第2講 閉合電路歐姆定律,知識梳理 一、電源的電動勢和內(nèi)阻 1.電動勢 (1)電源:電源是通過非靜電力做功把 其他形式 的能轉化成 電勢能 的裝置。 (2)電動勢:非靜電力搬運電荷所做的功與搬運的電荷量的比值,E= ,單位:V。,(3)電動勢的物理含義: 電動勢表示電源 把其他形式的能轉化成電勢能 本領的大小,在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓。 2.內(nèi)阻:電源內(nèi)部的電路叫 內(nèi)電路 ,其也有電阻r,叫做電源的 內(nèi)電阻 ,它是電源的另一重要參數(shù)。,二、閉合電路及其歐姆定律,1.閉合電路 (1)組成 (2)內(nèi)、外電壓的關系:E= U外+U內(nèi) 。,2.閉合電路歐姆定律 (1)內(nèi)容:閉合電路中的電流跟電源的電動勢成 正比 ,跟內(nèi)、外電 路的電阻之和成 反比 。 (2)公式 (3)路端電壓與外電阻的關系 a.負載R增大I減小U內(nèi) 減小 U外 增大 ,外電路斷路時(R 無窮),I=0,U外=E。 b.負載R減小I增大U內(nèi) 增大 U外 減小 ,外電路短路時 (R=0),I= ,U內(nèi)=E。 (4)U-I關系圖:由U=E-Ir可知,路端電壓隨著電路中電流的增大而減小:U,-I關系圖線如圖所示。,a.當電路斷路即I=0時,縱軸的截距為 電動勢 。 b.當外電路電壓為U=0時,橫軸的截距為 短路電流 。 c.圖線的斜率的絕對值為電源的 內(nèi)電阻 。,1.有關電壓與電動勢的說法中正確的是 ( ) A.電壓與電動勢的單位都是伏特,所以電動勢與電壓是同一物理量的不 同叫法 B.電動勢就是電源兩極間的電壓 C.電動勢公式E= 中的W與電壓U= 中的W是一樣的,都是靜電力做 的功 D.電動勢是反映電源把其他形式的能轉化為電能的本領強弱的物理量,D,答案 D 電壓和電動勢的單位雖然相同,但它們表示的意義不同,電壓 是表示靜電力做功,將電能轉化為其他形式能的本領大小的物理量;而 電動勢則表示電源把其他形式能轉化為電勢能本領大小的物理量,故電 壓和電動勢是兩個不同的物理量,A、B錯,D正確;電動勢E= 中的W是 非靜電力做功,電壓U= 中的W是靜電力做功,C錯。,2.飛行器在太空飛行,主要靠太陽能電池提供能量。若一太陽能電池板, 測得它的開路電壓為800 mV,短路電流為40 mA。若將該電池板與一阻 值為20 的電阻器連成一閉合電路,則它的路端電壓是 ( ) A.0.10 V B.0.20 V C.0.30 V D.0.40 V,答案 D 電源的開路電壓等于電源電動勢,所以電動勢E=800 mV。 由閉合電路歐姆定律得短路電流I短= ,所以電源內(nèi)阻r= = =20 ,該電源與20 的電阻連成閉合電路時,電路中電流I= = mA=20 mA,所以路端電壓U=IR=400 mV=0.40 V,D項正確。,D,深化拓展,考點一 電路的動態(tài)分析,考點二 電路中的功率及效率,考點三 電源和電阻的U-I圖像的比較,考點四 含電容器電路的分析,考點五 電路故障檢測,深化拓展 考點一 電路的動態(tài)分析 1.程序法:基本思路是“部分整體部分”,無論電阻間是串聯(lián)還是并 聯(lián),只要有一個電阻變大(或變小),R總一定變大(或變小),再由歐姆定律判 知I總和U端的變化情況,先確定串聯(lián)在干路中定值電阻兩端的電壓,再根 據(jù)U端=U1+U2+判定并聯(lián)電路的電壓,最后由部分電路歐姆定律判知各 部分物理量的變化情況。,2.“并同串反”法:所謂“并同”,即某一電阻增大時,與它并聯(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)的 電阻中的電流、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)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,與它串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增 大。要注意“并同串反”的規(guī)律僅作為一種解題技巧供參考。,3.極限法:因變阻器滑片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,可以代入特殊值去判定,從而找出 結論。,1-1 如圖所示的電路中,電源電動勢為E,內(nèi)電阻為r,L為小燈泡(其燈絲 電阻可以視為不變),R1 和R2 為定值電阻,R3 為光敏電阻,其阻值的大小 隨照射光強度的增強而減小。閉合開關S后,將照射光強度增強,則 ( ),D,A.電路的路端電壓將增大 B.燈泡L將變暗 C.R2兩端的電壓將增大 D.R1兩端的電壓將增大,答案 D 光強度增加,R3減小,電路中的總電阻減小,總電流I增加,內(nèi)電 壓增大,路端電壓U減小,A錯誤。由UR1=IR1知R1兩端電壓增大,D正確。 由UR2=U-UR1 得R2兩端電壓減小,通過R2的電流減小,則通過L的電流增 加,燈泡L變亮,B、C錯誤。,1-2 (2011北京理綜,17,6分)如圖所示電路,電源內(nèi)阻不可忽略。開關S 閉合后,在變阻器R0的滑動端向下滑動的過程中 ( ) A.電壓表與電流表的示數(shù)都減小 B.電壓表與電流表的示數(shù)都增大 C.電壓表的示數(shù)增大,電流表的示數(shù)減小,D.電壓表的示數(shù)減小,電流表的示數(shù)增大,A,答案 A 在變阻器R0的滑動端向下滑動過程中,其連入電路的有效電 阻減小,則R總減小,由I= 可知I增大,由U內(nèi)=Ir可知U內(nèi)增大,由E=U內(nèi)+ U外可知U外減小,故電壓表示數(shù)減小。由U1=IR1可知 增大,由U外= +U 并可知U并減小,由I2= 可知電流表示數(shù)變小,故A正確。,考點二 電路中的功率及效率 1.電源的功率 (1)電源的總功率 任意電路:P總=EI=U外I+U內(nèi)I=P出+P內(nèi)。 純電阻電路:P總=I2(R+r)= 。 (2)電源內(nèi)部消耗的功率:P內(nèi)=I2r=U內(nèi)I=P總-P出。 (3)電源的輸出功率: 任意電路:P出=UI=EI-I2r=P總-P內(nèi)。 純電阻電路:P出=I2R= = 輸出功率隨R的變化關系:,a.當R=r時,電源的輸出功率最大,為Pm= 。 b.當Rr時,隨著R的增大,輸出功率越來越小。 c.當Rr時,隨著R的增大,輸出功率越來越大。 d.P出Pm時,每個輸出功率對應兩個不同的外電阻R1和R2,且滿足R1R2=r 2。 e.P出與R的關系如圖:,2.討論、分析電阻消耗功率大小的方法 (1)定值電阻:求解定值電阻消耗的最大功率時,根據(jù)P=I2R可知,電流最 大時消耗功率最大。 (2)可變電阻:求解可變電阻消耗的最大功率時,不能套用上述方法,因為 電流隨電阻的變化而變化,此時,可以利用電源的輸出功率與外電阻的 關系進行求解。也可采用等效電源法將用電器獲得最大功率問題轉化 為等效電源輸出最大功率問題。,3.電源的效率 = ×100%= ×100%= ×100%= ×100%,因此當R增大時,效率 提高,當R=r,即電源有最大輸出功率時,效率僅為50%。-R圖像如圖所 示。,2-1 (多選)直流電路如圖所示,在滑動變阻器的滑片P向右移動時,電源 的 ( ) A.總功率一定減小 B.效率一定增大 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,ABC,答案 ABC 滑片P向右移動時外電路電阻R外增大,由閉合電路歐姆定 律知總電流減小,由P總=EI可得P總減小,故選項A正確。根據(jù) = = 可知選項B正確。由P損=I2r可知,選項C正確。如圖為P輸-R外圖 像,因不知道R外的初始值與r的關系,所以無法判斷P輸?shù)淖兓闆r,選項D 錯誤。,2-2 如圖所示,已知電源電動勢E=5 V,內(nèi)阻r=2 ,定值電阻R1=0.5 ,滑 動變阻器R2的阻值范圍為010 。求: (1)當滑動變阻器R2接入電路的阻值為多大時,電阻R1消耗的功率最大, 最大功率是多少。 (2)當滑動變阻器接入電路的阻值為多大時,滑動變阻器消耗的功率最 大,最大功率是多少。 (3)當滑動變阻器接入電路的阻值為多大時,電源的輸出功率最大,最大,功率是多少。,答案 見解析,解析 (1)定值電阻R1消耗的電功率為P1=I2R1= ,可見當滑動 變阻器接入電路的阻值為0時,R1消耗的功率最大,最大功率為P1m= =2 W。 (2)將定值電阻R1看做電源內(nèi)阻的一部分,則電源的等效內(nèi)阻r'=R1+r=2.5 ,故當滑動變阻器接入電路的阻值R2=r'=2.5 時,滑動變阻器消耗的功 率最大,最大功率為P2m= =2.5 W。,(3)由電源的輸出功率與外電阻的關系可知,當R1+R2=r,即R2=r-R1=(2 -0.5) =1.5 時,電源有最大輸出功率,最大輸出功率為P出m= =3.125 W。,考點三 電源和電阻的U-I圖像的比較,3-1 如圖所示,直線A為電源的U-I圖線,曲線B為小燈泡的U-I圖線,用該 電源和小燈泡組成閉合電路時,電源的輸出功率和電源的總功率分別是 ( ) A.4 W、8 W B.2 W、4 W C.2 W、3 W D.4 W、6 W,D,答案 D 由電源的U-I圖線可知E=3 V,由兩圖線交點知,該電源和小燈 泡組成閉合電路時,電流I=2 A,路端電壓U=2 V,電源的輸出功率P出=UI= 4 W,總功率P總=IE=6 W,故D項正確。,3-2 如圖所示,直線A是電源的路端電壓和電流的關系圖線,直線B、C 分別是電阻R1、R2兩端的電壓與通過的電流的關系圖線,若將這兩個電 阻分別接到該電源上,則 ( ) A.R1接在電源上時,電源的效率高 B.R2接在電源上時,電源的效率高 C.R1接在電源上時,電源的輸出功率大 D.電源的輸出功率一樣大,A,答案 A 電源的效率= = = = ,由于R1R2,故R1接在 電源上時,電源的效率高,A項正確,B項錯誤;將電阻接在電源上,電阻的 U-I圖線與電源的路端電壓和電流的關系圖線的交點,表示將這個電阻 接到此電源上的輸出電壓和電流,從圖像中可看出電流的數(shù)值,由于B、 C圖線的斜率等于電阻的阻值,由圖像可知,R2與電源的內(nèi)阻相等,所以電 源接R2時比接R1時輸出功率大,故C、D錯。,考點四 含電容器電路的分析 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。,4-1 如圖所示,電路中R1、R2均為可變電阻,電源內(nèi)阻不能忽略,平行板 電容器C的極板水平放置。閉合開關S,電路達到穩(wěn)定時,帶電油滴懸浮 在兩板之間靜止不動。如果僅改變下列某一個條件,油滴仍能靜止不動 的是 ( ),A.增大R1的阻值 B.增大R2的阻值 C.增大兩板間的距離 D.斷開開關S,B,答案 B 設油滴質量為m,帶電荷量為q,兩板間距離為d,當其靜止時, 有 q= q=mg;由題圖知,增大R1,由閉合電路歐姆定律有I= 知I 減小,Ir=U內(nèi)減小,UR1=E-Ir增大,油滴將向上加速運動;增大R2,油滴受力不 變,仍保持靜止;由E= 知,增大d,U不變時,E減小,油滴將向下加速運動; 斷開開關S,電容器將通過R1、R2放電,兩板間場強變小,油滴將向下加速 運動。故只有B項正確。,4-2 (多選)如圖所示的電路中,電源電動勢E=3 V,內(nèi)電阻r=1 ,定值電 阻R1=3 ,R2=2 ,電容器的電容C=100 F,則下列說法正確的是 ( ) A.閉合開關S,電路穩(wěn)定后電容器兩端的電壓為1.5 V B.閉合開關S,電路穩(wěn)定后電容器所帶電荷量為3.0×10-4 C C.閉合開關S,電路穩(wěn)定后電容器極板a所帶電荷量為1.5×10-4 C D.先閉合開關S,電路穩(wěn)定后斷開開關S,通過電阻R1的電荷量為 3.0×10-4C,AC,答案 AC 閉合開關S,電路穩(wěn)定后電流I= =0.5 A,電容器兩端 的電壓為U=IR1=1.5 V,選項A正確;電路穩(wěn)定后電容器帶電荷量為Q=CU =100×10-6×1.5 C=1.5×10-4 C,選項B錯誤、C正確;先閉合開關S,電路穩(wěn)定 后斷開開關S,電容器C通過電阻R1放電,通過電阻R1的電荷量為1.5×10-4 C,選項D錯誤。,考點五 電路故障檢測 電路故障一般是短路或斷路,常見的情況有:導線斷芯、燈泡斷 絲、燈座短路、變阻器內(nèi)部斷路、接觸不良等現(xiàn)象。檢查故障的基本 方法有兩種: 1.電壓表檢測方法:如果電壓表示數(shù)為0,說明電壓表上無電流通過,則可 能在并聯(lián)段之外有斷路,或并聯(lián)段內(nèi)有短路。 如果電壓表有示數(shù),說明電壓表上有電流通過,則在并聯(lián)段之外無斷路, 或并聯(lián)段內(nèi)無短路。,2.用多用電表的歐姆擋檢測 要對檢測的電路切斷電源,逐一使元件脫離原電路(或對某段電路檢測) 后測量是通路還是斷路便可找到故障所在。,5-1 某照明電路出現(xiàn)故障,其電路如圖1所示,該電路用標稱值12 V的 蓄電池為電源,導線及其接觸完好。維修人員使用已調好的多用電表直 流50 V擋檢測故障。他將黑表筆接在c點,用紅表筆分別探測電路的a、 b點。 斷開開關,紅表筆接a點時多用電表指示如圖2所示,讀數(shù)為11.5 V,說明 蓄電池 正常(選填:蓄電池、保險絲、開關、小燈)。 圖1,圖2 紅表筆接b點,斷開開關時,表針不偏轉,閉合開關后,多用電表指示仍 然和圖2相同,可判定發(fā)生故障的器件是 小燈 (選填:蓄電池、保險 絲、開關、小燈)。,答案 11.5(11.311.8之間的值均可) 蓄電池 小燈,解析 由題圖2可知,直流50 V擋的分度值為1 V,故按“十分之一” 估讀法可知讀數(shù)應為11.5 V左右。由于測得的電壓基本等于蓄電池電 動勢的標稱值,說明a、c兩點與電源之間是通路,只能是此電路之外的 保險絲、開關、小燈中出現(xiàn)了斷路故障,但故障的具體位置不能確定。 同理可知,兩表筆接c、b時測得結果仍等于電源電動勢,說明多用電 表、開關、保險絲、蓄電池形成了一閉合回路,故只能是與多用電表并 聯(lián)的小燈發(fā)生了斷路故障。,5-2 用電壓表檢查如圖電路中的故障,測得Uad=5.0 V,Ucd=0 V,Ubc=0 V, Uab=5.0 V,則此故障可能是 ( ) A.L斷路 B.R斷路 C.R'斷路 D.S斷路,B,答案 B Uad=5.0 V說明a到電源正極,d到電源負極均為通路;Uab=5.0 V,說明a到電源正極,b到電源負極均為通路;又Ucd=0 V,Ubc=0 V,說明a、 b間存在斷路,故R可能斷路。,