第4章 第一、二节 常见的电路元器件 闭合电路的欧姆定律（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理必修第三册（粤教版2019）

第四章 闭合电路 常见的电路元器件　 闭合电路的欧姆定律 第一、二节 核心素养导学 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。 续表 1 四层学习内容1落实必备知识 2 四层学习内容2强化关键能力 3 四层学习内容3·4浸润学科素养和核心价值 CONTENTS 目录 4 课时跟踪检测 四层学习内容1落实必备知识 一、常见的电路元器件 1.常见的元器件：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，电子会在闭合回路中______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 二、电动势 1.电源：通过______________做功把其他形式的能转化为电能的装置。 2.非静电力 (1)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__________。 (2)非静电力的来源：在化学电池中是指________作用，在一般发电机中是指_______作用。 非静电力 负极 正极 电能 化学 电磁 3.电动势 (1)定义：搬运单位正电荷非静电力做的功。 (2)定义式：E=______。 (3)单位：_______，用符号“V”表示。 (4)物理意义：反映电源将其他形式的能转化为______的本领。 4.内阻：电源内部导体的电阻，用符号____表示。 伏特 电能 r [微点拨] 电动势是描述电源性质的重要物理量，电动势反映电源非静电力做功本领大小，由电源本身决定。 三、研究闭合电路欧姆定律　路端电压与负载的关系 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=________；适用范围：纯电阻电路。 正比 反比 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=E-U内=E-r。 结论：(1)R增大→U外__________；(2)外电路断路时U外=E；(3)外电路短路时U外=0。 U外+U内 E-Ir 增大 5.路端电压与电流关系 (1)公式：U外=__________。 (2)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_________。 E-Ir 电动势E 电源内阻r 1.观察如图所示的电路，回答以下问题。 (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、L3发光，L3较亮、L2不发光。 (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。 2.如图为闭合电路中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BC+DA。 3.(1)大小各异的各种干电池的电动势均为1.5 V，1.5 V 的物理意义是什么?电动势的大小与是否耐用(提供电能多少)有关系吗? 提示：干电池的电动势为1.5 V，说明在电源内部移送1 C的电荷量，非静电力做功将1.5 J的化学能转化为电能，大小不同的电池能够移送的总电荷量不同，因此电池是否耐用与电动势大小无关。 (2)电动势与电压的本质相同吗? 提示：电动势与电压的本质不同，电动势是反映非静电力做功将其他形式的能转化为电能的本领大小，它只由电源本身决定，与外电路无关；而电压反映了静电力做功将电能转化为其他形式的能的本领大小，它由电源、导体电阻及导体的连接方式共同决定。 4.如图所示，为一闭合电路的连接方式，请对以下结论作出判断。 (1)在闭合电路中，沿着电流的方向电势一定降低。 ( ) (2)闭合电路中电流与内外电路电阻之和成反比。( ) (3)外电路短路时，电路中的电流无穷大。( ) (4)电源断路时，电流为零，路端电压也为零。 ( ) × × × √ 四层学习内容2强化关键能力 如图所示是闭合电路中电势升降的一个比喻。 新知学习(一)　电动势的理解和应用 任务驱动 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。 1.电源的电动势是表征电源把其他形式的能转化为电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E=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。 重点释解 针对训练 1.(多选)关于电动势，下列说法中正确的是 (　 ) A.在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加 B.对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大 C.电动势越大，说明非静电力在电源内部把单位正电荷从负极向正极移送时做功越多 D.电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送电荷量越多 √ √ 解析：电源是将其他能量转化为电能的装置，在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加，A正确。电动势越大，说明非静电力在电源内部把单位正电荷从负极向正极移动时做功越多，B错误。电源电动势是反映电源内部其他形式的能转化为电能的能力的物理量，电动势在数值上等于移送单位电荷量所做的功，不能说电动势越大，非静电力做功越多，也不能说电动势越大，被移送的电荷量越多，所以选项C正确，D错误。 2.(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电量，电源把2 J的化学能转化为电能　 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的化学能转化成电能 D.铅蓄电池将化学能转化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E=，非静电力移动1 C电荷量所做的功W=qE=1×2 J=2 J，由功能关系可知有2 J的化学能转化为电能，A正确，C错误；电源两极的电势差(电压)U=，而Ep=W，即Uq=Eq，所以U=E=2 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，E蓄电池=2 V>E干电池=1.5 V，故D正确。 3.有关电压与电动势的说法中正确的是 (　 ) A.电压与电动势的单位都是伏特，所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法 B.电动势就是电源两极间的电压 C.电动势公式E=中的W与电压U=中的W是一样的，都是电场力做的功 D.电动势与电压从能量转化的角度来说有本质的区别 √ 解析：只有电路断路时，电动势才等于电源两端的电压值，对于E=中的W及U=中的W，前者表示非静电力做的功，后者表示电场力做的功；电动势和电压的意义不同，电动势反映电源把其他形式的能转化为电能的本领，而电压反映把电能转化成其他形式能的本领。综上所述，D正确，A、B、C错误。 闭合电路中的几个关系式 新知学习(二)　闭合电路的欧姆定律的理解 重点释解 几种形式 说明 E=U外+U内 I=和U=E只适用于外电路为纯电阻的闭合电路 I= U=E (U、R间关系) 几种形式 说明 U=E-Ir (U、I间关系) 由于电源的电动势E和内电阻r是一定的，从U=E-Ir不难看出，随着I的增加，电路中路端电压U减小 U=E-Ir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。 [典例]　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)的示数分别为1.6 V和0.4 A。当S断开时，它们的示数分别改变0.1 V和0.1 A，则电源的电动势为　　　V；内阻为　　　Ω。  典例体验 2　 1 [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，由闭合电路欧姆定律得：U=E-Ir， 即1.6 V=E-0.4 A×r① 当S断开时，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得： U'=E-I'r， 即(1.6+0.1)V=E-(0.4-0.1)A×r② 由①②得：E=2 V，r=1 Ω。 /方法技巧/ 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。 1.在已接电源的闭合电路里，下列关于电源的电动势、内电压、外电压关系的说法正确的是 (　 ) A.如外电压增大，则内电压增大，电源电动势也会随之增大 B.如外电压减小，内电阻不变，内电压也就不变，电源电动势必然减小 C.如外电压不变，则内电压减小，电源电动势也随内电压减小 D.如外电压增大，则内电压减小，电源的电动势始终为二者之和，保持恒定 针对训练 √ 解析：如外电压增大，则内电压减小，电源电动势不变，故A错误；如外电压减小，内电阻不变，则内电压增大，电源电动势不变，故B错误；如外电压不变，则内电压也不变，电源电动势不变，故C错误；如外电压增大，则内电压减小，电源的电动势始终为二者之和，保持恒定，故D正确。 2.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； 答案： 5 Ω　 解析：当开关S接b点时，由欧姆定律得，电阻R的阻值为 R== Ω=5 Ω。 (2)电源的电动势和内阻。 答案：6 V　1 Ω 解析：当开关S接a时，U1=4 V，I1== A=2 A。 当开关S接b时，U2=5 V，I2=1 A。 根据闭合电路的欧姆定律得： E=U1+I1r，E=U2+I2r， 联立解得E=6 V，r=1 Ω。 观察路端电压随外电阻变化的现象 [选自鲁科版教材“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。 新知学习(三)　路端电压与负载的关系 任务驱动 (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S2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U=E-Ir可知，电源的路端电压减小，灯泡L1变暗。 1.路端电压与负载的关系：U=E-Ir=E-r，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U=E；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：U=E-Ir。 重点释解 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。 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U=IR，所以当I增大时，路端电压也增大 C.因为U=E-Ir，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 针对训练 √ 解析：路端电压U=IR=E-Ir，因为I增大时，R减小，所以不能用U=IR判断路端电压的变化情况，根据U=E-Ir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。 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。 √ 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EA=EB B.电源内阻rA=rB 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：由闭合电路欧姆定律得U=E-Ir，当I=0时，U=E，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EA>EB，故A错误。两图线平行，说明电源的内阻相等，即rA=rB，故B正确。电源A的短路电流为IA== A=0.4 A，故C错误。电源B的短路电流为IB== A=0.3 A，故D正确。 四层学习内容3·4浸润学科 素养和核心价值 ◉科学思维——路端电压与电池内阻关系的应用 1.(选自人教版教材课后练习)小张买了一只袖珍手电筒，里面有两节干电池。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? 注：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。 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 提示：每节干电池的电动势为1.5 V，两节干电池的电动势为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=E-U外=(3.0-2.2)V=0.8 V 又因为U内=2rI，所以 r== Ω=1.6 Ω。 ◉科学态度与责任——电池的串联与并联 2.(选自教科版教材“发展空间”)一般电池的电动势都不大，允许通过的最大电流也有限，因此在实际应用时常常把若干电池串联或并联起来，按一定方式组成电池组。 n个相同的电池串联组成串联电池组，设每个电池的电动势是E0，内阻是r0，n个这样的电池串联之后，总电动势和总内阻分别为E总=nE0，r总=nr0。应注意，电池串联时，各电池之间的极性应正、负相连。 如果n个这样的电池组成并联电池组，总电动势和总内阻分别为E总=E0，r总=。应注意，电池并联时，极性相同的连接在一起，正、负极绝不能接反。 串联电池组的好处是增大了电动势，适用于要求输出电压较高的情况。例如一般手电筒的小灯泡的额定电压为2.5 V，而一节干电池的电动势只有1.5 V，因此把两节干电池串联作为电源使用，这样总电动势是3 V，输出电压就可以达到2.5 V了。 并联电池组不能增大电动势，但适用于要求输出电流较大的场合。例如一节1号干电池的输出电流一般不应大于0.3 A，如果使用的用电器要求通过的电流是1.0 A，则可以使用四节干电池组成的并联电池组作为电源，这样通过每节电池的电流只有0.25 A，符合使用要求。 如果用电器的额定电压大于电池的电动势，并且额定电流也大于电池允许通过的最大电流，则可以采用混联电池组。 原则上不同型号的电池不适合组成电池组。同型号电池有的新，有的旧，也不适合组成电池组。 1.如图，是小明家的太阳能电池，因户外使用时间较久，厂家标记的参数已模糊不清。为了解相关参数，小明测量了此电池不接负载时两极间电压为22.0 V，接上10 Ω的电阻时两极间电压为16.1 V。则此电池的电动势和内阻分别为 (　 ) A.22.0 V和3.7 Ω B.16.1 V和3.7 Ω C.22.0 V和10 Ω D.16.1 V和10 Ω 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 √ 解析：不接负载时两极间电压为22.0 V，则电池的电动势为22.0 V；根据闭合电路欧姆定律有E=·r+U，代入数据解得r≈3.7 Ω，选项A正确。 2.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：由题图可知方块电池电动势为3 V，小灯泡接在电池两端，其电压为电池路端电压，小灯泡变暗，说明其两端电压太小，根据闭合电路的欧姆定律可知U=E-Ir=，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。 3.(多选)有一种测量人体重的电子秤，其原理 如图中虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、 压力传感器R(阻值可随压力大小而变化的电阻器)、 显示体重的仪表 G(实质是理想电流表)。设踏板的 质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为0~3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，电阻R随压力变化的函数式为R=30-0.02F(F和R的单位分别是N和Ω)。下列说法正确的是 (　 ) A.该电子秤能测量的最大体重是1 400 N B.该电子秤能测量的最大体重是1 300 N C.该电子秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处 D.该电子秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处 √ √ 解析：由E=I(r+R)可得R最小值为R=2 Ω，由R=30-0.02F可得F最大值为1 400 N，选项A正确，B错误；该电子秤示数为零时F=0，R=30 Ω，对应电流I==0.375 A，选项C正确，D错误。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A级——学考达标 1.(多选)对于电动势的定义式E=的理解，下列说法正确的是(　 ) 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表示非静电力做的功 √ √ 6 7 8 9 10 11 12 13 解析：电动势的定义式E=中，E与W、q无关，E反映的是电源的属性，由电源内部非静电力的特性决定，W为非静电力做的功，故A、B错误，C、D正确。 1 2 3 4 5 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2.下列有关电动势的说法中不正确的是 (　 ) A.电源的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 B.当外电路断开时，电源两端的电压与电源电动势相等 C.电源提供的电能越多，电源的电动势越大 D.当电路中通过1 C电荷量时，电源便将E J其他形式的能转化为电能 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析：根据电动势的定义式E=可知，电源的电动势等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功，A正确；由闭合电路欧姆定律可知，电动势等于内、外电路电势降落之和，当外电路断开时，电源两端的电压与电源电动势相等，B正确；电源提供的电能取决于做功时间与输出功率的乘积，电源提供的电能多，不能说明电动势大，C错误；根据电动势的定义式E=可知，当电路中通过1 C 电荷量时，电源消耗的其他形式能的数值等于电源电动势的值，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3.某公司发布了5分钟即可充满3 000 mA·h电池50%电量的快充技术成果，引起业界广泛关注。如图是该公司某智能手机电池上的信息，支持低压大电流充电，则 (　 ) A.4.35 V表示该电池的电动势 B.11.4 W·h表示该电池能提供的电荷量 C.3 000 mA·h表示该电池能提供的电能 D.该电池充满电后以100 mA的电流工作时，可连续工作30 h 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析： 4.35 V为充电电压，不是该电池的电动势，故A错误； 11.4 W·h为电池能提供的电能，不是该电池能提供的电荷量，故B错误；mA·h为电荷量的单位，所以3 000 mA·h表示该电池能提供的电荷量，故C错误；该电池充满电后以100 mA的电流工作时，可连续工作时间t==30 h，故D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 4.在如图所示的电路中，电源的内电阻为1 Ω，外电路电阻为9 Ω，闭合开关后，电流表的示数为0.3 A，电流表的内阻不计。电源的电动势E等于 (　 ) A.1 V B.2 V C.3 V D.5 V 解析：根据闭合电路欧姆定律得电源的电动势为E=I(R+r)=0.3×(9+1)V=3 V，故选项C正确。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 5.如图所示的电路中，把R由2 Ω改变为6 Ω时，电流减小为原来的一半，则电源的内电阻应为 (　 ) A.4 Ω B.8 Ω C.6 Ω D.2 Ω 解析：根据闭合电路欧姆定律E=I(R+r)，当R=2 Ω时，E=I(2 Ω+r)；当R=6 Ω时，E=(6 Ω+r)，解得r=2 Ω，故选项D正确。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 6.(多选)如图所示电路中，电源电动势E=9 V、内阻r=3 Ω，R=15 Ω，下列说法中正确的是 (　 ) A.当S断开时，UAC=9 V B.当S闭合时，UAC=9 V C.当S闭合时，UAB=7.5 V，UBC=0 D.当S断开时，UAB=0，UBC=0 2 3 4 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析：当S断开时，UAC与UBC都等于电源电动势，A正确，D错误；当S闭合时，UAC=UAB=R=7.5 V，UBC=0，B错误，C正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 7.如图所示，当开关S断开时，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.5∶3 B.3∶5 C.2∶3 D.3∶2 解析：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R∶r=U外∶U内=1.8∶1.2=3∶2，故D正确。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 8.(6分)(选自鲁科版教材课后练习)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k=1 300 N/m，电阻R=1.0 Ω，电源的电动势E=12 V，内阻r=0.5 Ω。闭合开关，没有风吹时，弹簧处于原长l0=0.5 m，电压传感器的示数U1=3.0 V。若不计摩擦和迎风板的电阻，求： 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (1)金属杆单位长度的电阻R0； 答案： 1 Ω　 解析：电阻R与金属细杆串联连接 由E=I(R0l0+R+r)，U1=IR0l0 可求得R0=1 Ω。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2)当电压传感器的示数为U2=2.0 V时，作用在迎风板上的风力F。 答案：260 N　方向垂直于迎风板向里 解析：设此时弹簧长度为l E=I2(R0l+R+r)，U2=I2R0l F=k(l0-l) 可解得：F=260 N，方向垂直于迎风板向里。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 B级——选考进阶 9.飞行器在太空飞行，主要靠太阳能电池提供能量。有一太阳能电池板，测得它的开路电压为800 mV，短路电流为40 mA。若将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻连成一闭合电路，则它的路端电压是(　 ) A.0.1 V B.0.2 V C.0.3 V D.0.4 V 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析：电池没有接入外电路时，路端电压等于电池电动势，所以电动势E=800 mV，由闭合电路欧姆定律得短路电流I短=，所以电池内阻r== Ω=20 Ω，该电池与20 Ω的电阻连成闭合电路时，电路中电流I== mA=20 mA，所以路端电压U=IR=400 mV=0.4 V，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 10.如图所示的电路，电源内阻不可忽略。开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中 (　 ) A.电压表与电流表的示数都减小 B.电压表与电流表的示数都增大 C.电压表的示数增大，电流表的示数减小 D.电压表的示数减小，电流表的示数增大 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析：由变阻器R0的滑动端向下滑可知R0连入电路的有效电阻减小，则R外减小，由I=可知I增大，由U内=Ir可知U内增大，由E=U内+U外可知U外减小，故电压表示数减小。由U1=IR1可知U1增大，由U外=U1+U2可知U2减小，由I2=可知电流表示数变小，故A正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 11.硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点，如图所示，图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像(电池内阻不是常数)，图线b是某电阻R的U⁃I图像，在该光照强度下将它们组成闭合回路时，硅光电池的内阻为 (　 ) A.8.0 Ω B.10 Ω C.12 Ω D.12.5 Ω 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析：由闭合电路欧姆定律得U=E-Ir，当I=0时，E=U，由图线a与纵轴的交点读出电动势E=3.6 V。根据两图线交点处的状态可知，电阻的电压U1=2 V，电流I1=0.2 A，则内阻r== Ω=8.0 Ω，A正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 12.(8分)如图所示，电源电动势为6 V，内阻为1 Ω，R1=5 Ω，R2=10 Ω，滑动变阻器R3阻值变化范围为0~10 Ω，求电路中的总电流的变化范围。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案：0.55~1 A 解析：当R3阻值为零时，R2被短路，外电阻最小，电流最大。R外=R1=5 Ω，I== A=1 A。当R3阻值为10 Ω时，外电阻最大，电流最小。R并==5 Ω，R外'=R1+R并=10 Ω，I'== A≈0.55 A。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13.(10分)在如图甲所示电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1=100 Ω，R2的阻值未知，R3是一滑动变阻器，当其滑片从最左端滑至最右端的过程中，测得电源的路端电压U随电流I的变化图线如图乙所示，其中图线上的A、B两点是滑片在变阻器上的两个不同端点时分别得到的。求： 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (1)电源的电动势和内电阻； 答案： 20 V　20 Ω　 解析：由闭合电路欧姆定律得：E=U+Ir 将图线中A、B两点的电压和电流代入得： E=16+0.2r，E=4+0.8r 解得E=20 V，r=20 Ω。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2)定值电阻R2的阻值； 答案：5 Ω　 解析：当R3的滑片滑到最右端时，R3、R1均被短路，此时外电路电阻等于R2，且对应于图线上B点，故由B点的U、I值可求出R2的阻值为 R2== Ω=5 Ω。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (3)滑动变阻器R3的最大值。 答案：300 Ω 解析：滑动变阻器的滑片置于最左端时，R3阻值最大，设此时外电路总电阻为R，由图线上A点坐标求出： R== Ω=80 Ω 又R=+R2，代入数值解得滑动变阻器的最大阻值R3=300 Ω。 2 3 4 $$