1、第十二章第十二章 电能电能 能量守恒定律能量守恒定律 学学 习习 目目 标标 1.通过对电源内部结构的分析通过对电源内部结构的分析,了解其工作原理了解其工作原理,理解电动势的概理解电动势的概 念和物理含义念和物理含义,知道电源电动势和内阻是标志电源性能的主要参知道电源电动势和内阻是标志电源性能的主要参 数数. 2.通过分析闭合电路中的能量转化通过分析闭合电路中的能量转化,理解闭合电路欧姆定律理解闭合电路欧姆定律,掌握掌握 电源电动势与路端电压和内电压的关系电源电动势与路端电压和内电压的关系,并能用能量的观点解释并能用能量的观点解释, 体会能量守恒定律在闭合电路的欧姆定律中的应用体会能量守恒定律
2、在闭合电路的欧姆定律中的应用. 3.能用闭合电路的欧姆定律解释负载对路端电压和电源输出功能用闭合电路的欧姆定律解释负载对路端电压和电源输出功 率的影响等实际问题率的影响等实际问题,体会图像法在研究物理问题中的作用体会图像法在研究物理问题中的作用,知知 道欧姆表测量电阻的原理道欧姆表测量电阻的原理. 2 闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律 知识点一知识点一 电动势电动势 答案答案:当干电池充当电源时当干电池充当电源时,在电源外部在电源外部,负电荷从电源的负负电荷从电源的负 极流到电源的正极极流到电源的正极;在电源内部在电源内部,负电荷从电源的正极流向负电荷从电源的正极流向 负极负极. 1.一干
3、电池如图所示一干电池如图所示,当这节干电池充当电源时当这节干电池充当电源时,负电荷是负电荷是 从电源的正极流到负极从电源的正极流到负极,还是从电源的负极流到正极还是从电源的负极流到正极? 2.电动势电动势. (1)概念概念:在物理学中在物理学中,我们用我们用 所做的功与所移动所做的功与所移动 的电荷量之比来表示电源的特性的电荷量之比来表示电源的特性,叫作电动势叫作电动势. (2)定义式定义式: . (3)单位单位:伏特伏特(V). (4)物理意义物理意义:电动势在数值上等于电动势在数值上等于 把把 1 C 的正的正 电荷在电源内从电荷在电源内从 移送到移送到 所做的功所做的功,即电动势是即电动
4、势是 反映电源中非静电力做功本领的物理量反映电源中非静电力做功本领的物理量. 非静电力非静电力 E= 非静电力非静电力 负极负极 正极正极 (5)不同型号的电池如图所示不同型号的电池如图所示,能否依据电池体积的大小能否依据电池体积的大小 判断电池电动势的大小判断电池电动势的大小?为什么为什么? 答案答案:不能不能.因为电动势由电源中非静电力的特性决定因为电动势由电源中非静电力的特性决定, 对于常用的干电池来说对于常用的干电池来说,电动势跟电池的体积无关电动势跟电池的体积无关. 知识点二知识点二 闭合电路欧姆定律及其能量分析闭合电路欧姆定律及其能量分析 1.将一节电压为将一节电压为1.5 V的新
5、电池接在如图所示的电路中的新电池接在如图所示的电路中,且电且电 路中有一阻值为路中有一阻值为R的电阻的电阻.当开关断开时当开关断开时,用电压表测量出的用电压表测量出的 电压为电压为1.5 V.当开关闭合后当开关闭合后,电压表的读数变小电压表的读数变小.如何解释这如何解释这 种现象种现象? 答案答案:因为电源内有电阻因为电源内有电阻,当开关闭合后当开关闭合后,电源内的电阻分得电源内的电阻分得 了一部分电压了一部分电压,所以电压表读数小于所以电压表读数小于1.5 V. 2.部分电路欧姆定律部分电路欧姆定律:I= . 3.在下图所示的电路中标出内电路和外电路在下图所示的电路中标出内电路和外电路,并分
6、析外电并分析外电 路中电势的变化规律路中电势的变化规律. 答案答案:内电路和外电路如图所示内电路和外电路如图所示.在外电路中在外电路中,沿电流的方沿电流的方 向向,电势逐渐降低电势逐渐降低. 4.闭合电路的能量分析闭合电路的能量分析. 闭合电路如图所示闭合电路如图所示,设电源电动势为设电源电动势为E,电源内阻为电源内阻为r,外电外电 路电阻为路电阻为R,电路中电流为电路中电流为I.试分析通电时间试分析通电时间t内内,非静电力非静电力 做功与电能转化成其他形式能的关系做功与电能转化成其他形式能的关系. 答案答案:通电时间通电时间t内内,非静电力做的功非静电力做的功 W=EIt, 外电路中电能转化
7、成的内能外电路中电能转化成的内能Q外 外=I2Rt, 内电路中电能转化成的内能内电路中电能转化成的内能Q内 内=I2rt, 根据能量守恒定律可得根据能量守恒定律可得W=Q外 外+Q内内, 所以所以EIt=I2Rt+I2rt. 5.闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律. (1)内容内容:闭合电路的电流跟电源的成正比闭合电路的电流跟电源的成正比,跟跟 成反比成反比. (2)表达式表达式:I= +,也可写成 也可写成. 电动势电动势 内、外电路的电阻之和内、外电路的电阻之和 E=U外 外+U内内 知识点三知识点三 路端电压与负载的关系路端电压与负载的关系 路端电压的路端电压的U-I图像如下图所示图像
8、如下图所示,外电路的电阻为外电路的电阻为R. (1)根据闭合电路欧姆定律根据闭合电路欧姆定律,路端电压与电流的关系为路端电压与电流的关系为U=. (2)当外电路断开时当外电路断开时,电路中电流电路中电流I=0,路端电压路端电压U=,即断路时的即断路时的 路端电压等于路端电压等于. (3)当电源两端短路时当电源两端短路时,外电路的电阻外电路的电阻R=0,此时电流此时电流I= . E-Ir E 电源的电动势电源的电动势 小试身手小试身手 判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流( (正确的打“正确的打“”, ,错误错误 的打“的打“”).”). 1.电源是通过静电力做功把其他形
9、式的能转化为电能的装置电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置. ( ) 2.把同一电源接在不同的电路中把同一电源接在不同的电路中,电源的电动势也将变化电源的电动势也将变化. ( ) 3.E=U+Ir适用于任何电路适用于任何电路.( ) 4.在电源一定的闭合电路中在电源一定的闭合电路中,外电路的电阻越大外电路的电阻越大,路端电压越大路端电压越大. ( ) 5.外电路短路时外电路短路时,电路中的电流无穷大电路中的电流无穷大.( ) 探究探究一一 电动势电动势 问题情境问题情境 如图所示如图所示,电源在电路中的作用是不断地将流到负极的正电电源在电路中的作用是不断地将流到负极的正电 荷经过
10、电源内部搬运到正极荷经过电源内部搬运到正极,从而保持正、负极有稳定的电从而保持正、负极有稳定的电 势差势差,电路中有持续的电流电路中有持续的电流. 1.在图示电源内部在图示电源内部,正电荷在运动过程中静电力对其做什正电荷在运动过程中静电力对其做什 么功么功?非静电力对正电荷做什么功非静电力对正电荷做什么功?能量如何转化能量如何转化? 答案答案:在电源内部在电源内部,正电荷所受静电力的方向与正电荷运动的正电荷所受静电力的方向与正电荷运动的 方向相反方向相反,故静电力对正电荷做负功故静电力对正电荷做负功;在电源内部在电源内部,正电荷所正电荷所 受非静电力的方向与正电荷运动的方向相同受非静电力的方向
11、与正电荷运动的方向相同,故非静电力对故非静电力对 正电荷做正功正电荷做正功;其他形式的能转化为正电荷的电势能其他形式的能转化为正电荷的电势能. 2.日常生活中我们经常接触到各种各样的电池日常生活中我们经常接触到各种各样的电池,如标有如标有 “1.5 V”字样的普通干电池”字样的普通干电池,标有“标有“3.7 V”字样的锂离子”字样的锂离子 电池电池.如果把如果把1 C的正电荷从一节的正电荷从一节1.5 V的干电池的负极移到的干电池的负极移到 正极正极,非静电力做多少功非静电力做多少功?电荷的电势能增加多少电荷的电势能增加多少?如果把如果把 1 C的正电荷从的正电荷从3.7 V的锂电池的负极移到
12、正极呢的锂电池的负极移到正极呢?哪个电池哪个电池 做功本领大做功本领大? 答案答案:把把1 C的正电荷从的正电荷从1.5 V的干电池的负极移到正极的干电池的负极移到正极,非静非静 电力做功电力做功1.5 J,电荷的电势能增加电荷的电势能增加1.5 J;把把1 C的正电荷从的正电荷从 3.7 V的锂电池的负极移到正极的锂电池的负极移到正极,非静电力做功非静电力做功3.7 J,电荷的电电荷的电 势能增加势能增加3.7 J.3.7 V的锂电池做功本领大的锂电池做功本领大. 3.是不是非静电力做功越多是不是非静电力做功越多,电源把其他形式的能转化为电电源把其他形式的能转化为电 势能的本领就越大势能的本
13、领就越大?如何描述电源把其他形式的能转化为如何描述电源把其他形式的能转化为 电势能的本领电势能的本领? 答案答案:不是不是.若把相同数量的电荷从电源的一极搬运到另一若把相同数量的电荷从电源的一极搬运到另一 极极,做功越多做功越多,电荷获得的电势能越多电荷获得的电势能越多,表明电源把其他形式表明电源把其他形式 的能转化为电势能的本领越大的能转化为电势能的本领越大.可以用非静电力做的功与可以用非静电力做的功与 电荷量的比值即电荷量的比值即E= 来反映非静电力做功的本领来反映非静电力做功的本领. 过程建构过程建构 1.对非静电力的理解对非静电力的理解. (1)非静电力非静电力:电源内使正、负电荷分离
14、电源内使正、负电荷分离,并使正电荷聚积并使正电荷聚积 到电源正极、负电荷聚积到电源负极的非静电性质的作到电源正极、负电荷聚积到电源负极的非静电性质的作 用力用力,是对除静电力外能对电荷流动起作用的其他力的统是对除静电力外能对电荷流动起作用的其他力的统 称称. (2)来源来源:在化学电池中在化学电池中,非静电力是化学作用非静电力是化学作用,它使化学能它使化学能 转化为电势能转化为电势能;在发电机中在发电机中,非静电力是电磁作用非静电力是电磁作用,它把机它把机 械能转化为电势能械能转化为电势能. 2.电势差与电源电动势的区别电势差与电源电动势的区别. 比较项比较项 电势差电势差 电动势电动势 意义
15、意义 表示静电力做功将电势能转化表示静电力做功将电势能转化 为其他形式的能的本领大小为其他形式的能的本领大小 表示非静电力做功将其他形表示非静电力做功将其他形 式的能转化为电势能的本领式的能转化为电势能的本领 大小大小 概念概念 UAB= ,数值上等于将数值上等于将1 C正电正电 荷从导体一端移到另一端静电荷从导体一端移到另一端静电 力所做的功力所做的功 E= ,数值上等于将数值上等于将1 C正电正电 荷从电源负极移到正极非静荷从电源负极移到正极非静 电力所做的功电力所做的功 单位单位 伏特伏特(V) 伏特伏特(V) 正、负正、负 含义含义 正、负表示相对零电势点的高正、负表示相对零电势点的高
16、 低低,电流流过电阻电流流过电阻,电势降低电势降低 一般地一般地,在中学在中学E取正值取正值,不讨不讨 论负电动势问题论负电动势问题 决定决定 因素因素 由电源及导体的电阻和连接方由电源及导体的电阻和连接方 式决定式决定 仅由电源本身决定仅由电源本身决定 【典例【典例1】(多选多选)一组铅蓄电池的电动势为一组铅蓄电池的电动势为6 V,内阻不为内阻不为0,下下 列说法正确的是列说法正确的是 ( ) A.电路中每通过电路中每通过1 C的电荷的电荷,铅蓄电池能把铅蓄电池能把6 J的化学能转化的化学能转化 为电势能为电势能 B.体积大的铅蓄电池比体积小的铅蓄电池的电动势大体积大的铅蓄电池比体积小的铅蓄
17、电池的电动势大 C.电路中每通过电路中每通过1 C的电荷的电荷,铅蓄电池内部非静电力做功为铅蓄电池内部非静电力做功为 6 J D.该铅蓄电池把其他形式的能转化为电势能的本领比一节该铅蓄电池把其他形式的能转化为电势能的本领比一节 干电池干电池(电动势为电动势为1.5 V)的强的强 解析解析:由由W=Eq可知可知,电路中每通过电路中每通过1 C的电荷时的电荷时,铅蓄电池铅蓄电池 将将6 J的化学能转化为电势能的化学能转化为电势能,故选项故选项A正确正确;电源的电动电源的电动 势只与电源的性质有关势只与电源的性质有关,与体积无关与体积无关,故选项故选项B错误错误;电路电路 中每通过中每通过1 C的电
18、荷的电荷,铅蓄电池内部非静电力做功为铅蓄电池内部非静电力做功为 W=Eq=6 J,故选项故选项C正确正确;电动势反映电源将其他形式的电动势反映电源将其他形式的 能转化为电势能的本领能转化为电势能的本领,故选项故选项D正确正确. 答案答案:ACD 探究探究二二 闭合电路欧姆定律及其能量分析闭合电路欧姆定律及其能量分析 问题情境问题情境 下图为闭合电路的组成示意图下图为闭合电路的组成示意图. 1.若电源电动势为若电源电动势为E,闭合开关闭合开关,电路中的电流为电路中的电流为I,在时间在时间t内内 非静电力做功多少非静电力做功多少?内、外电路中产生的热量分别为多少内、外电路中产生的热量分别为多少?
19、它们之间有怎样的关系它们之间有怎样的关系? 2.闭合电路的电流闭合电路的电流I与电动势与电动势E、外电路的电阻、外电路的电阻R和内阻和内阻r 有什么关系有什么关系? 答案答案:根据根据EIt=I2Rt+I2rt,可得可得E=IR+Ir或或I= +. 答案答案:非静电力做功非静电力做功W=EIt,内、外电路产生的热量分别内、外电路产生的热量分别 为为Q内 内=I2rt,Q外外=I2Rt,根据能量守恒定律有 根据能量守恒定律有 W=Q外 外+Q内内,即 即 EIt=I2Rt+I2rt. 3.图示电路中图示电路中,电源的输出功率与外电路的电阻电源的输出功率与外电路的电阻R有什么关系有什么关系? 电源
20、的效率与外电路的电阻电源的效率与外电路的电阻R有什么关系有什么关系? 答案答案:电源的输出功率为电源的输出功率为 P出 出=UI= (+)= () + .由上式可以看出由上式可以看出 (1)当当R=r时时,电源的输出功率最大电源的输出功率最大,P出 出= . (2)当当Rr时时,随着随着R的增大输出功率越来越小的增大输出功率越来越小. (3)当当Rr时时,随着随着R的增大输出功率越来越大的增大输出功率越来越大. (4)P出 出与 与R的关系如图所示的关系如图所示. 电源的效率为电源的效率为= 出 出 总 总= = (+)= += + ,故外电路电阻越大故外电路电阻越大, 电源效率越高电源效率越
21、高. 过程建构过程建构 1.闭合电路欧姆定律的几种表达形式闭合电路欧姆定律的几种表达形式: (1)I= +、 、E=IR+Ir只适用于外电路为纯电阻电路的只适用于外电路为纯电阻电路的 闭合电路闭合电路. (2)E=U外 外+Ir、 、E=U外 外+U内内适用于任何闭合电路 适用于任何闭合电路. 2.电源的功率电源的功率. 项目项目 物理意义物理意义 表达形式表达形式 电源的总电源的总 功率功率P总 总 电源向整个电路提供的总电源向整个电路提供的总 功率功率,表示将其他形式的能表示将其他形式的能 转化为电势能的功率转化为电势能的功率 任何电路都有任何电路都有P总 总=EI,若 若 外电路为纯电阻
22、电路外电路为纯电阻电路,可可 表示为表示为P总 总=I2(R+r)= + 电源内阻的电源内阻的 热功率热功率P内 内 电源内阻消耗的功率电源内阻消耗的功率 P内 内=I2r 电源的输出电源的输出 功率功率P出 出 外电路消耗的功率外电路消耗的功率 任何电路都有任何电路都有P出 出=U外外 I, 若外电路为纯电阻电路若外电路为纯电阻电路, P出 出=I2R= (+)= 外 外 三者关系三者关系:P总 总=P内内+P出出 【典例【典例2】如图所示】如图所示,电源电动势为电源电动势为E,内阻为内阻为r.闭合开关闭合开关,当滑当滑 动变阻器的滑片动变阻器的滑片P向向B点移动时点移动时,电压表电压表V1
23、的读数的读数U1与电压表与电压表 V2的示数的示数U2的变化情况是的变化情况是 ( ) A.U1变大变大,U2变小变小 B.U1变大变大,U2变大变大 C.U1变小变小,U2变小变小 D.U1变小变小,U2变大变大 学会审题学会审题 解析解析:滑动变阻器的滑片滑动变阻器的滑片P向向B点移动时点移动时,电路总电阻变大电路总电阻变大, 根据闭合电路欧姆定律知干路中的电流根据闭合电路欧姆定律知干路中的电流I= +变小 变小.因为路因为路 端电压端电压U=E-Ir,所以所以U增大增大,即电压表即电压表V1示数示数U1变大变大.由部分由部分 电路欧姆定律电路欧姆定律I= 知电压表 知电压表V2示数示数U
24、2变小变小,所以选项所以选项A正确正确. 答案答案:A 【典例【典例3】如图所示】如图所示,E=8 V,r=2 ,R1=8 ,R2为滑动变阻器为滑动变阻器. (1)要使滑动变阻器获得的电功率最大要使滑动变阻器获得的电功率最大,则则R2的取值应是多的取值应是多 少少?这时这时R2的功率是多少的功率是多少? (2)要使要使R1得到的电功率最大得到的电功率最大,则则R2的取值应是多少的取值应是多少?R1的最的最 大功率是多少大功率是多少?这时电源的效率是多少这时电源的效率是多少? (3)调节调节R2的阻值的阻值,能否使电源以最大的功率能否使电源以最大的功率 输出 输出?为什么为什么? 解析解析:(1
25、)将将R1和电源和电源(E,r)等效为一新电源等效为一新电源,则新电源的电动则新电源的电动 势势E=E=8 V,内阻内阻r=r+R1=10 ,且为定值且为定值.利用电源的输出利用电源的输出 功率随外电阻变化的结论知功率随外电阻变化的结论知,当当R2=r=10 时时,R2有最大功有最大功 率率,即即P2max= =1.6 W. (2)因为因为R1是定值电阻是定值电阻,所以流过所以流过R1的电流越大的电流越大,R1的功率就的功率就 越大越大.当当R2=0时时,电路中有最大电流电路中有最大电流,即即Imax= +=0.8 A, R1的最大功率的最大功率P1max=R1=5.12 W,这时电源的效率这
26、时电源的效率 = +=80%. (3)不能不能,因为即使因为即使R2=0,外电阻外电阻R1也大于也大于r,不可能有不可能有 的最 的最 大输出功率大输出功率.本题中本题中,当当R2=0时时,外电路得到的功率最大外电路得到的功率最大. 答案答案:(1)10 1.6 W (2)0 5.12 W 80% (3)不能不能,理由理由 见解析见解析. 电路中最大功率的计算技巧电路中最大功率的计算技巧 (1)电源最大输出功率的计算电源最大输出功率的计算.在闭合电路中在闭合电路中E和和r不变不变,电电 源的输出功率源的输出功率P出 出随 随R外 外的变化而变化 的变化而变化,且当且当R外 外=r,电源的 电源
27、的 输出功率输出功率P出 出最大 最大. (2)电路中可变电阻最大功率的计算电路中可变电阻最大功率的计算.当电路中有一个电当电路中有一个电 阻变化而其他电阻恒定时阻变化而其他电阻恒定时,可以把这个电阻看作外电路可以把这个电阻看作外电路, 把其他的定值电阻当作电源内阻的一部分把其他的定值电阻当作电源内阻的一部分,当当R变 变=R定定+r 时时,P变 变有最大值 有最大值. (3)电路中定值电阻最大功率的计算电路中定值电阻最大功率的计算.定值电阻的阻值不定值电阻的阻值不 变变,根据根据P=I2R,当电路中电流最大时当电路中电流最大时,其功率最大其功率最大. 探究三探究三 路端电压与电流、负载的关系
28、路端电压与电流、负载的关系 问题情境问题情境 1.在如图所示的电路中在如图所示的电路中,电源的电动势电源的电动势E=10 V,内阻内阻r=1 , 试求当外电路的电阻分别是试求当外电路的电阻分别是3 、4 、9 时所对应的时所对应的 路端电压路端电压.通过计算通过计算,你发现了怎样的规律你发现了怎样的规律? 答案答案:根据闭合电路欧姆定律得根据闭合电路欧姆定律得U=E-Ir=E- +r,代入数据 代入数据 可得外电压分别为可得外电压分别为7.5 V、8 V、9 V.由数据可知由数据可知,随着外电随着外电 路电阻的增大路电阻的增大,路端电压逐渐增大路端电压逐渐增大. 2.依据部分电路的欧姆定律和闭
29、合电路的欧姆定律依据部分电路的欧姆定律和闭合电路的欧姆定律,推导推导 出路端电压和负载电阻的关系出路端电压和负载电阻的关系,并分析用电压表直接测电并分析用电压表直接测电 源电动势的依据源电动势的依据. 答案答案:由由I= +和 和U=IR得路端电压得路端电压U= + ,由此式可知路端由此式可知路端 电压随外电路电阻的增大而增大电压随外电路电阻的增大而增大.当外电路断路当外电路断路(外电路外电路 电阻无穷大电阻无穷大)时时,路端电压路端电压U=E,这也提供了一种粗测电动这也提供了一种粗测电动 势的方法势的方法,即把电压表直接连在电源两端测电源电动势即把电压表直接连在电源两端测电源电动势. 3.根
30、据闭合电路欧姆定律写出路端电压根据闭合电路欧姆定律写出路端电压U与干路电流与干路电流I之间之间 的关系式的关系式,并画出并画出U-I图像图像,说明图线与纵轴的交点、与横轴说明图线与纵轴的交点、与横轴 交点交点(纵坐标从纵坐标从0开始开始)、斜率的绝对值的物理意义各是什么、斜率的绝对值的物理意义各是什么? 答案答案:由由E=U+U内 内及 及U内 内=Ir得 得U=E-Ir,U-I图像如图所示图像如图所示. 图线在纵轴的截距表示电源的电动势图线在纵轴的截距表示电源的电动势E;图线在横轴的截距图线在横轴的截距 (纵坐标从纵坐标从0开始开始)表示电源的短路电流表示电源的短路电流I0;图线斜率的绝对图
31、线斜率的绝对 值表示电源的内阻值表示电源的内阻,即即r= . 两类两类U-I图像的比较图像的比较. 过程建构过程建构 比较项比较项 路端电压的路端电压的U-I图像图像 定值电阻的定值电阻的U-I图像图像 图像图像 物理意义物理意义 电源的路端电压随电路电流的变电源的路端电压随电路电流的变 化关系化关系 定值电阻两端的电压与通过电阻定值电阻两端的电压与通过电阻 的电流之间的关系的电流之间的关系 与坐标与坐标 轴的交点轴的交点 与纵轴交点的纵坐标表示电源电与纵轴交点的纵坐标表示电源电 动势动势E,与横轴交点的横坐标表示与横轴交点的横坐标表示 电源的短路电流电源的短路电流 过坐标轴原点过坐标轴原点,
32、表示没有电压时表示没有电压时 电流为电流为0 坐标坐标U、I 的乘积的乘积 表示电源的输出功率表示电源的输出功率 表示电阻消耗的功率表示电阻消耗的功率 坐标坐标U、I 的比值的比值 (纯电阻电路中纯电阻电路中)表示外电路的电表示外电路的电 阻阻,不同点对应的电阻不同不同点对应的电阻不同 表示此定值电阻的阻值表示此定值电阻的阻值,每一点每一点 对应的比值相等对应的比值相等 斜率的斜率的 绝对值绝对值 电源内阻电源内阻r 定值电阻的阻值定值电阻的阻值 【典例【典例4】(多选多选)在如图所示的在如图所示的U-I图像中图像中,直线直线为某一为某一 电源的路端电压与电流的关系图像电源的路端电压与电流的关
33、系图像,直线直线为某一电阻为某一电阻R 两端的电压与电流的关系图像两端的电压与电流的关系图像.用该电源直接与电阻用该电源直接与电阻R串串 联组成闭合电路联组成闭合电路,由图像可知由图像可知( ) A.电源的电动势为电源的电动势为3 V,内阻为内阻为0.5 B.电阻电阻R的阻值为的阻值为1 C.电源的输出功率为电源的输出功率为4 W D.电源的效率为电源的效率为50% 解析解析:由题图直线由题图直线可得可得,纵轴截距为电源电动势纵轴截距为电源电动势,E=3 V,横横 轴截距为电源的短路电流轴截距为电源的短路电流,I0=6 A,电源内阻电源内阻r= =0.5 ,故选 故选 项项A正确正确;由直线由
34、直线可得可得,当当U=2 V时时,I=2 A,根据部分电路欧根据部分电路欧 姆定律可得姆定律可得R= =1 ,故选项故选项B正确正确;两条直线的交点坐标表两条直线的交点坐标表 示该电源与该电阻组成闭合电路时示该电源与该电阻组成闭合电路时,电阻两端的电压和电流电阻两端的电压和电流, 交点处交点处U=2 V,I=2 A,电源的输出功率电源的输出功率P=UI=4 W,故选项故选项C正正 确确;电源的效率电源的效率= 总 总= = =66.7%,故选项 故选项D错误错误. 答案答案:ABC 探究四探究四 欧姆表的原理及应用欧姆表的原理及应用 问题情境问题情境 欧姆表是在电流表的基础上改装而成的欧姆表是
35、在电流表的基础上改装而成的.为了使测量电阻时为了使测量电阻时 电流表指针能够偏转电流表指针能够偏转,表内应有电源表内应有电源.下图是一个简单欧姆表下图是一个简单欧姆表 的内部电路和刻度盘的内部电路和刻度盘. 1.为什么欧姆表的零刻度在刻度盘的右端为什么欧姆表的零刻度在刻度盘的右端?如何计算欧姆如何计算欧姆 表的内阻表的内阻? 答案答案:当红、黑表笔直接接触时当红、黑表笔直接接触时,相当于被测电阻相当于被测电阻Rx=0,表表 头的指针指到电流最大值处头的指针指到电流最大值处,由闭合电路欧姆定律得由闭合电路欧姆定律得Ig= += ,所以刻度盘上电流最大值处对应欧姆表刻度 所以刻度盘上电流最大值处对
36、应欧姆表刻度 的零刻度的零刻度.如果已知如果已知E和和Ig的值的值,就可以求得欧姆表的内阻就可以求得欧姆表的内阻 R. 2.欧姆表刻度盘上的刻度为什么是不均匀的欧姆表刻度盘上的刻度为什么是不均匀的? 答案答案:当测量电阻时当测量电阻时,由闭合电路欧姆定律得由闭合电路欧姆定律得Ix= + = +,所以 所以Rx= -R,电阻 电阻Rx与电流存在一一对应的关系与电流存在一一对应的关系. 因此因此,只要将原来的电流刻度转换成对应的电阻刻度只要将原来的电流刻度转换成对应的电阻刻度,指针指针 就能够指示出被测电阻的阻值就能够指示出被测电阻的阻值,Rx与与Ix之间是不是线性关系之间是不是线性关系, 所以刻
37、度盘上电阻值的刻度不均匀所以刻度盘上电阻值的刻度不均匀. 3.欧姆表刻度盘的中间刻度值有什么重要意义欧姆表刻度盘的中间刻度值有什么重要意义? 答案答案:待测电阻的阻值为待测电阻的阻值为Rx= -R,当两表笔直接接触 当两表笔直接接触 时时Rx=0,Ix=Ig;当两表笔断开时当两表笔断开时Rx=,Ix=0;当待测电阻当待测电阻 Rx=R时时,Ix= ,此时指针指在刻度盘的中央此时指针指在刻度盘的中央,指针所指指针所指 电阻值叫中值电阻电阻值叫中值电阻. 1.欧姆表的内部结构欧姆表的内部结构:欧姆表由表头、电源和可变电阻欧姆表由表头、电源和可变电阻 三部分组成三部分组成.如图所示如图所示. 过程建
38、构过程建构 2.原理原理:依据闭合电路欧姆定律依据闭合电路欧姆定律,由电流表改装而成由电流表改装而成. 3.测量测量:如图所示如图所示,当红、黑表笔间接入被测电阻当红、黑表笔间接入被测电阻Rx时时,通通 过表头的电流过表头的电流I= +,改变被测电阻 改变被测电阻Rx的阻值的阻值,电流电流 I随着改变随着改变,每个每个Rx值都对应一个电流值值都对应一个电流值,在刻度盘上直接在刻度盘上直接 标出与标出与I值对应的值对应的Rx值值,就可以从刻度盘上直接读出被测就可以从刻度盘上直接读出被测 电阻的阻值电阻的阻值. 【典例【典例5】把一量程为】把一量程为06 mA、内阻为、内阻为100 的电流表改的电
39、流表改 装成欧姆表装成欧姆表,电路如图所示电路如图所示.现备有如下器材现备有如下器材: A.电源电源(E=3 V,内阻不计内阻不计) B.滑动变阻器滑动变阻器0100 C.滑动变阻器滑动变阻器0500 D.红表笔红表笔 E.黑表笔黑表笔 (1)滑动变阻器选用滑动变阻器选用 (填字母填字母). (2)红表笔接红表笔接 端端,黑表笔接黑表笔接 端端.(均选填“均选填“M” 或“或“N”) (3)把电流表改装成欧姆表后把电流表改装成欧姆表后,电流表电流表2 mA刻度处应标刻度处应标 为为 ,电流表电流表3 mA刻度处应标为刻度处应标为 ,在在 如图所示的刻度盘上标注对应的电阻值如图所示的刻度盘上标注
40、对应的电阻值. (4)若该欧姆表使用一段时间后若该欧姆表使用一段时间后,电源电动势变小电源电动势变小,内阻变内阻变 大大,但此表仍能调零但此表仍能调零,按正确使用方法接入同样待测电阻按正确使用方法接入同样待测电阻 Rx,其测量结果与真实值相比将其测量结果与真实值相比将 (选填“偏大”选填“偏大” “偏小”或“不变”“偏小”或“不变”). 解析解析:(1)两表笔直接接触时两表笔直接接触时,调节滑动变阻器接入电路的阻调节滑动变阻器接入电路的阻 值使电流达到满偏值使电流达到满偏,根据闭合电路欧姆定律得根据闭合电路欧姆定律得Ig= ,而 而 R=Rg+R0,解得滑动变阻器接入电路的阻值为解得滑动变阻器
41、接入电路的阻值为R0=400 ,故故 滑动变阻器应选滑动变阻器应选C. (2)红表笔接内部电源的负极红表笔接内部电源的负极,黑表笔接内部电源的正极黑表笔接内部电源的正极,所所 以红表笔接以红表笔接N端端,黑表笔接黑表笔接M端端. (3)根据闭合电路欧姆定律得根据闭合电路欧姆定律得I= +,解 解 得得R x= -R .当 当I=2 mA时时,解得解得R x= 1 000 ;当当I=3 mA 时时,解得解得Rx=500 .在在 刻度盘上标注对应的电阻值如图所示刻度盘上标注对应的电阻值如图所示. (4)当电源电动势变小当电源电动势变小,内阻变大时内阻变大时,欧姆表需重新调零欧姆表需重新调零,由由
42、于满偏电流于满偏电流Ig不变不变,由公式由公式Ig= ,可知欧姆表内阻 可知欧姆表内阻R得调得调 小小,待测电阻的阻值通过电流表的示数体现待测电阻的阻值通过电流表的示数体现,由公式由公式I= += += + ,可知当可知当R变小时变小时,接入同样的被测电接入同样的被测电 阻阻,通过的电流变小通过的电流变小,欧姆表读数变大欧姆表读数变大. 答案答案:(1)C (2)N M (3)1 000 500 见解析图见解析图. (4)偏大偏大 课堂评价课堂评价 答案答案:B 1.将一个电源与一电阻箱连接构成闭合回路将一个电源与一电阻箱连接构成闭合回路,测得电阻箱测得电阻箱 所消耗的功率所消耗的功率P与电阻
43、箱的读数与电阻箱的读数R的关系如图所示的关系如图所示.下列说下列说 法正确的是法正确的是 ( ) A.电源最大输出功率可能大于电源最大输出功率可能大于45 W B.电源的内阻为电源的内阻为5 C.电源的电动势为电源的电动势为45 V D.电阻箱消耗的功率为最大值时电阻箱消耗的功率为最大值时,电电 源的效率大于源的效率大于50% 答案答案:AD 2.(多选多选)某电源的路端电压与电流的关系图像如图所示某电源的路端电压与电流的关系图像如图所示,下下 列结论正确的是列结论正确的是 ( ) A.电源的电动势为电源的电动势为6.0 V B.电源的内阻为电源的内阻为12 C.电源的短路电流为电源的短路电流
44、为0.5 A D.电流为电流为0.3 A时的外电阻是时的外电阻是18 3.如图所示如图所示,电源电动势为电源电动势为E,电源内阻为电源内阻为r=1 ,定值电阻定值电阻 R1=4 ,滑动变阻器滑动变阻器R2变化范围是变化范围是010 .下列说法正确的下列说法正确的 是是( ) 答案答案:D A.当当R2=3 时时,电源的输出功率最大电源的输出功率最大 B.当当R2=3 时时,R1获得的功率最大获得的功率最大 C.当当R2=0时时,电源的效率最大电源的效率最大 D.当当R2=0时时,R1获得的功率最大获得的功率最大 4.如图所示如图所示,电源电动势和内阻都保持不变电源电动势和内阻都保持不变,当滑动
45、变阻器当滑动变阻器 滑片向上移动时滑片向上移动时 ( ) 答案答案:A A.电压表的读数增大电压表的读数增大,电流表的读电流表的读 数减小数减小 B.电压表和电流表的读数都增大电压表和电流表的读数都增大 C.电压表和电流表的读数都减小电压表和电流表的读数都减小 D.电流表的读数增大电流表的读数增大,电压表的读电压表的读 数减小数减小 5.欧姆表的内部构造是由可调电阻、表头、电源串联而欧姆表的内部构造是由可调电阻、表头、电源串联而 成的成的.一同学在利用欧姆表测量阻值为一同学在利用欧姆表测量阻值为R=100 的电阻时的电阻时, 发现指针偏转角度为表盘的发现指针偏转角度为表盘的 ;若测量另一阻值为 若测量另一阻值为Rx的电的电 阻时阻时,指针偏转角度为表盘的指针偏转角度为表盘的 ,则 则Rx为为 ( ) A.1 000 B.400 C.25 D.1 600 解析解析:设欧姆表的内阻为设欧姆表的内阻为R内 内,由闭合电路的欧姆定律可知 由闭合电路的欧姆定律可知, +内 内 = , +内 内 = , 内 内 =Ig,解得解得Rx=16R,代入数据得代入数据得Rx= 1 600 ,选项选项D正确正确. 答案答案:D
