2020-2021学年高中物理 第二章 直流电路 4 电源的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律学案

电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律

目标导航核心素

1.知道电源电动势和内阻的概念。

2.理解闭合电路欧姆定律、路端电压和电流的变化规律。

3.了解路端电压与外电阻的关系,能利用闭合电路欧姆定律分析动态电路。物理观念:了解电动势、内阻。

科学思维:熟练应用闭合电路欧姆定律的内容进行计算和分析。

科学探究:掌握路端电压与负载之间的关系,并能对闭合电路进行动态分析。

必备知识·自主学习

一、探究决定导体电阻的因素

(1)在电源的外部和内部,电场方向如何?负电荷将怎样移动?电场力做正功还是负功?

(2)在电源的内部是什么力来克服电场力做功使负电荷从电源的正极运动到负极的?

(1)提示:外部,电流由正极流向负极;内部,电流由负极流向正极;负电荷在外部由负极流向正极,内部由正极流向负极;电场力在外部做正功,内部做负功。

(2)提示:非静电力

1.电源:把其他形式的能转化为电能的装置。

2.电动势:

(1)物理意义:反映电源把其他形式的能转化为电势能特性的物理量。

(2)大小:在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电势差。电动势符号为E,单位:伏特,单位符号:V。

3.电源的内阻:电源内部电路上的电阻,简称内阻。

二、闭合电路欧姆定律

1.闭合电路:

(1)电路组成:一部分是电源外部的电路,称为外电路,另一部分是电源内部的电路,称为内电路。

(2)电路电压:

外电路两端的电压称为外电压;内电路两端的电压叫作内电压。 (3)电路电阻:外电路的电阻称为外电阻

;内电路的电阻称为内电阻,简称内阻。

(4)电路电流:在外电路中,电流由电源正极流向负极;在内电路中,电流由电源负极流向正极。

2.闭合电路欧姆定律:

(1)内容: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。

(2)公式:I=。

(3)适用条件:①适用于外电路为纯电阻的电路,②、③适用于一切电路。

三、路端电压与负载的关系

1.路端电压与电流的关系:U=E-Ir 。

2.路端电压随外电阻的变化规律:

(1)根据闭合电路的欧姆定律,当外电阻增大时,电流减小,路端电压增大;当外电阻减小时,电流增大,路端电压减小。

关键能力·合作学习

知识点一 电动势和电压的区别和联系

比较项目

电 动 势 电 压 物理意义

不同

表征电源将其他形式的能转化为电能的特性 表示电场力做功将电能转化为其他形式的能的本领 数值大小

不同

数值上等于电源未接入电路时两极间的电势差 数值上等于将单位电荷量的正电荷从导体一端移到另一端电场力所做的功 决定因素

不同

由电源本身决定

由电源、导体的电阻及导体的连接方式决定 联 系

电路闭合:E=U 内+U 外;电路断开:E=U 外

情境:

讨论:

(1)两块电池的电动势不同表明什么?

提示:电动势表征电源将其他形式的能转化为电能的特性。

(2)有同学说:“由于电动势不同,两块电池接入电路后,电池的两端电压一定不同。”这种说法对吗?

提示:说法不对。电压与电源、导体的电阻和导体连接方式有关,所以不同电源两端的电压可能相同。

【典例】关于电源的电动势,下列说法正确的是( )

A.同一电源接入不同的电路,电动势会发生变化

B.电动势公式E=中的W与电压公式U=中的W是一样的,都是电场力所做的功

C.电源的电动势在数值上等于将单位正电荷从电源负极移到正极非静电力所做的功

D.1号干电池比7号干电池的体积大,所以1号干电池比7号干电池的电动势大

【解析】选C。电动势反映电源本身的特性,与外电路的结构无关,把同一电源接在不同的电路中,电源的电动势不变,A错误;电动势公式E=中的W是指非静电力做的功,电压公式U=中的W是指电场力所做的功,B错误;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到正极所做的功,C正确;电动势的大小与体积无关,干电池的电动势都是1.5 V,1号干电池比7号干电池的体积大,但电动势相同,D错误。故选C。

1.(多选)(2020·德阳高二检测)关于电源的电动势,下面说法正确的是( )

A.电动势E=1.5 V表示电路中每通过1 C电量,电源将1.5 J其他形式能转化为电能

B.电源电动势等于电路内外电压之和,公式为:E=U+U'

C.电源的电动势跟电源的体积有关,跟外电路有关

D.电动势有方向,因此电动势是矢量

【解析】选A、B。电源的电动势为1.5 V表示电路中每通过1 C的电量,电源把1.5 J的其他形式的能转化为电能,故A正确;由闭合电路欧姆定律可知,电源电动势等于电路内外电压之和,公式为:E=U+U',故B正确;E反映电源本身的特性,跟电源的体积无关,跟外电路无关,故C错误;电动势有方向,但电动势运算时不遵守矢量的运算法则——平行四边形定则,所以电动势是标量,故D错误。

2.随着中国电信业的发展,国产手机在手机市场上已经占有了相当大的市场份额,如图所示是中国某股份有限公司生产的一块手机电池外壳上的文字说明,由此可知此电池的电动势和待

机状态下平均工作电流分别是( )

A.4.2 V,14.58 mA

B.4.2 V,700 mA

C.3.7 V,14.58 mA

D.3.7 V,700 mA

【解析】选C。电动势为3.7 V,待机状态下的平均工作电流I== mA=

14.58 mA,故选C。

【加固训练】

1.下列关于闭合电路的说法中,错误的是( )

A.外电路短路时,电源的内电压等于电动势

B.外电路短路时,路端电压为零

C.外电路断路时,路端电压最大

D.电路的外电阻增加时,路端电压减小

【解析】选D。根据闭合电路欧姆定律E=IR+Ir,当外电路短时,R=0,E=Ir,U=0,A、B正确。当外电路断路时,I=0,Ir=0,E=U外,C正确。电路的外电阻增加时,路端电压应增大,D错误。

2.下列关于电源的说法中正确的是( )

A.在外电路中和电源内部,正电荷都受到静电力的作用,所以能不断定向移动形成电流

B.静电力与非静电力都可以使电荷移动,所以本质上都是使电荷的电势能减少

C.在电源内部,正电荷能从负极到正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力

D.静电力移动电荷做功电势能减少,非静电力移动电荷做功电势能增加

【解析】选D。电源内部非静电力做功使电荷的电势能增加,引出了电动势的概念,来描述非静电力的做功本领。而静电力移动电荷做正功的过程电势能减少。D项对。

知识点二闭合电路欧姆定律的理解及简单应用

任务

1闭合电路欧姆定律的理解

1.闭合电路欧姆定律的表达形式:

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) ①

E=U外+Ir ②E=U外+U内③电源电动势在数值上等于电路

中内、外电压之和

①式适用于纯电阻电路;②③

式普遍适用

2.路端电压U随电流I变化的图像(U -I关系图):

(1)U -I图像的函数表达式:U=E-Ir。

(2)U -I图像特点:位于第一象限的直线,如图所示。

(3)几个特点。

①三个特征量:与纵轴交点表示电动势,与横轴交点表示短路电流,直线斜率的绝对值表示电源的内阻。

②两个特殊状态:当外电路断开时(R=∞),I变为零。Ir=0,U=E;当电源两端短路时(R=0),此时

电流I短=(短路电流)。

情境:

讨论:

两位同学设计了测量电源电动势的电路图,哪位同学的设计更加合理?不合理的原因是什么? 提示:乙同学设计更加合理,甲同学设计的电路由于电源存在内阻,有内电压,电动势并不等于外电压。

【典例1】(多选)如图所示为某一电源的U-I曲线,由图可知 ( )

A.电源电动势为2.0 V

B.电源内阻为Ω

C.电源短路时电流为10 A

D.电路路端电压为1.5 V时,电路中电流为5.0 A

【解析】选A、C。由闭合电路欧姆定律U=E-Ir得知,当I=0时,U=E,由图读出E=2.0 V,A正确;

电源的内阻r==0.2 Ω,B错误;电源短路时电流I短==10 A,C正确;当电路路端电压为1.5 V时,电路中电流I== A=2.5 A,D错误。故选A、C。

任务2闭合电路欧姆定律的简单应用

(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。

【典例2】(多选)(2020·巴中高二检测)如图所示,甲、乙为两个独立电源(外电路为纯电阻)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.电源甲的电动势大于电源乙的电动势

B.电源甲的内阻小于电源乙的内阻

C.路端电压都为U0时,它们的外电阻相等

D.电流都是I0时,两电源的内电压相等

【解析】选A、C。图线与U轴交点的坐标值表示电动势的大小,由图线可知,甲与U轴交点的坐标值比乙的大,表明甲的电动势大于乙的电动势,故A正确。图线的斜率大小表示电源内电阻的大小(电动势与短路电流的比值),图线甲的斜率大于图线乙的斜率,表明甲的内阻大于乙

的内阻,故B错误。根据欧姆定律可知外电阻R、路端电压U与电流I的关系为R=,在U-I图线中甲、乙两图线的交点坐标为(I0,U0),说明两电源的外电阻相等,故C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,因为甲的内阻较乙的内阻大,所以当电流都为I0时,甲电源的内电压较大,故D错误,故选A、C。

1.如图甲所示,在滑动变阻器的滑动触头P从右端滑到左端的过程中,两块理想电压表的示数随电流表示数的变化情况如图乙所示,则滑动变阻器的最大阻值和定值电阻R0的阻值分别为( )

A.3 Ω,12 Ω

B.15 Ω,3 Ω

C.12 Ω,3 Ω

D.4 Ω,15 Ω

【解析】选C。由题图可判断AC为V2的示数的变化图线,BC为V1的示数的变化图线。定值电阻R0==Ω=3 Ω,当I=0.5 A时滑动变阻器以最大阻值接入电路,此时R外==Ω=15 Ω,R max=15 Ω-3 Ω=12 Ω,选项C正确,A、B、D错误。故选C。

2.2020年6月23日,我国用长征三号乙运载火箭成功发射第55颗北斗三号组网卫星。卫星在太空飞行,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

【解析】选D。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,故选D。

【加固训练】

1.(多选)类比法是处理物理问题时常见的方法之一,可以使研究的问题简单化,即将已知对象的明确性或可理解性转移到研究的对象中去。比如在蓄电池接入电路给用电器供电与人向空中抛出物体的过程中,可以把电势能与物体的重力势能进行类比。则下列说法正确的是( )

A.电流对用电器做的功与人对物体做的功可以类比

B.非静电力对电荷做的功与人对物体做的功可以类比

C.电流对用电器做的功与物体自身重力做的功可以类比

D.非静电力对电荷做的功与物体自身重力做的功可以类比

【解析】选B、C。将电势能类比重力势能,电流通过用电器做功,电势能减少,可类比重力做功,重力势能减小;非静电力做功,电势能增加,可类比人向空中抛出物体对物体做功,物体重力势能增加,B、C正确。

2.(多选)下列公式中属于物理概念定义式的是( )

A.E=

B.C=

C.R=

D.R=ρ

【解析】选A、C。电场强度是由试探电荷所受的电场力与其电荷量的比值来定义的,E=是电场强度的定义式,故A正确;电容与极板的正对面积S成正比,与极板间的距离成反比,所以

C=不属于物理概念定义式,故B错误;R=是电阻的定义公式,是用比值定义法定义的,故C正确;R=ρ是电阻的决定公式,不是定义式,说明电阻与导体的材料、截面积和长度有关,故

D错误。

3.如图所示,电源的内阻不可忽略。已知定值电阻R1=10 Ω,R2=8 Ω。当电键S接位置1时,电流表的示数为0.20 A。那么当电键S接位置2时,电流表的示数可能是( )

A.0.28 A

B.0.25 A

C.0.22 A

D.0.19 A

【解析】选C。电键接2后,电路的总阻减少,总电流一定增大,所以不可能是0.19 A;原来的路端电压为2 V,因此电流一定小于0.25 A,故只有选项C符合题意。

知识点三闭合电路的动态分析

1.闭合电路动态分析的思路:

闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化,分析这类问题的基本思路是:

2.闭合电路动态分析的三种方法:

(1)程序法:基本思路是“部分→整体→部分”,

即:

(2)结论法——“并同串反”。

①“并同”是指某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大;某一电阻减小时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。

②“串反”是指某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小;某一电阻减小时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大。

(3)特殊值法与极限法:指因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将滑动变阻器的滑

动端分别滑至两个极端去讨论。一般用于滑动变阻器两部分在电路中都有电流时的讨论。

情境:

讨论:

装有电池的手电筒使用一段时间后,亮度逐渐变低。甲同学说是因为电动势减小,乙同学说是因为电池内阻变大。哪位同学的说法正确?请说明理由。

提示:由电池的性质可知,电动势基本不变,长时间使用后电池内阻变大,使电路的总电阻变大,电流减小,手电筒的亮度降低。

【典例】(多选)电源电动势为E,内电阻为r,L1、L2、L3是相同规格的小灯泡。闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P从左端滑到右端时,发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为ΔU1,和ΔU2,下列说法中正确的是( )

A.小灯泡L3变亮,L1、L2变暗

B.小灯泡L3变暗,L1、L2变亮

C.ΔU1<ΔU2

D.ΔU1>ΔU2

【解析】选A、D。当滑动变阻器的滑片P从左端滑到右端时,变阻器接入电路的电阻增大,外电路总电阻增大,总电流减小,则L2变暗,路端电压变大,L2两端电压变小,则并联部分电压增大,则L3变亮,由于总电流变小,流过L3的电流变大,则流过L1的电流变小,所以L1变暗,故A正确,B 错误;由于总电流变小,L2两端电压变小,路端电压变大,则并联部分电压的增大值比L2两端电压的减小值更大,则有ΔU1>ΔU2,故C错误,D正确。

1.(2020·大同高二检测)如图为某控制电路,由电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及电位器(滑动变阻器)R连接而成,L1、L2是两个指示灯。当电位器的滑片由b端滑向a端时,下列说法正确的是( )

A.L1、L2都变亮

B.L1、L2都变暗

C.L1变亮,L2变暗

D.L1变暗,L2变亮

【解析】选B。当滑片由b端向a端滑动时,R接入电路的电阻增大,总电阻增大;由闭合电路的欧姆定律可知电路中总电流减小,则内电压减小,由U=E-Ir可知路端电压增大,则R1两端的电压增大,所以通过R1的电流增大,而总电流减小,所以通过L1的电流变小,即L1变暗;L1两端电压减小,并联电压增大,所以R2两端的电压增大,所以通过R2的电流增大,而通过L1的电流变小,所以通过L2的电流变小,即L2变暗。故选B。

2.(2020·成都高二检测)电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图所示的电路。当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时,下列说法中正确的是( )

A.电流表的读数变小

B.电流表的读数变大

C.电压表的读数变小

D.电压表的读数不变

【解析】选B。当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时,滑动变阻器接入电路的电阻增大,外电路总电阻增大,根据闭合电路欧姆定律分析总电流减小,路端电压增大,则电压表的读数变大。图中并联部分电路的电压增大,则电流表的读数变大,故选B。

【加固训练】

如图所示是一实验电路图。在滑片由a端滑向b端的过程中,

下列表述正确的是( )

A.路端电压变小

B.电流表的示数变大

C.电源内阻消耗的功率变小

D.电路的总电阻变大

【解析】选A。当滑片由a端向b端滑动时,其接入电路中的电阻减小,使得外电路总电阻减小,故D错误。根据I=,可知总电流在增加,根据闭合电路中的欧姆定律有E=Ir+U外,可知路端电压U外在减小,故A正确。流过电流表的示数为I=,可知电流在减小,故B错误。根据P=I2r,

可知内阻消耗的功率在增大,故C错误,故选A。

【拓展例题】考查内容:闭合电路欧姆定律的综合应用

【典例】“加速度计”作为测定运动物体加速度的仪器,已被广泛应用,如图所示为应变式加速度计的原理图:支架AB固定在待测系统上,滑块穿在AB之间的水平光滑杆上,并用轻弹簧连接在A端,其下端有一活动臂可在滑动变阻器上自由滑动,随着系统沿水平方向做变速运动,滑块相对于支架将发生位移,并通过电路转换成电信号从电压表输出。已知电压表量程为8 V,滑块质量为m=0.1 kg,弹簧劲度系数k=20 N/m,电源电动势为E=10 V,内阻不计,滑动变阻器总阻值R=

40 Ω,有效总长度为L=8 cm。当待测系统静止时,滑动触头P位于变阻器R的中点,取A→B方向为正方向。

(1)确定该加速度计测量加速度的范围。

(2)为保证电压表能正常使用,如图电路中电阻R0至少应为多大?

(3)根据R0的最小值,写出待测系统沿A→B做变速运动时,电压表输出电压U V与加速度a的关系式。

【解析】(1)对m:加速度a由弹簧弹力产生,由牛顿第二定律有:F=kx=ma

形变量x满足:|x|≤

故最大加速度为:a m==8 m/s2

即加速度范围是:-8 m/s2≤a≤8 m/s2。

(2)为保证电压表能正常使用,电压表的示数不能超过其最大量程。R0最小时,电压表恰满偏。则由电压分配规律有:=,即:R0=10 Ω,故R0至少应为10 Ω。

(3)取R0=10 Ω,弹簧形变量为x,则有:F=kx=-ma

由电阻定律和电压分配规律有:=

由上述两式可得:a=8-2U V。

答案:(1)-8 m/s2≤a≤8 m/s2

(2)10 Ω (3)a=8-2U V

课堂检测·素养达标

1.如图所示,R4是半导体材料制成的热敏电阻,电阻率随温度的升高而减小,这就是一个火警报警器的电路,电流表是安放在值班室的显示器,电源两极之间接一个报警器,当R4所在处出现火情时,显示器的电流I和报警器两端的电压U的变化情况是( )

A.I变大,U变小

B.I变大,U变大

C.I变小,U变大

D.I变小,U变小

【解析】选A。当传感器R4所在处出现火情时,R4的阻值变小,R2、R3与R4的并联电阻减小,外电路总电阻变小,则总电流变大,电源的内电压变大,路端电压变小,即U变小。因U变小,所以

通过R3的电流减小,而总电流是变大的,所以通过R4支路的电流增大,故电流表示数增大。所以I变大,U变小。故选A。

2.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.5.5 Ω

B.7.0 Ω

C.12.0 Ω

D.12.5 Ω

【解析】选A。由欧姆定律得U=E-Ir,当I=0时,E=U,由a与纵轴的交点读出电源的电动势为:E=3.6 V。根据两图线交点处的状态可知,电阻的电压为U=2.5 V,电流为I=0.2 A,则硅光

电池的内阻为:r==Ω=5.5 Ω,故A正确,B、C、D错误。

3.如图电路中,当滑动变阻器的滑片P向a端滑动过程中,两表的示数变化情况为( )

A.电压表示数增大,电流表示数减小

B.电压表示数减小,电流表示数增大

C.两电表示数都增大

D.两电表示数都减小

【解析】选A。滑片P向a端滑动时滑动变阻器连入电路的阻值增大,电路的总电阻增大,由闭合电路欧姆定律知电路总电流减小,内电压减小,路端电压增大,电压表示数增大,R2与滑动变阻器并联部分的电压U1=E-I总(R1+r)增大,故流过电阻R2的电流增大,流过滑动变阻器的电流I P=I总-I R2减小,所以电流表示数减小,故选项A正确。

4.如图所示,E为内阻不能忽略的电池的电动势,R1、R2、R3为定值电阻,S0、S为开关,V与A分别为电压表与电流表。初始时S0与S均闭合,现将S断开,则( )

A.的读数变大,的读数变小

B.的读数变大,的读数变大

C.的读数变小,的读数变小

D.的读数变小,的读数变大

【解题指南】解答本题可按以下思路分析:

【解析】选B。当S断开时,外电阻变大,总电流I变小,路端电压U外变大,所以电压表的示数变大;总电流变小,电阻R1上的电压U1减小,而路端电压变大,电阻R3上的电压变大,所以电流表的示数变大。所以B项正确。

5.国家大力推广节能环保汽车,电动汽车是许多家庭的首选。已知电动汽车的电源是由30组蓄电池串联组成的。当正常行驶时,电路中的电流为5 A,在10 min内电源做功1.8×105 J,则这30组蓄电池的总电动势是多少?每组的电动势为多少?

【解析】电源移送电荷量为q=It=5×600 C=3 000 C。

这30组蓄电池的总电动势为E== V=60 V

每组蓄电池的电动势为E1== V=2 V。

答案:60 V 2 V

【加固训练】

一电路如图所示,电源电动势E=28 V,内阻r=2 Ω,电阻R1=12 Ω,R2=R4=4 Ω,R3=

8 Ω,C为平行板电容器,其电容C=3.0 pF,虚线到两极板距离相等,极板长L=

0.20 m,两极板的间距d=1.0×10-2 m。则:

(1)若开关S处于断开状态,则当其闭合后,求流过R4的总电量为多少?

(2)若开关S断开时,有一带电微粒沿虚线方向以v0=2.0 m/s的初速度射入C的电场中,刚好沿虚线匀速运动,问:当开关S闭合后,此带电微粒以相同初速度沿虚线方向射入C的电场中,能否从C的电场中射出?(要求写出计算和分析过程,g取10 m/s2)

【解析】(1)S断开时,电阻R3两端电压为

U3=E=16 V

S闭合后,外电阻为R==6 Ω

路端电压为U=E=21 V

电阻R3两端电压为U3'=U=14 V

则流过R4的总电量为ΔQ=CU3-CU3'=6.0×10-12 C

(2)设微粒质量为m,电量为q,当开关S断开时有:

=mg

开关S闭合后,设微粒加速度为a,则有:

mg-q=ma

设微粒能从C的电场中射出,则水平方向上:t=

竖直方向上:y=at2,由以上各式求得:

y=6.25×10-3 m>

故微粒不能从C的电场中射出。

答案:(1)6×10-12 C (2)见解析

【总结提升】含电容器电路的分析与计算技巧

(1)电路稳定时电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件,在电容器处的电路看作是断路,画等效电路时,可以先把它去掉。

(2)若要求解电容器所带电荷量时,可在相应的位置补上,求出电容器两端的电压,根据Q=CU计算。

(3)电路稳定时电容器所在支路上电阻两端无电压,该电阻相当于导线。

(4)当电容器与电阻并联后接入电路时,电容器两端的电压与并联电阻两端的电压相等。

(5)电路中的电流、电压变化时,将会引起电容器的充、放电,如果电容器两端的电压升高,电容器将充电,反之,电容器将放电。与电容器串联的电阻的电量等于电容器带电量的变化量。

2020高考物理 实验专题:测定电源的电动势和内阻(包含答案)

2020高考物理实验专题:测定电源的电动势和内阻(含答案) 1.(多选)用如图所示的电路测量电池电动势和内阻时,若有两 只电压表V1、V2量程相同,内阻分别为R V1、R V2,且R V1 >R V2;两只电流表A1、A2量程相同,内阻分别为R A1、R A2, 且R A1>R A2,在实验中,为了使E、r的测量值更精确一些, 选择的电表应该是() A.V1与A1B.V1与A2 C.V2与A1D.V2与A2 答案AB 2.用电流表和电压表测电池的电动势和内阻,提供的器材如图 甲所示。

(1)用实线代表导线把图甲中的实物连接成测量电路。(两节干电池串联作为电源,图中有部分线路已连好) (2)图乙中的6个点表示实验测得的6组电流I 、电压U 的值,按照这些实验值作出U -I 图线,由此图线求得的每节电池电动势E =________V ,每节电池的内阻r =________Ω。(结果保留三位有效数字) 答案 (1)B E (2)见答下列问题: (1)电流表应选用________,滑动变阻器应选用________。 (2)由图乙的图线,得电源内阻r =________ Ω。 (3)用I 0、U 0和r 表示待测电阻的关系式R x =________,代入数值可得R x 。 (4)若电表为理想电表,R x 接在B 、C 之间与接在A 、B 之间,滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到同一位置,两种情况相比,电流表示数变化范围________,电压表示数变化范围________。(均填“相同”或“不同”) 答案 (1)A 2 R 2 (2)25 (3)U 0I 0 -r (4)相同 不同

2020年高考物理电学难点精讲专题02 测量电源电动势和内阻(含解析)

二、测量电源电动势和内阻的三大高考常考基本方法 伏安法、安阻法和伏阻法测量电源的电动势和内阻 一、基本方法:伏安法 【调研1】(2015·天津卷·9(3))用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V ,内电阻约1 Ω)的电动势和内电阻,除待测电池组、电键、导线外,还有下列器材供选用: A .电流表:量程0~0.6 A ,内电阻约1 Ω B .电流表:量程0~ 3 A ,内电阻约0.2 Ω C .电压表:量程0~ 3 V ,内电阻约30 kΩ D .电压表:量程0~ 6 V ,内电阻约60 kΩ E .滑动变阻器:0~1 000 Ω,额定电流0.5 A F .滑动变阻器:0~20 Ω,额定电流2 A (1)为了使测量结果尽量准确,电流表应选用______,电压表应选用_______,滑动变阻器应选用________(均填仪器的字母代号)。 (2)下图为正确选择仪器后,连好的部分电路。为了使测量误差尽可能小,还需在电路中用导线将___和_____相连、____和_____相连、____和___相连(均填仪器上接线柱的字母代号)。 方案 实验电路 公式法 图像法 解析式 斜率与纵轴截距的意义 图像 伏安法 E =U 1+I 1r E =U 2+I 2r U = E -Ir U I E O I 短 斜率-r 截距U = E 安阻法 伏阻法 E =I 1(R 1+r ) E =I 2(R 2+r ) E =U 1+ ·r E =U 2+ ·r R =E · -r =·+ = R + 斜率:E 纵轴截距:-r 斜率: 纵轴截距: 斜率: 纵轴截距:

2020-2021学年高中物理 第二章 直流电路 4 电源的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律学案

电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律 目标导航核心素 养 1.知道电源电动势和内阻的概念。 2.理解闭合电路欧姆定律、路端电压和电流的变化规律。 3.了解路端电压与外电阻的关系,能利用闭合电路欧姆定律分析动态电路。物理观念:了解电动势、内阻。 科学思维:熟练应用闭合电路欧姆定律的内容进行计算和分析。 科学探究:掌握路端电压与负载之间的关系,并能对闭合电路进行动态分析。 必备知识·自主学习 一、探究决定导体电阻的因素 (1)在电源的外部和内部,电场方向如何?负电荷将怎样移动?电场力做正功还是负功? (2)在电源的内部是什么力来克服电场力做功使负电荷从电源的正极运动到负极的? (1)提示:外部,电流由正极流向负极;内部,电流由负极流向正极;负电荷在外部由负极流向正极,内部由正极流向负极;电场力在外部做正功,内部做负功。 (2)提示:非静电力 1.电源:把其他形式的能转化为电能的装置。 2.电动势: (1)物理意义:反映电源把其他形式的能转化为电势能特性的物理量。 (2)大小:在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电势差。电动势符号为E,单位:伏特,单位符号:V。 3.电源的内阻:电源内部电路上的电阻,简称内阻。 二、闭合电路欧姆定律 1.闭合电路: (1)电路组成:一部分是电源外部的电路,称为外电路,另一部分是电源内部的电路,称为内电路。

(2)电路电压: 外电路两端的电压称为外电压;内电路两端的电压叫作内电压。 (3)电路电阻:外电路的电阻称为外电阻 ;内电路的电阻称为内电阻,简称内阻。 (4)电路电流:在外电路中,电流由电源正极流向负极;在内电路中,电流由电源负极流向正极。 2.闭合电路欧姆定律: (1)内容: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。 (2)公式:I=。 (3)适用条件:①适用于外电路为纯电阻的电路,②、③适用于一切电路。 三、路端电压与负载的关系 1.路端电压与电流的关系:U=E-Ir 。 2.路端电压随外电阻的变化规律: (1)根据闭合电路的欧姆定律,当外电阻增大时,电流减小,路端电压增大;当外电阻减小时,电流增大,路端电压减小。 关键能力·合作学习 知识点一 电动势和电压的区别和联系 比较项目 电 动 势 电 压 物理意义 不同 表征电源将其他形式的能转化为电能的特性 表示电场力做功将电能转化为其他形式的能的本领 数值大小 不同 数值上等于电源未接入电路时两极间的电势差 数值上等于将单位电荷量的正电荷从导体一端移到另一端电场力所做的功 决定因素 不同 由电源本身决定 由电源、导体的电阻及导体的连接方式决定 联 系 电路闭合:E=U 内+U 外;电路断开:E=U 外

高二物理 第二章 直流电路 第四节闭合电路的欧姆定律 教科版(1)

四川省岳池县第一中学2021-2021学年高二物理第二章直流电路第四节闭合电路 的欧姆定律导学案教科版 【学习目标】 1.明白得电动势的概念,明白电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。 2.明白电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和。 3.明白得闭合电路欧姆定律及其公式,并能熟练地用来解决有关的电路问题。 4.明白得路端电压随电流(或外电阻)关系的公式表达,并能用来分析、计算有关问题。 【学习重点】 一、把握闭合电路欧姆定律的内容; 二、路端电压和电流(或外阻)的关系,及其图像的物理意义。 【学习难点】 一、明白得电动势的概念; 二、明白得路端电压和电流(或外阻)的关系。 【课前预习】 一、闭合电路组成 1.闭合电路至少包括的元件有:。 2.内电路、内阻、内电压 电源内部的电路叫,内电路的电阻叫,当电路中有电流通过时,内电路两头的电压叫,用U内= 。 3.外电路、路端电压 电源外部的电路叫,外电路两头的电压适应上叫,也叫 用U外= 表示。 二、闭合电路欧姆定律 1.闭合电路欧姆定律:闭合电路中的电流跟电源的电动势成,跟内、外电路的电阻之和成。 2.公式:。

3.经常使用的其它变形公式: 、 、 。 三、路端电压与外电阻的关系 当R 增大时,依照 可知电流I 。内电压Ir 依照 可知路端电压U 外 同理,R 减小时,U 外 。 (2)讨论 两种特殊情形 1.断路: ,=I ,因此=外U 2.短路:=R ,=I ,因此=外U 【新课探讨】 合作探讨一、闭合电路的电势转变规律 如下图1—1所示,在外电路中,沿电流方向电势在 。因此,电阻两头的电压也常称电压降。在内电路中,正、负极周围化学反映层,电势显现“ ”,而内阻上,沿电流方向电势仍在 ,但整体而言,“ ”的大于 的。因此,在内电路,沿电流方向电势 在 慢 慢 。 合作探讨二、闭合电路中的能量转化与守恒 如图1—2所示,设电键闭合后,电路中的电流为I ,那么 ①在时刻t 内,外电路中电流做功产生的热为 。 ②在时刻t 内,内电路中电流做功产生的热为 。 ③时刻t 内通过电源的电荷量为=q , 时刻t 内通过电源的非静电力做的功为=W 。 ④在电源内,通过非静电力做功, 能转化为 能;电流通过外电阻和内阻时,静电力做功, 能转化 外电路 内电路 图1—2 图1—1闭合电路电势

2020--2021学年教科版高二物理选修3—1第2章 直流电路(附答案)

2020--2021教科版物理选修3—1第2章 直流电路(附答案) 教科版选修3—1第二章 直流电路 1、一根粗细均匀的金属导线,在其两端加上电压U 0时,通过导线的电流为I 0,导线中自由电子定向移动的平均速率为v ,若将导线均匀拉长,使它的横截面半径变为原来的12,再给它两端加上电压2U 0,则( ) A .通过导线的电流为I 08 B .通过导线的电流为I 016 C .导线中自由电子定向移动的速率为v 4 D .导线中自由电子定向移动的速率为v 8 2、如图所示为一小灯泡的伏安特性曲线,横轴和纵轴分别表示电压U 和电流I.图线上点A 的坐标为(U 1、I 1),过点A 的切线与纵轴交点的纵坐标为I 2,小灯泡两端的电压为U 1时,电阻等于( ) A .I 1U 1 B .U 1I 1 C .U 1I 2 D .U 1I 1-I 2 3、白炽灯的灯丝是由钨制成的,下列说法中正确的是( ) A .由于白炽灯正常工作时的灯丝和未接入电路时的灯丝是同一个导体,故两种情况下电阻相同 B .白炽灯正常工作时灯丝电阻大于未接入电路时灯丝电阻 C .白炽灯正常工作时灯丝电阻小于未接入电路时灯丝电阻 D .条件不足,不能确定 4、如图所示,用甲、乙两种电路测R x 的阻值,甲电路中伏特表和安培表的示数分别为3.0 V 和3.0 mA ,乙电路中伏特表和安培表示数分别为2.9 V 和4.0 mA ,则待测电阻R x 的值应( )

A.比1 000 Ω略大一些B.比1 000 Ω略小一些 C.比725 Ω略大一些D.比725 Ω略小一些 5、(多选)如图,电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r.将滑动变阻器滑片向下滑动,理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3,理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI,则() A.A的示数增大B.V2的示数增大 C.ΔU3与ΔI的比值大于r D.ΔU1大于ΔU2 6、通过电阻R的电流为I时,在时间t内产生的热量为Q;若电阻为2R,电流 为I 2时,则在时间t内产生的热量为() A.4Q B.2Q C.Q 2D. Q 4 7、(双选)如图所示,为温度报警器的示意图,R0为一热敏电阻,下列对此电路的分析正确的是() A.当R0的温度升高时,R0减小,A端电势降低,P端的电势升高,蜂鸣器就会发出报警声 B.当R0的温度升高时,R0减小,A端电势升高,P端的电势降低,蜂鸣器就会发出报警声 C.当增大R1时,A端电势升高,P端的电势降低,蜂鸣器就会发出报警声D.当增大R1时,A端的电势降低,P端的电势升高,蜂鸣器就会发出报警声

2020届高考物理计算题复习《电源的电动势和内阻》(解析版)

《电源的电动势和内阻》 一、计算题 1.在如图甲所示的电路中,电阻R阻值未知,电源电动势和内阻也未知,电源的路端 电压U随电流I的变化图线及外电阻的U—I图线如图乙所示,求: (1)电源的电动势和内阻; (2)电源的路端电压及电阻R的阻值; (3)电源的输出功率. 2.如图所示,甲图中变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中,两电压表的读数随电 流表读数的变化情况如图乙中的AC、BC两直线所示.不考虑电表对电路的影响. (1)电压表V1、V2的示数随电流表示数的变化图象应分别为U-I图象中的哪一条直 线? (2)定值电阻R0、变阻器的总电阻R分别为多少? (3)求出电源的电动势和内阻.

3.如图所示的电路中,R1=3Ω,R2=6Ω,R3=1.5Ω,C=20μF.当开关S断开时,电源所释放的总 功率为2 W;当开关S闭合时,电源所释放的总功率为4 W.求: (1) 电源的电动势和内阻. (2) 闭合S时,电源的输出功率. (3) S断开和闭合时,电容器所带的电荷量各是多少? 4.在如图所示的电路中,电阻R1=12 Ω,R2=8 Ω,R3=4 Ω。当开关S断开时,电流 表示数为0.5 A;当开关S闭合时,电流表示数为0.72 A。求: (1)开关S断开和闭合时的路端电压U及U?。 (2)电源的电动势和内阻。

5.如图所示的电路中,电流表为理想电流表,电阻R1=4 Ω,R2=12 Ω,R3=8 Ω。电 源的总功率为1.8 W,而电源的发热功率为0.3 W,求电源的电动势和内阻。 6.工作出差时移动电源已经是智能手机的最佳搭配,用电动势为5V的电源给手机充 电时,测得电源两极间的电压为4.5V,已知电源铭牌中标有电源容量为2Ah,且电源电能全部释放出来,则: (1)电源放出的总电能是多少焦耳? (2)手机得到多少电能? (3)电源给手机充电过程中发出多少热量? 7.在如图所示的电路中,电阻。当开关S断开时,电流表 示数为0.5A;当开关S闭合时,电流表示数为0.72A。求: (1)开关S断开和闭合时的路端电压U及。 (2)电源的电动势和内阻。

教科版高中物理必修第三册第二章电路及其应用课时6电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律课时作业含答案

6 电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律 课时作业 1.在如图所示的电路中,电源的电动势E=3.0 V,内阻r=1.0 Ω,R为滑动变阻器。当闭合开关S后,电流表示数为 0.30 A。忽略电流表的内阻,则滑动变阻器接入电路的阻值为( B ) A.8.0 Ω B.9.0 Ω C.10.0 Ω D.11.0 Ω 解析:闭合开关S,根据闭合电路欧姆定律得I=E R+r ,得R=E I -r= (3 0.30 -1.0)Ω=9.0 Ω,即滑动变阻器接入电路的阻值为9.0 Ω,选项 B正确。 2.一个闭合电路由电池供电,外电路是纯电阻,以下说法正确的是( A ) A.当外电阻增大时,路端电压增大 B.当外电阻减小时,路端电压增大 C.当外电阻减小时,电路中的电流减小 D.电池的内阻越小,外电阻变化时,路端电压的变化越大 解析:根据U=E-Ir,当外电阻增大时,I减小,U增大,A正确,B错误。 根据I=E R+r ,外电阻R减小时,电流增大,C错误。根据U=E-Ir,有ΔU=ΔIr,外电阻变化,电流变化,r越小,对应的电压越小,故D错误。

3.如图所示的电路中,电源的电动势和内阻一定,当可变电阻的阻值由2 Ω变为6 Ω时,电源的路端电压变为原来的1.5倍,则电源的内阻为( D ) A.4 Ω B.8 Ω C.6 Ω D.2 Ω 解析:由闭合电路欧姆定律可得U= E R 1+r R 1,1.5 U= E R 2+r R 2,代入数据R 1= 2 Ω,R 2=6 Ω,联立两式,解得r=2 Ω,故D 正确,A,B,C 错误。 4.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 ) A.当S 断开时,U AC =9 V B.当S 闭合时,U AC =9 V C.当S 闭合时,U AB =9 V,U BC =0 D.当S 断开时,U AB =0,U BC =0 解析:当S 断开时,U AC 、U BC 均为路端电压,等于电源电动势,A 正确,D 错误;当S 闭合时,U AC =U AB = E R+r R=7.5 V,U BC =0,B,C 错误。 5.(多选)有一种服务型机器人,其额定功率为48 W,额定工作电压为24 V,机器人的锂电池容量为 20 A ·h 。则机器人( CD ) A.额定工作电流为20 A B.充满电后最长工作时间为2 h C.电池充满电后总电荷量为 7.2×104 C

教科版(2019)高中物理必修第三册6电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律学案

6 电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律 知识点一电源、电动势和内阻 1.电源:我们把所有能提供电能的装置称为电源,电源都是将其他形式的能转化为电能的装置。 2.闭合电路:由电源、用电器、导线、开关连成的电路就是最简单的电路,电源的正、负极以外的部分,包括导线、用电器及开关在内,称为外电路,外电路两端的电压,即电源两极间的电压,称为路端电压;而电源内部称为内电路,合起来称为闭合电路,也称全电路。 3.电动势: (1)定义:非静电力在电源内部将正电荷从电源负极移到正极所做的功W非与电荷量q的比称为电源的电动势,用符号E表示。

(2)公式:E=W 非q 。 (3)单位:伏特,用符号“V ”表示。 (4)意义:表示把其他形式的能转化为电势能的本领,其大小由电源中非静电力的特性决定,跟外电路无关。 4.在闭合电路的内电路部分,即电源内部也存在电阻,我们称为内电阻,简称内阻。 知识点二 闭合电路欧姆定律 1.闭合电路的路端电压 如图所示的闭合电路中,电源电动势为E 、内电阻为r,外电路电阻为R,当开关断开时,其路端电压U 等于电源的电动势E;当开关闭合时,有电流I 通过,内部电势降落为Ir,这时路端电压U 小于电动势E,它们满足的关系是 U=E-Ir 。 2.闭合电路欧姆定律 (1)内容:在外电路只接有电阻元件的情况下,通过闭合电路的电流大小跟电源的电动势成正比,跟内外电阻之和成反比。 (2)公式:I=E R+r 。 (3)闭合电路中外电阻与电流和外电压关系 外电阻增大,电流将减小,路端电压将增大;外电阻减小,电流将增大,路端电压将减小。 知识点三 闭合电路的U-I 图像(如图)

2020-2021学年新教材高中物理 第四章 闭合电路 第三节 测量电源的电动势和内阻课时检测(

测量电源的电动势和内阻 1.为了测出电源的电动势和内阻,除待测电源和开关、导线以外,配合下列哪组仪器,不能达到实验目的( ) A .一个电流表和一个电阻箱 B .一个电压表、一个电流表和一个滑动变阻器 C .一个电压表和一个电阻箱 D .一个电流表和一个滑动变阻器 解析:选D 根据E =I (R +r ),由电流表测出电流,用电阻箱读出外电阻的阻值,可以求出E 、r ,A 不符合题意;根据E =U +Ir ,由电流表测出电流,由电压表测出电压,可以求出E 、r ,B 不符合题意;根据E =U +Ur R ,由电压表测出电压,用电阻箱读出外电阻的阻值,可以求出E 、r ,C 不符合题意;因为滑动变阻器不能读出电阻的数值,所以只有一个电流表和一个滑动变阻器,测不出电动势和内阻,D 符合题意。 2.[多选]在用如图所示的电路测量电池电动势和内阻的实验中,若有两只电压表V 1和V 2且量程相同,内阻R V1>R V2;两只电流表A 1、A 2且量程相同,内阻R A1>R A2,在该实验中,为了使E 、r 的测量精确些,选择的电表可以是( ) A .V 1和A 2 B .V 2和A 2 C .V 2和A 1 D .V 1和A 1 解析:选AD 本实验中电流表相对电池外接,系统误差是由电压表分流引起的,E 测 = R V R V +r ·E ,r 测= R V R V +r ·r ,要减小误差,R V 应选大的,故电压表选V 1,本实验中电流表的内阻 对结果无影响,故正确选项为A 、D 。 3.(2020·广东湛江期中)在“测量电源的电动势和电阻”的实验中,实验器材有被测干电池、电流表(0~0.6 A ,内阻约为0.1 Ω)、电压表(0~3 V ,内阻约为3 kΩ)、开关、滑动变阻器(0~20 Ω)、导线等。 (1)在虚线框中画出优选的实验电路图。

2020-2021学年人教版物理选修3-1习题:第2章 10 实验:测定电池的电动势和内阻 含解析

第二章10 [练案18] 基础夯实 1.某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻,他们提出的实验方案中有如下四种器材组合。为使实验结果尽可能准确,最不可取的一组器材是( D ) A.一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器 B.一个伏特表和多个定值电阻 C.一个安培表和一个电阻箱 D.两个安培表和一个滑动变阻器 解析:A选项属于伏安法测定干电池的电动势和内阻的实验器材,A项正确;由U=E-错误!r,B 项正确;由E=I(R+r),C项正确;因不能读出滑动变阻器的阻值,D项错误。 2.用电流表和电压表测定电池的电动势E和内电阻r,所用电路如下图(a)所示,一位同学测得的6组数据如下表所示。 组别123456 电流I/A0。120.200.310。320.500。57 电压U/ V 1.371。321。24 1.18 1.101。05 (1)试根据这些数据在图(b)中作出U-I图线。 (2)根据图线求出电池的电动势E=__1。46__ V,电池的内电阻r=__0.72__Ω。 答案:(1)见解析图 解析:本题考查用作图法处理实验数据。作图线时应使尽可能多的点落在直线上,个别偏离太大的点应舍去,图线如下图所示。由图线与纵轴的交点可得电动势E=1。46 V,再读出图线与横轴交点的坐标(1.00,0.64),由E=U+Ir得r=错误!=错误!Ω≈0。72 Ω。

3.某同学用伏安法测一节干电池的电动势E和内电阻r,所给的其他器材有: A.电压表V:0~3 V~15 V B.电流表A:0~0。6 A~3 A C.变阻器R1:(20 Ω,1 A) D.变阻器R2:(1 000 Ω,0。1 A) E.电键S和导线若干 (1)实验中电压表应选用的量程为__0~3_V__(填“0~3 V”或“0~15 V”);电流表应选用的量程为__0~0.6_A__(填“0~0.6 A”或“0~3 A”);变阻器应选用__R1__; (2)根据实验要求连接实物电路图; (3)实验测得的6组数据已在U-I图中标出,如图所示,请你根据数据点位置完成U-I图线,并由图线求出该电池的电动势E=__1。5__ V,电阻r=__0。50__Ω。 答案:(2) (3)U-I图线如图所示 解析:(1)一节干电池的电动势为1。5 V,故电压表选择0~3 V即可;流经干电池的电流不允许过

2021-2022年高考物理100考点模拟题专题2.4 电动势和闭合电路欧姆定律(解析版)

2021年高考物理100考点最新模拟题千题精练 第二部分 恒定电流 专题2.4 电动势和闭合电路欧姆定律 一.选择题 1.(2020·江苏模拟)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 【参考答案】A 【名师解析】 开关S 断开时有:E =3 V ,开关S 闭合时有:2 V =E R +r R ,其中R =2 Ω,解得:r =1 Ω,故A 正确。 2.(2019·南阳模拟)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(电池内阻不是常量),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 .5.5 Ω B .7.0 Ω C .12.0 Ω D .12.5 Ω 【参考答案】A 【名师解析】由欧姆定律得U =E -Ir ,当r =0时,E =U ,由图线a 与纵轴的交点读出电源的电动势为E =3.6 V ,根据两图线交点处的状态可知,电阻的电压为U =2.5 V ,电流为I =0.2 A ,则硅光电池的内阻为r =E -U I =3.6-2.50.2 Ω=5.5 Ω,故选项A 正确。 3.(多选)(2019·江苏盐城模拟)如图所示,E 表示电源电动势、I 表示电路中的电流、U 表示电源的路端电压、P 表示电源的输出功率,当外电阻R 变化时,下列图像中可能正确的是( )

【参考答案】CD 【名师解析】 电源的电动势与外电路的电阻无关,选项A 错误;由闭合电路的欧姆定律:I =E R +r 可 知I -R 图像不是直线,选项B 错误;U =IR =ER R +r =E 1+ r R ,则随R 增加,U 增大,当R →∞时U →E ,选项C 正确;P =I 2R = E 2R (R +r )2 =E 2 R +r 2 R +2r ;因当r =R 时,P 最大,可知图像D 正确。 4、(2019·枣庄模拟) 如图甲所示,一个简单的闭合电路由内、外两部分电路构成。已知内电路的电源是一个化学电池,电池的正、负极附近分别存在着化学反应层,反应层中非静电力(化学作用)把正电荷从电势低处移到电势高处,在这两个地方,电势会沿电流方向“跃升”。这样整个闭合电路的电势高低变化情况如图乙所示,图乙中各点位置的高低表示电路中相应各点电势的高低,D 点的高度略低于C 点。若减小外电路电阻R ,则下列说法正确的是( ) 甲 乙 A .C 、D 两点之间的高度差将变大 B .A 、D 两点之间的高度差和 C 、B 两点之间的高度差之和将变小 C .A 、B 两点之间的高度差不变 D .在电子从A 点经D 、C 移动至B 点的过程中,非静电力做功将变大 【参考答案】A 【名师解析】因电动势不变,减小外电路电阻R ,电路中的电流增大,内电压变大,外电压减小,A 、B 两点的高度差类似于外电压,减小;C 、D 两点高度差类似于内电压,变大,故A 正确,C 错误。A 与D 、C 与B 高度差之和类似于电动势,不变,故B 错误。电子从A 处经D 、C 至B 处,非静电力做功W =Eq ,不变,故D 错误。 5.(多选)如图所示的电路中,电源电动势为12 V ,内阻为2 Ω,四个电阻的阻值已在图中标出。闭合开关S ,下列说法正确的是( )

2024届高考一轮复习物理教案(新教材粤教版):测量电源的电动势和内阻

实验十一 测量电源的电动势和内阻 目标要求 1.理解测量电源电动势和内阻的实验原理——闭合电路欧姆定律.2.掌握用电流表和电压表测定电源的电动势和内阻的方法.3.掌握实物图连接的技巧.4.会用图像处理实验数据. 考点一 伏安法测电源的电动势和内阻 1.实验原理 闭合电路欧姆定律. 2.实验器材 干电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺. 3.实验步骤 (1)电流表用0.6 A 的量程,电压表用3 V 的量程,按图连接好电路. (2)把滑动变阻器的滑片移到接入电路阻值最大的一端. (3)闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数并记录一组数据(I 1,U 1).用同样的方法再测量几组I 、U 值,填入表格中. (4)断开开关,拆除电路,整理好器材. 4.实验数据处理 (1)列方程组⎩ ⎪⎨⎪⎧ E =U 1+I 1r E =U 2+I 2r ,解出E 、r ,并多次测量求平均值. (2)用作图法处理数据,如图所示. ①图线与纵轴交点为电源电动势E ;

②图线斜率的绝对值为内阻r. 5.误差分析 (1)偶然误差:主要来源于电压表和电流表的读数以及作U-I图像时描点不准确. (2)系统误差: ①若采用甲图电路 方法a电压表的分流作用造成误差,电压值越大,电压表的分流越多,对应的I真与I测的差 越大,I V=U R V.其中U-I图像如图乙所示. 结论:E测r真. 方法b等效电源法 如图丙所示,E测=E真,r测=r+R A>r真. (3)电路选择: ①电源内阻一般较小,选图甲电路误差较小. ②当内阻已知时选图丙电路,此时r=k-R A,没有系统误差. 6.注意事项 (1)为了使路端电压变化明显,可使用内阻较大的旧电池. (2)电流不要过大,应小于0.5 A,读数要快. (3)要测出不少于6组的(I,U)数据,变化范围要大些.

2021高中物理一轮复习学案--实验十一 测定电源的电动势和内阻

实验十一测定电源的电动势和内阻 ZHI SHI SHU LI ZI CE GONG GU ,知识梳理·自测巩固 一、实验目的 1.掌握用电流表和电压表测定电源的电动势和内阻的方法。 2.掌握用图象处理实验数据的方法。 3.掌握实物图连接的技巧。 二、实验原理 如图甲所示,改变R的阻值,从电压表和电流表中读出几组I、U值,利用闭合电路的欧姆定律求出几组E、r值,最后分别算出它们的平均值。 此外还可以用图象法来处理数据,即在坐标纸上以I为横坐标,U为纵坐标,用测出的几组I、U值画出U-I图象,图乙所得直线跟纵轴交点即为电动势的值,图象的斜率的绝对值即为内阻r的值。 三、实验器材 电压表,电流表,滑动变阻器,干电池,开关,导线。 四、实验步骤 1.选择好电流表、电压表量程,按图甲连接好电路。 2.把变阻器的滑动片移到一端,使接入电路的阻值最大。 3.闭合开关,调节变阻器,使电流表有明显示数,记录一组数据(I 1,U 1 ), 用同样的方法测量几组I、U值。 4.断开开关时,整理器材。 5.处理数据,用公式法或图象法求出电动势和内阻的值。 五、注意事项 1.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的干电池)。 2.电池在大电流放电时极化现象较严重,电动势E会明显下降,内阻r会

明显增大,因此实验中不要将I调得过大。读数要快,每次读完立即断电。 3.测出不少于6组I、U数据,且变化范围要大些,用方程组求解时,要将测出的I、U数据中,第1和第4为一组,第2和第5为一组,第3和第6为一组,分别求出E、r值再求平均值。 4.画U-I图象时,要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去不考虑,以减小偶然误差。 5.干电池内阻较小时,U的变化较小,此时坐标图中数据点将集中在上部,呈现下部分大面积空间得不到利用,为此,可使纵坐标不从零开始,如图所示,把坐标的比例放大,可使结果的误差减小,此时图象与横轴交点不表示短路电流,仍可用r=|ΔU/ΔI|计算出电池的内阻r。 六、误差分析 1.偶然误差 (1)由读数不准和电表线性不良引起误差。 (2)用图象法求E和r时,由于作图不准确造成的误差。 (3)测量过程中通电时间过长或电流过大,都会引起E、r变化。 2.系统误差 由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差。 (1)如图甲所示,在理论上E=U+(I V +I A )r,其中电压表示数U是准确的电 源两端电压。而实验中忽略了通过电压表的电流I V 而形成误差,而且电压表示 数越大,I V 越大。 结论: ①当电压表示数为零时,I V =0,I A =I 短 ,短路电流测量值=真实值。

2021年全国高考物理人教新版实验专题:测电源电动势与内阻-(讲义教师版)

测电源电动势与内阻知识元 测电源电动势与内阻 知识讲解 方法一:伏安法测电源的电动势和内阻 一、实验目的 1.测定电源的电动势和内阻. 2.认识电源输出电压随电流变化的图象. 二、实验原理 1.实验电路图如图所示 2.电动势与内阻的求解 (1)计算法 由U=E-Ir,得: 解得: (2)图象法 作出U-I图象,利用图象求解,如图所示. a.图线与纵轴交点为E;

b.图线与横轴交点为短路电流,I短=; c.由图线的斜率可求电源内阻r=||. 三、实验器材 电池(待测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线和坐标纸. 四、实验步骤 1.连接电路:确定电流表、电压表的量程,按照电路原理图把器材连接好. 2.测量数据:闭合开关,调节变阻器,使电流表有明显示数,记录一组电压表和电流表的读数,用同样方法测量并记录几组I、U值. 第1组第2组第3组第4组第5组第6组U/V I/A 4.数据处理:计算法或在坐标纸上作U-I图,求出E、r. 五、注意事项 1.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的1号干电池). 2.干电池在大电流放电时极化现象较严重,电动势E会明显下降,内阻r会明显增大,故长时间放电时电流不宜超过0.3A,短时间放电时电流不宜超过0.5A.因此,实验中不要将R调得过小,读电表示数要快,每次读完应立即断电. 3.要测出不少于6组I、U数据,且变化范围要大些.用方程组求解时,要将测出的I、U数据中,第1和第4为一组、第2和第5为一组、第3和第6为一组,分别解出E、r值再取平均值. 4.在画U-I图线时,要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧.个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑.这样就可使偶然误差得到部分抵消,从而提高测量的精度. 5.由于干电池的内阻较小,路端电压U的变化也较小,这时画UI图线时,纵轴的刻度可以不从零开始,而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始).但这时图线和横轴的交点不再是短路电流,而图线与纵轴的截距仍为电源电动势,图线斜率的绝对值仍

2023届高考物理二轮复习专题讲义: 电源电动势和内阻的测量

电源电动势和内阻的测量 本专题主要讲解的是伏安法、伏阻法和安阻法测电源的电动势和内阻,主要从实验设计、器材选择、数据处理和误差分析等方面进行命题,特别是图像法在数据处理中的应用,重点考查了学生信息分析的能力以及实验探究能力。 探究1 伏安法测电源的电动势和内阻 典例1:(2020年山东卷)实验方案对实验测量的精度有直接的影响,某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有: 干电池一节(电动势约1.5 V,内阻小于1 Ω); 电压表V(量程3 V,内阻约3 kΩ); 电流表A(量程0.6 A,内阻约1 Ω); 滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω); 定值电阻R1(阻值2 Ω); 定值电阻R2(阻值5 Ω); 开关一个,导线若干。 (1)该小组按照图甲所示的电路进行实验,通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏,记录此过程中电压表和电流表的示数,利用实验数据在U-I坐标纸上描点,如图乙所示,结果发现电压表示数的变化范围比较小,出现该现象的主要原因是________。(单选,填正确答案标号) A.电压表分流B.干电池内阻较小 C.滑动变阻器最大阻值较小D.电流表内阻较小 (2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题,该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案,重新测量得到的数据如下表所示。 序号1234567

I/A0.080.140.200.260.320.360.40 U/V 1.35 1.20 1.050.880.730.710.52 ①图丙中已标出后3组数据对应的坐标点,请标出前4组数据对应的坐标点并画出U-I图像。 ②根据实验数据可知,所选的定值电阻为________(填“R1”或“R2”)。 ③用笔画线代替导线,请按照改进后的方案,将图丁所示实物图连接成完整电路。 训练1:(2022·山东青岛三模)某实验小组的同学欲测量从电动自行车上拆卸的一块废旧电池的电动势和内阻。 (1)为了粗略测定电池的电动势与内阻,某同学用下列方法: ①用多用电表的电压挡直接测量电池两极间的输出电压; ②用多用电表的欧姆挡直接测量两极间的内阻; 你认为以上测量中不妥的是:___________(填序号)。 (2)实验小组的同学利用实验室给出下列器材进一步精确测量该电池的电动势和内阻。A.废旧电池一块(电动势约为12V,内阻约为6Ω) B.滑动变阻器R1(最大阻值为50Ω) C.电阻箱R2(最大阻值为9999.99Ω) D.电压表(量程3V,内阻为2kΩ) E.电流表(量程0.6A,内阻为3Ω) F.开关、导线若干 ①由于电压表量程太小,实验小组利用电压表和电阻箱改装了一个量程为15V的电压表(表盘刻度未改),则电压表应与电阻箱__________(选填“串联”或“并联”),电阻箱的阻值应为__________Ω。 ②为了比较精确测量电池的电动势与内阻,请在虚线框甲内画出实验电路图。______

高中物理教案:电源的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律

4电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律 [学习目标] 1.理解电源的电动势及内阻的含义. 2.了解内电路、外电路,知道电动势与内、外电压的关系. 3.掌握闭合电路欧姆定律并会进行有关计算. 4.会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系,培养逻辑思维能力. 自主预习 一、电源的电动势和内阻 1.电源 将其他形式的能转化为电势能的装置. 2.电动势 (1)大小:数值上等于电源未接入电路时两极间的电势差. (2)用字母E表示;单位:伏特,符号是V. (3)物理意义:表征电源将其他形式的能转化为电能的本领. 3.内阻 电源内部电路的电阻称为电源的内电阻,简称内阻. 二、闭合电路欧姆定律 1.内、外电路的电势降落 (1)电流流过电源内部时,内电阻r上有电势降落,即电阻r两端的电压,称为内电压,U′=Ir. (2)电源外部,电流流经外电阻时,外电阻R上有电势降落,即外电阻R两端的电压,称为路端电压或外电压,U=IR. (3)电源电动势等于闭合电路总的电势降落之和,即E=U+U′=U+Ir.

2.闭合电路欧姆定律 (1)内容: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. (2)表达式:I=E R+r . 三、路端电压与负载的关系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,由I=E R+r可知电流I减小,路端电压U=E-Ir增大. (2)当外电阻R减小时,由I=E R+r可知电流I增大,路端电压U=E-Ir减小. (3)两种特殊情况:当外电路断开时,电流I变为0,U=E.即断路时的路端电压等于电源电动 势.当电源短路时,外电阻R=0,此时短路电流I0=E r. 1.判断以下说法的正误. (1)所有电源都是将化学能转化为电能的装置.(×) (2)E=U+Ir适用于任何电路.(√) (3)某电源电动势为10 V,内阻为2 Ω,外接一线圈电阻为8 Ω的电动机,则电路中的电流为1 A.(×) (4)在闭合电路中,外电阻越大,路端电压越大.(√) (5)电路断开时,电路中的电流为零,路端电压也为零.(×) (6)外电路短路时,电路中的电流无穷大.(×) 2.如图1所示,电动势为2 V的电源跟一个阻值R=9 Ω的电阻接成闭合电路,理想电压表测得电源两端电压为1.8 V,则电源的内阻为________ Ω.

第2章10 实验:测定电池的电动势和内阻—2020-2021 高中物理选修3-1学案

10 实验:测定电池的电动势和内阻 素养目标定位 ※※ 掌握测量电池电动势和内阻的原理和实验方法 ※ 了解实验中的误差来源,了解用不同方法测量得出结果E 和r 的误差分析 素养思维脉络 知识点1 实验原理 闭合电路的欧姆定律。 知识点2 测电源E 、r 的几种方法与电路连接图 主要仪器 原理 电路图 电压表 电流表 变阻器 ⎩ ⎪⎨⎪⎧ E =U 1+__I 1r __E =__U 2__+I 2r 电压表 变阻箱 ⎩⎨⎧ E =U 1+__U 1 R 1 r __ E =__U 2 __+U 2R 2 r 电流表 变阻箱 ⎩ ⎪⎨⎪⎧ E =I 1R 1+__I 1r __E =__I 2R 2__+I 2r 为减小测量误差,本实验常选用以下两种数据处理方法。 1.代数法 利用U 、I 值多求几组E 和r 的值,算出它们的平均值 E -=__E 1+E 2+…+E n n __,r - =__r 1+r 2+…+r n n ____。

2.图象法 以I 为横坐标,U 为纵坐标建立直角坐标系,根据几组I 、U 的测量数据,在坐标系中描点,此时可大致看到,U -I 图象是一条斜向下的直线。如图所示。 ①纵轴的截距等于电源的__电动势__E ;横轴的截距等于外电路短路时的电流I 0=__E r __。 ②直线斜率的绝对值等于__电源的内阻__。即r =E I 0=ΔU ΔI 。 思考辨析 『判一判』 (1)在用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中,应选用旧的干电池作为被测电源,以使电压表读数变化明显。( √ ) (2)在用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中,移动滑动变阻器的滑片时,不能使滑动变阻器短路造成电流表过载。( √ ) (3)用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中,偶然误差主要来源于电压表、电流表的读数以及作U -I 图线时描点不准确。( √ ) 『选一选』 如图所示,是甲、乙、丙三位同学设计的测量电源电动势和内电阻的电路。电路中R 1、R 2为已知阻值的电阻。下列说法中正确的是( D ) A .只有甲同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻 B .只有乙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻 C .只有丙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻 D .三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻 解析:图甲中可用E =I 1(r +R 1)、E =I 2(r +R 2)求得电源的电动势和内电阻,图乙中可用E =U 1+U 1R 1r 、E =U 2+U 2 R 2 ·r 求得电源电动势和内电阻,而图丙中可用E =U 1+I 1r 、E =U 2+

专题54 测量电源的电动势和内电阻(解析版)

2023届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训 专题54 测量电源的电动势和内电阻 特训目标特训内容 目标1伏安法测电源的电动势和内电阻(1T—5T) 目标2安阻法测电源的电动势和内电阻(6T—10T) 目标3伏阻法测电源的电动势和内电阻(11T—15T) 一、伏安法测电源的电动势和内电阻 1.某实验小组测量一充电宝的电动势和内阻。从说明书可知该充电宝的电动势约为5V,内阻很小,约0.1~0.3Ω,最大放电电流为2A。 (1)该小组将充电宝连接线的外绝缘层剥开,找出充电宝的正极和负极,将多用电表选择开关旋到10V直流电压挡,先进行机械调零,然后红、黑表笔分别接触充电宝的正极和负极,电表刻度盘如图甲所示,该读数为__________V。 (2)该小组想进一步精确测出该充电宝的电动势和内阻,实验室提供的器材如下:A.电压表V(量程为6V,内阻约为5kΩ) B.电流表A(量程为3A,内阻约为0.6Ω)

C.滑动变阻器R1(最大阻值为60Ω) D.定值电阻R0=3Ω E.一个开关及导线若干 该小组设计了两种测量充电宝电动势和内阻的电路,图乙中__________(填“A电路”或“B 电路”)更为合理,理由是______________。 (3)该小组通过调节滑动变阻器,测得多组I、U数据,并在坐标纸上描点如图丙所示,请根据描出的点作出U-I图像_________。 (4)根据U-I图像,可求得该充电宝的电动势为__________V,内阻为__________Ω。(结果均保留两位小数) (5)根据误差分析,该充电宝的电动势的测量值比真实值__________(填“偏小”或“偏大”),内阻的测量值比真实值__________(填“偏小”或“偏大”)。 【答案】 3.8B电路由于充电宝的内阻比较小,若用A电路测量,则改变滑动变阻

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