2022-2023學(xué)年粵教版必修第三冊(cè) 4.1-4.2 常見(jiàn)的電路元器件　閉合電路的歐姆定律 學(xué)案

第四章閉合電路學(xué)習(xí)目標(biāo)STSE情境導(dǎo)學(xué)1.了解常見(jiàn)的元器件，知道它們的符號(hào)和它們?cè)陔娐分械淖饔茫?．了解電源電動(dòng)勢(shì)的基本含義，知道它的定義式．3．理解閉合電路的歐姆定律及其公式．(重點(diǎn))4．熟練應(yīng)用閉合電路的歐姆定律解決有關(guān)的電路問(wèn)題．(難點(diǎn))eq\a\vs4\al(家庭常用的干電池雖大小知識(shí)點(diǎn)一識(shí)別幾種常見(jiàn)元器件1.電阻器.（1）分類：電阻器可分為阻值固定的電阻器和阻值可變的電阻器.（2）在電路圖中電阻器用字母R及符號(hào)表示.2.電感器.（1）作用：通過(guò)電磁感應(yīng)能把外部電路的電能儲(chǔ)存在電感器內(nèi)部的磁場(chǎng)中.（2）電感器用字母L及符號(hào)eq\a\vs4\al()表示.3.二極管.（1）特點(diǎn)：在電路中，二極管只允許電流由單一方向通過(guò)，反向時(shí)阻斷.（2）二極管用字母D及符號(hào)表示，箭頭表示正向電流的方向.知識(shí)點(diǎn)二常見(jiàn)元器件在電路中的作用1.電感器具有“通直流阻交流”的作用，即電感線圈對(duì)交流有限流作用.2.電容器具“通交流隔直流”的作用.3.電阻器在電路中的主要作用是調(diào)節(jié)電路中的電流和電壓.4.二極管可作為各種邏輯電路的開(kāi)關(guān)，或?qū)Ω哳l交流電路進(jìn)行濾波整流等.知識(shí)點(diǎn)三電動(dòng)勢(shì)1.電源的作用：通過(guò)非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.2.電動(dòng)勢(shì).（1）物理：描述電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng).（2）大?。篍＝eq\f(W,q).（3）電源電動(dòng)勢(shì)的大小只取決于電源本身的性質(zhì)，與電源的體積無(wú)關(guān)，也與外電路無(wú)關(guān).知識(shí)點(diǎn)四研究閉合電路歐姆定律1.閉合電路的歐姆定律：閉合電路中的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比.2.閉合電路的歐姆定律表達(dá)式：I＝eq\f(E,R＋r)，常用的變式：E＝I（R＋r）或E＝U內(nèi)＋U外，其中R為外電路的等效總電阻，電阻r為內(nèi)電路的電阻.知識(shí)點(diǎn)五路端電壓與負(fù)載的關(guān)系1.當(dāng)外電路的阻值減小時(shí)，由閉合電路歐姆定律可知，電路中的電流I增大，內(nèi)電壓增大，路端電壓減小.2.路端電壓U與電流I的關(guān)系圖像如圖所示，可知：（1）圖像是一條向下傾斜的直線.（2）路端電壓U隨著電流I的增大而減小.1.關(guān)于電容器和電感器，下列說(shuō)法中正確的是（）A.電容器和電感器對(duì)交變電流有阻礙作用，因此不能讓交變電流通過(guò)B.電容器和電感器對(duì)直流電流有阻礙作用，但可以讓直流電流通過(guò)C.電容器和電感器對(duì)直流電流都沒(méi)有阻礙作用D.電感器對(duì)交變電流有阻礙作用解析：電感器對(duì)交變電流有阻礙作用，但不能阻止，所以回路中有電流；電容器對(duì)直流電來(lái)說(shuō)相當(dāng)于斷路，所以A、B、C錯(cuò)誤.答案：D2.（多選）關(guān)于電動(dòng)勢(shì)和電壓，下列說(shuō)法正確的是（）A.電動(dòng)勢(shì)E是由電源本身決定的，跟外電路無(wú)關(guān)B.電動(dòng)勢(shì)E的單位與電勢(shì)、電勢(shì)差的單位都是伏特，故三者本質(zhì)上一樣C.電動(dòng)勢(shì)不是電壓，但它數(shù)值上等于將1C電荷在電源內(nèi)從負(fù)極運(yùn)送到正極電場(chǎng)力做功的大小D.電動(dòng)勢(shì)是表示電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的本領(lǐng)大小的物理量解析：電動(dòng)勢(shì)是表示電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的本領(lǐng)大小的物理量，電動(dòng)勢(shì)E由電源本身決定，跟外電路無(wú)關(guān)，電勢(shì)與電勢(shì)差是描述電場(chǎng)的能的性質(zhì)的物理量，電動(dòng)勢(shì)E與電勢(shì)、電勢(shì)差本質(zhì)不同，A、D正確，B錯(cuò)誤.電動(dòng)勢(shì)不是電壓，電動(dòng)勢(shì)對(duì)應(yīng)非靜電力做功而不是電場(chǎng)力做功，C錯(cuò)誤.答案：AD學(xué)習(xí)小結(jié)1.通過(guò)觀察各種電池，了解電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻等概念.2.能夠區(qū)分部分電路歐姆定律和閉合電路歐姆定律探究一進(jìn)一步理解電源電動(dòng)勢(shì)1.對(duì)概念的理解.（1）對(duì)于不同電源，電動(dòng)勢(shì)不同，表示將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)不同，其實(shí)質(zhì)是非靜電力做功的本領(lǐng)不同，即把相同數(shù)量的正電荷在電源內(nèi)部從負(fù)極搬運(yùn)到正極，非靜電力做功的多少不同.例如，蓄電池的電動(dòng)勢(shì)為2V，表示在蓄電池內(nèi)移送1C的電荷時(shí)，可以將2J的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能.（2）公式E＝eq\f(W,q)是電動(dòng)勢(shì)的定義式而不是決定式，E的大小與W和q無(wú)關(guān)，是由電源自身的性質(zhì)決定的.（3）為了研究問(wèn)題方便，規(guī)定電動(dòng)勢(shì)的方向?yàn)殡娫磧?nèi)部電流方向，即由電源負(fù)極指向正極，但電動(dòng)勢(shì)是標(biāo)量.2.電動(dòng)勢(shì)和電壓的區(qū)別與聯(lián)系.項(xiàng)目電壓U電動(dòng)勢(shì)E物理意義電場(chǎng)力做功，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的本領(lǐng)，表征電場(chǎng)的性質(zhì)非靜電力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)，表征電源的性質(zhì)定義式U＝eq\f(W,q)，W為電場(chǎng)力做的功E＝eq\f(W,q)，W為非靜電力做的功單位伏特伏特聯(lián)系電動(dòng)勢(shì)等于電源未接入電路時(shí)兩極間的電壓值【典例1】有關(guān)電壓與電動(dòng)勢(shì)的說(shuō)法中正確的是（）A.電壓與電動(dòng)勢(shì)的單位都是伏特，所以電動(dòng)勢(shì)與電壓是同一物理量的不同叫法B.電動(dòng)勢(shì)就是電源兩極間的電壓C.電動(dòng)勢(shì)公式E＝eq\f(W,q)中的W與電壓U＝eq\f(W,q)中的W是一樣的，都是電場(chǎng)力做的功D.電動(dòng)勢(shì)與電壓從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)說(shuō)有本質(zhì)的區(qū)別解析：只有電路開(kāi)路時(shí)，電動(dòng)勢(shì)才等于電源兩端的電壓值，對(duì)于E＝eq\f(W,q)及U＝eq\f(W,q)中的W，前者表示非靜電力做的功，后者表示電場(chǎng)力做的功.電動(dòng)勢(shì)和電壓的意義不同，電動(dòng)勢(shì)反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的本領(lǐng)，而電壓反映把電勢(shì)能轉(zhuǎn)化成其他形式的能的本領(lǐng).綜上所述，D正確.答案：DE＝eq\f(W,q)和U＝eq\f(W,q)的區(qū)別（1）電動(dòng)勢(shì)E＝eq\f(W,q)：W為非靜電力將正電荷從負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路移到正極所做的功，數(shù)值上等于該過(guò)程中消耗電源的化學(xué)能（或其他形式能）；E為電源電動(dòng)勢(shì)，在數(shù)值上等于電源移動(dòng)單位正電荷消耗的化學(xué)能（或其他形式能），其大小反映了電源把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng).（2）電勢(shì)差U＝eq\f(W,q)：W為電荷在電場(chǎng)中從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)過(guò)程中電場(chǎng)力做的功，它與電勢(shì)能的變化量ΔEP的關(guān)系為W＝－ΔEp；電勢(shì)差U在數(shù)值上等于在電場(chǎng)中移動(dòng)單位正電荷電場(chǎng)力做的功.（3）電動(dòng)勢(shì)表征電源的性質(zhì)，電勢(shì)差表征電場(chǎng)的性質(zhì).1.現(xiàn)代生活離不開(kāi)電源，電子表、照相機(jī)、移動(dòng)電話、計(jì)算器及許多電子產(chǎn)品，都需要配備各式各樣的電源.以下關(guān)于電源的說(shuō)法，正確的是（）A.電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負(fù)極不斷地搬運(yùn)到正極，從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢(shì)差B.電源的作用就是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能C.只要電路中有電源，電路中就一定有電流D.電源實(shí)質(zhì)上也是一個(gè)用電器，也需要外界提供能量解析：電源的作用是維持正、負(fù)極之間有一定的電勢(shì)差，這需要電源不斷地將其內(nèi)部的負(fù)電荷向負(fù)極聚集，將正電荷向正極聚集.外電路中自由電子在電場(chǎng)力的作用下向正極移動(dòng)；在電源內(nèi)部，需要將正極上的電子搬運(yùn)到負(fù)極，維持電勢(shì)差不變，故A錯(cuò)誤；從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)看，電源在搬運(yùn)電荷的過(guò)程中，需要克服電場(chǎng)力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，故B正確；若要電路中有電流，不僅需要有電源，還需要電路是閉合的，兩者缺一不可，故C錯(cuò)誤；電源是對(duì)電路提供能量的裝置，故D錯(cuò)誤.故選B.答案：B2.小剛家里購(gòu)買了一款掃地機(jī)器人，如圖所示.小剛仔細(xì)檢查了這個(gè)新掃地機(jī)器人，發(fā)現(xiàn)銘牌上標(biāo)有如下表所示數(shù)據(jù)，則該掃地機(jī)器人（）主機(jī)基本參數(shù)產(chǎn)品尺寸345mm×345mm×96mm電池14.4V/5200mA·h鋰電池產(chǎn)品質(zhì)量約3.8kg無(wú)線連接WiFi智能快連額定電壓14.4V額定功率55WA.額定工作電流為0.25AB.充滿電后正常工作的時(shí)間為2.5hC.電池充滿電后儲(chǔ)存的總電荷量為18720CD.以額定電流工作時(shí)每小時(shí)消耗能量為55J解析：由銘牌知，掃地機(jī)器人工作的額定電壓為14.4V，額定功率為55W，則額定電流I＝eq\f(55,14.4)A≈3.82A，每秒鐘消耗能量W＝Pt＝55J，A、D錯(cuò)誤；根據(jù)電池容量5200mA·h知，電池充滿電后儲(chǔ)存的總電荷量Q＝5.2A×3600s＝18720C，充滿電后正常工作的時(shí)間t＝eq\f(5200mA·h,3.82A)≈1.36h，B錯(cuò)誤，C正確.故選C.答案：C探究二對(duì)閉合電路歐姆定律的理解1.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＝eq\f(E,R＋r)電流與電源電動(dòng)勢(shì)成正比，與電路總電阻成反比純電阻電路（把電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電路）①E＝I（R＋r）；②E＝U外＋I(xiàn)r；③E＝U外＋U內(nèi)電源電動(dòng)勢(shì)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2.路端電壓U隨電流I變化的圖像（U-I關(guān)系圖）.（1）U-I圖像的函數(shù)表達(dá)式：U＝E－Ir.（2）U-I圖像：位于第一象限，與橫縱坐標(biāo)軸相交的傾斜直線，如圖所示.（3）幾個(gè)特點(diǎn).①三個(gè)特征量：與縱軸交點(diǎn)表示電動(dòng)勢(shì)，與橫軸交點(diǎn)表示短路電流，直線斜率的大小表示電源的內(nèi)阻.②兩個(gè)特殊狀態(tài)：當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí)（R＝∞），I變?yōu)榱悖琁r＝0，U＝E；當(dāng)電源兩端短路時(shí)（R＝0），此時(shí)電流I短＝eq\f(E,r)（短路電流）.【典例2】如圖所示電路中，電阻R1＝R2＝R3＝10Ω，電源內(nèi)阻r＝5Ω，電壓表可視為理想電表.當(dāng)開(kāi)關(guān)S1和S2均閉合時(shí)，電壓表的示數(shù)為10V.求：（1）電阻R2中的電流；（2）路端電壓；（3）電源的電動(dòng)勢(shì)；（4）當(dāng)開(kāi)關(guān)S1閉合而S2斷開(kāi)時(shí)，電壓表的示數(shù).解析：（1）電阻R2中的電流I＝eq\f(U2,R2)＝1A.（2）外電阻R＝R2＋eq\f(R1R3,R1＋R3)＝15Ω，所以路端電壓U＝IR＝15V.（3）根據(jù)閉合電路歐姆定律I＝eq\f(E,R＋r)，得E＝I（R＋r），代入數(shù)據(jù)，解得E＝20V.（4）S1閉合而S2斷開(kāi)，電路中的總電流I′＝eq\f(E,R1＋R2＋r)＝0.8A，電壓表示數(shù)U′＝I′（R1＋R2），代入數(shù)據(jù)，解得U′＝16V.答案：（1）1A（2）15V（3）20V（4）16V閉合電路問(wèn)題的求解方法（1）分析電路特點(diǎn)：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(cè)量哪一部分的電壓，電流表測(cè)量哪個(gè)用電器的電流.（2）求干路中的電流：若各電阻阻值和電動(dòng)勢(shì)都已知，可用閉合電路的歐姆定律直接求出，也可以利用各支路的電流之和來(lái)求.（3）應(yīng)用閉合電路的歐姆定律解決問(wèn)題時(shí)，應(yīng)根據(jù)部分電路的歐姆定律和電路的串、并聯(lián)特點(diǎn)求出部分電路的電壓和電流.3.在如圖所示的電路中，電源內(nèi)阻r為1Ω，電阻R為5Ω，理想電壓表示數(shù)為1.50V，則電源電動(dòng)勢(shì)為（）A.1.5VB.1.8VC.2.0VD.3.0V解析：根據(jù)部分電路歐姆定律可得I＝eq\f(U,R)＝eq\f(1.50,5)A＝0.3A，電源電動(dòng)勢(shì)為E＝I（r＋R）＝0.3×（1＋5）V＝1.8V.故選B.答案：B4.如圖所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)E＝9V，電阻R1＝2.5Ω，R2＝3Ω，當(dāng)電阻箱Rx調(diào)到3Ω時(shí)，電流表的示數(shù)為2A.求：（1）電源的內(nèi)電阻；（2）調(diào)節(jié)電阻箱，使電流表的示數(shù)為1.8A時(shí)，電阻R2的電流.解析：（1）電路的外電阻R＝R1＋eq\f(R2Rx,R2＋Rx)＝4Ω.根據(jù)E＝I（R＋r），代入數(shù)據(jù)，解得r＝0.5Ω.（2）電流表的示數(shù)為1.8A時(shí)，UR1＝I′R1＝1.8×2.5V＝4.5V，電源的內(nèi)電壓U內(nèi)＝I′r＝1.8×0.5V＝0.9V.則并聯(lián)電路兩端的電壓UR2＝U并＝E－U內(nèi)－UR1＝3.6V，通過(guò)電阻R2的電流I2＝eq\f(UR2,R2)＝1.2A.答案：（1）0.5Ω（2）1.2A探究三閉合電路的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題1.閉合電路動(dòng)態(tài)分析的思路.閉合電路中由于局部電阻變化（或開(kāi)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(wèn)題的基本思路：eq\x(\a\al(分清電,路結(jié)構(gòu)))→eq\x(\a\al(局部電,阻變化))→eq\x(\a\al(總電阻,變化))→eq\x(\a\al(總電流,變化))→eq\x(\a\al(路端電,壓變化))→eq\x(\a\al(各部分電壓、,電流變化))2.閉合電路動(dòng)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：R局eq\x(\a\al(增大,減小))→R總eq\x(\a\al(增大,減小))→I總eq\x(\a\al(減小,增大))→U外eq\x(\a\al(增大,減小))→eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(I局,U局))（2）結(jié)論法——“并同串反”.①“并同”是指某一電阻增大時(shí)，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(shí)，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.②“串反”是指某一電阻增大時(shí)，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(shí)，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.（3）特殊值法與極限法：指因滑動(dòng)變阻器滑片滑動(dòng)引起電路變化的問(wèn)題，可將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)端分別滑至兩個(gè)極端去討論.一般用于滑動(dòng)變阻器兩部分在電路中都有電流時(shí)的討論.【典例3】如圖所示，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)時(shí)，三個(gè)燈泡亮度的變化情況是（）A.L1變亮，L2和L3均變暗B.L1變亮，L2不能確定，L3變暗C.L1變暗，L2變亮，L3也變亮D.L1變亮，L2變亮，L3變暗解析：當(dāng)P向右移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器的電阻減小，則總電阻減小，總電流增大，所以U3變大，L3變亮，內(nèi)電壓增大，路端電壓減小，所以L1的電壓減小，L1變暗；總電流變大，又I1是變小的，所以L2的電流增大，L2變亮.答案：C分析動(dòng)態(tài)電路變化時(shí)應(yīng)注意的三個(gè)問(wèn)題（1）討論定值電阻上的電壓（或電流）的變化時(shí)，可用部分電路歐姆定律I＝eq\f(U,R)分析；但是，討論可變電阻的電壓（或電流）變化時(shí)，不能再用I＝eq\f(U,R)分析，因?yàn)樗碾娮枳兓瘯r(shí)，兩端的電壓也隨著變化.（2）討論各支路電壓（電流）變化時(shí)，先討論定值電阻上的電壓（電流）的變化，后討論可變電阻上的電壓（電流）變化.（3）在閉合電路中，任何一個(gè)電阻的增大（或減?。瑢⒁痣娐房傠娮璧脑龃螅ɑ驕p?。撾娮鑳啥说碾妷阂欢〞?huì)增大（或減?。?，通過(guò)該電阻的電流一定會(huì)減小（或增大）.5.如圖所示的電路