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1、浙 江 專 用 物 理第 2講 閉 合 電 路 歐 姆 定 律 一、電動勢1.電源:通過非靜電力做功把其他形式的能轉化為電能的裝置。2.電動勢知 識 梳 理(1)定義:非靜電力在電源內部把正電荷從負極移送到正極所做的功與被移送的電荷量的比值叫做電源的電動勢。(2)表達式:E=(3)物理意義:反映不同電源把其他形式的能轉化為電能本領大小的物理量。數(shù)值等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓。Wq 4.辨析(1)電源沒有接入電路時兩極間的電壓就是電動勢( )(2)用電壓表直接測量電源正負極之間的電壓值約等于電源的電動勢()二、閉合電路的歐姆定律1.內容:閉合電路中的電流跟電源電動勢成正比,跟內、外電路電
2、阻之和成反比。2.公式(1)I=,該式只適用于純電阻電路。ER r3.電阻電源的內部也是由導體組成的,所以也有電阻,這個電阻叫做電源的內阻。 (2)E=U外+U內,即E=U外+Ir,該式既適用于純電阻電路,也適用于非純電阻電路。3.路端電壓與外電阻的關系(1)當外電阻R增大時,I減小,內電壓U內減小,路端電壓U外增大。當外電路斷開時,I=0,U外=E。(2)當外電阻R減小時,I增大,內電壓U 內增大,路端電壓U外減小。當外電路短路時,外電阻R=0,I=,U外=0。Er 4.U-I圖像(1)如圖甲所示為U-I圖像,由U=E-Ir知,圖線為一條直線,縱截距表示電源電動勢,橫截距表示短路電流,直線斜
3、率的絕對值等于電源內阻。 甲乙 (2)如圖乙所示,縱軸如不從零開始,此時圖線與橫軸交點的橫坐標I1并非短路電流,但圖線與縱軸交點的縱坐標仍代表電源電動勢,圖線斜率的絕對值仍等于電源內阻。5.閉合電路中的功率(1)電源的總功率:P總=EI(2)電源內耗功率:P 內=I2r(3)電源的輸出功率:P出=UI=EI-I2r(4)電源的效率:=100%=100%UE RR r 1.下列關于電源電動勢的說法正確的是()電動勢是用來反映電源將其他形式的能轉化為電能的本領大小的物理量外電路斷開時的路端電壓等于電源電動勢用內電阻很大的電壓表直接測量電源正負極之間的電壓值約等于電源的電動勢外電路的總電阻越小,則路
4、端電壓越接近電源的電動勢A.B.C.D.只有 1.答案B電動勢是表示電源把其他形式的能轉化為電能的本領大小的物理量,正確。由E=U+Ir知,當外電路斷開時,I=0,E=U,正確。由于電壓表電阻很大,I很小,則U E,正確。外電路的總電阻越小,路端電壓越小,錯。正確選項為B。 2.如圖所示,直線A為電源a的路端電壓與電流的關系圖線;直線B為電源b的路端電壓與電流的關系圖線;直線C為一個電阻R兩端電壓與電流的關系圖線。將這個電阻分別接到a、b兩電源上,那么()A.R接到b電源上時電源的效率較高B.R接到b電源上時電源的輸出功率較大 C.R接到a電源上時電源的輸出功率較大,但電源效率較低D.R接到a
5、電源上時電阻的發(fā)熱功率較大,電源效率也較高 2.答案AC由圖知EaEb,內阻rarb,當電阻R接到電源兩極時,電源的效率為=,所以R接到電源b上時,電源的效率較高,A對,D錯。由圖知,R接到電源a上時,電源的輸出電壓和電流均比接到b上時大,從而使電源的輸出功率較大,B錯,C對。故選A、C。22( )I RI R r RR r 3.一電池外電路斷開時的路端電壓為3V,接上8的負載電阻后路端電壓降為2.4V,則可以判定電池的電動勢E和內電阻r為()A.E=2.4V,r=1B.E=3V,r=2C.E=2.4V,r=2D.E=3V,r=1答案B電池開路時的路端電壓等于電池電動勢的大小,故E=3V。接上
6、8電阻后的路端電壓U=,即r=-R=2,故應選B。ERR r ERU 3 8 82.4 4.如圖所示電路中,電源的電動勢E=9V,內阻r=3,R=15,下列說法中正確的是()A.當S斷開時,UAC=9VB.當S閉合時,UAC=9VC.當S閉合時,UAB=7.5V,UBC=0D.當S斷開時,U AB=0,UBC=0 4.答案AC當S斷開時,路端電壓即A、C間電壓等于電源電動勢,UAC=E=9V,UAB=0,UBC=9V,A對,D錯;S閉合時,I=0.5A,UAB=UAC=IR=7.5V,UBC=0,B錯,C對。ER r 重難一對閉合電路歐姆定律的理解1.電動勢與電壓的區(qū)別和聯(lián)系(1)電源電動勢是
7、表征電源特性的物理量,只與電源有關,與外電路的狀況無關;電路中任意兩點之間的電壓與電源的電動勢和電路參數(shù)有關。(2)電動勢的大小反映了電源把其他形式的能轉化為電能的本領,即非靜電力移送單位正電荷從電源負極至正極所做的功;電壓的大小表示電場力在電場中兩點之間移動單位正電荷做的功,是把電能轉化為其他形式的能。重 難 突 破 (3)兩者之間的聯(lián)系:電路閉合時,E=U內+U外;電路斷開時,E=U外。2.對閉合電路歐姆定律的理解(1)公式E=I(R+r)只適用于外電路為純電阻的閉合電路;而E=U+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。在應用時一定要注意外電路是否為純電
8、阻電路。(2)對于E=I(R+r)或E=U+Ir兩邊同乘以電流I,可得EI=I 2R+I2r或EI=UI+I2r。 典例1如圖所示,電源電動勢E=6V,內電阻r=2,定值電阻R1=R2=12,電動機M的內電阻R3=2。當開關S閉合,電動機轉動穩(wěn)定后,電壓表的讀數(shù)U1=4V。若電動機除內電阻外其他損耗不計,求:(1)電路的路端電壓U2;(2)電動機輸出的機械功率P。 解析(1)設干路電流為I,對閉合電路而言,有E=U2+Ir成立。設通過R1和電動機的電流為I1,通過R2的電流為I2。對R1、R2而言,歐姆定律適用,有I1=,I2=。由并聯(lián)電路特點,有I=I1+I2。解得U2=5V,I1=A。(2
9、)電動機中輸入的電功率P1=I1U1,轉化為機械功率P和其內電阻生熱的功率P 2=R3。據能量守恒定律有P=P1-P2,代入數(shù)據得P=W2 11U UR 22UR11221I 21 14 212 12 =0.32W。答案(1)5V(2)0.32W 1-1如圖所示的電路中,電源電動勢E=6.0V,內阻r=0.6,電阻R2=0.5,當開關S斷開時,理想電流表的示數(shù)為1.5A,理想電壓表的示數(shù)為3.0V,試求:(1)電阻R3和R1的阻值;(2)當S閉合后,電壓表的示數(shù)以及R2上消耗的電功率。 答案(1)21.4(2)1.0V2.0W解析(1)當開關斷開時,其等效電路如圖所示,R3=2根據閉合電路歐姆
10、定律有:E=I(R1+r)+U解得R1=1.4(2)當S閉合后,R 并=0.4 UI2 32 3R RR RU=R并=1.0VP=2.0W1Er R R 并22UR 1-2下列關于電源的說法,正確的是()A.電源提供的電能越多,表示電動勢越大B.電動勢就是電源兩端的電壓C.電源的電動勢與外電路有關,外電路電阻越大,電動勢就越大D.電動勢越大的電源,將其他形式的能轉化為電能的本領越大答案D解析電源提供的電能可用W=EIt表示,除與電動勢有關之外,還與輸出的電流、通電時間有關,故A錯誤;只有當外電路斷路時,電動勢才等于電源兩端的電壓,故B錯;電源的電動勢由電源自身的性質決定,與有無外電路無關,故選
11、項C錯誤;電動勢是反映電源把其他形式的能轉化為電能本領的物理量,故選項D正 確。 圖像物理意義注意問題部分電路的U-I圖像反映I跟U的正比關系圖線為直線時斜率表示導體的電阻,斜率越大,電阻越大;圖線為曲線時,圖線上的點與坐標原點的連線的斜率表示該點對應的電阻閉合電路的U-I圖像表示電源的輸出特性,縱截距為電源電動勢,橫截距為短路電流圖線斜率的絕對值表示電源的內阻(注意兩軸交點處縱坐標是否為零)重難二兩種U-I圖像的比較 典例2如圖所示,圖中直線表示某電源的路端電壓與電流的關系圖像,圖中曲線表示該電源的輸出功率與電流的關系圖像,則下列說法正確的是()A.電源的電動勢為50VB.電源的內阻為C.電
12、流為2.5A時,外電路的電阻為15D.輸出功率為120W時,輸出電壓是30V253 解析由圖線可知電源電動勢為50V,A對;電源內阻為圖線斜率的絕對值,故電源內阻為5,B錯;電流為2.5A時,由圖像可知路端電壓為37.5V,故外電路的電阻為15,C對;輸出功率為120W時,由圖像可知,電流為4A,輸出電壓為30V,D對。答案ACD 2-1某一電源的路端電壓與電流的關系和電阻R1、R2的電壓與電流的關系如圖所示,用此電源和電阻R1、R2組成電路,R1、R2可以同時接入電路,也可以單獨接入電路。為使電源輸出功率最大,可采用的接法是()A.將R1、R2串聯(lián)后接到電源兩端B.將R1、R2并聯(lián)后接到電源
13、兩端C.將R 1單獨接到電源兩端D.將R2單獨接到電源兩端 答案C解析由題圖知電源電動勢為E=3V,內阻為R=0.5,電阻R1=0.5,R2=1,要使電源的輸出功率最大,則只需外電阻與電源內阻相等,所以C對。 2-2如圖為兩個獨立電路A和B的路端電壓與其總電流I的關系圖線,則() A.路端電壓都為U 1時,它們的外電阻相等B.電流都是I1時,兩電源內電壓相等C.電路A中電源的電動勢大于電路B中電源的電動勢D.電路A中電源的內阻大于電路B中電源的內阻 解析在路端電壓與總電流的關系圖線中,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阻,可見EAEB,rArB。圖中兩直線的交點坐標為
14、(I1、U1),由R=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,因為r不相等,故兩電源內電壓不相等,所以選項A、C、D正確。UI答案ACD 1.電源的輸出功率:指外電路上的電功率。它在數(shù)值上等于總電流I與路端電壓U的乘積,即P出=IU。對于純電阻電路,電源的輸出功率P出=I2R=()2R=。由上式可以看出,當外電阻等于電源內電阻(R=r)時,電源輸出功率最大,其最大輸出功率為P m ax=;畫出電源輸出功率與外電阻的關系如圖所 ER r 22( ) 4E RR r Rr 22( ) 4ER r rR 24Er 重難三電源輸出的最大功率和用電器獲得的最大功率的分
15、析 示,由圖像上可知,對應于電源的非最大功率P0可以有兩個不同的外電阻R1和R2。從圖像上還可看出函數(shù)的非單調性,當Rr時,若R增大,P出減小。 P內=I2r。根據能量守恒定律可得P=P出+P內。3.電源的效率:指電源的輸出功率與電源功率之比,即=100%=100%=100%。對純電阻電路,電源的效率為=100%=100%=100%。由上式看出,外電阻越大,電源的效率越高。PP出IUIE UE22( )I RI R r RR r 11 rR2.電源內部損耗的功率:指內電阻的熱功率,即 典例3如圖所示,R1為定值電阻,R2為可變電阻,E為電源電動勢,r為電源內電阻,以下說法中正確的是()A.當R
16、2=R1+r時,R2獲得最大功率B.當R1=R2+r時,R1獲得最大功率C.當R2=0時,R1獲得最大功率D.當R 2=0時,電源的輸出功率最大 解析在討論R2的電功率時,可將R1視為電源內阻的一部分,即將原電路等效為外電阻R2與電動勢為E、內阻為(R1+r)的電源(等效電源)連成的閉合電路(如圖甲),R2的電功率是等效電源的輸出功率,顯然當R2=R1+r時,R2獲得的電功率最大,選項A正確;討論R1的電功率時,由于R1為定值,根據P=I2R知,電路中電流越大,R1上的電功率就越大(P1=I2R1),所以,當R2=0時,等效電源內阻最小(等于r)(如圖乙),R 1獲得的電功率最大,故選項B錯誤
17、,C正確;討論電源的輸出功率時,(R1+R2)為外電阻,內電阻r恒定,由于題目沒有給出R1和r的大小關系,所以當R2=0時,電源輸出功率不一定最大,故選項D錯誤。答案AC 3-1如圖所示,已知電源的電動勢E=10V,內阻r=1,定值電阻R0=4,滑動變阻器的總電阻R=10。求:(1)電源的最大輸出功率;(2)定值電阻R0消耗功率的最大值;(3)滑動變阻器上消耗功率的最大值。 答案(1)16W(2)16W(3)5W解析(1)R0r,則R=0時,電源的輸出功率最大,Pm =R0=4W=16W。(2)R=0時,R0上消耗的功率最大,=Pm =16W。(3)把R 0等效為電源內阻,則R=R0+r=5時
18、,R上消耗的功率最大,PR=W=5W。20ER r 2104 1 0RP 24ER 2104 5 一、閉合電路的動態(tài)變化問題分析方法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總的變化情況,再由歐姆定律判斷I總和U端的變化情況,最后由部分電路歐姆定律確定各部分物理量的變化情況。即R局 R總 I總 U端 注意此法一定要抓住不變量去分析變化量。增大減小增大減小減小增大增大減小IU分分思 想 方 法 2.“并同串反”法:所謂“并同”,即某一電阻增大時,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、
19、兩端電壓、電功率都將減小;所謂“串反”,即某一電阻增大時,與它串聯(lián)或者間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小。要注意“并同串反”規(guī)律不能作為知識點,只能是一種解題技巧。3.極限法: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,從而找出結論。 典例1如圖所示,電源內阻不可忽略,當滑動變阻器R3的滑片C向B方向移動時,電路中各電表示數(shù)如何變化?(電表內阻對電路的影響不計) 過程可表示為:變阻器滑片C向B移動R滑R并R外;由閉合電路歐姆定律得I1=I總=,故示數(shù)變小;U=E-I總r,故示數(shù)變大;U1
20、=I1R1,故示數(shù)變小;U2=U-U1,故示數(shù)變大;由I2=U2/R2,故示數(shù)變大;由并聯(lián)電路性質,I3=I1-I2,故示數(shù)變小。答案見解析ER r 外解析為了使表述一目了然,可以用箭頭表示各量的變化趨勢:用“”表示量值變大,“”表示量值變小,不標箭頭表示量值不變,則本題解答 A.通過R1的電流減小,減小量一定等于U/R1B.R2兩端的電壓增加,增加量一定等于U針對訓練1如圖所示的電路中,電源內阻不可忽略,若調整可變電阻R的阻值,可使電壓表的示數(shù)減小U(電壓表為理想電表),在這個過程中()C.路端電壓減小,減小量一定等于UD.通過R2的電流增加,但增加量一定大于U/R2 答案A解析由并同串反結
21、論可知,當R減小時并聯(lián)部分電壓減小,電壓表示數(shù)減小,與其并聯(lián)的R1中的電流也減小,與其串聯(lián)的電阻R2兩端的電壓增大,由歐姆定律得R1兩端電壓減小U=IR1,則A對;由閉合電路歐姆定律知E=U+I(R2+r),電阻R2與r的電壓共增加了U,B、C錯;通過R2的電流增加,增加量一定小于U/R 2,D錯。 二、含容電路的分析方法在直流電路中,當電容器充、放電時,電路里有充、放電電流。一旦電路達到穩(wěn)定狀態(tài),電容器在電路中就相當于一個阻值無限大(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做是斷路,簡化電路時可去掉它。簡化后若要求電容器所帶電荷量,可接在相應的位置上。分析和計算含有電容器
22、的直流電路時,需注意以下幾點: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,因此電容器兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓。2.當電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時,電容器兩極板間的電壓與其并聯(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,電容器將通過與它連接的電路放電。 典例2如圖所示的電路中,R1、R2、R3是定值電阻,R4是光敏電阻,其阻值隨光照的強度增強而減小。當開關S閉合且沒有光照射時,電容器C不帶電。當用強光照射R4且電路穩(wěn)定時,與無光照射時比較()A.電容器C的上極板帶正
23、電B.電容器C的下極板帶正電C.通過R 4的電流變小,電源的路端電壓增大D.通過R4的電流變大,電源提供的總功率變小 解析無光照射時,C不帶電,說明=。當有光照射時,R4阻值減小,則R4分壓減小,C上極板電勢低于下極板電勢,下極板帶正電。由于R4阻值減小,回路中總電流變大,電源路端電壓變小,通過R1、R2的電流變小,通過R4的電流變大,P電源=EI應變大。B正確。答案B 12RR 34RR 針對訓練2如圖所示的電路中,R1、R2、R3均為可變電阻。當開關S閉合后,兩平行金屬板M、N中有一帶電油滴正好處于靜止狀態(tài)。為使帶電油滴向上加速運動,可采取的措施是()A.增大R 1的阻值B.減小R2的阻值C.減小R3的阻值D.增大M、N間距 解析R1的阻值變化不影響電容器兩極板間的電壓,故A錯。R2減小時,電流增大,R3的分壓增大,電容器兩板間的電壓增大,帶電油滴所受電場力增大,向上加速運動,故B正確。R3減小時,電流增大,外電壓減小,R2兩端電壓增大,故R3兩端電壓減小,油滴將向下加速運動,故C錯。由E=可知,增大M、N間距時,極板間場強減小,油滴向下加速運動,故D錯。Ud答案B
高三物理一輪復習 第7章 第2講 閉合電路歐姆定律課件.ppt
