[理化生]电源的电动势和内阻闭合电路的欧姆定律.ppt

电源的电动势和内阻 闭合电路的欧姆定律 一、电动势电动势 1概念：电动势电动势 是电电源把正电电荷从负负极送到正极非 静电电力所做的功和移送电电荷量的比值值，E_ ， 表征的是非静电电力做功的本领领 2物理意义义：反映电电源把其他形式的能转转化成电电能的 本领领大小在数值值上等于_把1C的正电电荷 在电电源内从负负极移送到正极_ 3注意:电动势电动势 由电电源中非静电电力的特性决定，跟电电源 的体积积无关，也跟外电电路无关.等于电电源未接入电电路两 极的电势电势 差. W/q 非静电力 所做的功 例 如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率PE随电流I变化的图线，抛物 线ODC为同一直流电源内部放热功率Pr随电流I变化的图线，若A、D对应的横坐 标为2A，则下面说法不正确的是( ) A电源电动势为3V，内阻为1 B线段AD表示的功率为2W C电流为2A时，外电路电阻为0.5 D电流为3A时，外电路电阻为2 答案：D 二、闭合电路的欧姆定律的内容 E r R I 闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟 内、外电路中的电阻之和成反比这个结论通常 叫做闭合电路的欧姆定律 闭合电路欧姆定律的表达形式有： E=U外+U内 （I、R间关系） U=E-Ir （U、I 间关系） （U、R间关系） （3）讨论： U=E-Ir 从上式可以看出: (E、r 是常量，R、I、U是变量) a.当外电阻R减小时，可知I增大，内电压UIr 增大, 路端电压U减小 b.当外电路短路时，R趋近于零，I趋近于E/r，路端电 压U趋近于零电源的内阻一般都很小，所以短路时电 流很大为Im=E/r . c.当外电阻R增大时，则I 减小，内电压UIr减小， 路端电压U增大当外电路断开时，R变为无限大， I 变为零，Ir 也变为零，U=E 这就是说，开路时的路端电压等于电源的电动势. 而这时用电压表去测量时，读数却应该略小于电动势 （还有微弱电流通过电源）。 三、闭合电路的U-I 图象 右图中a为电源的U-I图象；b为外电阻的U-I 图象； a的斜率的绝对值表示内阻大小；a与纵轴的交点坐标表 示电源的电动势；b的斜率的绝对值表示外电阻的大小; 两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和 路端电压；该点和原点之间的矩形的面积表示电源的输 出功率； u O I Im i E U M（I，U） b a N 三、 电源的功率和效率 电功率： 电源的输出功率P出=UI 电源内部消耗的功率Pr=I 2r 电源的总功率 PE=EI 电源的输出功率， 可见电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示， O R P出 Pm r 而当内外电阻相等时， 电源的输出功率最大为 电源的效率： （最后一个等号只适用于纯电阻电路） 例： 在如图所示电路中，已知电源电动势E3V，内电阻r1，R12 ，滑动变阻器R的阻值可连续增大，求： (1)当R多大时，R消耗的功率最大？ (2)当R多大时，R1消耗的功率最大？ 电电路故障一般是短路或断路，常见见的情况有导线导线 断芯、灯泡断丝丝、灯座短 路、电电阻器内部断路、接触不良等现现象，检查检查 故障的基本方法有两种 1电压电压 表检测检测 法 如果电压电压 表示数为为0.说说明电压电压 表上无电电流通过过，则则可能在并联联路段之外有 断路，或并联联路段内有短路 如果电压电压 表有示数，说说明电压电压 表上有电电流通过过，则则在并联联路段之外无断路 ，或并联联路段内无短路 2用多用电电表的欧姆挡检测挡检测 对对要检测检测 的电电路切断电电源，逐一元件脱离电电路(或对对某段电电路检测检测 )后测测量 是通路还还是断路便可找到故障之处处 四 :电路故障的分析方法 例：如图所示，电源电动势为6V，当开关接通时，灯泡L1和L2都不亮，用电压 表测得各部分电压是Uad0，Ucd6V，Uab6V，由此可以断定( ) AL1和L2的灯丝都断了 BL1的灯丝断了 CL2的灯丝断了 D变阻器R断路 答案：C 分析：求解此题应把握以下两点： (1)如电压表有示数，说明与电压表、电源串联的电路无故障 (2)如电压表无示数，说明与电压表、电源串联的电路有断路故障 解析：由题给条件知，电路中有的地方没有电压由Uad0，Uad6V可知 电路是断路由Uab6V和Ucd6V可知，内电路a、b之间没有断点，外电路中的 a、b和c、d之间有断点，取其公共部分可知灯L2断路，由电灯L2两端电压不为零 ，可知灯L1与变阻器R是导通的选项C正确 五、 动态电路的讨论 闭合电路中只要有一只电阻的阻值发生变化，就会影 响整个电路，使总电路和每一部分的电流、电压都发 生变化。基本思路是“部分整体部分”。即从阻值 变化的的入手，由串并联规律判知R总的变化情况再由 闭合电路欧姆定律判知I总和U端的变化情况，最后由部 分电路欧姆定律及串联分压、并联分流等规律判知各 部分的变化情况，其一般思路为： （1）确定电路的外电阻R外总如何变化； 当外电路的任何一个电阻增大（或减小）时，电路 的总电阻一定增大（或减小） 若电键的闭合使串联的用电器增多，总电阻增大; 若电键的闭合使并联的支路增多，总电阻减小。 （ 2）根据闭合电路欧姆定律 确定电路的总电流如何变化； （3）由U内=I总r确定电源内电压如何变化； （4）由U外=EU内确定电源的外电压 ( 路端电压 ) 如何变化； （5）由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻 两端的电压如何变化； （ 6）确定支路两端电压如何变化以及通过各支路的 电流如何变化（可利用串联电路的电压关系、并联电 路的电流关系）。 总结:动态电路的规律 如下“串反并同” “并同”：是指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电 阻中的电流、两端电压、电功率都将增大； 某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两 端电压、电功率都将减小。 “串反”：是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电 阻中的电流、两端电压、电功率都将减小； 某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、 两端电压、电功率将增大。 注意“串反并同”法则的应用条件：单变量电路。 对于多变量引起的电路变化，若各变量对同一对象分别引起的 效果相同，则该原则的结果成立；若各变量对同一对象分别引 起的效果相反，则“串反并同”法则不适用。 例1、 右图电路中, 设R1增大，各电阻中的电流和两端 电压如何变化？ R1 R2 R3 R4 E r I2 I1 I3 I4 I 解：R1增大，总电阻增大； I 减小； 由U=E-Ir，U增大； 因此U4、I4增大； 由I3= I-I4， I3、U3减小； 由U2=U-U3，U2、I2增大； 由I1=I3 I2，I1减小。 应用“串反并同”法则分析同样可得到结果： R1增大，R3与R1串联，电流I3、电压U3均减小； R2、R4与R1并联，电流I2、I4均增大； 电压U2 、U4均增大。 附：分压器电路总电阻的变化 如图所示分压电路中，滑动变阻器可以视为由两段电 阻构成，其中一段与电器并联（以下简称并联段）， 另一段与并联部分相串联（以下简称串联段）；设滑 动变阻器的总电阻为R，灯泡的电阻为R灯，与灯泡并 联的那一段电阻为R并，则分压器的总电阻为： 由上式可以看出，当R并减小时，R总增大； 当R并增大时，R总减小。 由此可以得出结论：分压器总电阻的变化与并联段电 阻的变化情况相反，与串联段电阻的变化相同。 例 (2006上海高考)在如图所示电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动 触头P向下滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用I、U1、 U2和U3表示，电表示数变化量的大小分别用I、U1、U2和U3表示下列比值 正确的是( ) 电电容器是一个储储存电电能的元件，在直流电电路中，当电电容器充、放电时电时 ， 电电路有充电电、放电电电电 流，一旦电电路达到稳稳定状态态，电电容器在电电路中就相当 于一个阻值值无限大(只考虑电虑电 容器是理想不漏电电的情况)的元件，在电电容器处处 电电路可看做是断路，简简化电电路时时可去掉它，简简化后若要求电电容器所带电带电 荷 量时时，可在相应应的位置补补上，分析和计计算含有电电容器的直流电电路时时，关键键 是准确地判断和求出电电容器两端的电压电压 ，具体做法是： 1确定电电容器和哪个电电阻并联联，该电该电 阻两端电压电压 即为电为电 容器两端电压电压 2当电电容器和某一电电阻串联联后，接在某一电电路两端时时，此电电路两端即 为电为电 容器两端电压电压 3当电电容器与电电源直接相连时连时 ，电电容器两极板间电压间电压 等于电电源电动势电动势 的大小 六：含电容器的电路的分析 例： 如图所示，将一根粗细均匀的电阻丝弯成一个闭合的圆环，接入电 路中，电路与圆环的O点固定，P为与圆环良好接触的滑动头闭合开关S，在 滑动头P缓慢地由m点经n点移到q点的过程中，电容器C所带的电荷量将( ) A由小变大 B由大变小 C先变小后变大 D先变大后变小 答案：C 分析：将闭合圆环电阻等效为优弧和劣弧的并联，明确在图示位置时并联电 阻最大，然后再分析滑动头P由m点经n点移到q点的过程中电阻R两端的电压的 变化、最后确定电容器所带电荷量的变化情况 解析：在图示位置时并联电阻最大，从m点到过图示位置过程中圆环总电阻 增大，从图示位置到q位置过程中圆环总电阻减小，则电阻R两端的电势差先减 后增，即电容器上的电压先减后增由C，电容器C所带的电荷量先减小后增 大，C对 反思提升：在含有电容器的电路问题中，解决的关健是如何准确地判断和求 出电容器两端的电压.其有效方法是：先确定电容器与哪个电阻并联，电容器两端 电压始终与该电阻两端电压相同 练习练习 1（电电路） ： 如图图所示，图线图线 a是某一蓄电电池组组的伏安特性曲线线，图线图线 b是 一定值电值电 阻的伏安特性曲线线将蓄电电池组组与该该定值电值电 阻连连成闭闭合回路，若已知 该该蓄电电池组组的内阻为为2.0，则这则这 个定值电值电 阻的阻值为值为 _.现现有4个这这 种规规格的定值电值电 阻可任意选选取其中的若干个进进行组组合，作为该为该 蓄电电池组组的外电电 路，则则所组组成的这这些外电电路中，输输出功率最大的是_W. 答案：6 50 练习练习 2（功率） 三只灯泡L1、L2和L3的额定电压 分别为 1.5V、1.5V和2.5V ，它们的额定电流都为0.3A.若将它们连 接成如图a、b所示电路，且灯泡都正 常发光 (1)试求图a电路的总电 流和电阻R2消耗的电功率； (2)分别计 算两电路电源提供的电功率，并说明哪个电路更节能 答案：(1)0.9A 0.045W (2)2.7W 1.8W 图(b)更节能 反思提升：只要熟练掌握闭合电路的欧姆定律及功率的计算方法，本题 不难解答.,由于图(a)总电流为三灯电流之和，尽管EE/2，仍有P总P总.该题 从节能的角度为实际电路的连接提供了有力的理论依据 练习 3（动态 ） (2009广东单 科)如图所示，电动势为E、内阻不计的电源与三 个灯泡和三个电阻相接只合上开关S1，三个灯泡都能正常工作，如果再合上S2 ，则下列表述正确的是( ) A电源输出功率减小 BL1上消耗的功率增大 C通过R1上的电流增大 D通过R3上的电流增大 答案：C 解析：合上S2后，电路的总电阻减小，总电流增大，通过R1的电流增大，选项C 正确；电源的输出功率等于总功率即PEI增大选项A错误；L1两端的电压U EIR1减小，则其消耗的功率减小，选项B错误；通过R3的电流IU/R减小选 项D错误. 练习4(电容):如图所示的电路中，电源的电动势E=3.0 V，内阻r=1.0 ；电阻R1=10 ,R2=10 ,R3=30 ,R4=35 ；电容器的电容C=10 F.电容器原来不带 电.求接通电键K并达到稳定这一过程中流过R4的总电 量。 R2 R3 R4 R1 E r K C 解： 由电阻的串并联公式,得闭合电路的总电阻为 由欧姆定律得, 通过电源的电流 I=E/R=1/3 A 电源的端电压U=EIr=8/3 V 电阻R3两端的电压 通过R4的总电量就是电容器的电量 Q=CU=2.0105 C 练习练习 5（电电容） ：(2009江苏单苏单 科)在如图所示的闪光灯电路中，电源的电 动势为E，电容器的电容为C.当闪光灯两端电压达到击穿电压U时，闪光灯才有 电流通过并发光正常工作时，闪光灯周期性短暂闪光，则可以判定( ) A电源的电动势E一定小于击穿电压U B电容器所带的最大电荷量一定为CE C闪光灯闪光时，电容器所带的电荷量一定增大 D在一个闪光周期内，通过电阻R的电荷量与通过闪光灯的电荷量一定相等 答案：D 解析：闪光灯接通前，电源对电容器充电，电容器端电压可达击穿电压U， 则知EU，A错；电容器所带的最大电荷量QCCE，B错；闪光灯闪光时，电容 器通过闪光灯放电，QC减小，C错；在一个闪光周期内，电源先通过电阻R对电 容器C充电，当UCU(击穿电压)时，闪光灯接通而发光，C两板上的电荷量又 通过闪光