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,電流的方向為從電源的_____流向_____,沿電流方向電勢_____。(2)內(nèi)電路:①電源_____的電路。②在內(nèi)電路中,電流的方向為從電源的_____流向_____,沿電流方向電勢_____。,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。,電動勢,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,電勢,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,電流_____,路端電壓_____;當(dāng)外電阻減小時,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)電路斷開時,電路中的電流為零,路端電壓也為零。()(5)外電路短路時,電路中的電流無窮大。(),,提示:(1)。沿著電流方向,外電路電勢降低,而內(nèi)電路電勢升高。(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,可知電路斷開時,路端電壓最大。(5)。外電路短路時,電路中的電流I=,并非無窮大。,,【生活鏈接】將一個新的電壓為1.5V的電池接在如圖所示的電路中,當(dāng)開關(guān)沒有閉合的時候,用電壓表測量出的電壓為1.5V。請問:當(dāng)圖中開關(guān)閉合后,電壓表的讀數(shù)會怎樣改變?為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象?,提示:當(dāng)開關(guān)閉合以后,電壓表讀數(shù)變小,因為電源內(nèi)有內(nèi)阻。所以為了更形象地表示出電源的內(nèi)阻,我們在處理電源接入外電路時,往往將電源等效為一個恒定電源和一個電阻。如圖所示:,知識點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,雖然電動勢沒減小多少,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,電動勢雖然不會明顯減小,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: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)開關(guān)S切換到位置1時,電流表的讀數(shù)為I1=0.2A;當(dāng)開關(guān)S切換到位置2時,電流表的讀數(shù)為I2=0.3A,求電源的電動勢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】閉合電路問題的求解方法(1)分析電路特點: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量哪一部分的電壓,電流表測量哪個用電器的電流。(2)求干路中的電流:若各電阻阻值和電動勢都已知,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求。,,(3)應(yīng)用閉合電路的歐姆定律解決問題時,應(yīng)根據(jù)部分電路的歐姆定律和電路的串、并聯(lián)特點求出部分電路的電壓和電流。,,【過關(guān)訓(xùn)練】如圖所示電動勢為2V的電源跟一個阻值R=9Ω的電阻接成閉合電路,測得電源兩端電壓為1.8V,求電源的內(nèi)阻。,,【解析】通過電阻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),就可以使這個小燈泡正常發(fā)光,由此可知,所用電池組的電動勢是()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。,知識點二閉合電路的動態(tài)分析方法探究導(dǎo)入:如圖所示,當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P向右移動時,三個燈泡亮度的變化情況怎樣?,提示:當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P向右移動時,變阻器接入電路的電阻減小,外電路總電阻減??;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.閉合電路動態(tài)分析的思路:閉合電路中由于局部電阻變化(或開關(guān)的通斷)引起各部分電壓、電流(或燈泡明暗)發(fā)生變化,分析這類問題的基本思路:,2.閉合電路動態(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,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、電功率都將減小。,②“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。(3)特殊值法與極限法: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。,【典題通關(guān)】考查角度1開關(guān)通斷引起的動態(tài)變化【典例1】在如圖所示的電路中,開關(guān)S原來是閉合的,現(xiàn)將S斷開,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)開關(guān)閉合時,R2與L串聯(lián)后與R3并聯(lián),再與R1串聯(lián);當(dāng)開關(guān)斷開時,R3斷開,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(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)某一部分電路開關(guān)斷開相當(dāng)于電阻變大,開關(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態(tài)變化【典例2】(多選)如圖所示的電路中,電源電動勢為E、內(nèi)電阻為r。當(dāng)開關(guān)S閉合時,在滑動變阻器的滑動觸片P從圖示位置向上滑動①的過程中(),A.電路中的總電流②變大B.路端電壓②變大C.通過電阻R2的電流變大D.通過滑動變阻器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】電路動態(tài)分析的六個步驟(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=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,判斷各部分電路的電流、電壓、電功率、電功如何變化。,【過關(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。在滑動變阻器的滑片P從最右端滑向最左端的過程中,下列說法正確的是(),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向左滑動時,由于滑動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,電源的電動勢為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的滑動觸點向圖中a端移動時(),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的滑動觸點向圖中a端移動時,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D正確。,【補償訓(xùn)練】1.如圖所示,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r。當(dāng)逐一閉合開關(guān),接入燈泡增多時,以下說法不正確的是(),A.燈少時燈泡較亮,燈多時燈泡較暗B.燈多時各燈兩端的電壓較低C.燈多時通過電源的電流較大D.燈多時通過各燈的電流較大,【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A、B、C正確,選項D錯誤。故選D。,2.在如圖所示的閉合電路中,當(dāng)滑片P向右移動時,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。滑片P向右移動時,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,所以滑動變阻器兩端的電壓升高,電壓表示數(shù)變大,故B項正確。,知識點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)電流通過內(nèi)外電路時都要做功。請問: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,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,P出max=(3)一個輸出功率P(除最大功率外)對應(yīng)于兩個不同的外電阻R1和R2,且r=。(4)當(dāng)Rr時,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含電動機閉合電路功率的計算【典例1】如圖所示,電源的電動勢是6V,內(nèi)電阻是0.5Ω,小電動機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)電動機消耗的功率和電動機輸出的機械功率。,【正確解答】(1)在串聯(lián)電路中,電壓表測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機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功率的極值問題【典例2】(2018青島高二檢測)如圖所示電路中,電池的電動勢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,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,P2最小,即當(dāng)R0=400Ω時,P2有最小值P2min=100W=0.01W。答案:(1)R0=100ΩW(2)0.01W,【過關(guān)訓(xùn)練】1.(拓展延伸)在【典例2】中R0由0增大到400Ω的過程中,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P最大==0.25W答案:先增大后減小0.25W,2.如圖所示,電源電動勢E=30V,內(nèi)阻r=1Ω,燈泡上標(biāo)有“6V12W”字樣,直流電動機線圈電阻R=2Ω,若燈泡恰好能正常發(fā)光,求電動機輸出的機械功率。,【解析】因燈泡正常發(fā)光,所以I=U內(nèi)=Ir=21V=2V所以電動機電壓為UM=E-U內(nèi)-U=30V-2V-6V=22V電動機輸出的機械功率為P機=UMI-I2R=222W-222W=36W答案:36W,【補償訓(xùn)練】(多選)如圖所示,E為電源電動勢,r為電源內(nèi)阻,R1為定值電阻(R1>r),R2為可變電阻,以下說法中正確的是(),A.當(dāng)R2=R1+r時,R2上獲得最大功率B.當(dāng)R1=R2+r時,R1上獲得最大功率C.當(dāng)R2=0時,電源的效率最大D.當(dāng)R2=0時,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,外電阻有最大功率,最大功率為:Pm=,即當(dāng)R2=R1+r時,R1+r可以看成電源的內(nèi)阻,則R2上獲得最大功率,A選項正確;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才可以實現(xiàn),故B錯,D正確。R2越大,電源的效率越大,C錯。,【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單獨連接,則下列說法正確的是(),A.電源1與電源2的內(nèi)阻之比是11∶7B.電源1與電源2的電動勢之比是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,可求出電動勢和內(nèi)阻;根據(jù)燈泡伏安特性曲線與電源U-I圖線交點確定燈泡與電源連接時工作電壓與電流,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圖線的交點即為燈泡與電源連接時的工作狀態(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錯誤。,- 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