的电荷量通过该电池 C．外电路闭合时，当1 C的电荷量通过干电池时该电池提供1.5 J的电能 D．用电压表直接连接干电池的两极，测得的电压就是该电池的电动势 答案　C 4．在已接电源的闭合电路中，关于电源的电动势、内电压、外电压的关系应是(　　) A．如外电压增大，则内电压增大，电动势也随之增大 B．如外电压减小，内电阻不变，内电压就不变，电动势必然减小 C．如外电压增大，则内电压减小，电动势也随内电压减小 D．如外电压增大，则内电压减小，电动势保持恒定 答案　D 解析　根据闭合电路欧姆定律可知，电源的电动势等于内电压与外电压之和，即E＝U内＋U外，如外电压增大，则内电压减小，电源的电动势保持恒定，故D正确。 5．(2019·江苏卷)如图所示的电路中，电阻R＝2 Ω。断开S后，电压表的读数为3 V；闭合S后，电压表的读数为2 V，则电源的内阻r为(　　) A．1 Ω B．2 Ω C．3 Ω D．4 Ω 答案　A 解析　电源电动势E＝3 V，闭合S后外电压U＝IR＝，代入数据得r＝1 Ω，故A正确。 6.(2022·湖南省高二学业考试)在如图所示的电路中R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，电源电动势E＝3 V。当S闭合时，理想电压表的示数为U＝1 V。则流过电源的电流和电源的内阻分别为(　　) A．0.25 A,2 Ω B．0.5 A,2 Ω C．0.25 A,4 Ω D．0.5 A,4 Ω 答案　A 解析　流过电源的电流与流过R1的电流相同，根据欧姆定律得I＝＝0.25 A，根据闭合电路欧姆定律I＝，代入数据可得电源内电阻r＝2 Ω，故选A。 7.(2023·湖南常德一中月考)某同学利用如图所示的电路来探究闭合电路中总电流与电源电动势的关系，其中定值电阻R1＝10 Ω、R2＝8 Ω，电源的内阻r＝2 Ω。当单刀双掷开关接1时电流表的示数为I1＝0.2 A；则当单刀双掷开关接2时，电流表的示数I2为(　　) A．0.24 A B．0.2 A C．0.18 A D．0.3 A 答案　A 解析　根据闭合电路的欧姆定律，当单刀双掷开关接1时，I1＝，当单刀双掷开关接2时，I2＝，代入数据，由以上两式解得I2＝0.24 A，故选A。 8.如图所示，已知R1＝R2＝R3＝1 Ω。当开关S闭合后，理想电压表的读数为1 V；当开关S断开后，理想电压表的读数为0.8 V，则电源的电动势等于(　　) A．1 V B．1.2 V C．2 V D．4 V 答案　C 解析　当S闭合时，I＝＝ A＝1 A，故有E＝I(1.5 Ω＋r)；当S断开时，I′＝＝0.8 A，故有E＝I′(2 Ω＋r)，解得E＝2 V，C正确。 9.(2022·四川成都外国语学校高二期中)在如图所示的电路中，电阻R1＝8 Ω，R2＝R3＝6 Ω，R4＝3 Ω。当开关K断开时，理想电流表示数I1＝0.4 A，当K闭合时，电流表示数I2＝0.58 A。求： (1)开关K闭合时外电路的总电阻R； (2)电源的电动势E和内阻r。 答案　(1)4 Ω　(2)5.8 V　1 Ω 解析　(1)开关闭合时，R3和R4并联，该部分总电阻为R3′＝＝2 Ω R2与该部分总电阻串联，则右边部分总电阻为R2′＝R2＋R3′＝8 Ω 电路左右两部分为并联关系，则外电路总电阻为R＝＝4 Ω (2)开关断开时，通过电阻R1的电流为IR1＝＝0.6 A 电路的总电流为I＝I1＋IR1＝1 A 由闭合电路欧姆定律得E＝I1(R2＋R3)＋Ir，开关闭合时，通过R1的电流为IR1′＝＝0.58 A 电路的总电流为I′＝I2＋IR1′＝1.16 A 由闭合电路欧姆定律得E＝I2R2′＋I′r 解得E＝5.8 V，r＝1 Ω。 10.(2022·山东微山县第二中学高二期中)某品牌的小汽车电动机和车灯的实际电路可以简化为如图所示的电路，电源电动势E＝12.5 V，内阻r＝0.05 Ω，电动机的线圈电阻RM＝0.02 Ω，只闭合S1时，电流表示数I1＝10 A，再闭合S2，电动机正常工作，电流表示数I2＝58 A(电流表内阻不计)，不考虑灯丝电阻的变化。求在S1、S2均闭合时： (1)车灯两端的电压UL和通过电动机的电流IM； (2)电动机输出功率P出。 答案　(1)9.6 V　50 A　(2)430 W 解析　(1)根据题意，只闭合S1时，由闭合电路欧姆定律可得E＝I1(r＋RL) 得RL＝1.2 Ω，再闭合S2后，设车灯两端的电压为UL，由闭合电路欧姆定律可得UL＝E－I2r＝9.6 V 流过车灯的电流IL＝＝8 A 流过电动机的电流IM＝I2－IL＝50 A (2)根据题意可知，电动机的电功率P电＝UMIM 又有UM＝UL，得P电＝480 W，电动机的热功率为P热＝IM2RM＝50 W，电动机的输出功率为P出＝P电－P热＝430 W。 11.如图所示电路中，电源电动势E＝12 V，内阻r＝2 Ω，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，R3＝3 Ω。 (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？ 答案　(1)6 V　(2)1 A 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＝＝ Ω＝2 Ω 根据闭合电路欧姆定律，有 I2＝＝ A＝1.5 A 理想电流表读数为I′＝I2＝×1.5 A＝1 A。 学科网（北京）股份有限公司 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