2.7閉合電路的歐姆定律3

1、第七節(jié) 閉合電路的歐姆定律,課標(biāo)解讀 1.理解內(nèi)外電路的電勢降落,理解閉合電路歐姆定律,并能熟練應(yīng)用其解決有關(guān)電路的問題. 2.知道電源電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓,知道電源的電動勢等于內(nèi)外電路上電勢降落之和. 3.理解路端電壓與負(fù)載的關(guān)系.,課前自主學(xué)習(xí) 一閉合電路的歐姆定律 1.閉合電路的組成 (1)外電路:電源外部的電路稱為外電路,外電路中沿電流方向電勢降低. (2)內(nèi)電路:電源內(nèi)部的電路稱為內(nèi)電路,內(nèi)電路中沿電流方向電勢升高.,(3)閉合電路由內(nèi)電路和外電路組成,內(nèi)電路中的電阻稱為電源內(nèi)阻,內(nèi)阻上所降落的電壓稱為內(nèi)電壓;電源外電路兩端的電壓稱為外電壓或路端電壓.,2.閉合電

2、路的歐姆定律 (1)內(nèi)容:閉合電路里的電流跟電源電動勢成正比,跟內(nèi)外電路的電阻之和成反比.,二路端電壓與負(fù)載的關(guān)系1.外電阻R增大時,電流I減小,外電壓U外增大,當(dāng)R增大到無窮大(斷路)時,I=0,U外=E.2.外電阻R減小時,電流I增大,路端電壓U外減小,當(dāng)R減小到零(短路)時,知識梳理圖,課堂互動探究 一描述閉合電路的基本物理量 1.內(nèi)電路內(nèi)電阻內(nèi)電壓 將電源和用電器連接起來,就構(gòu)成了閉合電路.如圖所示,電源內(nèi)部的電路稱為內(nèi)電路.,內(nèi)電路的電阻稱為電源的內(nèi)阻,當(dāng)電路中有電流通過時,內(nèi)電路兩端的電壓叫內(nèi)電壓,用U內(nèi)表示. 2.外電路外電壓(又稱路端電壓) 電源外部的電路叫外電路. 外電路兩端

3、的電壓叫外電壓,也叫路端電壓,用U外表示. 3.電動勢內(nèi)電壓外電壓三者的關(guān)系 E=U外+U內(nèi) 即在閉合電路里,電源電動勢等于內(nèi)外電壓之和.,注意:1.用電壓表接在電源兩極間測得的電壓是外電壓U外,即路端電壓,不是電源的內(nèi)電壓,也不是電源的電動勢,一般U外E. 2.當(dāng)電源沒有接入電路時,因無電流通過內(nèi)電路,所以U內(nèi)=0,故此時E=U外,即電源電動勢等于電源沒有接入電路時的路端電壓.,3.電動勢和路端電壓雖然是有相同的單位,且有時數(shù)值亦相同,但二者是本質(zhì)不同的物理量,電動勢反映了電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能本領(lǐng)的大小,路端電壓反映了外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的本領(lǐng)大小.,二閉合電路的歐姆定律1

4、.規(guī)律:設(shè)一個閉合電路中,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r,內(nèi)電路電壓為U內(nèi);外電路電阻為R,路端電壓為U外;電路電流為I,則E=U內(nèi)+U外,根據(jù)歐姆定律知:U外=IR,U內(nèi)=Ir.由得可見,閉合電路里電流跟電源的電動勢成正比,跟整個電路的電阻成反比,這就是歐姆定律.,3.常用的變形式:U外=E-Ir.,U外=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.,三路端電壓與負(fù)載的關(guān)系,路端電壓與電流的關(guān)系1.(1)路端電壓:外電路兩端的電壓,也叫外電壓,也就是電源正負(fù)極間的電壓.(2)公式:對純電阻電路,(3)路端電壓U外與外電阻R之間的關(guān)系當(dāng)外電阻R增大時,根據(jù) 可知,電

5、流I減小(E和r為定值),內(nèi)電壓Ir減小,根據(jù)U外=E-Ir可知路端電壓U外增大.當(dāng)外電阻R減小時,根據(jù) 可知電流I增大,內(nèi)電壓Ir增大,根據(jù)U外=E-Ir可知路端電壓U外減小.,說明:特殊情況:當(dāng)外電路斷開時,R=,I=0,Ir=0,U外=E,此為直接測量法測電動勢的依據(jù).當(dāng)外電路短路時, (稱為短路電流),U外=0.由于通常的電源內(nèi)阻很小,短路時會形成很大的電流.這就是嚴(yán)禁把電源兩極不經(jīng)負(fù)載直接相接的原因.,2.(1)由U外=E-Ir可知,U外-I圖像是一條斜向下的直線,如下圖所示.,四閉合電路中的功率和效率1.電源的功率P:電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的功率,也稱為電源的總功率,計算式為

6、:P=IE(普遍適用), (只適用于外電路為純電阻的電路).,2.電源內(nèi)阻消耗功率P內(nèi):電源內(nèi)阻的熱功率,也稱為電源的損耗功率,計算式為:P內(nèi)=I2r.3.電源的輸出功率P出:外電路上消耗的功率,計算式為:P出=IU外(普遍適用), (只適用于外電路為純電阻的電路).,4.輸出功率隨外電阻R的變化關(guān)系,由上式可以看出:(1)當(dāng)R=r時,電源的輸出功率最大, 此時電源效率=50%.(2)當(dāng)Rr時,隨著R的增大輸出功率越來越小.(3)當(dāng)Rr時,隨著R的增大輸出功率越來越大.(4)當(dāng)P出Pm時,每個輸出功率對應(yīng)兩個可能的外電阻R1和R2,且R1R2=r2.,(5)P出與R關(guān)系如下圖所示.,5.閉合電

7、路上功率分配關(guān)系為:P=P出+P內(nèi).即EI=UI+I2r. 閉合電路上功率分配關(guān)系,反映了閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化和守恒,即電源提供的電能,一部分消耗在內(nèi)阻上,其余部分輸出給外電路,并在外電路上轉(zhuǎn)化為其他形式的能.能量守恒的表達(dá)式為: EIt=UIt+I2rt(普遍適用), EIt=I2Rt+I2rt(只適用于外電路為純電阻的電路).,由上式可知,外電阻R越大,電源的效率越高.,五電路的動態(tài)分析 根據(jù)歐姆定律確定串并聯(lián)電路的性質(zhì),來分析電路中某一電阻變化而引起的整個電路中各部分電學(xué)量的變化情況,常見方法如下:,1.程序法:基本思路是“部分整體部分”,即從阻值變化的部分入手,由串并聯(lián)規(guī)律判斷R總的變

8、化情況,再由歐姆定律判斷I總和U端的變化情況,最后再由部分電路歐姆定律確定各部分量的變化情況.即,2.直觀法:即直接應(yīng)用“部分電路中RIU的關(guān)系”中的兩個結(jié)論. (1)任一電阻R阻值增大,必引起該電阻中電流I的減小和該電阻兩端電壓U的增大.,(2)任一電阻R阻值增大,必將引起與之并聯(lián)的支路中電流I并的增大和與之串聯(lián)的各電阻電壓U串的減小.,3.極端法:即因變阻器滑動引起電路變化的問題,可將變阻器的滑動端分別滑至兩個極端去討論. 4.特殊值法:對于某些雙臂環(huán)路問題,可以采取代入特殊值去判定,從而找出結(jié)論.,六含電容器電路的問題 含電容器電路的分析與計算方法: 在直流電路中,當(dāng)電容器充放電時,電路

9、里有充放電電流.一旦電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),電容器在電路中就相當(dāng)于一個阻值無限大(只考慮電容器是理想的不漏電的情況)的元件,在電容器處電路可看作是斷路,簡化電路時可去掉用理想電壓表代替,此電壓表的讀數(shù)即為電容器兩端的電壓.分析和計算含有電容器的直流電路時,需注意以下幾點(diǎn):,1.電路穩(wěn)定后,由于電容器所在支路無電流通過,所以在此支路中的電阻上無電壓降,因此電容器兩極間的電壓就等于該支路兩端的電壓. 2.當(dāng)電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時,電容器兩極間的電壓與其并聯(lián)電阻兩端的電壓相等. 3.電路的電流電壓變化時,將會引起電容器的充(放)電.如果電容器兩端電壓升高,電容器將充電;如果電壓降低,電容器將通過與它

10、連接的電路放電.,典例分析 一閉合電路的歐姆定律的應(yīng)用 例1:如圖所示的電路中,已知R1=8 ,當(dāng)開關(guān)K閉合時電壓表讀數(shù)為2 V,電流表讀數(shù)為0.75 A,當(dāng)開關(guān)K斷開時,電壓表讀數(shù)為3.2 V,電流表讀數(shù)為0.8 A,求電源電動勢和內(nèi)阻各是多少?,解析:當(dāng)K斷開時,電壓表所測量的為路端電壓U2,即為R2兩端電壓,電流表讀數(shù)I2,由閉合電路歐姆定律得E=U2+I2r 由歐姆定律可知當(dāng)K閉合時,電壓表讀數(shù)U1為R1兩端電壓,R1中電流為I1,由歐姆定律得,此時電路中的總電流I1=I1+I2=0.25 A+0.75 A=1 A 由閉合電路歐姆定律得 E=I2R2+I1r 聯(lián)立以上兩式得 E=3.2

11、 V+0.8 r E=0.754 V+1r 解得r=1 ,E=4 V. 答案:4 V 1 ,名師點(diǎn)撥:對于一個確定的電源,其電動勢和內(nèi)電阻是某一確定的值,不隨外電路的變化而變化,這里涉及兩個未知量,我們可以應(yīng)用數(shù)學(xué)知識列出關(guān)于電源電動勢和內(nèi)電阻的一個二元一次方程組,根據(jù)部分電路的歐姆定律,求出相關(guān)的物理量,即可求得電動勢和內(nèi)電阻.,鞏固練習(xí) 1.某電池當(dāng)外電路斷開時的路端電壓為3 V,接上8 的負(fù)載電阻后其路端電壓降為2.4 V,則可以判定該電池的電動勢E和內(nèi)電阻r為( ) A.E=2.4 V,r=1 B.E=3 V,r=2 C.E=2.4 V,r=2 D.E=3 V,r=1 ,答案:B,二閉

12、合電路的動態(tài)分析 例2:如右圖所示電池電動勢為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V1的讀數(shù)U1與電壓表V2的讀數(shù)U2的變化情況是( ) A.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,答案:A,名師點(diǎn)撥:在討論電路中電阻發(fā)生變化后引起電流電壓發(fā)生變化的問題時,要善于把部分電路和全電路結(jié)合起來,注意按部分整體部分的順序,使得出的每一個結(jié)論都有依據(jù),這樣才能得出正確的判斷.,鞏固練習(xí) 2.如圖所示,當(dāng)滑動變阻器的滑動片P向上端移動時,則電表示數(shù)的變化情況是( ) A.V1減小,V2增大,A增大 B.V1增大,V2減小,A增大 C.V

13、1增大,V2增大,A減小 D.V1減小,V2減小,A減小,解析:首先弄清V2測量的是R2和R3并聯(lián)支路上的電壓,V1測量的是路端電壓,再利用閉合電路歐姆定律判斷主干電路上的物理量變化:P向上滑,R3的有效電阻增大,外電阻R外增大,干路電流I減小,路端電壓增大,從而判定V1示數(shù)增大,再判斷支路上物理量的變化情況.由于I減小,引起內(nèi)電壓U內(nèi)及電阻R1上的電壓UR1減小,而U并=E-(U內(nèi)+R1I).,由此可知,并聯(lián)電阻R2和R3上的電壓U2增大,判定V2的示數(shù)增大;由于U2增大,R2所在支路的電流I2增大,通過R3的電流I3=I-I2,因I減小,I2增大,故I3減小,判定A的示數(shù)減小,所以本題應(yīng)選

14、C. 答案:C,三閉合電路中的功率問題 例3:如下圖所示,R為電阻箱,V為理想電壓表,當(dāng)電阻箱讀數(shù)為R1=2 時,電壓表讀數(shù)為U1=4 V;當(dāng)電阻箱讀數(shù)為R2=5 時,電壓表讀數(shù)為U2=5V.求: (1)電源的電動勢E和內(nèi)阻r; (2)當(dāng)電阻箱R讀數(shù)為多少時,電源的輸出功率最大?最大值Pm為多少?,答案:(1)6 V 1 (2)1 9 W,名師點(diǎn)撥:本題介紹了一種測電源電動勢及內(nèi)阻的方法,即已知兩組UI數(shù)據(jù),由閉合電路歐姆定律列兩個方程解出Er;電源輸出功率最大,一定是當(dāng)R=r時,作為計算題要寫出推導(dǎo)過程.,鞏固練習(xí) 3.如右圖所示,電阻R1=8,電動機(jī)繞組電阻R0=2,當(dāng)開關(guān)S斷開時電阻R1

15、消耗的電功率是2.88W,當(dāng)開關(guān)S閉合時,電阻R1消耗的電功率是2W.若電源的電動勢為6V,求開關(guān)S閉合時,電動機(jī)輸出的機(jī)械功率.,答案:1.5 W,四含有電容器的直流電路問題 例4:如圖所示,電容器C1=6 F,C2=3 F.電阻R1=6 ,R2=3 ,當(dāng)開關(guān)S斷開時,求AB兩點(diǎn)間的電壓UAB;當(dāng)S閉合時,電容器C1的電量改變了多少(已知電壓U=18 V)?,解析:在電路中電容器C1C2相當(dāng)于斷路.當(dāng)S斷開時,電路中無電流.BC等勢,AD等勢,因此,UAB=UAC=UDC=18 V. 當(dāng)S閉合時,R1和R2串聯(lián),C1兩端的電壓等于R1兩端電壓,C2兩端電壓為R2兩端電壓,C1電量變化的計算首

16、先從電壓變化入手. 當(dāng)S斷開時,UAB=UAC=UDC=18 V,電容器C1帶電量為Q1=C1UAC=C1UDC=610-618C=1.0810-4 C.,當(dāng)S閉合時,電路R1R2導(dǎo)通,電容C1兩端的電壓即電阻R1兩端的電壓.由串聯(lián)電路的電壓分配關(guān)系得此時電容器C1的帶電量為:Q1=C1UAC=610-612C=0.7210-4 C.電容器C1帶電量的變化量為Q=Q1-Q1=-3.610-5 C.負(fù)號表示減小,即C1的帶電量減少3.610-5 C.,答案:18 V 減少了 3.610-5 C,名師點(diǎn)撥:在分析含有電容器直流電路時應(yīng)注意:(1)電路穩(wěn)定時,電容器是斷路的.其兩端電壓等于所并聯(lián)的電

17、路的兩端電壓.顯然,求解電路中電容器的電荷量關(guān)鍵在于求出電容器兩端的電壓.(2)電路的電壓電流變化時,將會引起電容器的充(放)電,如果電容器兩端電壓升高,電容器將充電;如果電壓降低,電容器將通過與它并聯(lián)的電路放電.,鞏固練習(xí) 4.如圖所示,U=10 V,R1=4 ,R2=6 ,C=30 F. (1)閉合開關(guān)K,求穩(wěn)定后經(jīng)過R1的電流. (2)然后斷開開關(guān),求這以后通過R1的總電荷量.,解析:(1)閉合開關(guān)K時,由歐姆定律可得 (2)此時電容器兩端電壓U=IR2=6 V電容器極板上的電荷量Q=CU=1.810-4 C斷開開關(guān)后,電容器兩端的電壓U=10 V電荷量Q=CU=310-4 C所以斷開開

18、關(guān)后通過R1的總電荷量Q=Q-Q=1.210-4 C.,答案:(1)1 A (2)1.210-4 C,課后鞏固提升 鞏固基礎(chǔ) 1.下圖中電阻R1R2R3的阻值相等,電池的內(nèi)阻不計.開關(guān)S接通后流過R2的電流是S接通前的( ),答案:B,2.將電阻R1和R2分別單獨(dú)與同一電源相連,在相同的時間內(nèi),兩電阻發(fā)出的熱量相同,則電源內(nèi)阻應(yīng)為( ),答案:C,3.如右圖所示的電路中,電源的電動勢E和內(nèi)電阻r恒定不變,電燈L恰能正常發(fā)光,如果變阻器的滑片向b端滑動,則( ) A.電燈L更亮,安培表的示數(shù)減小 B.電燈L更亮,安培表的示數(shù)增大 C.電燈L更暗,安培表的示數(shù)減小 D.電燈L更暗,安培表的示數(shù)增大

19、,解析:當(dāng)變阻器的滑片向b端滑動時,R1增大,總電流I減小,故安培表示數(shù)減小,U外=E-Ir增大,燈泡消耗的功率增大,燈L變亮,所以A項正確.,答案:A,4.(2007寧夏理綜)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的滑動觸點(diǎn)在a端時合上開關(guān),此時三個電表A1A2和V的示數(shù)為I1I2和U,現(xiàn)將R2的滑動觸點(diǎn)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:本題考查電路結(jié)構(gòu),閉合電路歐姆定律及電阻對電路的影響

20、,電路的動態(tài)分析,R1R2并聯(lián)后再與R3串聯(lián),滑動變阻器R2觸點(diǎn)由a向b滑動過程中,R2接入電路的電阻減小,電路的總電阻減小,則總電流I增大,路端電壓U減小,R3兩端電壓增大,R1兩端電壓減小,故I1減小,I2=I-I1,所以I2增大,故選B. 答案:B,5.神舟六號飛船的發(fā)射回收成功,標(biāo)志著我國載人航空航天技術(shù)達(dá)到了世界先進(jìn)水平.飛船在太空飛行用太陽能電池供電,太陽能電池用許多片電池板組成.某電池板,開路電壓是800mV,短路電流為40mA,若將該電池板與阻值為20的電阻器連成一閉合電路,則它的路端電壓是( ) A.0.10V B.0.20V C.0.30V D.0.40V 答案:D,6.如

21、下圖所示,當(dāng)R1觸頭向右移動時,電壓表V1和V2的示數(shù)的變化分別為U1和U2(均取絕對值),則U1和U2的大小關(guān)系為( ) A.U1U2 B.U1=U2 C.U1U2 D.條件不足,無法確定U1和U2的大小關(guān)系,解析:觸頭向右移動時,電路中總電阻變小,總電流I總變大,路端電壓變小,UR2變大,而UR1變小.由U路=UR1+UR2可知:U1的減少量U1一定比U2的增加量U2多. 答案:A,提升能力 7.如下圖所示是某電源的外特性曲線,則下列結(jié)論正確的是( ) A.電源的電動勢為6.0V B.電源的內(nèi)阻為12 C.電流為0.5A時的外電阻是0 D.電源的短路電流為0.5A,解析:由電源的外特性曲線

22、可知,當(dāng)電路中電流為零時的外電壓即為電源電動勢,即A選項正確;由閉合電路歐姆定律,E=U+Ir,即6.0=5.2+0.5 r,解得r=1.6 ,故B選項錯誤,由圖象可知CD選項錯誤. 答案:A,8.(2007重慶理綜)汽車電動機(jī)啟動時車燈會變暗,如圖所示.在打開車燈的情況下,電動機(jī)未啟動時的電流表讀數(shù)為10 A,電動機(jī)啟動時電流表讀數(shù)為58 A,若電源電動勢為12.5 V,內(nèi)阻為0.05 ,電流表內(nèi)阻不計,則因電動機(jī)啟動,車燈的功率下降了多少( ) A.35.8 W B.43.2 W C.48.2 W D.76.8 W,解析:電動機(jī)未啟動時U燈=E-I1r=(12.5-100.05)V=12 V電燈功率P燈=U燈I=120 W電動機(jī)啟動時,U燈=E-I2r=(12.5-580.05)V=9.6 V設(shè)燈電阻不變,由 可得電功率的減少量P=P燈-P燈=(120-76.8)W=43.2 W.,答案:B,9.(2009廣東)如圖所示,電動勢為E內(nèi)阻不計的電源與三個燈泡和三個電阻相接.只合上開關(guān)S1,三個燈泡都能正常工作.如果再合上S2,則下列表述正確的是( ) A.電源輸出功率減小 B.L1上消耗的功率增大 C.通過R1上的電流增大 D.通過R3上的電流增大,解析:合上S2之