第18講閉合電路歐姆定律,一 電動(dòng)勢(shì),二 閉合電路的歐姆定律,教材研讀,突破一 閉合電路的動(dòng)態(tài)分析,突破二 電路中的功率及效率,突破三 電源的U-I圖線(xiàn)和電阻的U-I圖線(xiàn),重難突破,突破四 含容電路的分析與計(jì)算,一、電動(dòng)勢(shì),教材研讀,1.電源:通過(guò)非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。,2.電動(dòng)勢(shì) (1)定義:非靜電力在電源內(nèi)部把正電荷從負(fù)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(dòng)勢(shì)。,(2)表達(dá)式:E=。 (3)物理意義:反映不同電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)。數(shù)值等于電源沒(méi)有接入電路時(shí)兩極間的電壓。 3.電阻 電源的內(nèi)部也是由導(dǎo)體組成的,所以也有電阻,這個(gè)電阻叫做電源的內(nèi)阻。,(3)路端電壓與外電阻的關(guān)系,3.U-I圖像 (1)如圖甲所示為U-I圖像,由U=E-Ir知,圖線(xiàn)為一條直線(xiàn),縱截距表示電源電動(dòng)勢(shì),橫截距表示短路電流,直線(xiàn)斜率的絕對(duì)值等于電源內(nèi)阻。,1.判斷下列說(shuō)法的正誤: (1)當(dāng)外電阻增大時(shí),路端電壓也增大。() (2)閉合電路中的短路電流無(wú)限大。() (3)在閉合電路中,外電阻越大,電源的輸出功率越大。() (4)電源的輸出功率越大,電源的效率越高。(),2.將一電源電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電池,與外電路連接,構(gòu)成一個(gè)閉合電路,用R表示外電路總電阻,I表示電路的總電流,下列說(shuō)法正確的是(C) A.由U外=IR可知,外電壓隨I的增大而增大 B.由U內(nèi)=Ir可知,電源兩端的電壓隨I的增大而增大 C.由U外=E-Ir可知,電源輸出電壓隨輸出電流I的增大而減小 D.由P=IU外可知,電源的輸出功率P隨輸出電流I的增大而增大,3.一電池外電路斷開(kāi)時(shí)的路端電壓為3 V,接上8 的負(fù)載后路端電壓降為2.4 V,則可以判定電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r分別為(B) 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 ,4.某直流電路如圖所示,電源內(nèi)阻不可忽略,在滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)時(shí),電源的(C) A.總功率一定增大 B.效率一定減小 C.內(nèi)部損耗功率一定減小 D.輸出功率一定先增大后減小,突破一閉合電路的動(dòng)態(tài)分析,重難突破,1.判定總電阻變化情況的規(guī)律 (1)當(dāng)外電路的任何一個(gè)電阻增大(或減小)時(shí),電路的總電阻一定增大(或減小)。 (2)若開(kāi)關(guān)的通、斷使串聯(lián)的用電器增多時(shí),電路的總電阻增大;若開(kāi)關(guān)的通、斷使并聯(lián)的支路增多時(shí),電路的總電阻減小。,2.電路動(dòng)態(tài)分析的方法 (1)程序法:遵循“局部整體部分”的思路,按以下步驟分析: (2)極限法:因滑動(dòng)變阻器滑片滑動(dòng)引起的電路變化問(wèn)題,可將滑動(dòng)變阻器的滑片分別滑至兩個(gè)極端去討論。,(3)串反并同法:“串反”是指某一電阻增大(或減小)時(shí),與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小(或增大)。“并同”是指某一電阻增大(或減小)時(shí),與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大(或減小)。,典例1如圖所示的電路中,電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻恒定不變,滑片P在變阻器的中點(diǎn)位置時(shí),燈泡L正常發(fā)光,現(xiàn)將滑片P移到最右端,則(C) A.電壓表的示數(shù)變大 B.電流表的示數(shù)變小 C.燈泡L消耗的功率變小 D.電阻R1消耗的功率變小,解析將滑片P移到最右端,滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻減小,導(dǎo)致電路總電阻減小,根據(jù)閉合電路歐姆定律可得,電路的總電流增大,而電流表在干路中,測(cè)量電路總電流,所以電流表的示數(shù)變大,因?yàn)殡妷罕頊y(cè)量滑動(dòng)變阻器兩端的電壓,而滑動(dòng)變阻器的電阻減小,故電壓表的示數(shù)減小,A、B錯(cuò)誤;路端電阻減小,則燈泡兩端的電壓減小,根據(jù)公式PL=可得燈泡消耗的功率減小,C正確;通過(guò)燈泡的電流減小,而總電流是增大的,所以通過(guò)R1的電流增大,根據(jù)公式P=I2R1可得R1消耗的電功率增大,故D錯(cuò)誤。,1-1如圖所示電路中,電源內(nèi)阻不能忽略,兩個(gè)電壓表均為理想電表。當(dāng)滑動(dòng)變阻器R2的滑動(dòng)觸頭P移動(dòng)時(shí),關(guān)于兩個(gè)電壓表V1與V2的示數(shù),下列判斷正確的是(C) A.P向a移動(dòng),V1示數(shù)減小、V2示數(shù)減小 B.P向b移動(dòng),V1示數(shù)增大、V2示數(shù)減小 C.P向a移動(dòng),V1示數(shù)改變量的絕對(duì)值小 于V2示數(shù)改變量的絕對(duì)值 D.P向b移動(dòng),V1示數(shù)改變量的絕對(duì)值大于V2示數(shù)改變量的絕對(duì)值,解析P向a移動(dòng),R2連入電路的電阻減小,根據(jù)“并同串反”可知V2示數(shù)減小,V1示數(shù)增大,U內(nèi)增大,A錯(cuò)誤;同理,B錯(cuò)誤;E=U內(nèi)+U外=U內(nèi)+UV1+UV2,電源電動(dòng)勢(shì)不變,U內(nèi)改變量的絕對(duì)值與V1示數(shù)改變量的絕對(duì)值之和等于V2示數(shù)改變量的絕對(duì)值,C正確;同理,D錯(cuò)誤。,解析由題,電壓表的示數(shù)增大,R和R1并聯(lián)的電阻增大,得知R增大,總電阻增大,總電流減小,并聯(lián)部分電壓增大,通過(guò)R1的電流增大,所以通過(guò)可變電阻R的電流減小,故A錯(cuò)誤;總電流減小,電阻R2兩端的電壓減小,路端電壓增大,而路端電壓等于外電路總電壓,所以電阻R2兩端的電壓減小量小于U,故B錯(cuò)誤;由歐姆定律知,通過(guò)電阻R2的電流減小,減小量小于,故C錯(cuò)誤;由于電阻R2兩端的電壓減小,所以路端電壓的增大量小于 U,故D正確。,突破二電路中的功率及效率,典例2如圖甲所示電路,定值電阻R0與滑動(dòng)變阻器RP串聯(lián)在電源兩端,電源內(nèi)阻忽略不計(jì),所有電表均為理想電表,改變滑動(dòng)變阻器滑片P的位置,讀取電壓表V1、V2以及電流表A的多組數(shù)據(jù),作出如圖乙所示I-U圖像,其中圖線(xiàn)表示滑動(dòng)變阻器RP兩端電壓隨電流的變化關(guān)系;圖線(xiàn)表示定值電阻R0兩端電壓隨電流的變化關(guān)系。根據(jù)圖上的已知信息,下列說(shuō)法中正確的是( ),A.定值電阻R0= B.圖像中I0=2 A C.當(dāng)RP=R0時(shí),定值電阻R0上消耗的電功率最大 D.在電流表示數(shù)減小的過(guò)程中,電源的輸出功率變大,解析此電路為R0和RP的串聯(lián),電壓表V1測(cè)R0兩端電壓,則有U1=IR0,電壓表V2測(cè)RP兩端電壓,則有U2=E-IR0,由圖可知電源電動(dòng)勢(shì)為6 V,聯(lián)立解得R0=3 ,圖中I0=2 A,故A錯(cuò)誤,B正確;定值電阻R0上消耗的電功率P= R0,當(dāng)RP=0時(shí),定值電阻R0上消耗的電功率最大,故C錯(cuò)誤;由于 電源內(nèi)阻忽略不計(jì),所以電源輸出功率為P=EI,在電流表示數(shù)減小的過(guò)程中,電源的輸出功率變小,故D錯(cuò)誤。,2-1如圖所示,電源電動(dòng)勢(shì)E=2 V,內(nèi)阻r=1 ,電阻R0=2 ,可變電阻的阻值范圍為010 。求可變電阻為多大時(shí),R上消耗的功率最大,最大值為多少?,答案 W,解析方法一:PR=, 根據(jù)閉合電路歐姆定律,路端電壓 U=E=, 所以PR=,代入數(shù)據(jù)整理得PR=,當(dāng)R= 時(shí),R上 消耗的功率最大,Pmax= W。,方法二:采用等效電源法分析,把定值電阻等效到電源的內(nèi)部,即把電源和定值電阻看做電動(dòng)勢(shì)為E=E、內(nèi)阻為r=的電源,當(dāng)R=r= 時(shí),電源對(duì)外電路R的輸出功率最大,Pmax=。 把數(shù)據(jù)代入各式得:E等=E=E= V r等=r= 所以Pmax= W。,突破三電源的U-I圖線(xiàn)和電阻的U-I圖線(xiàn),典例3如圖所示,直線(xiàn)A、B分別為電源a、b的路端電壓與電流的關(guān)系圖線(xiàn),設(shè)兩個(gè)電源的內(nèi)阻分別為ra和rb,若將一定值電阻R0分別接到a、b兩電源上,通過(guò)R0的電流分別為Ia和Ib, 則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(D) A.rarb B.IaIb C.R0接到a電源上,電源的輸出功率較大,但電源的效率較低 D.R0接到b電源上,電源的輸出功率較小,電源的效率較低,解析在電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖像中斜率的絕對(duì)值表示電源內(nèi)阻,rarb,A正確;在圖像中作出定值電阻R0的伏安特性曲線(xiàn),與電源的圖線(xiàn)的交點(diǎn)表示電路工作點(diǎn),IaIb,B正確;R0接到a電源上,電源的輸出功率較大,但電源的效率較低,R0接到b電源上,電源的輸出功率較小,但電源的效率較高,C正確,D錯(cuò)誤。,3-1如圖所示,直線(xiàn)A為電源的U-I圖線(xiàn),直線(xiàn)B為電阻R的U-I圖線(xiàn),用該電源和電阻組成閉合電路時(shí),電源的輸出功率和電路的總功率分別是 (C) A.4 W,8 WB.2 W,4 W C.4 W,6 WD.2 W,3 W,解析從題圖中可知E=3 V,圖線(xiàn)A和圖線(xiàn)B的交點(diǎn)是電源和電阻R構(gòu)成電路的工作點(diǎn)。因此P出=UI=4 W,P總=EI=6 W。故選C。,典例4某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系和電阻R1、R2的電壓與電流的關(guān)系如圖所示,用此電源和電阻R1、R2組成電路,R1、R2可以同時(shí)接入電路,也可以單獨(dú)接入電路。為使電源輸出功率最大,可采用的接法是(C) A.將R1、R2串聯(lián)后接到電源兩端 B.將R1、R2并聯(lián)后接到電源兩端 C.將R1單獨(dú)接到電源兩端 D.將R2單獨(dú)接到電源兩端,解析由題圖知電源電動(dòng)勢(shì)為E=3 V,內(nèi)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(nèi)阻相等,所以C對(duì)。,4-1(多選)某中學(xué)物理學(xué)習(xí)興趣小組做“測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn),他們分別測(cè)了兩個(gè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,并利用所測(cè)數(shù)據(jù)繪出兩電源的U-I圖像分別如圖中所示,則(AD) A.電源的電動(dòng)勢(shì)比電源的大 B.電源的內(nèi)阻比電源的小 C.當(dāng)外接相同電阻時(shí),兩電源的輸出功率可能相等 D.當(dāng)外接相同電阻時(shí),電源的輸出功率一定比電源的輸出功率大,解析由圖像在U坐標(biāo)軸上的截距表示電源電動(dòng)勢(shì),圖線(xiàn)的斜率的絕對(duì)值表示電源的內(nèi)阻,可得A正確、B錯(cuò)誤。 作外接電阻R的U-I曲線(xiàn)分別交電源、的U-I 圖線(xiàn)于S1、S2兩點(diǎn),如圖所示: 電源的工作點(diǎn)橫、縱坐標(biāo)的乘積IU為電源的輸出功率,由圖可知,無(wú)論外接多大電阻,工作點(diǎn)S1的橫、縱坐標(biāo)的乘積都大于S2的橫、縱坐標(biāo)的乘積,可知電源的輸出功率總比電源的輸出功率大,故C錯(cuò)誤,D正確。,突破四含容電路的分析與計(jì)算,1.直流電路中電容的作用分析 在直流電路中,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(gè)阻值無(wú)限大(只考慮電容器是理想的不漏電的情況)的元件,電容器所處電路可看做是斷路,簡(jiǎn)化電路時(shí)可去掉它,簡(jiǎn)化后若要求電容器所帶電荷量時(shí),可接在相應(yīng)的位置上。分析和計(jì)算含有電容器的直流電路時(shí),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(wú)電流通過(guò),所以在此支路中的電阻上無(wú)電壓降,電容器兩極板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(shí),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(shí),將會(huì)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(guò)與它連接的電路放電。,2.直流電路中靜電計(jì)與電壓表的分析 靜電計(jì)的本質(zhì)是一個(gè)電容器,因此含有靜電計(jì)的支路處理方法與電容器一樣,即看做斷路處理;但是電壓表是阻值相對(duì)很大的電阻,含有電壓表的支路,依然有微弱電流經(jīng)過(guò)。,典例5在如圖所示的電路中,開(kāi)關(guān)閉合后,燈泡L能正常發(fā)光。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí),下列判斷正確的是(D) A.滑動(dòng)變阻器R的接入阻值變小 B.燈泡L變亮 C.電源消耗的功率增大 D.電容器C的電荷量增大,解析滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí),其接入電阻增大,流過(guò)R的電流減小,燈泡L變暗,故A、B錯(cuò)誤;由P總=EI知電源消耗的功率減小,C錯(cuò)誤;電容器C上電壓為路端電壓,由U=E-Ir知路端電壓增大,即電容器C的電荷量增大,D正確。,5-1在如圖所示的電路中,R1=11 ,r=1 ,R2=R3=6 ,當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合且電路穩(wěn)定時(shí),電容器C帶電荷量為Q1;當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)且電路穩(wěn)定時(shí),電容器C帶電荷量為Q2,則(A) A.Q1Q2=13B.Q1Q2=31 C.Q1Q2=15D.Q1Q2=51,解析當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí),電容器兩端電壓等于R2兩端的電壓,U2=,Q1=C;當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),電容器兩端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì), U=E,Q2=EC,所以Q1Q2=13,選項(xiàng)A正確。,5-2如圖所示的電路中,電源電動(dòng)勢(shì)E=8 V,內(nèi)阻r=2 ,電阻R2=6 ,電容為1 F的平行板電容器水平放置且下極板接地。當(dāng)滑動(dòng)變阻器R1的滑片處于b端時(shí),有一帶電油滴位于板間正中央P點(diǎn)且恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)。下列說(shuō)法正確的是(B) A.此時(shí)P點(diǎn)電勢(shì)為6 V B.電容器上極板所帶電荷量為610-6 C C.若僅將電容器上極板緩慢上移少許,則P點(diǎn)電勢(shì)不變 D.若僅將滑片從b端向a端緩慢移動(dòng)少許,則油滴將向下移動(dòng),