高中物理 2.7 闭合电路的欧姆定律课件 新人教版选修31.ppt

7闭合电路的欧姆定律 温故知新 1 一台发电机用0 5a的电流向外输电 在1min内将180j的机械能转化为电能 则发电机的电动势为 a 6vb 360vc 120vd 12v答案 a 精彩回眸 2 如图2 7 1所示 虚线框内是一个未知电路 测得它的两端点a b之间电阻是r 在a b之间加上电压u 测得流过这电路的电流为i 则未知电路的电功率一定是 图2 7 1 解析 因为虚线框中电路未知 所以不知电路是否为纯电阻电路 求电功率只能用公式p ui 答案 c 一 闭合电路的欧姆定律1 内 外电路 1 概念 内电路是电源内部电路 外电路是电源外部电路 2 特点 外电路中电流由电源 流向 沿电流方向电势 内电路中电流由电源 流向 沿电流方向电势 2 闭合电路的能量转化非静电力做功等于内 外电路电能转化为其他形式能的总和 即 eit 新知梳理 正极 负极 降低 负极 正极 升高 i2rt i2rt 闭合电路的欧姆定律 1 内容 闭合电路里的电流 跟电源的电动势成 跟内 外电路的电阻之和成 或e 或e 3 适用条件 适于外电路为 电路 适于一切电路 3 正比 反比 ir ir u外 u内 纯电阻 二 路端电压与负载的关系1 当外电阻r增大时 电流i减小 内电压ir减小 路端电压 2 当外电阻r减小时 电流i增大 内电压ir增大 路端电压 3 两个特例 外电路断开时 r i u 据此特点可测电源电动势 外电路短路时 r 0 i u 据此特点可以理解不允许将电源两端用导线直接连接的原因 增大 减小 0 e 0 合作探究 1 电动势和电压的比较 对电动势和电压的理解 2 关于电动势e的几个关系式 1 e u内 u外 适用于所有的闭合电路 2 e i r r 由闭合电路的欧姆定律得到 它仅适用于外电路为纯电阻的电路 3 u e ir 适用于所有的闭合电路 常用来判断路端电压的变化和测量电源的电动势和内阻 3 路端电压的变化电源的电动势和内阻由电源本身决定 不随外电路电阻的变化而变化 而电流 路端电压是随着外电路电阻的变化而变化的 图2 7 2 1 对于电动势和内电阻确定的电源的路端电压 下列说法正确的是 i u r分别表示干路电流 路端电压和外电阻 a u随r的增大而减小b 当r 0时 u 0c 当电路断开时 i 0 u 0d 当r增大时 u也会增大 解析 由路端电压公式u e ir知c错 由u ir知b对 根据电压对内外电路的分配关系知a错 d对 答案 bd 由eit i2rt i2rt知ei i2r i2r p外 i2r p内 i2r p总 ei 1 各部分功率关系分析 2 电源的输出功率当外电路为纯电阻电路时讨论如下 1 电源的输出功率 2 p出对外电阻r的函数关系图象 如图2 7 3 r r时 r越图象分析 r r时 r越大 p出越小 图2 7 3 3 电源的效率 可见 外电阻r越大 电源的效率越高 特别提醒 1 电源输出功率越大 效率不一定越高 如电源输出功率最大时 效率只有50 2 判断可变电阻功率变化时 可将可变电阻以外的其他电阻看成内阻 2 关于电动势及闭合电路欧姆定律 下列说法正确的是 a 电源电动势越大 电源所能提供的电能就越多b 电源电动势等于路端电压c 外电路的电阻越大 路端电压就越大d 路端电压增大时 电源的输出功率可能减小 答案 cd 说一说一些同学可能有这样的经验 傍晚用电多的时候 灯光发暗 而 点拨 家庭电路的用电器都是并联的 当傍晚用电多的时候或插上电炉 电暖气等用电多的电器时 负载增多 外电阻r减小 整个电路的总电阻减小 干路中电流增加 输电线路上的电压增加 使用电器两端的电压变小 灯光变暗 思考与讨论设电源的电动势e 3v 内阻r 2 请根据 点拨 1 外电路断开的状态对应图中的a点 此时电路中电流为零 路端电压达到最大值 内电压为零 路端电压等于电源的电动势3v 2 电动势e的大小等于纵轴截距 故电动势越大 图象与纵轴的交点纵坐标越大 3 电源短路时 路端电压等于零 干路中电流最大 对应于坐标系中的b点 此时电流的大小等于横轴截距1 5a 典例精析 例1 如图2 7 4所示的电路中 电源的电动势e为3 2v 电阻r的阻值为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 电压表的读数为3 0v 那么当开关s接位置2时 小灯泡l能正常发光吗 实际功率是多少 图2 7 4 答案 不能正常工作1 28w 答案 不能正常工作1 28w 此时小灯泡的实际功率为 p实 i22rl 0 82 2w 1 28w从小灯泡的实际功率来看 小灯泡此时很暗 不能正常工作 一太阳能电池板 测得它的开路电压为800mv 短路电流为40ma 若将该电池板与一阻值为20 的电阻器连成一闭合电路 则它的路端电压是 a 0 10vb 0 20vc 0 30vd 0 40v 答案 d 例2 如图2 7 5所示 电路中e 3v r 0 5 r0 1 5 变阻器的最大阻值r 10 1 在变阻器的阻值r为多大时 变阻器上消耗的功率最大 2 在变阻器的阻值r为多大时 定值电阻r0上消耗的功率最大 图2 7 5 反思领悟 在解答第二问时 有些同学又会用第一问的方法来求解 把r归为内阻 调节r使内阻r r r0 这样使用是错误的 因为r0是定值电阻 由p i2r0知 只要电流最大 p就最大 在研究电阻r上消耗的最大功率时 应注意区分 可变与定值 这两种情况 两种情况中求解的思路和方法是不相同的 将阻值为4 和10 的两个电阻r1 r2分别接在同一电源上 结果r2上消耗的功率p2比r1上消耗的功率p1大 则 a 电源内阻一定大于4 b 两电阻串联后接此电源 外电路总功率一定大于只接r2时的功率c 两电阻并联后接此电源 外电路总功率一定小于只接r1时的功率d 只接r1时电源消耗的功率一定大于只接r2时消耗的功率 解析 根据电源输出功率随外电阻的变化关系曲线如图所示 因为r2消耗的功率p2比r1消耗的功率p1大 所以有r1r1 4 a选项正确 d选项正确 r1与r2的并联电阻一定小于r1的电阻 由电源的输出动率曲线可知外电路总功率一定小于只接r1时的功率 c正确 若r1与r2串联 其电阻大于r2的电阻 外电路的消耗的总功率不一定大于只接r2时的功率 b错误 答案 acd 例3 在如图2 7 6的闭合电路中 当滑片p向右移动时 两电表读数的变化是 a 变大 变大b 变小 变大c 变大 变小d 变小 变小 图2 7 6 图2 7 6 答案 b反思领悟 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 发生变化的问题的分析方法如下 1 程序法 部分 整体 部分 1 由局部电阻变化判断总电阻的变化 3 根据u e ir判断路端电压的变化 4 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 以上分析可形象表示为 r局 r总 i总 u端 增大减小 增大减小 增大减小 减小增大 i分u分 如图2 7 7所示 电源电动势为e 内阻为r 不计电压表和电流表内阻对电路的影响 当电键闭合后 两小灯泡均能发光 在将滑动变阻器的触片逐渐向右滑动的过程中 下列说法正确的是 图2 7 7 a 小灯泡l1 l2均变暗b 小灯泡l1变亮 小灯泡l2变暗c 电流表的读数变小 电压表的读数变大d 电流表的读数变大 电压表的读数变小 解析 滑动触片向右滑动的过程中 滑动变阻器接入电路部分的阻值变大 电路中的总电阻变大 路端电压变大 总电流变小 故电流表的读数变小 电压表的读数变大 小灯泡l2变暗 小灯泡l2两端的电压减小 小灯泡l1两端电压增大 小灯泡l1变亮 b c正确 答案 bc 例4 在如图2 7 8所示的电路中 灯泡l的电阻大于电源的内阻r 闭合电键s 将滑动变阻器滑片p向左移动一段距离后 下列结论正确的是 a 灯泡l变亮b 电源的输出功率变小c 电容器c上电荷量减少d 电流表读数变小 电压表读数变大 图2 7 8 解析 将滑动变阻器滑片p向左移动一段距离后 r的阻值变大 电路中电流变小 灯泡变暗 a选项错误 路端电压变大 电阻r两端电压变大 电容器c两端电压变大 电容器c上电荷量增加 c选项错误 d选项正确 当外电路电阻等于电源的内阻时电源的输出功率最大 灯泡l的电阻大于电源的内阻r 则外电路电阻比r大得越多 输出功率越小 b选项正确 答案 bd 反思领悟 1 电路稳定后 由于电容器所在支路无电流通过 所以在此支路中的电阻上无电压降 因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压 2 当电容器和电阻并联后接入电路时 电容器两极板间的电压与其并联在电阻两端的电压相等 3 电路中的电流 电压变化时 将会引起电容器的充 放 电 如果电容器两端电压升高 电容器将充电 如果电压降低 电容器将通过与它连接的电路放电 如图2 7 9所示 c为两极板水平放置的平行板电容器 闭合开关s 当滑动变阻器r1 r2的滑片处于各自的中点位置时 悬在电容器c两极板间的带电尘埃p恰好处于静止状态 要使尘埃p向下加速运动 下列方法中可行的是 a 把r2的滑片向左移动b 把r2的滑片向右移动c 把r1的滑片向左移动d 把开关s断开 图2 7 9 解析 考查电路的串并联知识 要使尘埃向下加速运动 必须减小电场力 即减小板间电压 由于滑动变阻器r1处于断路 调节不会有效果 c错 电容器两板间电压等于滑动变阻器r2滑片左边部分的电压 因此要把r2的滑片向左移动 a对 断开开关s时 电容器的电压等于电源的电动势 板间电压会增大 d错误 答案 a 两种u i图象的物理意义的比较及应用在恒定电流这一章里 我们要接触两种u i图象 即部分电路欧姆定律的u i图象与闭合电路欧姆定律的u i图象 下面就两种u i图象的区别和联系加以剖析 创新拓展 1 两种u i图象的区别 1 表示的内容 部分电路欧姆定律的u i图象如图2 7 10所示 是对某固定电阻而言的 纵坐标和横坐标分别代表了该电阻两端的电压u和通过该电阻的电流i 反映了i跟u的正比例关系 闭合电路欧姆定律的u i图象如图2 7 11所示 是对闭合电路整体而言的 u外表示路端电压 i表示通过电源的电流 图象反映了u外与i的制约关系 图2 7 11 图2 7 10 2 图象的物理意义 图2 7 10表示导体的性质 在该图中u与i成正比的前提是电阻r保持一定 而图2 7 11表示电源的性质 电源的电动势和内阻保持不变 外电阻r外是变化的 正是r外的变化 才有u外和i的变化 5 决定因素不同 电源的u i图象由电源决定 与外电路无关 电阻的u i图象由电阻决定 与电源无关 2 两种图象的联系如图2 7 12所示 在同一个u i图下 画出两种图