2018-2019高中物理 第二章 恒定電流 2.7 閉合電路歐姆定律課件 新人教版選修3-1.ppt

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7閉合電路的歐姆定律,一、閉合電路歐姆定律1.閉合電路的組成：閉合電路由內(nèi)電路和外電路兩部分組成。(1)外電路：①用電器、導(dǎo)線組成_______，也就是電源之外的電路部分。,外電路,,②在外電路中，電流的方向?yàn)閺碾娫吹腳____流向_____，沿電流方向電勢(shì)_____。(2)內(nèi)電路：①電源_____的電路。②在內(nèi)電路中，電流的方向?yàn)閺碾娫吹腳____流向_____，沿電流方向電勢(shì)_____。,正極,負(fù)極,降低,內(nèi)部,負(fù)極,正極,升高,,2.閉合電路的歐姆定律：(1)內(nèi)容：閉合電路的電流跟電源的_______成正比，跟內(nèi)、外電路的_____之和成反比。(2)表達(dá)式：I=_____，適用于_______電路。,電動(dòng)勢(shì),電阻,純電阻,,二、路端電壓與負(fù)載的關(guān)系1.路端電壓與內(nèi)電壓：(1)路端電壓：閉合電路中外電路上總的_____降落，也常叫作外電壓。(2)內(nèi)電壓：閉合電路中內(nèi)電路的_____降落。2.路端電壓與電流的關(guān)系：U=_____。,電勢(shì),電勢(shì),E-Ir,,3.路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律：(1)根據(jù)閉合電路的歐姆定律，當(dāng)外電阻增大時(shí)，電流_____，路端電壓_____；當(dāng)外電阻減小時(shí)，電流_____，路端電壓_____。,減小,增大,增大,減小,,0,E,,【思考辨析】(1)閉合電路沿著電流的方向電勢(shì)一定降低。()(2)閉合電路的電流跟內(nèi)、外電路電阻之和成反比。()(3)在閉合電路中，外電阻越大，路端電壓越大。(),,(4)電路斷開(kāi)時(shí)，電路中的電流為零，路端電壓也為零。()(5)外電路短路時(shí)，電路中的電流無(wú)窮大。(),,提示：(1)。沿著電流方向，外電路電勢(shì)降低，而內(nèi)電路電勢(shì)升高。(2)√。根據(jù)I=，(2)正確。(3)√。由閉合電路歐姆定律得U=E-Ir=E-r，故外電阻R越大，路端電壓越大。,,(4)。由閉合電路歐姆定律得U=E-Ir，可知電路斷開(kāi)時(shí)，路端電壓最大。(5)。外電路短路時(shí)，電路中的電流I=，并非無(wú)窮大。,,【生活鏈接】將一個(gè)新的電壓為1.5V的電池接在如圖所示的電路中，當(dāng)開(kāi)關(guān)沒(méi)有閉合的時(shí)候，用電壓表測(cè)量出的電壓為1.5V。請(qǐng)問(wèn)：當(dāng)圖中開(kāi)關(guān)閉合后，電壓表的讀數(shù)會(huì)怎樣改變？為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？,提示：當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合以后，電壓表讀數(shù)變小，因?yàn)殡娫磧?nèi)有內(nèi)阻。所以為了更形象地表示出電源的內(nèi)阻，我們?cè)谔幚黼娫唇尤胪怆娐窌r(shí)，往往將電源等效為一個(gè)恒定電源和一個(gè)電阻。如圖所示：,知識(shí)點(diǎn)一閉合電路的歐姆定律探究導(dǎo)入：手電筒中的電池用久了，雖然電動(dòng)勢(shì)沒(méi)減小多少，但小燈泡亮度卻明顯減小了，這是為什么呢？,,提示：電池用久了，電動(dòng)勢(shì)雖然不會(huì)明顯減小，但內(nèi)阻卻明顯變大，因而使電路中的電流減小，導(dǎo)致小燈泡亮度減小。,,【歸納總結(jié)】1.閉合電路歐姆定律的表達(dá)形式：,,2.路端電壓U隨電流I變化的圖象(U-I關(guān)系圖)：(1)U-I圖象的函數(shù)表達(dá)式：U=E-Ir。(2)U-I圖象特點(diǎn)：位于第一象限，與橫縱坐標(biāo)軸相交的傾斜直線，如圖所示。,【典題通關(guān)】【典例】在圖中R1=14Ω，R2=9Ω，當(dāng)開(kāi)關(guān)S切換到位置1時(shí)，電流表的讀數(shù)為I1=0.2A；當(dāng)開(kāi)關(guān)S切換到位置2時(shí)，電流表的讀數(shù)為I2=0.3A，求電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。,【正確解答】根據(jù)閉合電路歐姆定律列出方程E=I1R1+I1r，E=I2R2+I2r，消去E，解出r，得代入數(shù)據(jù)，得r=1Ω，將r代入，得E=3V。答案：3V1Ω,,【規(guī)律方法】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。,,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】如圖所示電動(dòng)勢(shì)為2V的電源跟一個(gè)阻值R=9Ω的電阻接成閉合電路，測(cè)得電源兩端電壓為1.8V，求電源的內(nèi)阻。,,【解析】通過(guò)電阻R的電流為I==0.2A由閉合電路歐姆定律E=U+Ir，得電源內(nèi)阻r==1Ω。答案：1Ω,,【補(bǔ)償訓(xùn)練】將內(nèi)阻為0.5Ω的電池組用電阻為0.75Ω的導(dǎo)線，與標(biāo)有“6V7.2W”的小燈泡串聯(lián)，就可以使這個(gè)小燈泡正常發(fā)光，由此可知，所用電池組的電動(dòng)勢(shì)是()A.6VB.7.5VC.9VD.10.5V,,【解析】選B。標(biāo)有“6V7.2W”的小燈泡正常發(fā)光，故電流I==1.2A；根據(jù)閉合電路歐姆定律，有E=I(r+R)+U=1.2(0.5+0.75)V+6V=7.5V。,知識(shí)點(diǎn)二閉合電路的動(dòng)態(tài)分析方法探究導(dǎo)入：如圖所示，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向右移動(dòng)時(shí)，三個(gè)燈泡亮度的變化情況怎樣？,提示：當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向右移動(dòng)時(shí)，變阻器接入電路的電阻減小，外電路總電阻減小；根據(jù)閉合電路歐姆定律得，電路中總電流I增大，I3增大，L3變亮。并聯(lián)部分電壓U=E-I(R3+r)，E、R3、r都不變，I增大，則U減小，L1變暗；流過(guò)L2的電流I2=I-I1，I增大，I1減小，I2增大，則L2變亮。,【歸納總結(jié)】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：,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：,(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。,【典題通關(guān)】考查角度1開(kāi)關(guān)通斷引起的動(dòng)態(tài)變化【典例1】在如圖所示的電路中，開(kāi)關(guān)S原來(lái)是閉合的，現(xiàn)將S斷開(kāi)，則燈泡L亮度變化和電容器C帶電量變化情況是(),A.燈泡L變亮、電容器C帶電量增加B.燈泡L變亮、電容器C帶電量減少C.燈泡L變暗、電容器C帶電量增加D.燈泡L變暗、電容器C帶電量減少,【正確解答】選A。由圖可知，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，R2與L串聯(lián)后與R3并聯(lián)，再與R1串聯(lián)；當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，R3斷開(kāi)，總電阻增大，總電流減小，R1分壓及內(nèi)電壓減小，燈泡兩端電壓增大，故燈泡變亮；電容器并聯(lián)在電源兩端，因內(nèi)電壓減小，路端電壓增大，故電容器兩端電壓增大，由Q=UC可知，電容器帶電量增加，故選A。,【規(guī)律方法】電路中電阻的變化特點(diǎn)(1)不管是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，電路中任一電阻變大總電阻變大。(2)某一部分電路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)相當(dāng)于電阻變大，開(kāi)關(guān)閉合相當(dāng)于電阻減小。,考查角度2某一電阻變化引起的動(dòng)態(tài)變化【典例2】（多選）如圖所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)電阻為r。當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，在滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸片P從圖示位置向上滑動(dòng)①的過(guò)程中（）,A.電路中的總電流②變大B.路端電壓②變大C.通過(guò)電阻R2的電流變大D.通過(guò)滑動(dòng)變阻器R1的電流變小,【審題關(guān)鍵】,【正確解答】選B、C、D。本題可按照以下思路分析：,【規(guī)律方法】電路動(dòng)態(tài)分析的六個(gè)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(cè)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=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。,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】1.(多選)如圖所示的直流電路中電源內(nèi)阻r小于與之串聯(lián)定值電阻的阻值R0，滑動(dòng)變阻器的最大阻值小于與之并聯(lián)定值電阻的阻值R。在滑動(dòng)變阻器的滑片P從最右端滑向最左端的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是(),A.電壓表的示數(shù)一直增大B.電流表的示數(shù)一直增大C.電阻R0消耗的功率一直增大D.電壓表的示數(shù)變化值ΔU與相應(yīng)的電流表示數(shù)變化值ΔI比值保持不變,【解析】選A、D。根據(jù)電路圖可知，滑動(dòng)變阻器的左半部分與R串聯(lián)后與變阻器的右半部分并聯(lián)后再與R0串聯(lián)。當(dāng)滑片P向左滑動(dòng)時(shí)，由于滑動(dòng)變阻器的最大阻值小于R，所以并聯(lián)部分電阻一直增大，則總電阻一直增大，電路中總電流一直減小，電源的內(nèi)電阻以及R0所占電壓都減小，則由閉合電路歐姆定律可知，電壓表示,數(shù)一直增大，故A正確；電流表測(cè)量干路電流，根據(jù)A的分析可知，電流表示數(shù)一直減小，故B錯(cuò)誤；根據(jù)P0=I2R0可知，I減小，則R0消耗的功率一直減小，故C錯(cuò)誤；因U=E-I(R0+r)則=r+R0為定值，則D正確。,2.在如圖所示的電路中，R1、R2、R3和R4皆為定值電阻，R5為可變電阻，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，設(shè)電流表的讀數(shù)為I，電壓表的讀數(shù)為U，當(dāng)R5的滑動(dòng)觸點(diǎn)向圖中a端移動(dòng)時(shí)(),A.I變大，U變小B.I變大，U變大C.I變小，U變大D.I變小，U變小,【解析】選D。當(dāng)R5的滑動(dòng)觸點(diǎn)向圖中a端移動(dòng)時(shí)，變阻器接入電路的有效阻值減小，由電流隨電阻變化的“并同串反”規(guī)律可知，與R5串聯(lián)構(gòu)成閉合電路的R1、R3中的電流(即總電流)增大，與R5并聯(lián)的R2、R4中的電流減小，所以電路中的電流表的讀數(shù)I變小，路端電壓減小，即電壓表的讀數(shù)U變小，故選項(xiàng)D正確。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r。當(dāng)逐一閉合開(kāi)關(guān)，接入燈泡增多時(shí)，以下說(shuō)法不正確的是(),A.燈少時(shí)燈泡較亮，燈多時(shí)燈泡較暗B.燈多時(shí)各燈兩端的電壓較低C.燈多時(shí)通過(guò)電源的電流較大D.燈多時(shí)通過(guò)各燈的電流較大,【解析】選D。隨著接入燈泡增多，外電路的總電阻減小，由閉合電路的歐姆定律I=得，干路電流增大，由U=E-Ir知，路端電壓U減小，則各燈兩端的電壓降低，電流減小，亮度變暗，選項(xiàng)A、B、C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選D。,2.在如圖所示的閉合電路中，當(dāng)滑片P向右移動(dòng)時(shí)，兩電表讀數(shù)的變化是()A.變大，變大B.變小，變大C.變大，變小D.變小，變小,【解析】選B?；琍向右移動(dòng)時(shí)，接入電路中的電阻變大，總電阻也變大，由閉合電路的歐姆定律可知，回路電流減小，電流表示數(shù)變小，電源內(nèi)電壓減小，R0兩端電壓減小，所以滑動(dòng)變阻器兩端的電壓升高，電壓表示數(shù)變大，故B項(xiàng)正確。,知識(shí)點(diǎn)三閉合電路功率的分析探究導(dǎo)入：在閉合電路中，內(nèi)外電路都有電阻，當(dāng)電流通過(guò)內(nèi)外電路時(shí)都要做功。請(qǐng)問(wèn)：外電路的電阻越大，外電路消耗的功率就越大嗎？,提示：P出=UI=I2R=故R=r時(shí)，外電路消耗的功率最大，最大值為,【歸納總結(jié)】1.純電阻電路中電源輸出功率的討論：P出=UI=I2R=,(1)電源的輸出功率隨外電阻的變化關(guān)系如圖所示。,(2)當(dāng)R=r時(shí)，P出max=(3)一個(gè)輸出功率P(除最大功率外)對(duì)應(yīng)于兩個(gè)不同的外電阻R1和R2，且r=。(4)當(dāng)Rr時(shí)，R↑→P出↓。,2.電源的效率：電源的輸出功率與總功率的比值，即η=100%=100%。,【典題通關(guān)】考查角度1含電動(dòng)機(jī)閉合電路功率的計(jì)算【典例1】如圖所示，電源的電動(dòng)勢(shì)是6V，內(nèi)電阻是0.5Ω，小電動(dòng)機(jī)M的線圈電阻為0.5Ω，限流電阻R0為3Ω，若電壓表的示數(shù)為3V，試求：,(1)電源的功率和電源的輸出功率。(2)電動(dòng)機(jī)消耗的功率和電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率。,【正確解答】(1)在串聯(lián)電路中，電壓表測(cè)R0兩端的電壓，由歐姆定律得I==1A電源的總功率：P總=EI=6W由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律得：P輸出=P總-Pr=6-120.5=5.5W。,(2)電源的輸出功率為電動(dòng)機(jī)和限流電阻獲得的功率之和，P輸出=PM+P0P0=I2R0=3WPM=P輸出-P0=2.5WPMr=I2r=0.5W,PM輸出=PM-PMr=2W。答案：(1)6W5.5W(2)2.5W2W,考查角度2功率的極值問(wèn)題【典例2】(2018青島高二檢測(cè))如圖所示電路中，電池的電動(dòng)勢(shì)E=5V，內(nèi)電阻r=10Ω，固定電阻R=90Ω，R0是可變電阻。在R0由0增加到400Ω的過(guò)程中，求：,(1)可變電阻R0上消耗熱功率最大的條件和最大熱功率。(2)電池的內(nèi)電阻r和固定電阻R上消耗的最小熱功率之和。,【正確解答】(1)可變電阻R0上消耗的熱功率P1=I2R0=由上式可得：當(dāng)R0=100Ω時(shí)，P1有最大值Pmax=,(2)r和R上消耗的熱功率之和P2=I2(R+r)=100由上式可知，R0最大時(shí)，P2最小，即當(dāng)R0=400Ω時(shí)，P2有最小值P2min=100W=0.01W。答案：(1)R0=100ΩW(2)0.01W,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】1.(拓展延伸)在【典例2】中R0由0增大到400Ω的過(guò)程中，R0上消耗的功率怎樣變化？r和R上消耗的功率之和最大是多少？,【解析】R0由0增大到400Ω，R0上消耗的功率先增大后減小。r和R上消耗功率之和最大的條件是R0=0。此時(shí)P最大==0.25W答案：先增大后減小0.25W,2.如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)E=30V，內(nèi)阻r=1Ω，燈泡上標(biāo)有“6V12W”字樣，直流電動(dòng)機(jī)線圈電阻R=2Ω，若燈泡恰好能正常發(fā)光，求電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率。,【解析】因燈泡正常發(fā)光，所以I=U內(nèi)=Ir=21V=2V所以電動(dòng)機(jī)電壓為UM=E-U內(nèi)-U=30V-2V-6V=22V電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為P機(jī)=UMI-I2R=222W-222W=36W答案：36W,【補(bǔ)償訓(xùn)練】(多選)如圖所示，E為電源電動(dòng)勢(shì)，r為電源內(nèi)阻，R1為定值電阻(R1>r)，R2為可變電阻，以下說(shuō)法中正確的是(),A.當(dāng)R2=R1+r時(shí)，R2上獲得最大功率B.當(dāng)R1=R2+r時(shí)，R1上獲得最大功率C.當(dāng)R2=0時(shí)，電源的效率最大D.當(dāng)R2=0時(shí)，電源的輸出功率最大,【解析】選A、D。據(jù)題意，電源的輸出功率為：P=I2R=當(dāng)R=r時(shí)，外電阻有最大功率，最大功率為：Pm=，即當(dāng)R2=R1+r時(shí)，R1+r可以看成電源的內(nèi)阻，則R2上獲得最大功率，A選項(xiàng)正確；要使定值電阻R1上獲得最大功率，需要使R1上的電流最大，故只有R2為0才可以實(shí)現(xiàn)，故B錯(cuò)，D正確。R2越大，電源的效率越大，C錯(cuò)。,【拓展例題】考查內(nèi)容：U-I圖象的綜合應(yīng)用【典例】(多選)直線Ⅰ、Ⅱ分別是電源1與電源2的路端電壓隨輸出電流的變化的特性圖線，曲線Ⅲ是一個(gè)小燈泡的伏安特性曲線，如果把該小燈泡分別與電源1、電源2單獨(dú)連接，則下列說(shuō)法正確的是(),A.電源1與電源2的內(nèi)阻之比是11∶7B.電源1與電源2的電動(dòng)勢(shì)之比是1∶1C.這兩種連接狀態(tài)下小燈泡消耗的功率之比是1∶2D.這兩種連接狀態(tài)下小燈泡的電阻之比是1∶2,【正確解答】選A、B、C。根據(jù)電源的U-I圖線，可求出電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻；根據(jù)燈泡伏安特性曲線與電源U-I圖線交點(diǎn)確定燈泡與電源連接時(shí)工作電壓與電流，即可求出功率與燈泡電阻。根據(jù)電源U-I圖線知r1=Ω，r2=Ω，則r1∶r2=11∶7，故A正確。E1=E2=10V，,故B正確。燈泡伏安特性曲線與電源U-I圖線的交點(diǎn)即為燈泡與電源連接時(shí)的工作狀態(tài)，則U1=3V，I1=5A，P1=15W，R1=Ω；U2=5V，I2=6A，P2=30W，R2=Ω；P1∶P2=1∶2，R1∶R2=18∶25，故C正確，D錯(cuò)誤。,