高中物理人教版1第三章磁場 2023版第2章7閉合電路的歐姆定律

7閉合電路的歐姆定律學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(luò)1.會從能的守恒和轉(zhuǎn)化定律推導(dǎo)出閉合電路的歐姆定律．2．理解內(nèi)、外電壓，理解閉合電路的歐姆定律．3．會用閉合電路歐姆定律分析路端電壓與負(fù)載的關(guān)系，會進(jìn)行相關(guān)的電路分析和計(jì)算.閉合電路的歐姆定律eq\o([先填空])1．閉合電路的組成及電流流向2．閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化如圖2-7-1所示，電路中電流為I，在時間t內(nèi)，非靜電力做功等于內(nèi)外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的總和，即EIt＝I2Rt＋I(xiàn)2rt.圖2-7-13．閉合電路歐姆定律eq\o([再判斷])1．如圖2-7-2甲所示，電壓表測量的是外電壓，電壓表的示數(shù)小于電動勢．(√)甲乙圖2-7-22．如圖2-7-2乙所示，電壓表測量的是內(nèi)電壓，電壓表的示數(shù)小于電動勢．(×)3．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．(×)eq\o([后思考])手電筒中的電池用久了，雖然電動勢沒減小多少，但小燈泡卻不怎么亮了，為什么？【提示】電池用久了電動勢基本不變但內(nèi)阻明顯增大，根據(jù)I＝eq\f(E,R＋r)可知電流減小，小燈泡功率減小，燈泡變暗．eq\o([合作探討])如圖2-7-3所示，閉合電路由外電路和內(nèi)電路組成，用電器R和導(dǎo)線、電鍵組成外電路，電源內(nèi)部是內(nèi)電路，已知電源的電動勢為E，內(nèi)電阻為r，外電阻為R，設(shè)電路中的電流為I.圖2-7-3探討1：在外電路中沿著電流的方向，電勢如何變化？【提示】電勢降低．探討2：在內(nèi)電路中沿著電流的方向，電勢如何變化？【提示】電勢升高．探討3：在時間t內(nèi)，電源外電路和內(nèi)電路產(chǎn)生的焦耳熱各是多少？【提示】I2RtI2rt.eq\o([核心點(diǎn)擊])1．閉合電路中的幾個關(guān)系式幾種形式說明(1)E＝U＋U內(nèi)(1)I＝eq\f(E,R＋r)和U＝eq\f(R,R＋r)E只適用于外電路為純電阻的閉合電路(2)由于電源的電動勢E和內(nèi)電阻r不受R變化的影響，從I＝eq\f(E,R＋r)不難看出，隨著R的增加，電路中電流I減小(3)U＝E－Ir既適用于外電路為純電阻的閉合電路，也適用于外電路為非純電阻的閉合電路(2)I＝eq\f(E,R＋r)(3)U＝E－Ir(U、I間關(guān)系)(4)U＝eq\f(R,R＋r)E(U、R間關(guān)系)2．閉合電路的動態(tài)分析(1)基本思路(2)三種常用方法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??；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?。厶厥庵捣ㄅc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．1．(多選)若用E表示電源電動勢，U表示外電壓，U′表示內(nèi)電壓，R表示外電路的總電阻，r表示內(nèi)電阻，I表示電流，則下列各式中正確的是()A．U＝2U′ B．U′＝E－UC．U＝E＋I(xiàn)r D．U＝eq\f(R,R＋r)·E【解析】由閉合電路歐姆定律可知，E＝U＋U′＝Ir＋＝IR，可推得：U′＝E－U，U＝eq\f(E,r＋R)·R.故B、D正確，A、C錯誤．【答案】BD2．如圖2-7-4所示電池電動勢為E，內(nèi)阻為r.當(dāng)可變電阻的滑片P向b點(diǎn)移動時，電壓表的讀數(shù)U1與電壓表的讀數(shù)U2的變化情況是()【導(dǎo)學(xué)號：34522029】圖2-7-4A．U1變大，U2變小B．U1變大，U2變大C．U1變小，U2變小D．U1變小，U2變大【解析】滑片P向b移動時，總電阻變大，干路中I＝eq\f(E,R＋r)變小．由于路端電壓U＝E－Ir，U增大，即V1表示數(shù)U1變大．由于V2表示數(shù)U2＝IR，故U2減小，所以A正確．【答案】A動態(tài)電路分析的基本步驟(1)明確各部分電路的串、并聯(lián)關(guān)系，特別要注意電流表或電壓表測量的是哪部分電路的電流或電壓．(2)由局部電路電阻的變化確定外電路總電阻的變化．(3)根據(jù)閉合電路的歐姆定律I＝eq\f(E,R＋r)判斷電路中總電流如何變化．(4)根據(jù)U內(nèi)＝Ir，判斷電源的內(nèi)電壓如何變化．(5)根據(jù)U外＝E－Ir，判斷電源的外電壓(路端電壓)如何變化．(6)根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)，判斷各部分電路的電流、電壓、電功率、電功如何變化．路端電壓與負(fù)載(外電阻)的關(guān)系eq\o([先填空])1．路端電壓與電流的關(guān)系圖2-7-5(1)公式：U＝E－Ir.(2)圖象(U-I圖象)，該直線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)表示電源的電動勢，斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻．2．路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律(1)外電阻R增大時，電流I減小，外電壓U增大，當(dāng)R增大到無限大(斷路)時，I＝0，U＝E，即斷路時的路端電壓等于電源電動勢．(2)外電阻R減小時，電流I增大，路端電壓U減小，當(dāng)R減小到零時，I＝eq\f(E,r)，U＝0.eq\o([再判斷])1．外電路的電阻越大，路端電壓就越大．(√)2．路端電壓增大時，電源的輸出功率一定變大．(×)3．電源斷路時，電流為零，所以路端電壓也為零．(×)eq\o([后思考])假如用發(fā)電機(jī)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(jī)的電動勢嗎？【提示】不等于．因?yàn)榘l(fā)電機(jī)內(nèi)部有電阻，有電勢降落．發(fā)電機(jī)內(nèi)部電壓與電燈兩端電壓之和才等于電動勢．eq\o([合作探討])如圖2-7-6所示，電源的電動勢E＝10V，內(nèi)電阻r＝1Ω，電阻R的阻值大小可調(diào)節(jié)．圖2-7-6探討1：試求解當(dāng)外電阻R分別為3Ω、4Ω、7Ω時所對應(yīng)的路端電壓．【提示】V、8V、V.探討2：通過上述計(jì)算結(jié)果，你發(fā)現(xiàn)了怎樣的規(guī)律？試通過公式論證你的結(jié)論．【提示】外電阻越大，電源的路端電壓越大．當(dāng)外電阻R增大時，由I＝eq\f(E,r＋R)可知電流I減小，由U＝E－Ir可知，路端電壓增大．eq\o([核心點(diǎn)擊])1．部分電路歐姆定律的U-I圖象與閉合電路歐姆定律的U-I圖象比較部分電路歐姆定律閉合電路歐姆定律U-I圖象研究對象對某一固定電阻而言，兩端電壓與通過電流成正比關(guān)系對電源進(jìn)行研究，電源的外電壓隨電流的變化關(guān)系圖象的物理意義表示導(dǎo)體的性質(zhì)R＝eq\f(U,I)，R不隨U與I的變化而變化表示電源的性質(zhì)，圖線與縱軸的交點(diǎn)表示電動勢，圖線斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻聯(lián)系電源的電動勢和內(nèi)阻是不變的，正是由于外電阻R的變化才會引起外電壓U外和總電流I的變化2.閉合電路中的功率及效率(1)電源的有關(guān)功率和電源的效率①電源的總功率：P總＝IE＝I(U內(nèi)＋U外)．②電源的輸出功率：P出＝IU外．③電源內(nèi)部的發(fā)熱功率：P′＝I2r.④電源的效率：η＝eq\f(P出,P總)＝eq\f(U外,E)，對于純電阻電路，η＝eq\f(R,R＋r)＝eq\f(1,1＋\f(r,R)).(2)輸出功率和外電阻的關(guān)系在純電阻電路中，電源的輸出功率為P＝I2R＝eq\f(E2,R＋r2)R＝eq\f(E2,R－r2＋4Rr)R＝eq\f(E2,\f(R－r2,R)＋4r)①當(dāng)R＝r時，電源的輸出功率最大，Pm＝eq\f(E2,4r).②當(dāng)R＞r時，隨著R增大，P減?。?dāng)R＜r時，隨著R增大，P增大．圖2-7-73.(多選)如圖2-7-8所示為兩個獨(dú)立電路A和B的路端電壓與其總電流I的關(guān)系圖線，則()【導(dǎo)學(xué)號：34522030】圖2-7-8A．路端電壓都為U1時，它們的外電阻相等B．電流都是I1時，兩電源內(nèi)電壓相等C．電路A的電源電動勢大于電路B的電源電動勢D．A中電源的內(nèi)阻大于B中電源的內(nèi)阻【解析】在路端電壓與總電流的關(guān)系圖線(U-I)中，圖線在U軸上的截距表示電動勢E，圖線斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻，可見EA>EB，rA>rB.圖中兩直線的交點(diǎn)坐標(biāo)為(I1，U1)，由R＝eq\f(U,I)可知，路端電壓都為U1時，它們的外電阻相等．由U′＝Ir可知，電流都是I1時，因r不相等，故兩電源內(nèi)電壓不相等．所以選項(xiàng)A、C、D正確．【答案】ACD4．(多選)如圖2-7-9所示的電路中，電源內(nèi)阻不可忽略，L1、L2兩燈均正常發(fā)光，R1為定值電阻，R為一滑動變阻器，P為滑動變阻器的滑片，若將滑片P向下滑動，則()圖2-7-9A．L1燈變亮B．L2燈變暗C．R1上消耗的功率變大D．總電流變小【解析】由閉合電路歐姆定律可得，滑片P向下滑動，電路總電阻減小，總電流增大，路端電壓減小，所以L1變暗，路端電壓減小，L1中的電流減小，總電流增大，R1中的電流增大，UR1增大，L2兩端的電壓減小，L2變暗，由P＝I2R知R1消耗的功率變大．故B、C正確．【答案】BC5.如圖2-7-10所示，已知電源的電動勢為E，內(nèi)阻r＝2Ω，定值電阻R1＝Ω，滑動變阻器的最大阻值為5Ω，求：圖2-7-10(1)當(dāng)滑動變阻器的阻值為多大時，電阻R1消耗的功率最大？(2)當(dāng)滑動變阻器的阻值為多大時，滑動變阻器消耗的功率最大？(3)當(dāng)滑動變阻器的阻值為多大時，電源的輸出功率最大？【導(dǎo)學(xué)號：34522031】【解析】(1)因?yàn)殡娐肥羌冸娮桦娐?，則滿足閉合電路歐姆定律，有PR1＝eq\f(E2,R1＋R2＋r2)R1當(dāng)R2＝0時，電阻R1消耗的功率最大，PR1m＝eq\f(E2,R1＋r2)R1.(2)法一(極值法)：PR2＝eq\f(E2,R1＋R2＋r2)R2＝eq\f(E2,[R1＋r＋R2]2)R2＝eq\f(E2,\f([R1＋r－R2]2,R2)＋4R1＋r)當(dāng)R2＝R1＋r＝Ω時，滑動變阻器消耗的功率最大，即PR2m＝eq\f(E2,4R1＋r).法二(等效電源法)：如果把電源和R1的電路等效為一個新電源，則整個電路等效為一個新電源和滑動變阻器組成的閉合電路，“外電路”僅一個滑動變阻器R2，這個等效電源的E′和r′可以這樣計(jì)算：把新電源的兩端斷開，電源電動勢E等于把電源斷開時電源兩端的電壓，則新電源的電動勢E′＝E，而等效電源的內(nèi)阻r′＝R1＋r，即兩個電阻的串聯(lián)．根據(jù)電源的輸出功率隨外電阻變化的規(guī)律，在R2上消耗的功率隨外電阻R2的增大而先變大后變小，當(dāng)R2＝r′＝R1＋r＝Ω時，在R2上消耗的功率達(dá)到最大值，即PR2m＝eq\f(E2,4R