高中物理 第二章 恒定电流 实验：电学基本仪器的使用和读数学案 新人教版必修2.doc
高中物理第二章恒定电流恒定电流学案新人教选修
2.11 《恒定电流》【学习目标】1.知道电源、电流、电动势的概念,掌握电阻定律、焦耳定律。
2.会用串、并联电路的电压、电流及功率的分配规律分析电路并进行相关的计算。
3.理解欧姆定律、闭合电路的欧姆定律,并能熟练运用。
4.通过实验探究决定导线电阻的因素,会使用多用电表, 通过实验测量电源的电动势和内阻。
5.通过实验观察门电路的基本作用,初步了解逻辑电路的基本原理及其在自动控制中的应用。
【三“点”探究】主题1:从微观角度认识电流(1)如果已知某导线的横截面积为S,单位体积内自由电子数(即自由电子“密度”)为n,你能否得出通过该导线的电流I与导线内自由电子定向移动速率v之间的关系?(2)请从微观角度解释电动机和电源工作时也会发热的现象。
主题2:闭合电路的欧姆定律(1)闭合电路的欧姆定律总是成立的吗?如果电路不是纯电阻电路,公式E=U+Ir是否依然成立?为什么?(2)同一个灯泡的灯丝电阻是一定的吗?图示中1是某电池的U-I图象,2是某小灯泡的U-I图象,如果把此灯泡单独接在此电池上,怎样根据图象求出此时灯泡的实际功率呢?主题3:电学实验(1)图甲、乙是两种伏安法测电阻的电路图,图丙、丁是两种测电池电动势和内阻的电路,请简单分析各种测量方法中引起系统误差的主要因素。
(2)选择电学测量仪表要遵循什么样的原则?要测量一个电动势大约只有0.2 V的水果电池的电动势和内阻,显然实验室中一般的电压表无法适用,如果给你两只规格分别为I1g=3 mA、r1=100 Ω及I2g=100 mA、r2=1 Ω的电流表、,你能否设计一个测量电路?【拓展提升】拓展一、含电动机的电路分析论述: 电功W=UIt是指电路元件工作时消耗的电能,不同的元件将消耗的电能转化为内能、机械能、化学能等不同形式的能量,其中产生的内能可以用Q=I2Rt来计算。
对于电热元件来说W=Q,对于电动机来说,没有转动时W=Q,转动时W>Q。
1.抽油烟机是现代厨卫不可缺少的用具,下表是某家用抽油烟机说明书中的主要技术参数表。
高中物理第二章恒定电流实验测绘小灯泡的伏安特性曲线学案新人教版选修3_10318375.doc
实验测绘小灯泡的伏安特性曲线一、实验目的测绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析其变化规律．二、实验原理用电压表测出小灯泡两端的电压，用电流表测出通过小灯泡的电流，在I－U坐标系中描出各组实验数据对应的点，用平滑的曲线连接起来就得到小灯泡的伏安特性曲线．1．电流表的内接法和外接法的比较电源、小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔．四、实验步骤1．确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式按如图所示的电路原理图连接好实验电路．实验原理图2．把滑动变阻器的滑片调节到a端，电路经检查无误后，闭合开关S．3．改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U，记入记录表格内，断开开关S．4．拆除实验电路，整理好实验器材．五、数据处理1．以I为纵坐标，U为横坐标建立坐标系．2．选取适当的分度，描出各组数据所对应的点．3．将描出的点用平滑的曲线连接起来，得到小灯泡的伏安特性曲线．六、误差分析1．由于电压表不是理想电表，内阻对电路的影响会带来误差，电流表外接，则电流表示数偏大．2．测量时，读数带来误差．3．在坐标纸上描点、作图带来误差．七、注意事项1．开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑到使灯泡两端电压为零的位置，如实验原理图乙中a端．2．在增大电压的过程中，要确保不超过小灯泡的额定电压．3．在选择电表的量程时，掌握以下原则：在测量值不超过电表量程的前提下，指针尽量偏转至13～23量程之间．4．测绘I－U(U－I)图线时要注意三点：一是标度选取合理．即作出的图象既可以把表中所给出的所有点都标注上，同时又要使图象分布在中央位置上；二是用“·”或“×”标注点；三是用平滑曲线拟合连接各点，误差较大的点可以舍弃．对实验原理和电路连接、器材选择的考查有一个小灯泡上标有“4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线．现有下列器材供选择：A．电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)B．电压表(0～15 V，内阻20 kΩ)C．电流表(0～3 A，内阻1 Ω)D．电流表(0～0．6 A，内阻0．4 Ω)E．滑动变阻器(10 Ω，2 A)F．滑动变阻器(500 Ω，1 A)G．学生电源(直流6 V)、开关、导线若干(1)实验时，选用图甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________．(2)实验中所用电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________．(用序号字母表示)．(3)把图丙中所示的实验器材用实线连接成实物电路图．丙[解析] 因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用甲图所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据．因小灯泡额定电压为4 V，则电压表选0～5 V的A而舍弃0～15 V的B，因15 V的量程太大，读数误差大．小灯泡的额定电流I＝0．5 A，则电流表只能选D．滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡内阻8 Ω，调节不方便，电压变化与滑动变阻器使用部分的长度线性关系差，故舍去．小灯泡内阻为电流表内阻的80．4＝20倍，电压表内阻是小灯泡内阻的10×1038＝1 250倍，故电流表采用了外接法．[答案] (1)描绘小灯泡的I－U图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据(2)A D E (3)如图所示1．电流表两种不同接法的电路选择(1)定量判定法若已知待测电阻的大约值R x，电流表的内阻R A和电压表的内阻R V，则：当R xR A＞R VR x，即R x＞R A R V时，选用电流表内接法．当R xR A＜R VR x，即R x＜R A R V时，选用电流表外接法．当R xR A＝R VR x，即R x＝R A R V时，选用两种接法都可以．对用伏安法测电阻电路的选择及误差可总结为：“大内偏大，小外偏小”．即测大电阻采用电流表内接法，测量值比真实值偏大；测小电阻采用电流表外接法，测量值比真实值偏小．(2)试触法若不知R x的大概值，为了选择正确的电路接法以减小误差，可将电路按如图所示连接，只空出电压表的一个接头，然后将该接头分别与A、B两处接触一下，观察电压表和电流表的示数变化情况．若电流表示数有显著变化，说明电压表的分流作用较强，即R x是一个大阻值电阻，应选用内接法，接头应接在B处测量．若电压表示数有显著变化，说明电流表的分压作用较强，即R x是一个小阻值电阻，应选用外接法，接头应接在A处测量．2．滑动变阻器两种不同接法的电路选择(1)要求回路中的某部分电路的电压从0开始连续变化，必须选择分压接法．(2)若题目所提供的实验仪器、电表量程或电阻的最大允许电流不够，则选择分压接法．(3)滑动变阻器的最大阻值远小于被测电阻或电路中串联的其他电阻时，必须选择分压接法．(4)分压接法、限流接法都可以时，因为采用限流接法能耗小，优先采用限流接法．对实验数据的处理和误差分析的考查某同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中得到如下表所示的几组U和I的数据：(2)从图象上可以看出，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________．(3)这表明小灯泡的电阻随温度的升高而_____________________________________．[解析] 根据表中的数据，在坐标纸上找出对应的点，连成平滑的曲线，即I－U图线．在I－U图线中，任一点与原点连线的斜率的倒数即为这一状态的电阻值，即R＝UI，从图线看出斜率越来越小，其倒数越来越大，即灯丝电阻随功率增加而变大，或者说随温度升高而变大．[答案] (1)见解析图(2)开始不变，后来逐渐变大(3)增大对于图象问题需要注意的几点(1)合理选取标度；(2)仔细、准确地描点；(3)连线时，偏离线太远的点应舍去；(4)要用平滑曲线连接，图线要过原点不能用折线；(5)对小灯泡的伏安特性曲线要做到“心中有图”，曲线的特点要符合：随着电压升高，电阻逐渐变大，但增得越来越慢，若结果与此不符，须认真核对．实验改进与创新某同学利用如图甲所示的实验电路来探究电阻R x随电压U变化的关系．操作如下：A．闭合开关S1，单刀双掷开关S2拨到a点，适当调节滑动变阻器R′，读出电压表示数U1；保持R′阻值不变，把S2拨到b点，调节电阻箱R的阻值，直到电压表示数仍为U1，电阻箱读数为R1B．把S2再拨到a点，调节R′的阻值，读出电压表示数U2；把S2再拨到b点，调节电阻箱R的阻值，直到电压表示数为U2，此时电阻箱读数为R2C．改变滑动变阻器R′的阻值，重复上述操作，得到几组电压表示数与R的数据如下表(1)(2)若电压表示数为2．00 V．利用所测绘的U－R图象可得R x＝________Ω．[解析] (1)先以实验得到的每一组(R，U)数据描点，然后用平滑的曲线连接以上所描的点，得到U－R图线如图所示．(2)对照U－R图线，找到图线上U＝2．00 V的点，读出其对应的R x＝20 Ω(19～21 Ω均可以)．[答案] (1)见解析图(2)20本实验是采用替代法测量电阻R x在不同电压下的阻值，因此描绘出的U－R图线即为U －R x图线．1．(2018·湘潭县校级月考)做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”时所描绘曲线不是直线，某同学分析实验结论时给出以下理由，其中正确的是( )A．电源电压较高，降低电压就一定会是直线B．小灯泡灯丝电阻不是恒值，随温度升高会发生变化C．电路中的连接点有接触不良的现象D．改描U－I曲线可能变为直线解析：选B．所绘图象之所以不是直线，是因为金属导体的电阻随温度的升高而增大；降低电压时温度也会升高，得出的也是曲线；接触不良时会出现灯泡闪亮的情况，不会使图象为曲线；本实验得出的U－I图象也是曲线，故A、C、D错误，B正确．2．在测量灯泡伏安特性实验中，同学们连接的电路中有四个错误电路，如图所示．电源内阻不计，导线连接良好．若将滑动变阻器的触头置于左端，闭合S，在向右端滑动触头过程中，会分别出现如下四种现象：a．灯泡L不亮；电流表示数几乎为零b．灯泡L亮度增加；电流表示数增大c．灯泡L开始不亮，后来忽然发光；电流表从示数不为零到线圈被烧断d．灯泡L不亮；电流表从示数增大到线圈被烧断与上述a、b、c、d四种现象对应的电路序号为( )A．③①②④B．③④②①C．③①④②D．②①④③解析：选A．①中滑片向右移动过程，灯泡两端电压增大，灯泡实际功率增大，灯泡变亮，电路总电阻减小，干路电流增大，电流表示数增大，对应b；②中灯泡与电流表并联，灯泡被短路，滑片向右移动过程，滑动变阻器接入电路阻值减小，电路电流增大，电流表示数增大，灯泡始终不发光，当滑片到达最右端时，电源短路，电流表烧坏，此时，灯泡忽然发光，对应c；③中灯泡被短路，灯泡不亮，电流表与电压表串联，电流表示数几乎为零，对应a；④中安培表使灯泡短路，灯泡L始终不亮，电流表从示数增大到线圈被烧断，对应d．3．伏安法测电阻，当被测电阻的阻值不能估计时，可采用试接的办法，如图所示，让电压表一端接在电路上a点，另一端先后接到b点和c点．注意观察两个电表的示数，若电流表的示数有显著变化，则待测电阻的阻值跟________表的内阻可比拟，电压表的两端应接在a 和________点．若电压表的示数有显著变化，则待测电阻的阻值跟________表的内阻可比拟，电压表应接在a和________两点．解析：若电流表示数变化明显，说明电压表的分流作用较大，即说明电压表的内阻不是很大，则待测电阻的阻值跟电压表的内阻可比拟，应采用电流表内接法，即电压表的两端应接在a和c之间；若电压表示数变化明显，说明电流表的分压作用较明显，即电流表的内阻与待测电阻可比拟，应采用电流表的外接法，即电压表应接在a、b之间．答案：电压c电流b4．(2018·增城校级联考)某同学用下列器材描绘额定电压为3．0 V小灯泡的伏安特性曲线(要求电压变化从零开始)．A．电流表(0．6 A，1 Ω) B．电压表(3 V，1 kΩ)C．滑动变阻器(10 Ω，1 A) D．电源(4 V，内阻不计)(1)请你在实物连接图甲中，把还需要连接的导线补上．(2)开关闭合前，滑动变阻器的滑片应置于________端(选填“左”或“右”)．(3)闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数逐渐增大，电流表指针却几乎不动，则电路的故障为____________________________．(4)排除故障后，某次测量时电流表的指针位置如图乙所示，其读数为________ A ．(5)小明完成实验后，由实验数据画出小灯泡的I －U 图象，如图丙中实线所示．由图可确定小灯泡在电压为2．0 V 时的电阻为________Ω(保留两位有效数字)．解析：(1)该实验要求电压从零调节，因此滑动变阻器要采用分压接法，由于灯泡电阻很小，因此电流表要采用外接法，由此可正确连接实物图如图所示．(2)开始实验之前，要使滑动变阻器的输出电压为零，根据电路图可知滑动变阻器的滑片应置于左端．(3)电压表有示数，说明电压表的两个接线柱和电源的两极连接的电路中无断路；电流表指针几乎不动，说明电路中电阻很大，可能是断路了，故出现这种情况的可能性是小灯泡断路．(4)本实验中电流表选择0．6 A 量程，电流表最小分度为0．02 A ，故指针的示数为0．25A ．(5)根据灯泡的I －U 图象可知，当灯泡的电压为2．0 V 时，灯泡的电流约为0．185 A ，因此此时灯泡的电阻R ＝U I ＝2．00．185Ω≈11 Ω． 答案：(1)见解析图 (2)左 (3)小灯泡断路 (4)0．25(5)11精美句子1、善思则能“从无字句处读书”。
高中物理人教版全册学案第二章恒定电流第讲实验练习使用多用电表
实验:练习使用多用电表［目标定位］1。
学会用多用电表测量电压、电流、定值电阻。
2.学会用多用电表测量二极管的正、反向电阻，并据此判断二极管的正、负极。
3。
学会用多用电表探索简单黑箱中的电学元件．一、多用电表测电压、电流和定值电阻1．机械调零：使用前若指针没有停在左端“0”位置，要用螺丝刀转动指针定位螺丝，使指针指零．2．测量电压（1）选择合适的直流电压挡量程．（2)将多用电表与被测电路并联，注意红表笔接触点的电势应该比黑表笔高(填“高”或“低”)．3．测量电流（1）选择合适的直流电流挡量程．(2)将被测电路导线卸开一端，把多用电表串联在电路中,注意电流应该从红表笔流入多用电表．4．测量定值电阻(1）选挡:估计待测电阻的大小，旋转选择开关,使其尖端对准欧姆挡的合适挡位．（2）欧姆调零：将红、黑表笔短接，调整欧姆调零旋钮，使指针指在表盘右端“0”刻度处．(3）测量读数：将两表笔分别与待测电阻的两端接触,指针示数乘以量程倍率即为待测电阻的阻值．（4)测另一电阻时重复（1）（2)(3)．(5）实验完毕，两表笔从插孔中拔出，并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡，若长期不用,应把电池取出．例1 为确定某电子元件的电气特性，做如下测量:（1）用多用电表测量该元件的电阻，选用“×100”倍率的欧姆挡测量，发现多用电表指针偏转过大，为了提高测量的精确度，有下列可供选择的步骤：A．将两根表笔短接B．将选择开关拨至“×1k”欧姆挡C．将选择开关拨至“×10"欧姆挡D．将两根表笔分别接触待测电阻的两端，记下读数E．调节欧姆调零旋钮电阻，使指针停在0Ω刻度线上F．将选择开关拨至交流电压最高挡上将上述步骤中必要的步骤选出来，这些必要步骤的合理的顺序是________(填写步骤的代号）；若操作正确，多用电表的示数如图1（a）所示，测量结果为______Ω。
(a) （b)图1（2)将待测元件(额定电压为9V）、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用电表、开关及若干导线连接成电路如图（b）所示．添加连线,使电路能测量该元件完整的伏安特性．本实验中使用多用电表测电压，多用电表的选择开关应调到____________挡(填“直流电压10V”或“直流电压50V”）．解析(1）用多用电表测量该元件的电阻，选用“×100”倍率的欧姆挡测量，发现多用电表指针偏转过大,说明电阻较小,因此需选择“×10"倍率的欧姆挡，并欧姆调零后再进行测量，测量结果为70Ω。
高中物理第二章恒定电流测定电池的电动势和内阻学案新人教选修
2.10 测定电池的电动势和内阻【学习目标】1. 了解测量电源电动势和内阻的实验原理。
2. 会利用图象法处理数据。
3. 尝试进行误差分析，提出减小误差的方法。
1. 实验目的(1) 掌握测定电池的电动势和内电阻的原理和方法。
(2) 学会用作图法处理数据，求出E 、r 的值。
2. 实验原理将待测电池、滑动变阻器、开关、电流表和电压表用导线接成如图所示电路，闭合开关改变滑动变阻器的阻值，分别测出两组U 、I 数据，代入方程组 ⎩⎪⎨⎪⎧E ＝U 1＋I 1r E ＝U 2＋I 2r求解得⎩⎪⎨⎪⎧r ＝U 2－U1I 1－I2E ＝I 1U 2－I 2U1I 1－I2还可以用作图法来处理数据。
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。
所得直线跟纵轴的交点即为电动势的值，图线斜率的绝对值即为内阻r 的值。
3. 实验器材被测电池(旧一点的干电池)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关和导线等。
4. 实验步骤(1) 确定电流表、电压表和量程，按图所示电路把器材连接好，如图所示。
(2) 把变阻器的滑片移动到一端使阻值最大。
(3) 闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电流表和电压表的示数，用同样的方法测量并记录I 值和U 值。
(4) 断开开关，整理好器材。
(5) 数据处理：用原理中的方法计算或从U —I 图中找出E 和r 。
5. 注意事项(1) 实验中应使电压表直接测量电源的路端电压，这样误差较小。
(2) 选用内阻适当大一些的电压表。
(3) 两表应选择合适的量程，使测量时偏转角大些，以减小读数时的相对误差。
(4) 尽量多测几组U、I数据(一般不少于6组)，且数据变化范围要大些。
6. 想一想（1）在实验中为什么要选用旧电池？（2）为什么在实验中电流不宜过大，且通电时间不宜过长？【答案】（1）旧电池内阻较大，在实验时，电流变化时路端电压变化明显，测量时相对误差较小。
高中物理第二章恒定电流恒定电流学案新人教选修
2.11 《恒定电流》【学习目标】1.知道电源、电流、电动势的概念,掌握电阻定律、焦耳定律。
2.会用串、并联电路的电压、电流及功率的分配规律分析电路并进行相关的计算。
3.理解欧姆定律、闭合电路的欧姆定律,并能熟练运用。
4.通过实验探究决定导线电阻的因素,会使用多用电表, 通过实验测量电源的电动势和内阻。
5.通过实验观察门电路的基本作用,初步了解逻辑电路的基本原理及其在自动控制中的应用。
【三“点”探究】主题1:从微观角度认识电流(1)如果已知某导线的横截面积为S,单位体积内自由电子数(即自由电子“密度”)为n,你能否得出通过该导线的电流I与导线内自由电子定向移动速率v之间的关系?(2)请从微观角度解释电动机和电源工作时也会发热的现象。
主题2:闭合电路的欧姆定律(1)闭合电路的欧姆定律总是成立的吗?如果电路不是纯电阻电路,公式E=U+Ir是否依然成立?为什么?(2)同一个灯泡的灯丝电阻是一定的吗?图示中1是某电池的U-I图象,2是某小灯泡的U-I图象,如果把此灯泡单独接在此电池上,怎样根据图象求出此时灯泡的实际功率呢?主题3:电学实验(1)图甲、乙是两种伏安法测电阻的电路图,图丙、丁是两种测电池电动势和内阻的电路,请简单分析各种测量方法中引起系统误差的主要因素。
(2)选择电学测量仪表要遵循什么样的原则?要测量一个电动势大约只有0.2 V的水果电池的电动势和内阻,显然实验室中一般的电压表无法适用,如果给你两只规格分别为I1g=3 mA、r1=100 Ω及I2g=100 mA、r2=1 Ω的电流表、,你能否设计一个测量电路?【拓展提升】拓展一、含电动机的电路分析论述: 电功W=UIt是指电路元件工作时消耗的电能,不同的元件将消耗的电能转化为内能、机械能、化学能等不同形式的能量,其中产生的内能可以用Q=I2Rt来计算。
对于电热元件来说W=Q,对于电动机来说,没有转动时W=Q,转动时W>Q。
1.抽油烟机是现代厨卫不可缺少的用具,下表是某家用抽油烟机说明书中的主要技术参数表。
高中物理第二章恒定电流恒定电流学案新人教选修
2.11 《恒定电流》【学习目标】1.知道电源、电流、电动势的概念,掌握电阻定律、焦耳定律。
2.会用串、并联电路的电压、电流及功率的分配规律分析电路并进行相关的计算。
3.理解欧姆定律、闭合电路的欧姆定律,并能熟练运用。
4.通过实验探究决定导线电阻的因素,会使用多用电表, 通过实验测量电源的电动势和内阻。
5.通过实验观察门电路的基本作用,初步了解逻辑电路的基本原理及其在自动控制中的应用。
【三“点”探究】主题1:从微观角度认识电流(1)如果已知某导线的横截面积为S,单位体积内自由电子数(即自由电子“密度”)为n,你能否得出通过该导线的电流I与导线内自由电子定向移动速率v之间的关系?(2)请从微观角度解释电动机和电源工作时也会发热的现象。
主题2:闭合电路的欧姆定律(1)闭合电路的欧姆定律总是成立的吗?如果电路不是纯电阻电路,公式E=U+Ir是否依然成立?为什么?(2)同一个灯泡的灯丝电阻是一定的吗?图示中1是某电池的U-I图象,2是某小灯泡的U-I图象,如果把此灯泡单独接在此电池上,怎样根据图象求出此时灯泡的实际功率呢?主题3:电学实验(1)图甲、乙是两种伏安法测电阻的电路图,图丙、丁是两种测电池电动势和内阻的电路,请简单分析各种测量方法中引起系统误差的主要因素。
(2)选择电学测量仪表要遵循什么样的原则?要测量一个电动势大约只有0.2 V的水果电池的电动势和内阻,显然实验室中一般的电压表无法适用,如果给你两只规格分别为I1g=3 mA、r1=100 Ω及I2g=100 mA、r2=1 Ω的电流表、,你能否设计一个测量电路?【拓展提升】拓展一、含电动机的电路分析论述: 电功W=UIt是指电路元件工作时消耗的电能,不同的元件将消耗的电能转化为内能、机械能、化学能等不同形式的能量,其中产生的内能可以用Q=I2Rt来计算。
对于电热元件来说W=Q,对于电动机来说,没有转动时W=Q,转动时W>Q。
1.抽油烟机是现代厨卫不可缺少的用具,下表是某家用抽油烟机说明书中的主要技术参数表。
2020学年高中物理 第二章 恒定电流 7 闭合电路的欧姆定律学案 新人教版必修2
7 闭合电路的欧姆定律[学科素养与目标要求]物理观念：1.了解内电路、外电路，知道电动势与内、外电压的关系.2.掌握闭合电路欧姆定律并会进行有关计算.科学思维：1.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.2.会从公式和图象两个角度分析路端电压U 与电流I 的关系，培养用图象法表述和分析图象问题的能力.一、闭合电路的欧姆定律 1.闭合电路的组成(1)闭合电路是指由电源和用电器及导线组成的完整的电路.(2)内电路：如图1所示，电源内部的电路叫内电路，电源的电阻叫内电阻.图1(3)外电路：电源外部的电路叫外电路，外电路的电阻称为外电阻. 2.闭合电路的欧姆定律(1)内容：闭合电路的电流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 ＝ER ＋r.(3)适用条件：外电路为纯电阻电路. 二、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 ＝ER ＋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I ＝E r.1.判断下列说法的正误.(1)电源电动势和内阻一定时，外电阻越大，电流越小.( √)(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2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，测得电源两端电压为1.8 V，则电源的内阻为Ω.图2答案 1一、闭合电路的欧姆定律如图3为闭合电路的组成.图3(1)在外、内电路中，沿着电流方向，各点电势如何变化？(2)若电源电动势为E，电路中的电流为I，在t时间内非静电力做功多少？内、外电路中产生的焦耳热分别为多少？它们之间有怎样的关系？(3)闭合电路的电流I与电动势E、外电阻R和内电阻r的关系怎样？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)EIt I2rt I2Rt EIt＝I2Rt＋I2rt(3)E＝IR＋Ir或I＝E R＋r1.内、外电路中的电势变化外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低，内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向电势升高.2.闭合电路欧姆定律的几种表达形式 (1)电流形式：I ＝ER ＋r，此式只适用于纯电阻电路.(2)电压形式：①E ＝IR ＋Ir ，此式只适用于纯电阻电路. ②E ＝U 外＋U 内，此式适用于任意电路.例1 (2018·山东聊城市高一下期末)如图4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：图4(1)电阻R 的阻值； (2)电源的电动势和内阻. 答案 (1)5 Ω (2)6 V 1 Ω解析 (1)当开关S 接b 点时，由欧姆定律得，电阻R 的值为R ＝U I ＝51 Ω＝5 Ω(2)当开关S 接a 时，U 1＝4 V ，I 1＝P 1U 1＝84A ＝2 A当开关S 接b 时，U 2＝5 V ，I 2＝1 A 根据闭合电路欧姆定律得：E ＝U 1＋I 1r ，E ＝U 2＋I 2r联立得：E ＝6 V ，r ＝1 Ω针对训练 在图5所示的电路中，R 1＝9 Ω，R 2＝5 Ω，当a 、b 两点间接理想的电流表时，其读数为0.5 A ；当a 、b 两点间接理想的电压表时，其读数为1.8 V.求电源的电动势和内电阻.图5答案 3 V 1 Ω解析 当a 、b 两点间接理想的电流表时，R 1被短路，回路中的电流I 1＝0.5 A ，由闭合电路欧姆定律得：E ＝I 1(R 2＋r ) ①当a 、b 两点间接理想的电压表时，回路中的电流I 2＝U R 1＝1.89A ＝0.2 A由闭合电路欧姆定律得：E ＝I 2(R 2＋R 1＋r )②联立①②并代入数据，解得：E ＝3 V ，r ＝1 Ω. 二、路端电压与负载的关系1.在如图6所示的电路中，电源的电动势E ＝10 V ，内电阻r ＝1 Ω，试求当外电阻分别是3 Ω、4 Ω、9 Ω时所对应的路端电压.通过数据计算，你发现了怎样的规律？图6答案 外电压分别为7.5 V 、8 V 、9 V.随着外电阻的增大，路端电压逐渐增大.2.根据闭合电路欧姆定律写出路端电压U 与干路电流I 之间的关系式，并画出U －I 图象. 答案 由E ＝U ＋U 内及U 内＝Ir 得U ＝E －Ir ，U －I 图象为1.路端电压与负载的关系：U ＝E －U 内＝E －ER ＋rr ，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 .3.电源的U －I 图象：如图7所示是一条倾斜的直线，图象中U 轴截距E 表示电源电动势，I 轴截距I 0等于短路电流(纵、横坐标从零开始)，斜率的绝对值表示电源的内阻.图7例2 (多选)如图8所示是某电源的路端电压与电流的关系图象，下列结论正确的是( )图8A.电源的电动势为6.0 VB.电源的内阻为12 ΩC.电源的短路电流为0.5 AD.电流为0.3 A 时的外电阻是18 Ω 答案 AD解析 因该电源的U －I 图象的纵轴坐标并不是从零开始的，故纵轴上的截距虽为电源的电动势，即E ＝6.0 V ，但横轴上的截距0.5 A 并不是电源的短路电流，且内阻应按斜率的绝对值计算，即r ＝|ΔU ΔI |＝6.0－5.00.5－0Ω＝2 Ω.由闭合电路欧姆定律可得电流I ＝0.3 A 时，外电阻R ＝EI－r ＝18 Ω.故选A 、D.1.(路端电压与负载的关系)(多选)对于电动势和内阻确定的电源的路端电压，下列说法正确的是(I 、U 、R 分别表示干路电流、路端电压和外电阻)( ) A.U 随R 的增大而减小 B.当R ＝0时，U ＝0C.当电路断开时，I ＝0，U ＝0D.当R 增大时，U 也会增大 答案 BD2.(电源的U －I 图象的理解和应用)(多选)如图9所示为测电源电动势和内电阻时，依据测量数据作出的路端电压与电流的关系图线(纵、横坐标从零开始)，图中DC 平行于横坐标轴，DE 平行于纵坐标轴，由图可知，以下说法正确的是( )图9A.比值DE OE 表示外电路电阻B.比值AC CD 表示电源内电阻C.比值CO AO表示电源电动势D.矩形OCDE 的面积表示电源的输出功率 答案 ABD解析 由题图图象可知，D 点对应的路端电压大小可以用DE 表示，电路电流可以用OE 表示，外电路电阻R ＝U D I D ＝DE OE ，故A 正确；AC 段表示电源内电压，CD 表示电路电流，电源内阻r ＝U 内I＝AC CD，故B 正确；电源的电动势E ＝U 内＋U 外＝AC ＋CO ＝AO ，故C 错误；电源的输出功率P ＝U外I ＝CO ×OE ＝S 矩形CODE ，故D 正确.3.(闭合电路欧姆定律的应用)(2018·山东烟台市高一下期末)如图10所示的电路中，电源电动势E ＝1.5 V ，内阻r ＝0.6 Ω，电阻R 1＝3 Ω，电阻R 2＝4 Ω，电阻R 3＝6 Ω.电压表为理想电表，闭合电键S ，求：图10(1)电压表的示数；(2)电源的输出功率.(结果保留两位有效数字)答案(1)0.6 V (2)0.34 W解析(1)R2、R3并联后与R1串联，则R2、R3并联电阻R23＝R2R3R2＋R3＝2.4 Ω干路电流I＝Er＋R1＋R23解得I＝0.25 A由欧姆定律得U＝IR23＝0.6 V(2)输出功率P＝EI－I2r≈0.34 W4.(闭合电路欧姆定律的应用)如图11所示电路中，电池组的电动势E＝42 V，内阻r＝2 Ω，定值电阻R＝20 Ω，D是电动机，其线圈电阻R′＝1 Ω.电动机正常工作时，理想电压表示数为20 V.求：图11(1)通过定值电阻R的电流；(2)电动机的电功率；(3)电动机的输出功率.答案(1)1 A (2)20 W (3)19 W解析(1)由欧姆定律可得电路电流为：I＝U R＋rr＋R ＝E－U Vr＋R＝42－202＋20A＝1 A则通过定值电阻的电流为1 A.(2)电动机为非纯电阻元件，故其功率为：P电＝U V I＝20×1 W＝20 W(3)电动机的发热功率为：P热＝I2R′＝12×1 W＝1 W故电动机的输出功率为：P机＝P电－P热＝20 W－1 W＝19 W一、选择题考点一 闭合电路欧姆定律的理解与应用1.(多选)若E 表示电动势，U 表示外电压，U ′表示内电压，R 表示外电路的总电阻(纯电阻电路)，r 表示内电阻，I 表示电流，则下列各式中正确的是( ) A.U ′＝IR B.U ′＝E －U C.U ＝E ＋Ir D.U ＝RR ＋rE 答案 BD2.如图1所示的电路中，把R 由2 Ω改为6 Ω时，电流强度减小为原来的一半，则电源的内电阻应为( )图1A.4 ΩB.8 ΩC.6 ΩD.2 Ω答案 D3.在如图2所示的电路中，当开关S 1断开、开关S 2闭合时，电压表的读数为3 V ；当开关S 1、S 2均闭合时，电压表的读数为1.8 V ，已知电压表为理想电表，外接电阻为R 、电源内阻为r .由以上数据可知R r为( )图2A.53B.35C.23D.32 答案 D解析 当开关S 1断开、开关S 2闭合时，电压表的示数等于电源的电动势，即E ＝3 V.当开关S 1、S 2均闭合时，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，故选D.4.(多选)如图3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( )图3A.当S断开时，U AC＝9 VB.当S闭合时，U AC＝9 VC.当S闭合时，U AB＝7.5 V，U BC＝0D.当S断开时，U AB＝0，U BC＝0答案AC解析当S断开时，U AC与U BC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＝ER＋rR＝7.5 V，U BC＝0，B错误，C正确.5.如图4所示，已知R1＝R2＝R3＝1 Ω.当开关S闭合后，电压表的读数为1 V；当开关S断开后，电压表的读数为0.8 V，则电源的电动势等于( )图4A.1 VB.1.2 VC.2 VD.4 V答案 C解析当S闭合时，I＝UR1＝11A＝1 A，故有E＝I(1.5 Ω＋r)；当S断开时，I′＝U′R1＝0.8A，故有E＝I′(2 Ω＋r)，解得E＝2 V，C正确.考点二路端电压与负载的关系6.(多选)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，下列说法中正确的是( )A.因为电源电动势不变，所以路端电压也不变B.当R增大时，路端电压也增大C.当干路电流I增大时，路端电压也增大D.因为U＝E－Ir，所以当I增大时，路端电压减小答案BD7.在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图5所示.M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻R M发生变化，导致S两端电压U增大，装置发出警报，此时( )图5A.R M 变大，且R 越大，U 增大越明显B.R M 变大，且R 越小，U 增大越明显C.R M 变小，且R 越大，U 增大越明显D.R M 变小，且R 越小，U 增大越明显 答案 C解析 由题意知，S 两端的电压增大，则电路中的电流增大，外电阻变小，接触药液的传感器的电阻变小，故A 、B 选项错误；将S 看做外电路，其余看做等效电源，根据U ＝E －Ir 可判断，同样的变化电流，则内阻越大电压变化越大，故C 正确，D 错误. 考点三 电源的U －I 图象的理解与应用8.(多选)如图6所示为某一电源的U －I 图线，由图可知( )图6A.电源电动势为2 VB.电源内电阻为13 ΩC.电源短路时电流为6 AD.电路路端电压为1 V 时，电路中电流为5 A 答案 AD解析 在本题的U －I 图线中，纵轴截距表示电源电动势，A 正确；横轴截距表示短路电流，C 错误；图线斜率的绝对值表示电源的内电阻，则r ＝2－0.86 Ω＝0.2 Ω，B 错误；当路端电压为1 V 时，内电阻分得的电压U 内＝E －U 外＝2 V －1 V ＝1 V ，则电路中的电流I ＝U 内r ＝10.2A ＝5 A ，D 正确.9.(多选)如图7所示为闭合电路中两个不同电源的U －I 图象，则下列说法中正确的是( )图7A.电动势E 1＝E 2，短路电流I 1>I 2B.电动势E 1＝E 2，内阻r 1>r 2C.电动势E 1>E 2，内阻r 1>r 2D.当工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化较大答案 AD解析 由闭合电路的欧姆定律得E ＝U ＋Ir .当I ＝0时电动势E 等于路端电压U ，即U －I 图线和U 轴的交点就是电源电动势的大小，由题图知，两电源的电动势相等.当U ＝0时I ＝E r ，U－I 图线和I 轴的交点就是短路电流的大小，由题图知I 1>I 2，A 正确.而r ＝|ΔU ΔI|，即图线的斜率的绝对值表示电源的内阻，由题图知r 1<r 2，B 、C 错误.当工作电流变化量相同时，因为r 1<r 2，电源2内电压变化较大，由闭合电路的欧姆定律E ＝U 外＋U 内，可知电源2的路端电压变化较大，D 正确.二、非选择题10.(2018·山东日照市高一下期末)如图8所示的电路中，电源电动势E ＝10 V ，内阻r ＝0.5 Ω，电动机的电阻R 0＝1.0 Ω，定值电阻R 1＝1.5 Ω.电动机正常工作时，理想电压表的示数U 1＝3.0 V.求：图8(1)电源总功率；(2)电源的输出功率；(3)电动机消耗的电功率，以及将电能转化为机械能的功率.答案 (1)20 W (2)18 W (3)12 W 8 W解析 (1)已知电压表的示数U 1＝3.0 V 和定值电阻R 1＝1.5 Ω，根据欧姆定律可求出电路中的电流I ＝U 1R 1＝2.0 A电源的总功率P 总＝EI ＝20 W(2)电源的输出功率P 出＝EI －I 2r ＝18 W(3)根据闭合电路的欧姆定律，电动机两端的电压U2＝E－U1－Ir＝6 V电动机消耗的电功率P电＝U2I＝12 W电动机将电能转化为机械能的功率，就是电动机的输出功率P机＝U2I－I2R0＝8 W.11.如图9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了0.1 V和0.1 A，求电源的电动势和内阻.图9答案 2 V 1 Ω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·r ①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 V＋0.1 V＝E－(0.4 A－0.1 A)r ②由①②得：E＝2 V，r＝1 Ω.12.如图10所示，图甲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.电表均为理想电表.图10(1)定值电阻R0、变阻器的总电阻R分别为多少？(2)求出电源的电动势和内阻.答案(1)3 Ω12 Ω(2)8 V 1 Ω解析(1)电流增大，路端电压减小，定值电阻R0分压增大，V1指示电阻R0分压，示数变化如AC所示，V2指示路端电压，示数变化如BC所示.根据欧姆定律，由图象可知，R0＝ΔU ACΔI AC＝4.51.5Ω＝3 Ω.当电流取最小值I 0＝0.5 A 时，变阻器的阻值最大，此时变阻器两端电压U R ＝U B －U A ＝(7.5－1.5)V ＝6 V ，电阻R ＝U R I 0＝60.5 Ω＝12 Ω.(2)根据闭合电路欧姆定律，路端电压与电流的关系是： U ＝E －Ir所以BC 斜率的绝对值表示电源内阻，即r ＝⎪⎪⎪⎪⎪⎪ΔU BCΔI BC ＝7.5－62－0.5 Ω＝1 Ω，电动势E ＝U B ＋I 0r ＝(7.5＋0.5×1)V＝8 V.。
高中物理第二章恒定电流恒定电流学案新人教选修
2.11 《恒定电流》【学习目标】1.知道电源、电流、电动势的概念,掌握电阻定律、焦耳定律。
2.会用串、并联电路的电压、电流及功率的分配规律分析电路并进行相关的计算。
3.理解欧姆定律、闭合电路的欧姆定律,并能熟练运用。
4.通过实验探究决定导线电阻的因素,会使用多用电表, 通过实验测量电源的电动势和内阻。
5.通过实验观察门电路的基本作用,初步了解逻辑电路的基本原理及其在自动控制中的应用。
【三“点”探究】主题1:从微观角度认识电流(1)如果已知某导线的横截面积为S,单位体积内自由电子数(即自由电子“密度”)为n,你能否得出通过该导线的电流I与导线内自由电子定向移动速率v之间的关系?(2)请从微观角度解释电动机和电源工作时也会发热的现象。
主题2:闭合电路的欧姆定律(1)闭合电路的欧姆定律总是成立的吗?如果电路不是纯电阻电路,公式E=U+Ir是否依然成立?为什么?(2)同一个灯泡的灯丝电阻是一定的吗?图示中1是某电池的U-I图象,2是某小灯泡的U-I图象,如果把此灯泡单独接在此电池上,怎样根据图象求出此时灯泡的实际功率呢?主题3:电学实验(1)图甲、乙是两种伏安法测电阻的电路图,图丙、丁是两种测电池电动势和内阻的电路,请简单分析各种测量方法中引起系统误差的主要因素。
(2)选择电学测量仪表要遵循什么样的原则?要测量一个电动势大约只有0.2 V的水果电池的电动势和内阻,显然实验室中一般的电压表无法适用,如果给你两只规格分别为I1g=3 mA、r1=100 Ω及I2g=100 mA、r2=1 Ω的电流表、,你能否设计一个测量电路?【拓展提升】拓展一、含电动机的电路分析论述: 电功W=UIt是指电路元件工作时消耗的电能,不同的元件将消耗的电能转化为内能、机械能、化学能等不同形式的能量,其中产生的内能可以用Q=I2Rt来计算。
对于电热元件来说W=Q,对于电动机来说,没有转动时W=Q,转动时W>Q。
1.抽油烟机是现代厨卫不可缺少的用具,下表是某家用抽油烟机说明书中的主要技术参数表。
2019学年高中物理 第二章 恒定电流 7 闭合电路的欧姆定律学案 新人教版必修2
7 闭合电路的欧姆定律[学科素养与目标要求]物理观念：1.了解内电路、外电路，知道电动势与内、外电压的关系.2.掌握闭合电路欧姆定律并会进行有关计算.科学思维：1.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.2.会从公式和图象两个角度分析路端电压U 与电流I 的关系，培养用图象法表述和分析图象问题的能力.一、闭合电路的欧姆定律 1.闭合电路的组成(1)闭合电路是指由电源和用电器及导线组成的完整的电路.(2)内电路：如图1所示，电源内部的电路叫内电路，电源的电阻叫内电阻.图1(3)外电路：电源外部的电路叫外电路，外电路的电阻称为外电阻. 2.闭合电路的欧姆定律(1)内容：闭合电路的电流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 ＝ER ＋r.(3)适用条件：外电路为纯电阻电路. 二、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 ＝ER ＋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I ＝Er.1.判断下列说法的正误.(1)电源电动势和内阻一定时，外电阻越大，电流越小.( √)(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2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，测得电源两端电压为1.8 V，则电源的内阻为Ω.图2答案 1一、闭合电路的欧姆定律如图3为闭合电路的组成.图3(1)在外、内电路中，沿着电流方向，各点电势如何变化？(2)若电源电动势为E，电路中的电流为I，在t时间内非静电力做功多少？内、外电路中产生的焦耳热分别为多少？它们之间有怎样的关系？(3)闭合电路的电流I与电动势E、外电阻R和内电阻r的关系怎样？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)EIt I2rt I2Rt EIt＝I2Rt＋I2rt(3)E＝IR＋Ir或I＝E R＋r1.内、外电路中的电势变化外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低，内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向电势升高.2.闭合电路欧姆定律的几种表达形式 (1)电流形式：I ＝ER ＋r，此式只适用于纯电阻电路.(2)电压形式：①E ＝IR ＋Ir ，此式只适用于纯电阻电路. ②E ＝U 外＋U 内，此式适用于任意电路.例1 (2018·山东聊城市高一下期末)如图4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：图4(1)电阻R 的阻值； (2)电源的电动势和内阻. 答案 (1)5 Ω (2)6 V 1 Ω解析 (1)当开关S 接b 点时，由欧姆定律得，电阻R 的值为R ＝U I ＝51 Ω＝5 Ω(2)当开关S 接a 时，U 1＝4 V ，I 1＝P 1U 1＝84A ＝2 A当开关S 接b 时，U 2＝5 V ，I 2＝1 A 根据闭合电路欧姆定律得：E ＝U 1＋I 1r ，E ＝U 2＋I 2r联立得：E ＝6 V ，r ＝1 Ω针对训练 在图5所示的电路中，R 1＝9 Ω，R 2＝5 Ω，当a 、b 两点间接理想的电流表时，其读数为0.5 A ；当a 、b 两点间接理想的电压表时，其读数为1.8 V.求电源的电动势和内电阻.图5答案 3 V 1 Ω解析 当a 、b 两点间接理想的电流表时，R 1被短路，回路中的电流I 1＝0.5 A ，由闭合电路欧姆定律得：E ＝I 1(R 2＋r ) ①当a 、b 两点间接理想的电压表时，回路中的电流I 2＝U R 1＝1.89A ＝0.2 A由闭合电路欧姆定律得：E ＝I 2(R 2＋R 1＋r )②联立①②并代入数据，解得：E ＝3 V ，r ＝1 Ω. 二、路端电压与负载的关系1.在如图6所示的电路中，电源的电动势E ＝10 V ，内电阻r ＝1 Ω，试求当外电阻分别是3 Ω、4 Ω、9 Ω时所对应的路端电压.通过数据计算，你发现了怎样的规律？图6答案 外电压分别为7.5 V 、8 V 、9 V.随着外电阻的增大，路端电压逐渐增大.2.根据闭合电路欧姆定律写出路端电压U 与干路电流I 之间的关系式，并画出U －I 图象. 答案 由E ＝U ＋U 内及U 内＝Ir 得U ＝E －Ir ，U －I 图象为1.路端电压与负载的关系：U ＝E －U 内＝E －ER ＋rr ，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 .3.电源的U －I 图象：如图7所示是一条倾斜的直线，图象中U 轴截距E 表示电源电动势，I 轴截距I 0等于短路电流(纵、横坐标从零开始)，斜率的绝对值表示电源的内阻.图7例2 (多选)如图8所示是某电源的路端电压与电流的关系图象，下列结论正确的是( )图8A.电源的电动势为6.0 VB.电源的内阻为12 ΩC.电源的短路电流为0.5 AD.电流为0.3 A 时的外电阻是18 Ω 答案 AD解析 因该电源的U －I 图象的纵轴坐标并不是从零开始的，故纵轴上的截距虽为电源的电动势，即E ＝6.0 V ，但横轴上的截距0.5 A 并不是电源的短路电流，且内阻应按斜率的绝对值计算，即r ＝|ΔU ΔI |＝6.0－5.00.5－0 Ω＝2Ω.由闭合电路欧姆定律可得电流I ＝0.3 A 时，外电阻R ＝EI－r ＝18 Ω.故选A 、D.1.(路端电压与负载的关系)(多选)对于电动势和内阻确定的电源的路端电压，下列说法正确的是(I 、U 、R 分别表示干路电流、路端电压和外电阻)( ) A.U 随R 的增大而减小 B.当R ＝0时，U ＝0C.当电路断开时，I ＝0，U ＝0D.当R 增大时，U 也会增大 答案 BD2.(电源的U －I 图象的理解和应用)(多选)如图9所示为测电源电动势和内电阻时，依据测量数据作出的路端电压与电流的关系图线(纵、横坐标从零开始)，图中DC 平行于横坐标轴，DE 平行于纵坐标轴，由图可知，以下说法正确的是( )图9A.比值DE OE 表示外电路电阻B.比值AC CD 表示电源内电阻C.比值CO AO表示电源电动势D.矩形OCDE 的面积表示电源的输出功率 答案 ABD解析 由题图图象可知，D 点对应的路端电压大小可以用DE 表示，电路电流可以用OE 表示，外电路电阻R ＝U D I D＝DE OE ，故A 正确；AC 段表示电源内电压，CD 表示电路电流，电源内阻r ＝U 内I ＝ACCD，故B 正确；电源的电动势E ＝U 内＋U 外＝AC ＋CO ＝AO ，故C 错误；电源的输出功率P ＝U 外I ＝CO ×OE ＝S 矩形CODE ，故D 正确.3.(闭合电路欧姆定律的应用)(2018·山东烟台市高一下期末)如图10所示的电路中，电源电动势E ＝1.5 V ，内阻r ＝0.6 Ω，电阻R 1＝3 Ω，电阻R 2＝4 Ω，电阻R 3＝6 Ω.电压表为理想电表，闭合电键S ，求：图10(1)电压表的示数；(2)电源的输出功率.(结果保留两位有效数字) 答案 (1)0.6 V (2)0.34 W解析 (1)R 2、R 3并联后与R 1串联，则R 2、R 3并联电阻R 23＝R 2R 3R 2＋R 3＝2.4 Ω干路电流I ＝Er ＋R 1＋R 23解得I ＝0.25 A由欧姆定律得U ＝IR 23＝0.6 V (2)输出功率P ＝EI －I 2r ≈0.34 W4.(闭合电路欧姆定律的应用)如图11所示电路中，电池组的电动势E ＝42 V ，内阻r ＝2 Ω，定值电阻R ＝20 Ω，D 是电动机，其线圈电阻R ′＝1 Ω.电动机正常工作时，理想电压表示数为20 V.求：图11(1)通过定值电阻R 的电流； (2)电动机的电功率； (3)电动机的输出功率.答案 (1)1 A (2)20 W (3)19 W 解析 (1)由欧姆定律可得电路电流为：I ＝U R ＋r r ＋R ＝E －U V r ＋R ＝42－202＋20A ＝1 A 则通过定值电阻的电流为1 A.(2)电动机为非纯电阻元件，故其功率为：P 电＝U V I ＝20×1 W＝20 W(3)电动机的发热功率为：P 热＝I 2R ′＝12×1 W＝1 W故电动机的输出功率为：P 机＝P 电－P 热＝20 W －1 W ＝19 W一、选择题考点一 闭合电路欧姆定律的理解与应用1.(多选)若E 表示电动势，U 表示外电压，U ′表示内电压，R 表示外电路的总电阻(纯电阻电路)，r 表示内电阻，I 表示电流，则下列各式中正确的是( ) A.U ′＝IR B.U ′＝E －U C.U ＝E ＋Ir D.U ＝RR ＋rE 答案 BD2.如图1所示的电路中，把R 由2 Ω改为6 Ω时，电流强度减小为原来的一半，则电源的内电阻应为( )图1A.4 ΩB.8 ΩC.6 ΩD.2 Ω答案 D3.在如图2所示的电路中，当开关S 1断开、开关S 2闭合时，电压表的读数为3 V ；当开关S 1、S 2均闭合时，电压表的读数为1.8 V ，已知电压表为理想电表，外接电阻为R 、电源内阻为r .由以上数据可知R r为( )图2A.53B.35C.23D.32答案 D解析当开关S1断开、开关S2闭合时，电压表的示数等于电源的电动势，即E＝3 V.当开关S1、S2均闭合时，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，故选D.4.(多选)如图3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( )图3A.当S断开时，U AC＝9 VB.当S闭合时，U AC＝9 VC.当S闭合时，U AB＝7.5 V，U BC＝0D.当S断开时，U AB＝0，U BC＝0答案AC解析当S断开时，U AC与U BC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＝ER＋rR＝7.5 V，U BC＝0，B错误，C正确.5.如图4所示，已知R1＝R2＝R3＝1 Ω.当开关S闭合后，电压表的读数为1 V；当开关S断开后，电压表的读数为0.8 V，则电源的电动势等于( )图4A.1 VB.1.2 VC.2 VD.4 V答案 C解析当S闭合时，I＝UR1＝11A＝1 A，故有E＝I(1.5 Ω＋r)；当S断开时，I′＝U′R1＝0.8 A，故有E＝I′(2Ω＋r)，解得E＝2 V，C正确.考点二路端电压与负载的关系6.(多选)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，下列说法中正确的是( )A.因为电源电动势不变，所以路端电压也不变B.当R增大时，路端电压也增大C.当干路电流I增大时，路端电压也增大D.因为U ＝E －Ir ，所以当I 增大时，路端电压减小 答案 BD7.在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图5所示.M 是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻R M 发生变化，导致S 两端电压U 增大，装置发出警报，此时( )图5A.R M 变大，且R 越大，U 增大越明显B.R M 变大，且R 越小，U 增大越明显C.R M 变小，且R 越大，U 增大越明显D.R M 变小，且R 越小，U 增大越明显 答案 C解析 由题意知，S 两端的电压增大，则电路中的电流增大，外电阻变小，接触药液的传感器的电阻变小，故A 、B 选项错误；将S 看做外电路，其余看做等效电源，根据U ＝E －Ir 可判断，同样的变化电流，则内阻越大电压变化越大，故C 正确，D 错误. 考点三 电源的U －I 图象的理解与应用8.(多选)如图6所示为某一电源的U －I 图线，由图可知( )图6A.电源电动势为2 VB.电源内电阻为13 ΩC.电源短路时电流为6 AD.电路路端电压为1 V 时，电路中电流为5 A 答案 AD解析 在本题的U －I 图线中，纵轴截距表示电源电动势，A 正确；横轴截距表示短路电流，C 错误；图线斜率的绝对值表示电源的内电阻，则r ＝2－0.86Ω＝0.2 Ω，B 错误；当路端电压为1 V 时，内电阻分得的电压U内＝E －U 外＝2 V －1 V ＝1 V ，则电路中的电流I ＝U 内r ＝10.2A ＝5 A ，D 正确. 9.(多选)如图7所示为闭合电路中两个不同电源的U －I 图象，则下列说法中正确的是( )图7A.电动势E 1＝E 2，短路电流I 1>I 2B.电动势E 1＝E 2，内阻r 1>r 2C.电动势E 1>E 2，内阻r 1>r 2D.当工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化较大 答案 AD解析 由闭合电路的欧姆定律得E ＝U ＋Ir .当I ＝0时电动势E 等于路端电压U ，即U －I 图线和U 轴的交点就是电源电动势的大小，由题图知，两电源的电动势相等.当U ＝0时I ＝E r，U －I 图线和I 轴的交点就是短路电流的大小，由题图知I 1>I 2，A 正确.而r ＝|ΔUΔI |，即图线的斜率的绝对值表示电源的内阻，由题图知r 1<r 2，B 、C 错误.当工作电流变化量相同时，因为r 1<r 2，电源2内电压变化较大，由闭合电路的欧姆定律E ＝U 外＋U 内，可知电源2的路端电压变化较大，D 正确. 二、非选择题10.(2018·山东日照市高一下期末)如图8所示的电路中，电源电动势E ＝10 V ，内阻r ＝0.5 Ω，电动机的电阻R 0＝1.0 Ω，定值电阻R 1＝1.5 Ω.电动机正常工作时，理想电压表的示数U 1＝3.0 V.求：图8(1)电源总功率； (2)电源的输出功率；(3)电动机消耗的电功率，以及将电能转化为机械能的功率. 答案 (1)20 W (2)18 W (3)12 W 8 W解析 (1)已知电压表的示数U 1＝3.0 V 和定值电阻R 1＝1.5 Ω，根据欧姆定律可求出电路中的电流I ＝U 1R 1＝2.0 A电源的总功率P 总＝EI ＝20 W(2)电源的输出功率P 出＝EI －I 2r ＝18 W(3)根据闭合电路的欧姆定律，电动机两端的电压U 2＝E －U 1－Ir ＝6 V 电动机消耗的电功率P 电＝U 2I ＝12 W电动机将电能转化为机械能的功率，就是电动机的输出功率P 机＝U 2I －I 2R 0＝8 W.11.如图9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了0.1 V 和0.1 A ，求电源的电动势和内阻.图9答案 2 V 1 Ω解析 当S 闭合时，R 1、R 2并联接入电路，当S 断开时，只有R 1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·r ①当S 断开时，只有R 1接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U ′＝E －I ′r ，即1.6 V ＋0.1 V ＝E －(0.4 A －0.1 A)r②由①②得：E ＝2 V ，r ＝1 Ω.12.如图10所示，图甲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.电表均为理想电表.图10(1)定值电阻R 0、变阻器的总电阻R 分别为多少？(2)求出电源的电动势和内阻.答案 (1)3 Ω 12 Ω (2)8 V 1 Ω解析 (1)电流增大，路端电压减小，定值电阻R 0分压增大，V 1指示电阻R 0分压，示数变化如AC 所示，V 2指示路端电压，示数变化如BC 所示.根据欧姆定律，由图象可知，R 0＝ΔU AC ΔI AC ＝4.51.5Ω＝3 Ω. 当电流取最小值I 0＝0.5 A 时，变阻器的阻值最大，此时变阻器两端电压U R ＝U B －U A ＝(7.5－1.5)V ＝6 V ，电阻R ＝U R I 0＝60.5Ω＝12 Ω. (2)根据闭合电路欧姆定律，路端电压与电流的关系是：U ＝E －Ir所以BC 斜率的绝对值表示电源内阻，即r ＝⎪⎪⎪⎪⎪⎪ΔU BC ΔI BC ＝7.5－62－0.5Ω＝1 Ω， 电动势E ＝U B ＋I 0r ＝(7.5＋0.5×1)V＝8 V.。
2019学年高中物理 第二章 恒定电流 5 焦耳定律学案 新人教版必修2
5 焦耳定律[学科素养与目标要求]物理观念： 1.理解电功、电功率、电热、热功率的概念.2.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别. 科学思维：弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系，并能进行有关的计算.一、电功和电功率 1.电功(1)电功是指电路中静电力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程. (2)电功的计算公式：W ＝IUt . 单位：焦耳，符号为J.常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝3.6×106J. 2.电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功. (2)公式：P ＝W t＝UI . (3)单位：瓦特，符号为W. (4)意义：表示电流做功的快慢. 二、焦耳定律 1.焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比. (2)表达式：Q ＝I 2Rt . 2.热功率(1)定义：单位时间内的发热量称为热功率. (2)表达式：P ＝I 2R .(3)物理意义：表示电流发热快慢的物理量.1.判断下列说法的正误.(1)电功率越大，表示电流做功越多.( × )(2)电功W ＝UIt 可以用来计算所有电路中电流所做的功.( √ )(3)电热Q ＝I 2Rt 可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热.( √ ) (4)任何情况下电功都等于电热.( × )(5)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电热.( √ )2.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I2，则在时间t 内产生的热量为 . 答案 Q2解析 根据Q ＝I 2Rt 得，若电阻变为原来的2倍，电流变为原来的12，时间不变，则Q ′＝⎝ ⎛⎭⎪⎫I 22·2R ·t ＝12I 2Rt＝12Q .一、电功和电热的理解电吹风工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？ 答案 电吹风工作时，把电能转化为内能和机械能.电熨斗工作时，将电能转化为内能.1.纯电阻电路与非纯电阻电路(1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能.(2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路.在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能. 2.W ＝UIt 是电功的计算式，P ＝UI 是电功率的计算式，适用于任何电路.Q ＝I 2Rt 是电热的计算式，可以计算任何电路中电流I 通过电阻R 时在t 时间内产生的热量，P 热＝I 2R 是热功率的计算式，可以计算任何电路的热功率. 3.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较例1 (多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( )A.电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B.W ＝UIt 适用于任何电路，而W ＝I 2Rt ＝U 2Rt 只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中，UI >I 2R D.焦耳热Q ＝I 2Rt 适用于任何电路 答案 BCD解析 电功率公式P ＝Wt ，表示电功率越大，电流做功越快.对于一段电路，有P ＝IU ，I ＝P U ，焦耳热Q ＝(P U)2Rt ，可见Q 与P 、U 、t 、R 都有关，所以P 越大，Q 不一定越大，A 错.W ＝UIt 是电功的定义式，适用于任何电路，而I ＝UR只适用于纯电阻电路，B 对.在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W >Q ，即UI >I 2R ，C 对.Q ＝I 2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D 对.1.只有在纯电阻电路中才有W ＝Q ，P 电＝P 热，而在非纯电阻电路中W ＞Q ，P 电＞P 热.2.在纯电阻电路中，由UIt ＝I 2Rt 得I ＝U R，即欧姆定律成立；在非纯电阻电路中，由UIt ＞I 2Rt 知U ＞IR ，即欧姆定律不成立.二、纯电阻电路中的功率分配及计算例2 额定电压都是110 V ，额定功率P A ＝100 W 、P B ＝40 W 的两盏灯泡，若接在电压为220 V 的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是( )答案 C解析 判断灯泡能否正常发光，就要判断灯泡两端的电压是否是额定电压，或流过灯泡的电流是否是额定电流，对灯泡有P ＝UI ＝U 2R，可知R A ＜R B .对于A 电路，由于R A ＜R B ，所以U B ＞U A ，且有U B ＞110 V ，B 灯可能被烧毁，U A ＜110 V ，A 灯不能正常发光. 对于B 电路，由于R B ＞R A ，A 灯又并联滑动变阻器，并联电阻小于R B ，所以U B ＞U 并，B 灯可能被烧毁，A 灯不能正常发光.对于C 电路，B 灯与滑动变阻器并联，并联电阻可能等于R A ，所以可能U A ＝U B ＝110 V ，两灯可以正常发光. 对于D 电路，若滑动变阻器的有效电阻等于A 、B 的并联电阻，则U A ＝U B ＝110 V ，两灯可以正常发光.比较C 、D 两个电路，由于C 电路中滑动变阻器功率为(I A －I B )×110 V，而D 电路中滑动变阻器功率为(I A ＋I B )×110 V，所以C 电路消耗电功率最小.1.串联、并联电路的功率分配(纯电阻电路)(1)串联电路：P 1P 2＝R 1R 2，P n P ＝R n R(由P ＝I 2R 可得)，电阻越大，功率越大.(2)并联电路：P 1P 2＝R 2R 1，P n P ＝R R n (由P ＝U 2R可得)，电阻越大，功率越小.2.计算纯电阻电路的功率时，可以用P ＝UI ，也可以用P ＝I 2R 或P ＝U 2R.做题时要根据题目灵活选用.三、非纯电阻电路功率的分析与计算例3 小型直流电动机(其线圈内阻为r ＝1 Ω)与规格为“4 V 4 W”的小灯泡并联，再与阻值为R ＝5 Ω的电阻串联，然后接至U ＝12 V 的电源上，如图1所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：图1(1)通过电动机的电流； (2)电动机的输出功率P 出； (3)电动机的效率.答案 (1)0.6 A (2)2.04 W (3)85% 解析 (1)流经灯泡的电流I L ＝P U L ＝44A ＝1 A流经电阻R 的电流I R ＝U －U L R ＝12－45A ＝1.6 A流经电动机的电流I ＝I R －I L ＝0.6 A.(2)电动机消耗的总功率P ′＝U L I ＝4×0.6 W＝2.4 W 电动机的热功率P 热＝I 2r ＝(0.6)2×1 W＝0.36 W电动机的输出功率P 出＝P ′－P 热＝2.4 W －0.36 W ＝2.04 W (3)电动机的效率： η＝P 出P ′×100%＝2.042.4×100%＝85%. 针对训练1 规格为“220 V 36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求： (1)接220 V 的电源后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上(1)中电源后，扇叶卡住，不能转动，假设线圈未被烧断，求电动机消耗的功率和发热的功率. 答案 (1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W解析 (1)排气扇在220 V 的电压下正常工作时的电流为I ＝P U ＝36220A≈0.16 A.发热的功率为P 热＝I 2R ＝(0.16)2×40 W≈1 W. 转化为机械能的功率为P 机＝P －P 热＝(36－1) W ＝35 W.(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机所在电路成为纯电阻电路，电流做的功全部转化为电热，此时电动机中电流为I ′＝U R ＝22040A ＝5.5 A.电动机消耗的功率即电功率等于发热功率：P 电′＝P 热′＝UI ′＝220×5.5 W＝1 210 W.1.电动机的功率和效率(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P 入＝UI . (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P 热＝I 2r .(3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率，P 出＝IU －I 2r .(4)电动机的效率：η＝P 出P 入×100%＝IU －I 2rIU×100%.2.串、并联电路的总功率(1)串联电路：P 总＝U 总I ＝(U 1＋U 2＋U 3＋…)I ＝P 1＋P 2＋P 3＋… (2)并联电路：P 总＝UI 总＝U (I 1＋I 2＋I 3＋…)＝P 1＋P 2＋P 3＋…即无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各电阻消耗的功率之和.针对训练2 如图2所示，有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V 60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V 的直流电路两端，灯泡正常发光，则( )图2A.电解槽消耗的电功率为120 WB.电解槽的发热功率为60 WC.电解槽消耗的电功率为60 WD.电路消耗的总功率为60 W 答案 C解析 灯泡正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V 电压，且干路电流I ＝I 灯＝611 A ，则电解槽消耗的电功率P ＝P 灯＝60 W ，A 错，C 对；电解槽的发热功率P 热＝I 2R 内≈1.3 W，B 错；整个电路消耗的总功率P 总＝220×611W ＝120 W ，D 错.1.(对电功率的理解)如图3所示，一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电风扇等.停电时，用欧姆表测得A 、B 间电阻为R ；供电后，各家电器同时使用，测得A 、B 间电压为U ，进线电流为I ，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是( )图3A.P ＝I 2R B.P ＝U 2RC.P ＝IUD.P ＝I 2R ＋U 2R答案 C解析 家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用P ＝UI 来计算，C 正确.2.(对焦耳定律的理解)(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流且正常工作，在相同时间内( ) A.电炉放热与电动机放热相等 B.电炉两端电压小于电动机两端电压 C.电炉两端电压等于电动机两端电压 D.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率 答案 ABD3.(纯电阻电路中功率的分配及计算)把6个相同的电灯接成如图4甲、乙所示两电路，通过调节供电电压与变阻器R 1、R 2的阻值，使两组电灯均能正常发光，并且两电路消耗的总电功率也相同，则R 1、R 2大小满足( )图4A.R 2＝9R 1B.R 2＝6R 1C.R 2＝3R 1D.R 1＝R 2答案 A解析 设每个灯泡正常发光时其电流为I ，则题图甲中总电流为3I ，题图乙中总电流为I ；要使两电路消耗的总电功率也相同，需使P R 1＝P R 2，即(3I )2R 1＝I 2R 2，故R 2＝9R 1，所以选项A 正确.4.(非纯电阻电路中功率的分析与计算)一台小型电动机在380 V 电压下正常工作时，能将30 kg 的货物在30 s 内匀速提升30 m ，通过它的电流是1 A.除电动机线圈生热，其他能量损失不计，求在此过程中：(g 取10 N/kg) (1)拉力对货物做功的功率； (2)电动机的输出功率； (3)电动机线圈所产生的热量.答案 (1)300 W (2)300 W (3)2 400 J解析 (1)货物匀速上升，故拉力等于重力，故有F ＝mg ＝30×10 N ＝300 N ，上升的速度为v ＝s t ＝3030m/s ＝1 m/s ，故拉力的功率为P ＝Fv ＝300×1 W＝300 W. (2)电动机的输出功率为P 输出＝P ＝300 W. (3)由能量守恒定律可知Q ＝IUt －P 输出t ＝(1×380×30－300×30) J＝2 400 J.一、选择题考点一 对电功和电热的理解1.关于电功W 和电热Q 的说法正确的是( ) A.在任何电路中都有W ＝UIt 、Q ＝I 2Rt ，且W ＝QB.在任何电路中都有W ＝UIt 、Q ＝I 2Rt ，但W 不一定等于QC.W ＝UIt 、Q ＝I 2Rt 均只有在纯电阻电路中才成立D.W ＝UIt 在任何电路中都成立，Q ＝I 2Rt 只在纯电阻电路中才成立 答案 B解析 W ＝UIt 是电功的定义式，适用于任何电路，Q ＝I 2Rt 是焦耳热的定义式，也适用于任何电路，如果是纯电阻电路，则W ＝Q ，在非纯电阻电路中W >Q ，B 对，A 、C 、D 错.2.室内有几种用电器：1.5 kW 的电饭煲、200 W 的电冰箱、750 W 的取暖器、250 W 的电视机和2 kW 的空调器.如果进线处有13 A 的保险丝，供电电压为220 V ，下列情况下不可以同时使用的是( ) A.电饭煲和电冰箱 B.取暖器和空调器 C.电饭煲和空调器 D.电冰箱、电视机和空调器解析 电路中允许的最大功率为P m ＝UI ＝2 860 W.用电器的功率之和大于P m 时，用电器就不可以同时使用，故选C.3.夏天空调器正常工作时，制冷状态与送风状态交替运行.一空调器在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图1所示，此空调器运行1小时用电( )图1A.1.0度B.1.5度C.2.0度D.2.5度答案 B解析 从题图可以看出，在1小时内，空调器以0.5 kW 工作的时间为20分钟，以2 kW 工作的时间为40分钟，故此空调器运行1小时用电：P 1t 1＋P 2t 2＝⎝⎛⎭⎪⎫0.5×13＋2×23kW·h＝1.5 kW·h＝1.5度，故选B.4.加在某电动机上的电压是U ，电动机消耗的电功率为P ，电动机线圈的电阻为r ，则电动机线圈上消耗的热功率为( )A.PB.U 2rC.P 2r U 2D.P －P 2rU2答案 C解析 因为P ＝IU ，I ＝P U，所以P 热＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P U 2r ，故选C.考点二 纯电阻电路中的功率分配及计算5.如图2所示为某两个电阻的U －I 图象，则R 1∶R 2的值、把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P 1∶P 2、把两电阻并联后接入电路时消耗功率之比P 1′∶P 2′分别是( )图2A.2∶1 2∶1 1∶2B.2∶1 1∶2 2∶1C.1∶2 1∶2 2∶1D.1∶2 2∶1 1∶26.(多选)有两个灯泡L 1、L 2，额定电压皆为6 V ，额定功率分别为6 W 、3 W ，将它们接在电路中，两灯泡均不被烧坏，下列说法正确的是( )A.若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9 WB.若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5 WC.若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9 WD.若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5 W 答案 BC解析 当两灯泡串联时，电流相等，L 1的额定电流为I 1＝P 1U 1＝1 A ，电阻R 1＝U 12P 1＝6 Ω，L 2的额定电流为I 2＝P 2U 2＝0.5 A ，电阻R 2＝U 22P 2＝12 Ω.要使两灯泡均不被烧坏，电路中的最大电流为0.5 A ，最大功率为P max ＝I 22R 1＋I 22R 2＝4.5 W ，故A 错误，B 正确；当两灯泡并联时，电压相等，当电压为6 V 时，两灯泡皆可正常发光，此时两灯泡的总功率最大为9 W ，故C 正确，D 错误.7.(2018·山东聊城市高一下期末)A 、B 为“220 V 100 W”的两盏相同的灯泡，C 、D 为“220 V 40 W”的两盏相同的灯泡.现将四盏灯泡接成如图3所示的电路，并将两端接入电路，各灯实际功率分别为P A 、P B 、P C 、P D ，各灯实际功率都没有超过它们的额定功率.则实际功率的大小关系为( )图3A.P A ＝P B ，P C ＝P DB.P A ＝P D ＞P B ＝P CC.P D ＞P A ＞P B ＞P CD.P B ＞P C ＞P D ＞P A 答案 C解析 根据R ＝U 2P 得，R A ＝R B ＜R C ＝R D .由题图知，U B ＝U C ，根据P ＝U 2R 知P B ＞P C ；因为I A ＝I D ，根据P ＝I 2R 知，P D ＞P A .通过A 、D 的电流大于通过B 、C 的电流，由P ＝I 2R 知，P A ＞P B ，P D ＞P C ，所以P D ＞P A ＞P B ＞P C .8.(2018·衡中微山分校高一下期末)粗细均匀的金属环上ACBD 四点把周长分成四等分，如图4所示，当A 、B 点接入电路时，圆环消耗的电功率为P ；当A 、D 点接入电路中时，圆环消耗的电功率为(电源为恒压电源)( )图4A.P4 B.P C.4P 3D.3P答案 C解析 将圆环四等分，每一等分的电阻设为R ，则当A 、B 点接入电路中时总电阻R 1＝R ，当A 、D 点接入电路中时总电阻R 2＝R ·3R R ＋3R ＝34R ；由P ＝U 2R ，得P 2∶P 1＝R 1∶R 2＝4∶3，又P 1＝P ，得P 2＝4P3，故选C.考点三 非纯电阻电路中功率的分析与计算 9.电阻R 和电动机串联接到电路中，如图5所示，已知电阻R 跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作.设电阻R 和电动机两端的电压分别为U 1和U 2，经过时间t ，电流通过电阻R 做功为W 1，产生热量为Q 1，电流通过电动机做功为W 2，产生热量为Q 2，则有( )图5A.U 1＜U 2，Q 1＝Q 2B.U 1＝U 2，Q 1＝Q 2C.W 1＝W 2，Q 1＞Q 2D.W 1＜W 2，Q 1＜Q 2答案 A解析 电动机正常工作时的电路是非纯电阻电路，其两端电压U 2＞IR ＝U 1，B 错；电流做的功W 1＝IU 1t ，W 2＝IU 2t ，因此，W 1＜W 2，C 错；由Q ＝I 2Rt 可判断产生的热量Q 1＝Q 2，A 对，D 错.10.有一台电风扇，额定电压为220 V ，额定电功率为50 W ，线圈电阻为0.4 Ω.当电风扇在额定电压下工作时，关于它的线圈电阻每分钟产生的热量是多少，有四位同学计算如下，其中正确的是( )A.Q ＝I 2Rt ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫502202×0.4×60 J≈1.24 JB.Q ＝Pt ＝50×60 J＝3 000 JC.Q ＝IUt ＝50220×220×60 J＝3 000 JD.Q ＝U 2R t ＝22020.4×60 J＝7.26×106J答案 A解析 电风扇正常工作时产生的热量是由于线圈发热产生的，所以每分钟产生的热量为Q ＝I 2Rt ≈1.24 J，A 正确.11.(多选)日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到的热风可将头发吹干.设电动机线圈的电阻为R 1，它与电阻为R 2的电热丝相串联，接到直流电源上，电吹风机两端电压为U ，通过的电流为I ，消耗的电功率为P ，则以下选项正确的是( ) A.IU ＞PB.IU ＝P教育资料经典教育一 C.P ＞I 2(R 1＋R 2)D.P ＝I 2(R 1＋R 2) 答案 BC 解析 根据电功率的定义式P ＝UI ，可知A 错误，B 正确.消耗的电功率分为三部分：线圈消耗的热功率、电热丝消耗的热功率、电动机工作时的输出功率，故C 正确，D 错误.二、非选择题12.有一个小型直流电动机，把它接入电压为U 1＝0.2 V 的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流是I 1＝0.4 A ；若把电动机接入U 2＝2.0 V 的电路中，电动机正常工作，工作电流是I 2＝1.0 A ，求：(1)电动机正常工作时的输出功率多大？(2)如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？答案 (1)1.5 W (2)8 W解析 (1)U 1＝0.2 V 时，电动机不转，此时为纯电阻电路，故电动机线圈内阻r ＝U 1I 1＝0.20.4Ω＝0.5 Ω；U 2＝2.0 V 时，电动机正常工作，此时为非纯电阻电路，则由电功率与热功率各自的定义式，得P电＝U 2I 2＝2.0×1.0 W＝2 W. P 热＝I 22r ＝1.02×0.5 W＝0.5 W.电动机的输出功率P 出＝P 电－P 热＝2 W －0.5 W ＝1.5 W.(2)若电动机正常工作时，转子突然被卡住，则又变成了纯电阻电路，其热功率P 热′＝U 22r ＝2.020.5W ＝8 W. 13.如图6所示，A 为电解槽，N 为电炉，恒定电压U ＝12 V ，电解槽内阻r A ＝2 Ω，当S 1闭合、S 2断开时，电流表的示数为6 A ；当S 2闭合、S 1断开时，电流表的示数为4 A ，求：(电流表内阻不计)图6(1)电炉的电阻及发热功率各多大？(2)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？答案 (1)2 Ω 72 W (2)16 W解析 (1)电炉为纯电阻元件，由欧姆定律得I 1＝U R ，则R ＝U I 1＝126Ω ＝2 Ω，其发热功率为：P N ＝UI 1＝12×6 W ＝72 W.(2)电解槽为非纯电阻元件，发热功率为：P 热＝I 22r A ＝42×2 W＝32 W ，总功率为：P 总＝UI 2＝12×4 W＝48 W ，故电能转化为化学能的功率为：P 化＝P 总－P 热＝(48－32) W ＝16 W.。
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实验：电学基本仪器的使用和读数 [学科素养与目标要求] 物理观念：1.理解电流表的内接法和外接法，并会进行正确选择.2.理解滑动变阻器的两种接法，能正确地应用.3.掌握电流表、电压表的读数方法.4.掌握游标卡尺和螺旋测微器的读数方法. 科学思维：1.对比刻度尺、电流表、电压表、螺旋测微器的读数方法，找到读数的一般方法.2.建立伏安法测量导体电阻的电路模型.
一、电压表和电流表的使用 电流表的内接法和外接法的比较 (1)两种接法的比较 内接法 外接法
电路
误差分析 电压表示数 UV＝UR＋UA＞UR
电流表示数IA＝IR
R测＝UVIA＞URIR＝R真
电压表示数 UV＝UR
电流表示数
IA＝IR＋IV＞IR
R测＝UVIA＜URIR＝R真
误差来源 电流表的分压作用 电压表的分流作用
(2)电流表内、外接的选择方法 ①直接比较法：当Rx≫RA时，采用内接法，当Rx≪RV时，采用外接法，即大电阻用内接法，小电阻用外接法，可记忆为“大内小外”. ②公式计算法 当Rx＞RARV时，用电流表内接法， 当Rx＜RARV时，用电流表外接法， 当Rx＝RARV时，两种接法效果相同. ③试触法： 如图1，把电压表的可动接线端分别试接b、c两点，观察两电表的示数变化，若电流表的示数变化明显，说明电压表的分流作用对电路影响大，应选用内接法，若电压表的示数有明显变化，说明电流表的分压作用对电路影响大，所以应选用外接法.
图1 例1 在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200 Ω，电压表V的内阻约为2 kΩ，电流表A的内阻约为10 Ω，测量电路中电流表的连接方式如图2甲或乙所示，结果由公式Rx
＝UI计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的示数.若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则 (选填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1 (选填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2
(选填“大
于”“等于”或“小于”)真实值.
图2 答案 Rx1 大于 小于
解析 RxRA＝20，RVRx＝10，因此Rx属于大电阻，用电流表内接法时测量值更接近真实值，即Rx1
更接近真实值；因Rx1＝UI＝Rx＋RA，故Rx1>Rx，Rx2＝UI＝R并(即Rx与RV的并联值)，故Rx2二、滑动变阻器的使用 1.滑动变阻器的限流式与分压式接法 方式 内容 限流式接法 分压式接法 对比说明
两种接法电路图 串、并联关系不同 负载R上电压调节范围(电源内阻不计) RER＋R0≤U≤E 0≤U≤E 分压式接法调节范围大 负载R上电流调节范围(电源内阻不计) ER＋R0≤I≤ER 0≤I≤ER 分压式接法调节范围大
闭合S前滑片位置 b端 a端 都是为了保护电路元件
2.分压式和限流式电路的选择原则 (1)若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路. (2)若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应用分压式电路. (3)若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则此时必须选用分压式电路. 说明：两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、能耗低. 例2 某同学想描绘小灯泡的伏安特性曲线，他选择“3 V、0.5 A”的小灯泡作为研究对象，请回答下面几个问题： (1)下列实验器材中应选择 .(填入器材序号) A.电流表(量程0～0.6 A, 内阻1 Ω) B.电流表(量程0～3 A，内阻1 Ω) C.电压表(量程0～15 V，内阻约10 kΩ) D.电压表(0～3 V，内阻约2 kΩ) E.滑动变阻器(阻值0～100 Ω) F.滑动变阻器(阻值0～10 Ω) G.电源E＝6 V H.开关S，导线若干 (2)在本实验中要求电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用 (选填“分压”或“限流”)式接法，电流表应采用 (选填“内”或“外”)接法. (3)在方框中画出实验电路图，并用实线代替导线，将图3中的器材连接成可供实验的电路. 图3 答案 (1)ADFGH (2)分压 外 (3)见解析图 解析 (1)灯泡额定电流为0.5 A，电流表选择A；灯泡额定电压为3 V，电压表选择D；为方便实验操作滑动变阻器应选择F；实验还需要电源、开关与导线，故需要的实验器材为：ADFGH； (2)本实验要求电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法；由于灯泡电阻远小于电压表内阻，电流表应采用外接法； (3)滑动变阻器采用分压式接法，电流表采用外接法，电路图如图甲所示：
根据电路图连接实物电路图，实物电路图如图乙所示： 三、电压表、电流表的读数 对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可. (1)0～3 V的电压表和0～3 A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 V和0.1 A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位. (2)对于0～15 V量程的电压表，精确度是0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 V. (3)对于0～0.6 A量程的电流表，精确度是0.02 A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 A. 例3 如图4为电流表和电压表的刻度盘. (1)图甲使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表 A，图中表针示数是 A；当使用3 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表 A，图中表针示数为 A. (2)图乙使用较小量程时，每小格表示 V，图中表针的示数为 V.若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示 V，图中表针示数为 V.
图4 答案 (1)0.02 0.44 0.1 2.20 (2)0.1 1.70 0.5 8.5 解析 (1)使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 A，表针示数为0.44 A；当使用3 A量程时，每一小格为0.1 A时，表针示数为2.20 A. (2)电压表使用3 V量程时，每小格表示0.1 V，表针示数为1.70 V；使用15 V量程时，每小格为0.5 V，表针示数为8.5 V. 四、螺旋测微器的原理及读数 1.构造及原理 如图5所示，它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可动刻度E、旋钮D和微调旋钮D′是与测微螺杆F连在一起的，并通过精密螺纹套在B上，精密螺纹的螺距是0.5 mm，即旋钮D每转一周，测微螺杆F前进或后退0.5 mm，可动刻度分成50等份，每一等份表示
0.01 mm.
图5 2.使用方法 当A与F并拢时，可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合，逆时针旋转旋钮D，将测微螺杆F旋出，把被测物体放入A、F之间的夹缝中，再顺时针旋转旋钮D，F快要接触被测物时，要停止使用旋钮D，改用微调旋钮D′，直到听到“喀、喀”声. 3.读数方法 L＝固定刻度示数＋可动刻度示数(估读一位)×分度值.
注意：(1)以毫米为单位时，小数点后面要有三位有效数字，特别是最后一位估读数字为零时，不能省略. (2)在读数时注意半毫米刻度线是否已露出. 例4 用螺旋测微器测量合金丝的直径.为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧如图6所示的部件 (选填“A”“B”“C”或“D”).从图中的示数可读出合金丝的直径为 mm.
图6 答案 B 0.410 解析 读数前应先旋紧B，使读数固定不变，螺旋测微器的固定刻度为0 mm，可动刻度为41.0×0.01 mm＝0.410 mm，所以最终读数为0 mm＋0.410 mm＝0.410 mm. 五、游标卡尺的原理及读数 1.构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上还有一个深度尺.(如图7所示)
图7 2.原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成. 不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm.常见的游标尺上小等分刻度有10个、20个、50个的，其规格见下表： 刻度格数(分度) 刻度总长度 1 mm与每小格的差值 精确度(可精确到)
10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm 20 19 mm 0.05 mm 0.05 mm 50 49 mm 0.02 mm 0.02 mm
3.用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径. 4.读数：若用x表示从主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出的与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数，则记录结果表示为(x＋K×精确度) mm. 例5 用游标卡尺可以测量某些工件的外径.在测量时，示数如图8所示，则读数为 mm.