7.閉合電路的歐姆定律,一、閉合電路的歐姆定律 1內(nèi)、外電路 (1)概念：內(nèi)電路是電源內(nèi)部電路，外電路是電源外部電路 (2)特點(diǎn)：外電路中電流由電源 流向 ，沿電流方向電勢(shì) ，內(nèi)電路中電流由電源 流向 ，沿電流方向電勢(shì) 2閉合電路的能量轉(zhuǎn)化 非靜電力做功等于內(nèi)、外電路電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的總和，即：EIt .,正極,負(fù)極,降低,負(fù)極,正極,升高,I2RtI2rt,3閉合電路的歐姆定律 (1)內(nèi)容：閉合電路里的電流，跟電源的電動(dòng)勢(shì)成 ，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成 (2)公式：I 或E . 或E (3)適用條件：、適于外電路為 電路，適于一切電路,正比,反比,IRIr,U外U 內(nèi),純電阻,二、路端電壓與負(fù)載的關(guān)系 1路端電壓與電流的關(guān)系 (1)公式：U . (2)圖象(UI圖象)：如下圖所示是一條傾斜的 ，該直線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)表示 ，斜率的絕對(duì)值表示電源的 ,EIr,直線,電動(dòng)勢(shì),內(nèi)阻,2路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律 (1)外電阻R增大時(shí)，電流I ，外電壓U ，當(dāng)R增大到無(wú)限大(斷路)時(shí)，I ，U . (2)外電阻R減小時(shí)，電流I ，路端電壓U ，當(dāng)R減小到零時(shí)，I ，U .,減小,增大,0,E,增大,減小,0,1對(duì)閉合電路歐姆定律的理解 (1)推導(dǎo)：設(shè)電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)電路電阻為r，外電路電阻為R，閉合電路的電流為I.在時(shí)間t內(nèi)：,(2)關(guān)于電動(dòng)勢(shì)E的幾個(gè)關(guān)系式 EU內(nèi)U外，適用于所有的閉合電路 EI(Rr)，由閉合電路的歐姆定律得到，它僅適用于外電路為純電阻的電路 UEIr，適用于所有的閉合電路，常用來(lái)判斷路端電壓的變化和測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,如下圖所示中電阻R1、R2、R3的阻值相等，電池的內(nèi)阻不計(jì)開(kāi)關(guān)S接通后流過(guò)R2的電流是S接通前的( ),答案： B,2路端電壓的變化 電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻由電源本身決定，不隨外電路電阻的變化而變化，而電流、路端電壓是隨著外電路電阻的變化而變化的,(2)由UEIr知，路端電壓隨干路電流的增大而減小，如圖乙所示如果r0，即電源無(wú)內(nèi)阻，則無(wú)論R、I怎樣變化，UE，說(shuō)明路端電壓變化的根本原因在于電源有內(nèi)阻，內(nèi)阻上由于電流流過(guò)產(chǎn)生電勢(shì)差(從負(fù)極到正極，測(cè)內(nèi)電壓的電壓表正極必須與電池負(fù)極相連),下列關(guān)于閉合電路的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是( ) A電源短路時(shí)，電源的內(nèi)電壓等于電動(dòng)勢(shì) B電源短路時(shí)，路端電壓為零 C電源斷路時(shí)，路端電壓最大 D電源的負(fù)載增加時(shí)，路端電壓也增大 解析： 電源短路時(shí)，外電阻為零，路端電壓為零，由EU內(nèi)U外，故U內(nèi)E，A、B正確；電源斷路時(shí)，R外，I0，由UEI·r，故U最大等于E，C正確；負(fù)載增加，并聯(lián)在電源上的用電器個(gè)數(shù)增加，外電阻減小，路端電壓減小，故D錯(cuò) 答案： D,3閉合電路中的幾種功率和電源的效率 (1)電源向整個(gè)電路提供的總電功率P總EI，隨電流變化而變化 (2)電源內(nèi)部的發(fā)熱功率P內(nèi)I2r. (3)電源的輸出功率即外電路消耗的電功率： P外P出IU外P總P內(nèi)IEI2r. 以上三式普遍適用,如此式可以看出當(dāng)Rr時(shí)，電源的輸出功率最大，P出與R的關(guān)系如右圖所示,當(dāng)外電路的電阻分別為8 和2 時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)在外電路上產(chǎn)生的熱量正好相等，則該電源的內(nèi)電阻是( ) A1 B2 C4 D6 答案： C,4部分電路歐姆定律的UI圖象與閉合電路歐姆定律的UI圖象比較,如下圖所示，I是電源的路端電壓隨電流變化的圖線，是某電阻的伏安特性曲線，當(dāng)該電源向該電阻供電時(shí)，電阻上消耗的功率和電源的效率分別為( ) A4 W和33% B2 W和67% C2 W和33% D4 W和67%,答案： D,No.4 疑難解釋,2用電壓表直接去測(cè)量電源兩極的電壓，這個(gè)電壓是不是電源的電動(dòng)勢(shì)？,3電動(dòng)勢(shì)和電壓有何不同？ 提示：,4在UI圖象中，電源的內(nèi)阻等于圖象斜率的大小圖象的斜率是否等于圖象傾角的正切值？為什么？, 教材資料分析 說(shuō)一說(shuō) 一些同學(xué)可能有這樣的經(jīng)驗(yàn)：傍晚用電多的時(shí)候，燈光發(fā)暗，而 點(diǎn)撥： 家庭電路的用電器都是并聯(lián)的，當(dāng)傍晚用電多的時(shí)候或插上電爐、電暖氣等用電多的電器時(shí)，負(fù)載增多、外電阻R減小，整個(gè)電路的總電阻減小，干路中電流增加，輸電線路上的電壓增加，使用電器兩端的電壓變小，燈光變暗,思考與討論 設(shè)電源的電動(dòng)勢(shì)E3 V，內(nèi)阻r2 ，請(qǐng)根據(jù) 點(diǎn)撥： (1)外電路斷開(kāi)的狀態(tài)對(duì)應(yīng)圖中的A點(diǎn)，此時(shí)電路中電流為零，路端電壓達(dá)到最大值，內(nèi)電壓為零，路端電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì)3 V. (2)電動(dòng)勢(shì)E的大小等于縱軸截距，故電動(dòng)勢(shì)越大，圖象與縱軸的交點(diǎn)縱坐標(biāo)越大 (3)電源短路時(shí)，路端電壓等于零，干路中電流最大，對(duì)應(yīng)于坐標(biāo)系中的B點(diǎn)，此時(shí)電流的大小等于橫軸截距1.5 A.,如右圖所示的電路中，當(dāng)S閉合時(shí)，電壓表和電流表(均為理想電表)的示數(shù)各為1.6 V和0.4 A；當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，它們的示數(shù)各改變0.1 V和0.1 A，求電源的電動(dòng)勢(shì)及電阻,解析： 當(dāng)S閉合時(shí)，由閉合電路歐姆定律得：U1EI1r， 即E1.60.4r 當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，由閉合電路歐姆定律得： U2EI2r，即E(1.60.1)(0.40.1)r 由得：E2 V，r1 . 答案： 2 V 1 【反思總結(jié)】 解此類題時(shí)，一定要先弄清電路的連接方式，以及電流表、電壓表所測(cè)電流、電壓的范圍；理解電壓表和電流表均為理想電表的含義,【跟蹤發(fā)散】 11：如下圖所示的電路中，R1R2R31 ，電壓表內(nèi)阻很大，當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，電壓表示數(shù)為0.8 V，當(dāng)S閉合時(shí)，電壓表示數(shù)為1 V，求電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻,答案： 2 V 0.5 ,如下圖所示電路中，當(dāng)變阻器R3的滑片P向b端移動(dòng)時(shí)( ) A電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變小 B電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變大 C電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變大 D電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變小,答案： B,(2)在閉合電路中，任何一個(gè)電阻增大(或減小)，則總電阻將增大(或減小)，任何一個(gè)電阻增大(或減小)，該電阻兩端的電壓一定會(huì)增大(或減小)，通過(guò)該電阻的電流則會(huì)減小(或增大),【跟蹤發(fā)散】 21：如右圖所示是一實(shí)驗(yàn)電路圖在滑動(dòng)觸頭由a端滑向b端的過(guò)程中，下列表述正確的是( ) A路端電壓變小 B電流表的示數(shù)變大 C電源內(nèi)阻消耗的功率變小 D電路的總電阻變大 解析： 由a到b，R1值減小，因此總電阻變小，D錯(cuò)；總電流增大，由UEIr，E、r不變，路端電壓減小，所以A正確；再結(jié)合歐姆定律知電流表的示數(shù)變小，B錯(cuò)；由P內(nèi)I2r知電源內(nèi)阻消耗的功率變大，C錯(cuò)故選A. 答案： A,如右圖所示的電路中，E3 V，r0.5 ，R01.5 ，電阻箱的最大阻值Rm10 . (1)當(dāng)電阻箱的阻值R_ 時(shí)，它消耗的功率最大，為_(kāi) W. (2)當(dāng)電阻箱的阻值R_ 時(shí)，電阻R0消耗的功率最大，為_(kāi) W.,答案： (1)2 1.125 (2)0 3.375,【跟蹤發(fā)散】 31：如下圖所示，電源的電動(dòng)勢(shì)為30 V，內(nèi)電阻為1 ，一個(gè)“6 V,12 W”的電燈與一個(gè)繞線電阻為2 的電動(dòng)機(jī)串聯(lián)已知電路中的電燈正常發(fā)光，則電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為( ) A36 W B44 W C48 W D60 W,答案： A,如圖所示，E10 V，r1 ，R1R35 ，R24 ，C100 F.當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，電容器中帶電粒子恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，求： (1)S閉合后，帶電粒子加速度的大小和方向； (2)S閉合后流過(guò)R3的總電荷量,(2)S閉合后，流過(guò)R3的總電荷量等于電容器上電荷的增加量，所以QC(UCUC)4×104 C. 答案： (1)g 方向豎直向上 (2)4×104 C,【反思總結(jié)】 分析和計(jì)算含有電容器的直流電路時(shí)，需注意以下三點(diǎn)： (1)在直流電路中，電容器在電路中就相當(dāng)于一個(gè)阻值無(wú)限大的元件，一旦電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在電容器處電路看成是斷路 (2)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)電壓降低，因此電容器兩極間的電壓就等于該支路兩端的電壓 (3)當(dāng)電容器和用電器并聯(lián)后接入電路時(shí)，電容器兩極間的電壓與其并聯(lián)用電器兩端的電壓相等,【跟蹤發(fā)散】 41：如下圖所示，已知C6F，R15 ，R26 ，E6 V，r1 ，開(kāi)關(guān)S原來(lái)處于斷開(kāi)狀態(tài)，下列說(shuō)法中正確的是( ) A開(kāi)關(guān)S閉合瞬間，電流表的讀數(shù)為0.5 A B開(kāi)關(guān)S閉合瞬間，電壓表的讀數(shù)為5.5 V C開(kāi)關(guān)S閉合經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，再將開(kāi)關(guān)S迅速斷開(kāi)，則通過(guò)R2的電荷量為1.8×105 C D以上說(shuō)法都不對(duì),答案： C,1關(guān)于電動(dòng)勢(shì)，以下說(shuō)法中正確的是( ) A電源電動(dòng)勢(shì)等于電源正、負(fù)極之間的電勢(shì)差 B用電壓表直接測(cè)量電源兩極得到的電壓數(shù)值，實(shí)際上總略小于電源電動(dòng)勢(shì)的準(zhǔn)確值 C電源電動(dòng)勢(shì)總等于內(nèi)、外電路上的電壓之和，所以它的數(shù)值與外電路的組成有關(guān) D在閉合電路中，當(dāng)外電阻變大時(shí)，路端電壓增大，電源的電動(dòng)勢(shì)也增大,解析： 電動(dòng)勢(shì)是電源本身的屬性，是由電源本身決定的，與外電路的組成及變化無(wú)關(guān)，故C、D錯(cuò)誤由閉合電路的歐姆定律得EUIr.用電壓表直接測(cè)量電源兩極時(shí)，雖然電壓表的電阻很大，但電路中也有電流，內(nèi)電路中也有電壓降落，電壓表直接測(cè)量電源兩極得到的電壓數(shù)值應(yīng)略小于電動(dòng)勢(shì)，B正確，A錯(cuò)誤 答案： B,2.如右圖所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)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(dòng)，則( ) A電燈L更亮，電流表的示數(shù)減小 B定值電阻R2消耗的功率增大 C電燈L變暗，電源的總功率減小 D電燈L變暗，電流表的示數(shù)增大,答案： A,3.如右圖所示電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)電阻為r，在平行板電容器C中恰好有一帶電粒子處于懸空靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)變阻器R0的滑動(dòng)端向左移動(dòng)時(shí)，帶電粒子將( ) A向上運(yùn)動(dòng) B向下運(yùn)動(dòng) C靜止不動(dòng) D不能確定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化 解析： 當(dāng)滑動(dòng)觸頭向左移動(dòng)時(shí)R0變大，則總電流變小，R兩端的電壓變小，電容器中的場(chǎng)強(qiáng)變小，粒子受到的電場(chǎng)力減小，重力大于電場(chǎng)力，所以粒子將向下運(yùn)動(dòng)，故B正確 答案： B,4(新課標(biāo)全國(guó)卷)電源的效率定義為外電路電阻消耗的功率與電源的總功率之比在測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中得到的實(shí)驗(yàn)圖線如圖所示，圖中U為路端電壓，I為干路電流，a、b為圖線上的兩點(diǎn)，相應(yīng)狀態(tài)下電源的效率分別為a、b.由圖可知a、b的值分別為( ),答案： D,5如下圖所示，電源的電動(dòng)勢(shì)是6 V，內(nèi)電阻是0.5 ，小電動(dòng)機(jī)M的線圈電阻為0.5 ，限流電阻R0為3 .若理想電壓表的示數(shù)為3 V，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,電源的功率PEIE1×6 W6 W 電源內(nèi)耗的功率PrI2r0.5 W 電源的輸出功率P出PEPr5.5 W (2)電動(dòng)機(jī)的分壓UMEIrUR02.5 V 電動(dòng)機(jī)消耗的功率PMIUM1×2.5 W2.5 W 電動(dòng)機(jī)的熱功率P熱I2rM1×0.5 W0.5 W 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率P機(jī)PMP熱2 W 答案： (1)5.5 W (2)2.5 W 2 W,