高中物理 第7节闭合电路欧姆定律精品课件 新人教版选修31.ppt

下图是闭合电路中电势升降的一个比喻 图中儿童滑梯两端的高度差相当于内 外电阻两端的电势差 电源就像升降机 升降机举起的高度相当于电源的电动势 根据此比喻请探究一下 闭合电路中电流与电动势 电阻有什么关系 1 只有用导线把电源 用电器连成一个电路 电路中才有电流 用电器 电线组成电路 电源内部是内电路 在外电路中 正电荷在的作用下由正极移动到负极 在电源中把正电荷从负极移到正极 电流方向 在外电路上从极到极 在电源内部从极到极 闭合 外 恒定电场 非静电力 正 负 负 正 2 电源内部的电路 其电阻为内电阻 内电阻所降落的电压称为 电源外部的电路 其两端电压称为或电压 电动势与内 外电压的关系可表示成 该式适用于任何闭合电路 3 消耗电能的元件常常称为 负载变化时 电路中的就会变化 也随之变化 根据u ir r 讨论下面几种情况 当r增大时 u r减小时 u 内电压 外电压 路端 e u外 u内 负载 电流 路端电压 增大 减小 电流 当r 0时 u不随的变化而变化 这种电源称为理想电源 当r 0时 这种情况叫 i e r 由于电源内阻一般 电路中的电流会 会导致烧毁电源甚至引起火灾 将电源正负极用导线直接连在一起 当r 时 这种情况叫 路端电压等于电动势 外电路 很小 很大 绝对不允许 断路 短路 1 电源内部的电路 其电阻称为内电阻 内电阻所降落的电压称为内电压 2 电源外部的电路 其两端电压称为外电压或路端电压 3 内 外电压的关系 e u内 u外 1 概念 闭合电路中的电流与电源的电动势成正比 与内 外电路中的电阻之和成反比 2 表达式 i 公式中 r表示外电路的总电阻 e表示电源的电动势 r是电源内阻 特别提醒 i 只适用于外电路为纯电阻的闭合电路 由于电源的电动势e和内电阻r不受r变化的影响 从i 不难看出 随r的增加 电路中电流i减小 u外 e ir既适用于外电路为纯电阻的闭合电路 也适用于外电路为非纯电阻的闭合电路 3 解决闭合电路问题的一般步骤 认清外电路上各元件的串 并联关系 必要时需画出等效电路图帮助分析 要特别注意电流表和电压表所对应的电路 求总电流i 若已知内 外电路上所有电阻的阻值和电源电动势 可用闭合电路欧姆定律直接求出 若内外电路上有多个未知电阻 可利用某一部分电路的已知电流和电压求总电流i 当以上方法都行不通时 可以应用联立方程求出i 根据串 并联电路的特点或部分电路欧姆定律求各部分电路的电压和电流 当外电路含有非纯电阻元件时 如电动机 电解槽等 不能应用闭合电路欧姆定律求解干路电流 也不能应用部分电路欧姆定律求解该部分的电流 若需要时只能根据串 并联的特点或能量守恒定律计算得到 利用课本p62 例题1 的方法可以测量电源的电动势及内电阻 想一想 如果电流表换成电压表 还能测量电源的的电动势e和内电阻r吗 请说明理由 答案 可以 连接电路如图所示 当开关接1时 电压表示数为u1 当开关接2时 电压表示数记为u2 则有 e u1 ru1 r1 e u2 ru2 r2联立方程即可确定 e r值 1 对纯电阻电路u外 ir e ir e r注意 断路 r ir 0 u外 e 此为直接测量电动势的依据 短路 r 0 i e r 称为短路电流 u外 0 短路电流很大 极易烧毁电源和线路 所以严禁短路 2 对一定电源 电流 路端电压 内电压随外电路电阻的改变而改变 变化情况如下 表示增加 表示减少 特别提醒 电路的动态分析问题是指由于断开或闭合开关 滑动变阻器滑片的滑动等造成电路结构 电阻发生了变化 一处变化又引起了一系列的变化 只要熟练掌握串并联电路的特点及欧姆定律即可顺利求解此类问题 2009 贵州兴义市清华实验中学高二检测 如图电路中 在滑动变阻器的滑片p向上端a滑动过程中 两表的示数情况为 a 电压表示数增大 电流表示数减少b 电压表示数减少 电流表示数增大c 两电表示数都增大d 两电表示数都减少答案 a 1 由u外 e ir可知 u外 i图像是一条斜向下的直线 如下图所示 2 纵轴的截距等于电源的电动势e 横轴的截距等于外电阻短路时的电流i0 e r 3 直线斜率的绝对值等于电源的内阻 即r tan 斜率越大 表明电源的内阻越大 1 在纯电阻电路中电源释放功率p释 ei 电源内部消耗功率p内 i2r 电源输出功率p出 u路i 且p释 p内 p出 2 电源输出功率p出 即当r r时 分母最小 即电源输出功率最大 特别提醒 1 当电源输出功率最大时 机械效率 50 当r 时 100 但此时p出 0 无实际意义 2 对于内外电路上的固定电阻 其消耗的功率根据p i2r来判断 与输出功率大小的判断方法不同 误区1 不会对闭合电路的动态问题进行分析点拨 闭合电路中由于局部电阻变化 或开关的通断 引起各部分电压 电流 或灯泡明暗 发生变化的问题分析的基本步骤是 1 认识电路 明确各部分电路的串 并联关系及电流表或电压表的测量对象 2 由局部电阻变化判断总电阻的变化 3 由i 判断总电流的变化 4 据u e ir判断路端电压的变化 5 由欧姆定律及串并联电路的规律判断各部分电路电压及电流的变化 注意 1 在闭合电路中 任何一个电阻的增大 或减小 将引起电路总电阻的增大 或减小 该电阻两端的电压一定会增大 或减小 通过该电阻的电流一定会减小 或增大 2 讨论定值电阻上电压 电流 的变化时 可用部分电路欧姆定律分析 当讨论可变电阻r上的电压 电流 变化时 不能再用i 分析 因它的电阻变化 电压也变化 i不好确定 只能从串 并联的特点进行分析 图中电阻r1 r2 r3的阻值相等 电池的内阻不计 开关s接通后流过r2的电流是s接通前的 a b c d 解析 此题考查闭合电路欧姆定律及电阻的串 并联 设电源电动势为e r1 r2 r3 r 则s接通时 i2 s断开时 i 2 所以 故b项正确 答案 b点评 利用闭合电路欧姆定律解题 关键要明确外电路各电阻的连接关系求出r外 再利用串并联电路的规律求各部分电压 电流 功率等 另外还要明确 内阻不计的电源 不论电流多大 u内 o u外 e 即电源两极间电压等于电动势 为恒压电源 2009 石家庄模拟 如图所示 电源e 3 2v 电阻r 30 小灯泡l的额定电压为3 0v 额定功率为4 5w 当开关s接位置1时 电压表读数为3v 那么当开关s接位置2时 小灯泡l的发光情况是 a 正常发光b 很暗 甚至不亮c 不正常发光 仅比正常发光略暗一些d 小灯泡有可能被烧坏答案 b解析 当s接1时 由闭合电路欧姆定律i 得 r 2 小灯泡正常发光时 r灯 2 当s接2时 u灯 r灯 1 6v 3v 故小灯泡不能正常发光 小灯泡将很暗 甚至不亮 所以b正确 在如下图所示的电路中r1 r2 r3和r4皆为定值电阻 r5为可变电阻 电源的电动势为e 内阻为r0 设电流表a的读数为i 电压表v的读数为u 当r5的滑动触点向图中a端移动时 a i变大 u变小b i变大 u变大c i变小 u变大d i变小 u变小解析 当滑头向a移动时 r5的阻值变小 使r2 r4 r5的总阻值rab变小 从而引起总的外阻r外的变小 由i总 知i总变大 由u e i总 r0得u变小 因u u1 u3 uab i总r1 i总r3 uab得到uab变小 所以电流表a的数值变小 本题应选d 答案 d 点评 在讨论电路中电阻发生变化后引起电流 电压发生变化的问题时 应根据电路的结构 由局部到整体的思路 得到总电流的变化情况 然后再到局部分析出电压和支路电流的变化情况 2009 上海市十四校联考 如图所示电路中 已知电源的内阻r r2 电阻r1的阻值小于滑动变阻器r0的最大阻值 闭合电键s 当滑动变阻器的滑臂p由变阻器的右端向左滑动的过程中 下列说法中正确的有 a v1的示数先变小后变大 v2的示数先变大后变小b r2上消耗的功率先变小后变大c 电源的输出功率先变小后变大d a1的示数不断减小 a2的示数不断变大答案 bd 如下图所示电路中 电源内阻r 4 电阻r1 2 滑动变阻器r2 4 时 电源内部的热功率是4w 则电源输出的最大功率是 当r2的电功率有最大值时 r2 解析 由题意知p内 i2r 4w r 4 此时回路电流i 1a 而外电路总电阻r1 r2 6 e i r r 10v 电源输出最大功率时 内外电阻相等 即r2 2 时 r r1 r2 4 i a a p出 i 2 r1 r2 4w 6 25w 为最大 求r2的最大电功率 可将r1看成电源内阻的一部分 此时r r r1 6 当r2 6 时为所求值 答案 6 25w 6 点评 认真体会本题第2问中的解题思路 如图所示的电路中 电路消耗的总功率为40w 电阻r1为4 r2为6 电源内阻r为0 6 电源的效率为94 求 1 ab两点间的电压 2 电源的电动势 答案 1 uab 4 8v 2 e 20v解析 电源内部的热功率p内 i2r 又p内 p总 1 所以i 2a 由于r1 r2并联 所以uab i 4 8v 由p总 ie 可得e 20v 如图电源电动势e 12v 内阻r 1 r1 3 r2 2 r3 5 c1 4 f c2 1 f 当s闭合时间足够长时 c1和c2所带电荷量分别是q1 q2 当s断开后 通过r1的电荷量是 通过r2的电荷量是 通过r3的电荷量是 解析 首先确定c1 c2两端电压的情况是解题的关键 由于r3中无法形成电流 c1两端电压为r2的电压 c2两端电压为a c间电压 然后由欧姆定律 确定其电压数值 由c 求出q1 q2 当s断开后 弄清c1 c2的放电途径 确定通过各电阻的电荷量 因r3中无电流 所以c d两点等电势 所以c1的电压为ubc 4v c2的电压为uac 10v 所以q1 c1ubc 1 6 10 5c q2 c2uac 1 10 5c 当s断开时 c1通过r2 r3放电 c2通过r1 r2 r3放电 所以通过r1的总电荷量为q2 1 10 5c 通过r2的总电荷量为q q1 q2 2 6 10 5c 通过r3的总电荷量为q q1 q2 2 6 10 5c 点评 r3中无电流 容易误解为通过r3的电荷量为零 r1 r2串联 容易误解为通过r1 r2的电荷量相同 如图所示的电路 外电阻皆为r 电源内阻为 当s断开时 在电容器极板间放一个质量为m 带电荷量为q的电荷恰能静止 在s闭合时 电容器极板间放一个质量仍为m 带电荷量为q 的电荷 恰能静止 则q q 答案 d解析 s断开时 r外 r 电容器两极板间电压为路端电压u ir e 电荷静止 则mg 当s闭合时 r 外 r电容器两极板间电压 电荷静止mg q 所以q q u u 5 16 右图是某同学在科技制作活动中自制的电子秤原理图 利用电压表 内电阻很大 的示数来指示物体的质量 托盘与电阻可忽略的弹簧相连 托盘与弹簧的质量均不计 滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接 当托盘中没有放物体时 电压表的示数为零 设变阻器的总电阻为r 总长度为l 电源电动势为e 内阻为r 限流电阻为r0 弹簧的劲度系数为k 若不计一切摩擦和其他阻力 1 求出电压表示数ux与所称物体质量m的关系式为ux 2 由 1 的计算结果可知 电压表示数与待测物体质量不成正比 不便于制作刻度 为使电压表示数与待测物体质量成正比 请利用原有器材进行改进 在上图的基础上完成改进后的电路原理图 并得出电压表示数ux与待测物体质量m的关系式为ux 解析 1 由胡克定律知mg kx r连入电路中的有效电阻rx x 根据闭合电路的欧姆定律可知 i 又ux i rx 2 改进后的电路图如图所示 答案 点评 分析这类问题时 一定要弄清原理 找出力学量与电学量间的联系 在日常生活中 经常见到这样的现象 手电筒里的电池用旧了