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第1節(jié)　閉合電路歐姆定律
必備知識·自主學(xué)習(xí)
一、電動勢
干電池的電壓是1.5 V,學(xué)生用的蓄電池的電壓是2 V,是指沒有接入電路時電池兩極間的電壓,這兩種電源兩極的電壓不同。
(1)電源在電路中的作用是什么
(2)電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)相同嗎
提示:(1)電源在電路中是電能的提供者,它負(fù)責(zé)把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。
(2)不同電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)不同。在物理學(xué)中,用電動勢這個物理量來表征電源的這一特性。電動勢越大,電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)越大。
1.電源:
電源是電路中電能的提供者。常見的電源是干電池、蓄電池和發(fā)電機。
2.電動勢:
(1)物理意義:電動勢是反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)大小的物理量。
(2)大小:在數(shù)值上等于電源沒有接入外電路時兩極間的電壓。
(3)符號和單位:電源電動勢用符號E表示,單位為伏特,單位符號為V。
3.內(nèi)、外電路的能量轉(zhuǎn)化:
(1)能量轉(zhuǎn)化:在外電路中,電場力對電荷做正功,將電荷減少的電勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。電源內(nèi)部非靜電力將正電荷由負(fù)極搬到正極,電荷的電勢能增加。
(2)大小關(guān)系:電動勢在數(shù)值上等于單位電量的正電荷由負(fù)極移到正極非靜電力所做的功。
二、閉合電路歐姆定律
　如圖(a)所示在內(nèi)、外電路中,沿著電流方向,各點電勢如何變化 對應(yīng)(b)圖分析電路中各部分電勢各變化了多少。
提示:在外電路中沿電流方向電勢降低;在內(nèi)電路中沿電流方向電勢升高。在閉合電路中,內(nèi)、外電路電勢的降落U外+U內(nèi)等于電源內(nèi)部電勢的升高。
1.內(nèi)、外電路:
在外電路中,電流由正極流向負(fù)極,在外電阻上沿電流方向電勢降低;在電源內(nèi)部電流由負(fù)極到正極,電勢升高。
2.閉合電路歐姆定律:
(1)內(nèi)容:閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。
(2)公式:I=,適用于純電阻電路。
(3)變形公式:E=U外+U內(nèi)或U=E-Ir,適用于任何閉合電路。
三、路端電壓與外電阻的關(guān)系
　為什么電源電動勢在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓
提示:當(dāng)電源沒有接入外電路時,電源中的電流等于零,此時內(nèi)電壓等于零,所以這時的路端電壓在數(shù)值上等于電源電動勢。
1.路端電壓與電流的關(guān)系:
(1)表達(dá)式:U=E-Ir。
(2)圖像(U-I圖像):如圖所示為一條傾斜的直線。該直線與縱軸交點的縱坐標(biāo)表示電動勢,斜率的絕對值表示電源的內(nèi)電阻。
2.路端電壓與外電阻的關(guān)系:
(1)當(dāng)外電阻R增大時,由I=可知電流I減小,內(nèi)電壓Ir減小,由 U=E-Ir可知路端電壓U增大。
(2)當(dāng)外電阻R減小時,由I=可知電流I增大,內(nèi)電壓Ir增大,由U=E-Ir可知路端電壓U減小。
(3)兩種特殊情況:當(dāng)外電路斷開時,電流I變?yōu)?,U=E。即斷路時的路端電壓等于電源電動勢。當(dāng)電源短路時,外電阻R=0,此時I=。
　(1)電動勢的大小反映了電源把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的本領(lǐng)強弱。 (×)
(2)電動勢由電源中非靜電力的特性決定,與電源的體積無關(guān),與外電路無關(guān)。 (√)
(3)閉合電路中外電阻越大,路端電壓越大。 (√)
(4)外電阻變化可以引起內(nèi)電壓的變化,從而引起內(nèi)電阻的變化。 (×)
(5)電源斷路時,電流為零,所以路端電壓也為零。 (×)
關(guān)鍵能力·合作學(xué)習(xí)
　知識點一　電動勢與電壓
1.電動勢的理解:
(1)電動勢由電源本身決定,與外電路無關(guān)。
(2)電動勢是標(biāo)量,但有方向,物理學(xué)中規(guī)定方向為由負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部指向正極,即電源內(nèi)部電流的方向。
(3)電源的內(nèi)部也有電阻(即內(nèi)電阻),當(dāng)電流經(jīng)電源內(nèi)部時也有電壓降(即內(nèi)電壓)。
2.電動勢與電壓的區(qū)別與聯(lián)系:
電動勢 電　壓
物理意義不同 表示非靜電力做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng) 表示電場力做功將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的本領(lǐng)
數(shù)值大小不同 數(shù)值上等于將單位電荷量的正電荷從電源負(fù)極移到正極非靜電力所做的功 數(shù)值上等于將單位電荷量的正電荷從導(dǎo)體一端移到另一端電場力所做的功
決定因素不同 由電源本身決定 由電源、導(dǎo)體的電阻及導(dǎo)體的連接方式?jīng)Q定
聯(lián)　系 電路閉合:E=U內(nèi)+U外;電路斷開:E=U外
　有同學(xué)認(rèn)為電源的電動勢實質(zhì)上就是電源兩極之間的電壓,電源的電動勢在數(shù)值上等于電源兩極之間的電壓。這種說法對嗎 試總結(jié)分析。
提示:不對。電動勢是描述電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)大小的物理量,而電壓是電場中兩點間的電勢之差。當(dāng)電源開路時,電源兩極之間的電壓在數(shù)值上等于電源的電動勢。
【典例】有關(guān)電壓與電動勢的說法中正確的是 (　　)
A.電壓與電動勢的單位都是伏特,所以電動勢與電壓是同一物理量的不同叫法
B.電動勢就是電源兩極間的電壓
C.電動勢公式E=中的W與電壓U=中的W是一樣的,都是電場力做的功
D.電動勢與電壓從能量轉(zhuǎn)化的角度來說有本質(zhì)的區(qū)別
【解析】選D。只有電路斷路時,電動勢才等于電源兩端的電壓值,對于E=及U=,前者表示非靜電力做的功;后者表示電場力做的功,電動勢和電壓的意義不同,電動勢反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng),而電壓反映把電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的本領(lǐng)。綜上所述,選項D正確,A、B、C錯誤。
1.下列說法中正確的是 (　　)
A.電源的電動勢實質(zhì)上就是電源兩極間的電壓
B.電源的電動勢在數(shù)值上等于兩極間的電壓
C.電源的電動勢與電壓的單位相同,但與電壓有本質(zhì)的區(qū)別
D.電動勢越大,電源兩極間的電壓一定越高
【解析】選C。電動勢與電壓有本質(zhì)的區(qū)別,二者單位相同。只有電源與外電路斷開時,兩極間的電壓在數(shù)值上才與電動勢相等。故C正確。
2.(多選)鉛蓄電池的電動勢為2 V,這表示 (　　)
A.電路中每通過1 C電量,電源把2 J的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?br/>B.鉛蓄電池斷開時兩極間的電壓為2 V
C.鉛蓄電池能在1 s內(nèi)將2 J的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能
D.鉛蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的本領(lǐng)比一節(jié)干電池(電動勢為1.5 V)的大
【解析】選A、B、D。根據(jù)電動勢的定義和表達(dá)式E=,非靜電力移動1 C電荷量所做的功W=qE=1×2 J=2 J,由功能關(guān)系可知有2 J的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,A正確,C錯誤。電源兩極的電勢差(電壓)U=,而Ep=W,即Uq=Eq,所以U=E=2 V,B正確。電動勢是描述電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)大小的物理量,因E蓄電池=2 V>E干電池=1.5 V,故D正確。
【加固訓(xùn)練】
1.(多選)關(guān)于電源的電動勢,下面說法正確的是(　　)
A.電動勢是表征電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能本領(lǐng)的物理量
B.電動勢在數(shù)值上等于電路中通過1 C電荷量時電源提供的能量
C.電源的電動勢跟電源的體積有關(guān),跟外電路有關(guān)
D.電動勢有方向,因此電動勢是矢量
【解析】選A、B。由電動勢的物理意義可知,電動勢是表征電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能本領(lǐng)的物理量,它在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時其兩極間的電壓,也等于電路中通過1 C電荷量時電源所提供的能量;電動勢由電源中非靜電力的特性決定,跟電源的大小無關(guān),跟外電路也無關(guān);電動勢雖然有方向,但電動勢是標(biāo)量。綜上所述,正確選項是A、B。
2.某柴油發(fā)電機工作時,電流為5 A,經(jīng)過2 min時間,發(fā)電機產(chǎn)生的電能為1.32×105 J,則該發(fā)電機的電動勢為(　　)
A.1 100 V　　　B.550 V　　　C.220 V　　　D.110 V
【解析】選C。此段時間通過電量為q=It=5×120 C=600 C,由E== V=220 V,故選C。
　知識點二　閉合電路歐姆定律的理解與應(yīng)用
1.閉合電路的組成:
2.閉合電路歐姆定律的表達(dá)形式:
表達(dá)式 物理意義 適用條件
I= 電流與電源電動勢成正比,與電路總電阻成反比 純電阻電路
E=I(R+r) ① E=U外+Ir ② E=U外+U內(nèi) ③ 電源電動勢在數(shù)值上等于電路中內(nèi)、外電壓之和 ①式適用于純電阻電路;②③式普遍適用
EIt=I2Rt+I2rt ④ W=W外+W內(nèi) ⑤ 電源提供的總能量等于內(nèi)、外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的總和 ④式適用于純電阻電路;⑤式普遍適用
3.路端電壓與電流有何關(guān)系:
(1)由U=E-Ir可知,U-I圖像是一條傾斜的直線,如圖所示。
(2)縱軸的截距等于電源的電動勢E,橫軸的截距等于外電路短路時的電流,I短=。
(3)直線斜率的絕對值等于電源的內(nèi)阻,即r==,斜率越大,表明電源的內(nèi)阻越大。
　假如用發(fā)電機直接給教室內(nèi)的電燈供電,電燈兩端的電壓等于發(fā)電機的電動勢嗎
提示:不等于。因為發(fā)電機內(nèi)部有電阻,有電勢降落。發(fā)電機內(nèi)部電壓與電燈兩端電壓之和才等于電動勢。
【典例】如圖所示的電路中,當(dāng)S閉合時,電壓表和電流表(均為理想電表)的示數(shù)分別為1.6 V和0.4 A。當(dāng)S斷開時,它們的示數(shù)分別改變0.1 V和0.1 A,求電源的電動勢和內(nèi)阻。
【解題探究】
(1)當(dāng)S閉合時,外電阻如何變化
(2)由外電阻變化,如何分析干路電流和路端電壓的變化
提示:(1)當(dāng)S閉合時,并聯(lián)支路變多,外電阻變小。(2)由I=可知電流I增大,內(nèi)電壓Ir增大,由U=E-Ir可知路端電壓U減小。
【解析】當(dāng)S閉合時,R1、R2并聯(lián)接入電路,當(dāng)S斷開時,只有R1接入電路,此時路端電壓增大、干路電流減小。
當(dāng)S閉合時,由閉合電路歐姆定律得:
U=E-Ir,即1.6 V=E-0.4 A×r ①
當(dāng)S斷開時,只有R1接入電路,由閉合電路歐姆定律得:
U′=E-I′r,即(1.6+0.1) V=E-(0.4-0.1) A×r ②
由①②得:E=2 V,r=1 Ω
答案:2 V　1 Ω
　閉合電路問題的求解方法
(1)分析電路特點:認(rèn)清各元件之間的串、并聯(lián)關(guān)系,特別要注意電壓表測量哪一部分的電壓,電流表測量哪個用電器的電流。
(2)求干路中的電流:若各電阻阻值和電動勢都已知,可用閉合電路歐姆定律直接求出;也可以利用各支路的電流之和來求。
(3)應(yīng)用閉合電路歐姆定律解決問題時,應(yīng)根據(jù)部分電路的歐姆定律和電路的串、并聯(lián)特點求出部分電路的電壓和電流。
1.用E表示電源電動勢,U表示路端電壓,Ur表示內(nèi)電壓,R表示外電路總電阻,r表示電源內(nèi)阻,I表示干路電流,則下列各式中正確的是 (　　)
A.Ur=IR　　　　　　　　 B.Ur=E-U
C.U=E+Ir D.U=
【解析】選B。因為不知道外電阻是純電阻電路還是非純電阻電路,所以I=不一定成立,Ur=E-U一定成立,故D錯誤、B正確;Ur=Ir,A錯誤;U=E-Ir,C錯誤。
2.在如圖所示的電路中,若R1=4 Ω,R3=6 Ω,電池內(nèi)阻r=0.6 Ω,則電源的總功率為40 W,而輸出功率為37.6 W,求電源的電動勢和電阻R2。
【解析】電源內(nèi)阻上消耗的電功率
Pr=P總-P出=40 W-37.6 W=2.4 W;
由P總-P出=I2r得:I= A=2 A
由P總=EI,得到電源的電動勢E== V=20 V
路端電壓U=E-Ir=(20-2×0.6) V=18.8 V
由歐姆定律得,外電路總電阻為R== Ω=9.4 Ω
得到,R2=R-=(9.4-) Ω=7 Ω
答案:20 V　7 Ω
【加固訓(xùn)練】
1.(多選)如圖所示為兩個不同閉合電路中兩個不同電源的U-I圖像,則下列說法中正確的是 (　　)
A.電動勢E1=E2,短路電流I1>I2
B.電動勢E1=E2,內(nèi)阻r1>r2
C.電動勢E1>E2,內(nèi)阻r1D.當(dāng)兩電源的工作電流變化量相同時,電源2的路端電壓變化較大
【解析】選A、D。由題圖可知兩電源的U-I圖線交縱軸于一點,則說明兩電源的電動勢相同,則C項錯誤;交橫軸于兩不同的點,很容易判斷電源1的短路電流大于電源2的短路電流,則A項正確。又由兩圖線的傾斜程度可知圖線2的斜率的絕對值大于圖線1的斜率的絕對值,即電源2的內(nèi)阻大于電源1的內(nèi)阻,則可知B項錯誤。由圖像可判斷當(dāng)兩電源的工作電流變化量相同時,電源2的路端電壓的變化量大于電源1的路端電壓的變化量,可知D項正確。
2.在如圖所示的電路中,R1=9 Ω,R2=5 Ω,當(dāng)a、b兩點接理想的電流表時,其讀數(shù)為0.5 A;當(dāng)a、b兩點間接理想的電壓表時,其讀數(shù)為1.8 V。求電源的電動勢和內(nèi)電阻。
【解析】當(dāng)a、b兩點間接理想的電流表時,R1被短路,回路中的電流I1=0.5 A,由閉合電路歐姆定律得:
E=I1(R2+r) ①
當(dāng)a、b兩點間接理想的電壓表時,回路中的電流
I2== A=0.2 A
由閉合電路歐姆定律得:
E=I2(R2+R1+r) ②
聯(lián)立①②得:E=3 V,r=1 Ω。
答案:3 V　1 Ω
　知識點三　閉合電路歐姆定律的動態(tài)分析
1.閉合電路動態(tài)分析的思路:
閉合電路中由于局部電阻變化(或開關(guān)的通斷)引起各部分電壓、電流(或燈泡明暗)發(fā)生變化,分析這類問題的基本思路是:
2.閉合電路動態(tài)分析的三種方法:
(1)程序法:基本思路是“部分→整體→部分”,即:
(2)結(jié)論法——“串反并同”。
“串反”是指某一電阻增大時,與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小;某一電阻減小時,與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大。
“并同”是指某一電阻增大時,與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大;某一電阻減小時,與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小。
(3)特殊值法與極限法:指因滑動變阻器滑片滑動引起電路變化的問題,可將滑動變阻器的滑動端分別滑至兩個極端去討論。一般用于滑動變阻器兩部分在電路中都有電流時的討論。
　如圖,電源的內(nèi)阻不能忽略,當(dāng)電路中點亮的電燈的數(shù)目增多時,燈泡的亮暗程度發(fā)生了什么變化
提示:當(dāng)電路中點亮的電燈的數(shù)目增多時,外電路的總電阻逐漸變小,電路中干路電流變大,內(nèi)電壓變大,路端電壓變小即電燈兩端的電壓逐漸變小,燈泡變暗。
【典例】如圖所示電路,電源內(nèi)阻不可忽略。開關(guān)S閉合后,在滑動變阻器R0的滑片向下滑動的過程中 (　　)
A.電壓表與電流表的示數(shù)都減小
B.電壓表與電流表的示數(shù)都增大
C.電壓表的示數(shù)增大,電流表的示數(shù)減小
D.電壓表的示數(shù)減小,電流表的示數(shù)增大
【解題探究】
(1)在閉合電路中,任何一個電阻的增大(或減小),都將引起電路總電阻的增大(或減小)。
(2)該電阻兩端的電壓一定會增大(或減小)。
【解析】選A。當(dāng)R0滑片向下滑動時,R0減小,則電路中總電阻減小,由I=知,總電流增大,由U=E-Ir知,路端電壓減小,故電壓表示數(shù)減小。由于R1兩端電壓增大,R2兩端電壓減小,故電流表示數(shù)減小,故A正確。
　直流電路動態(tài)分析的基本步驟
(1)明確各部分電路的串、并聯(lián)關(guān)系,由局部電路電阻的變化確定外電路總電阻的變化。
(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律I=判斷電路中總電流如何變化;根據(jù)U內(nèi)=Ir,判斷電源的內(nèi)電壓如何變化;根據(jù)U外=E-Ir,判斷電源的外電壓(路端電壓)如何變化。
(3)根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點,判斷各部分電路的電流、電壓、電功率、電功如何變化。
1.如圖所示的電路中,電源的電動勢E和內(nèi)阻r恒定不變,電燈L恰能正常發(fā)光,如果滑動變阻器的滑片向b端滑動,則 (　　)
A.電燈L更亮,電流表的示數(shù)減小
B.定值電阻R2消耗的功率增大
C.電燈L變暗,電源的總功率減小
D.電燈L變暗,電流表的示數(shù)增大
【解析】選A?；騜端滑動,R1阻值變大,電路中總電阻變大,路端電壓變大,根據(jù)I=知I減小,電流表示數(shù)減小,根據(jù)E=U外+Ir,U外變大,燈泡兩端電壓變大,故電燈L更亮。再根據(jù)P2=R2,I總減小,IL變大,故I2變小,R2功率變小,故B、C、D錯誤,A正確。
2.(多選)如圖所示的電路中,電源內(nèi)阻r不可忽略,電流表和電壓表均為理想電表,當(dāng)滑動變阻器R2的滑動鍵P向上滑動時 (　　)
A.A1和A2的示數(shù)均變大
B.V1和V2的示數(shù)均變大
C.A1示數(shù)的變化量小于A2示數(shù)的變化量
D.V1示數(shù)的變化量小于V2示數(shù)的變化量
【解析】選B、C、D?；瑒渔IP向上滑動時,滑動變阻器連入電路的電阻增大,電路的總電阻增大,根據(jù)閉合回路歐姆定律可得路端電壓增大,所以電壓表V1的示數(shù)增大,電路總電流減小,故通過R3的電流減小,所以R3兩端的電壓減小,而路端電壓增大,所以并聯(lián)電路兩端的電壓增大,所以電壓表V2的示數(shù)增大,即R1兩端的電壓增大,所以電流表A1示數(shù)增大,而總電流等于通過R1的電流與通過滑動變阻器電流之和,總電流減小,通過R1電流增大,所以電流表A2減小,并且A1示數(shù)的變化量小于A2示數(shù)的變化量,因為↑+↓=↑,所以V1示數(shù)的變化量小于V2示數(shù)的變化量,故B、C、D正確。
【加固訓(xùn)練】
1.在如圖所示的電路中,E為電源電動勢,r為電源內(nèi)阻,R1和R3均為定值電阻,R2為滑動變阻器。當(dāng)R2的滑片在a端時合上開關(guān)S,此時三個電表A1、A2和V的示數(shù)分別為I1、I2和U。現(xiàn)將R2的滑片向b端移動,則三個電表示數(shù)的變化情況是 (　　)
A.I1增大,I2不變,U增大　 B.I1減小,I2增大,U減小
C.I1增大,I2減小,U增大 D.I1減小,I2不變,U減小
【解析】選B。電路結(jié)構(gòu):R1、R2并聯(lián)后再與R3串聯(lián),A1測通過R1的電流I1,A2測通過R2的電流I2,V測路端電壓U。R2的滑片由a滑向b時,R2阻值減小,電路總電阻減小,則總電流I增大;根據(jù)閉合電路歐姆定律知路端電壓U=E-Ir,所以電壓表示數(shù)U減小;R1兩端電壓U1=U-U3,而U3=IR3,U3增大,所以U1減小,則I1減小,而I=I1+I2,所以I2增大。則B正確,A、C、D錯誤。
2.(多選)如圖所示,電路中定值電阻阻值R大于電源內(nèi)阻阻值r。將滑動變阻器滑片向下滑動,理想電壓表V1、V2、V3示數(shù)變化量的絕對值分別為ΔU1、ΔU2、ΔU3,理想電流表A示數(shù)變化量的絕對值為ΔI,則 (　　)
A.A的示數(shù)增大
B.V2的示數(shù)增大
C.ΔU3與ΔI的比值大于r
D.ΔU1大于ΔU2
【解析】選A、C、D?；瑒幼冏杵鞯幕蛳禄瑒訒r,滑動變阻器接入電路的電阻減小,電路中的總電阻變小,總電流變大,理想電流表A的示數(shù)變大,選項A正確;U1=IR,V1的示數(shù)增大,U2=E-Ir,V2的示數(shù)減小,選項B錯誤;=R+r,選項C正確;ΔU1=ΔI·R,ΔU2=ΔI·r,因為R>r,所以ΔU1>ΔU2,選項D正確。
【拓展例題】考查內(nèi)容:含電容器電路的分析
【典例】如圖所示,E=10 V,R1=4 Ω,R2=6 Ω,C=30 μF,電池內(nèi)阻可忽略。
(1)閉合開關(guān)S,求穩(wěn)定后通過R1的電流。
(2)然后將開關(guān)S斷開,求此后流過R1的總電量。
【解析】(1)電路穩(wěn)定后,電容器所在的支路上無電流通過,因此R1與R2串聯(lián),電容器兩端的電壓即為R2兩端的電壓。由歐姆定律得,通過R1的電流:I==1 A。
(2)閉合開關(guān)S穩(wěn)定后,電容器兩端電壓:U1=IR2=6 V
電容器所帶電量Q1=CU1=30×10-6×6 C=1.8×10-4 C
開關(guān)S斷開穩(wěn)定后,總電流為零,電容器兩端電壓為E,電容器所帶電量Q2=CE=30×10-6×10 C=3×10-4 C。
通過R1的電量即為電容器增加的電量,ΔQ=Q2-Q1=1.2×10-4 C。
答案:(1)1 A　(2)1.2×10-4 C
情境·模型·素養(yǎng)
如圖所示的火警報警裝置,R1為熱敏電阻,溫度升高,R1急劇減小,當(dāng)電鈴電壓達(dá)到一定數(shù)值時,電鈴會響。
探究:
(1)若試驗時發(fā)現(xiàn)有火點時裝置不響,應(yīng)把R2的滑片P向哪移動
(2)若報警器的電池老化(內(nèi)阻變大)電動勢不變,是否會影響報警器的安全性能
(3)增大電源的電動勢,會使報警的臨界溫度如何變化
【解析】(1)若試驗時發(fā)現(xiàn)有火點時裝置不響,說明電鈴的電壓較小,要增大其電壓,根據(jù)串聯(lián)電路分壓的特點可知,必須增大R2阻值,應(yīng)把R2的滑片P向上移。
(2)若報警器的電池老化(內(nèi)阻變大)電動勢不變,報警器的電壓變小,電鈴將不會響,所以會影響報警器的安全性能。
(3)增大電源的電動勢,報警器的電壓變大,相當(dāng)于電動勢不變,R1變小,所以會使報警的臨界溫度降低。
答案:見解析
汽車電動機啟動時車燈會瞬時變暗。如圖所示,在打開車燈的情況下,電動機未啟動時電流表的示數(shù)為10 A,電動機啟動時電流表的示數(shù)為33 A,若電源電動勢為12.5 V,內(nèi)阻為0.1 Ω,電動機繞組的電阻為0.2 Ω,電流表內(nèi)阻不計,
探究:
(1)車燈的電阻值;
(2)電動機啟動時流過車燈的電流以及電動機的輸出功率;
(3)因電動機啟動,車燈的電功率降低了多少
【解析】(1)電動機未啟動時車燈兩端的電壓U燈1=E-I1r=(12.5-10×0.1) V=
11.5 V
車燈的電阻值R== Ω=1.15 Ω;
(2)電動機啟動時車燈兩端的電壓
U燈2=E-I2r=12.5 V-33 A×0.1 Ω=9.2 V
流過車燈的電流I燈==8 A
流過電動機的電流IM=I2-I燈=(33-8) A=25 A
電動機的輸出功率PM=UMIM-RM=9.2×25 W-252×0.2 W=105 W;
(3)電動機啟動時車燈的電功率P燈=U燈2I燈=73.6 W
電動機未啟動時車燈的電功率P燈′=U燈1I1=115 W
車燈的電功率降低ΔP=P燈′-P燈=(115-73.6) W=41.4 W。
答案:(1)1.15 Ω　(2)8 A　105 W　(3)41.4 W
課堂檢測·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)
1.下面是對電源電動勢概念的認(rèn)識,你認(rèn)為正確的是 (　　)
A.同一電源接入不同的電路,電動勢就會發(fā)生變化
B.1號干電池比7號干電池大,但電動勢相同
C.電源電動勢表征了電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng),電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能越多,電動勢就越大
D.電動勢、電壓和電勢差雖名稱不同,但物理意義相同,所以單位也相同
【解析】選B。電源電動勢表征了電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng),由電源本身決定,與外電路無關(guān)。同一電源接入不同的電路,電動勢不變,故A錯誤。1號干電池比7號干電池體積大,但它們的電動勢相同,故B正確。電源電動勢表征了電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng),電源的電動勢大,該電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能的本領(lǐng)大,根據(jù)W=qU,電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能越多,電動勢不一定大,還跟移動電荷的多少有關(guān),故C錯誤;電動勢定義式E=,電壓定義式U=,可知其物理意義不同,故D錯誤。
2.一個閉合電路,是由電池供電的,外電路是純電阻時,以下說法正確的是 (　　)
A.當(dāng)外電阻增大時,路端電壓增大
B.當(dāng)外電阻減小時,路端電壓增大
C.當(dāng)外電阻減小時,電路中的電流減小
D.電池的內(nèi)阻越小,外電阻變化時,路端電壓的變化越大
【解析】選A。根據(jù)U=E-Ir,當(dāng)外電阻增大時,I減小,U增大,A正確,B錯誤,根據(jù)I=,C錯誤;再根據(jù)U=E-Ir,ΔU=ΔIr,故D錯誤。
3.如圖所示,L1、L2、L3三只電燈均能發(fā)光,當(dāng)把滑動變阻器的觸頭P向下滑動時,三只電燈亮度的變化是 (　　)
A.L1、L2、L3都變亮　　　　　 B.L1、L2變亮,L3變暗
C.L1、L3變亮,L2變暗 D.L1變亮,L2、L3變暗
【解析】選B?；瑒幼冏杵鞯挠|頭P向下滑動時,滑動變阻器連入電路的阻值R減小,所以電路總電阻值R總減小,由閉合電路歐姆定律知總電流(I總=)變大,通過L1的電流增大,L1兩端的電壓UL1增大,故L1變亮;由于I總變大,所以內(nèi)阻上的電壓(U內(nèi)=I總r)變大,所以L3兩端的電壓(UL3=E-UL1-U內(nèi))變小,通過L3的電流IL3變小,所以L3變暗;由于I總變大,IL3變小,所以通過L2的電流(IL2=I總-IL3)一定增大,L2變亮,則B正確,A、C、D錯誤。
4.如圖所示的電路中,R1=9 Ω,R2=30 Ω,S閉合時,電壓表V的示數(shù)為11.4 V,電流表A的示數(shù)為0.2 A;S斷開時,電流表A的示數(shù)為0.3 A(各表均為理想電表),求:
(1)R3的電阻值。
(2)電源的電動勢E和內(nèi)阻r。
【解析】(1)根據(jù)歐姆定律得:
S閉合時,電阻R2兩端的電壓U2=I2R2=0.2×30 V=6 V
則R1兩端的電壓U1=U-U2=(11.4-6) V=5.4 V
根據(jù)歐姆定律得:I1== A=0.6 A
根據(jù)串并聯(lián)電路電流關(guān)系得:
I3=I1-I2=(0.6-0.2) A=0.4 A
根據(jù)歐姆定律得:R3== Ω=15 Ω。
(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律得:E=U+Ir
所以E=11.4+0.6r ①
E=0.3×(9+30)+0.3r ②
代入數(shù)值得E=12 V,r=1 Ω。
答案:(1)15 Ω　(2)12 V　1 Ω
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