高中物理 第二章 直流电路 第6讲 电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律学案 教科版选修3-1-教科版高二选修3-1物理学案VIP免费

第6讲电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律[目标定位]1.理解电源的电动势及内阻的含义.2.理解闭合电路欧姆定律，理解内、外电路的电势降落.3.会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系，并能进行电路分析与计算．一、电源电动势和内阻1．电源电动势(1)电源：将其他形式的能转化为电势能的装置．(2)电源的作用：维持电池两极间的电势差，使电路中保持持续的电流．(3)电动势E：表征电源将其他形式的能转化为电势能特性的物理量，它等于电源未接入电路时两极间的电势差．2．电源的内阻电源内部也是一段电路，也有电阻，它被称为电源的内电阻，简称内阻．深度思考如图1所示是不同型号的干电池，其电动势都是1.5V，这说明什么问题？图1答案电动势相同，说明不同型号的干电池内部将其他形式的能转化为电势能的本领相同，体积大的干电池，其容量大．例1关于电动势E的说法中正确的是()A．电动势E等于电源接入电路后两极间的电势差B．电动势E是由电源本身决定的，跟电源的体积和外电路均无关C．电动势E表征电源把其他形式的能转化为电势能的特性D．电动势E的单位与电势差的单位相同，故两者在本质上相同解析电动势E表征电源将其他形式的能转化为电势能的特性，电动势的大小等于电源没有接入电路时，两极间的电势差，故A错误；B、C正确；电动势和电压尽管单位相同，但本质上是不相同的，故B、C正确．答案BC二、闭合电路欧姆定律1．在闭合电路中，内、外电路电势的降落等于电源的电动势，即E＝U＋U′或E＝U＋Ir．2．闭合电路欧姆定律：在外电路为纯电阻的闭合电路中，电流的大小跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比，即I＝.例2在图2所示的电路中，R1＝9Ω，R2＝5Ω，当a、b两点间接理想的电流表时，其读数为0.5A；当a、b两点间接理想的电压表时，其读数为1.8V．求电源的电动势和内电阻．图2解析当a、b两点间接理想的电流表时，R1被短路，回路中的电流I1＝0.5A，由闭合电路欧姆定律得：E＝I1(R2＋r)代入数据得：E＝0.5(5＋r)①当a、b两点间接理想的电压表时，回路中的电流I2＝＝A＝0.2A由闭合电路欧姆定律得：E＝I2(R2＋R1＋r)E＝0.2(14＋r)②联立①②得：E＝3V，r＝1Ω答案3V1Ω应用闭合电路的欧姆定律解决问题时，应认清各元件之间的串、并联关系，然后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．特别要注意电压表测量哪一部分电压，电流表测量哪个电路的电流．针对训练如图3所示，电源电动势为6V，内阻为1Ω，R1＝5Ω，R2＝10Ω，滑动变阻器R3的阻值变化范围为0～10Ω，求电路的总电流的取值范围．图3答案0.55～1A解析当R3阻值为零时，R2被短路，外电阻最小，电路的总电流最大．R外＝R1＝5Ω，I＝＝A＝1A.当R3阻值为10Ω时，外电阻最大，电路的总电流最小．R并＝＝5Ω，R外′＝R1＋R并＝10Ω，I′＝＝A≈0.55A．三、路端电压与外电阻、电流的关系1．路端电压的表达式：U＝E－Ir．2．路端电压随外电阻的变化规律(1)当外电阻R增大时，电流I减小，路端电压增大．(2)当外电阻R减小时，电流I增大，路端电压减小．(3)两个特例：外电路断开时，R→∞，I＝0，U＝E，据此特点可测电源电动势．外电路短路时，R＝0，I＝，U＝0，据此特点可以理解不允许将电源两端用导线直接连接的原因．3．外电压U与电流I的关系由U＝E－Ir可知，U－I图像是一条斜向下的直线，如图4所示．图4(1)图像中U轴截距E表示电源的电动势．(2)I轴截距I0等于短路电流．(3)图线斜率的绝对值表示电源的内阻，即r＝||.注意：若纵坐标上的取值不是从零开始，则横坐标截距不表示短路电流，但斜率的绝对值仍然等于内阻．例3如图5所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U－I图像，则下列说法中正确的是()图5A．电动势E1＝E2，短路电流I1>I2B．电动势E1＝E2，内阻r1>r2C．电动势E1>E2，内阻r1