高中物理 4.1 探究闭合电路欧姆定律课件 沪科版选修31.ppt

第1课时探究闭合电路欧姆定律 图4 1 1 课前自主学习 一 电源电源就是把 转化为电能的装置 以维持电源两端的电压保持不变 描述电源这种本领的物理量叫 化学电池把 转化为电能 发电机把 转化为电能 二 电源参数 电动势 内阻1 电动势 1 物理意义 表征电源把 能转化为 本领的物理量 知识梳理 其他形式的能 电动势 化学能 机械能 其它形式 电势能 3 大小的决定因素 由电源中 特性决定 跟电源的体积无关 跟 也无关 2 内阻 电源内部导体的电阻 3 常用电池的电动势 负 正 电荷量q 伏特 自身 内阻 三 闭合电路的欧姆定律1 内 外电路 1 一个完整的电路通常由 用电器 开关 导线等部分组成 开关闭合后 形成电流的闭合回路 称为 这样的电路又可以分为 和 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 闭合电路的欧姆定律 1 内容 闭合电路中的电流跟电源的电动势成 跟内 外电路的电阻之和成 电源 闭合电路 内电路 外电路 正极 负极 降低 负极 正极 升高 正比 反比 或e 或e 3 适用条件 适于外电路为 电路 适于一切电路 i r r u ir 纯电阻 1 关于电源的电动势 下面叙述正确的是 a 电源的电动势就是接在电源两极间的电压表测得的电压b 同一电源接入不同的电路 电动势就会发生变化c 电源的电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量d 在闭合电路中 当外电阻变大时 路端电压增大 电源的电动势也增大答案 c 基础自测 2 某电池当外电路断开时 路端电压为3v 接上8 的负载电阻后其路端电压降为2 4v 则可以判定该电池的电动势e和内阻r分别为 a e 2 4v r 1 b e 3v r 2 c e 2 4v r 2 d e 3v r 1 答案 b 3 关于电源和直流电路的性质 下列说法中正确的是 a 电源被短路时 放电电流无穷大b 外电路断路时 路端电压最高c 外电路电阻减小时 路端电压升高d 不管外电路电阻怎样变化 其电源的内外电压之和保持不变答案 bd 4 若e表示电动势 u表示外电压 u 表示内电压 r表示外电路的总电阻 r表示内电阻 i表示电流 则下列各式中正确的是 答案 bd 5 如图4 1 2所示 当滑动变阻器滑动触头向左移时 灯泡l1 l2 l3的亮度将 a 都变亮b 都变暗c l1 l2变亮 l3变暗d l1 l3变亮 l2变暗答案 c 图4 1 2 课堂互动探究 1 电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量 在电路中通过单位电荷时电源所提供的电能 在数值上等于电源的电动势 即 2 电动势的大小由电源本身的性质决定 与外电路的组成及变化情况无关 3 电动势等于外电压与内电压之和 即e u外 u内 还等于外电路断路时的路端电压 在数值上还等于电路中通过单位电荷时电源提供的电能 例如 干电池电动势是1 5v 表明在干电池内 在把化学能转化为电能时 可 电动势的理解 以使每1c的电荷量具有1 5j电能 蓄电池电动势是2v 表明在蓄电池内 把化学能转化为电能时 可以使每1c的电荷量具有2j电能 4 电动势的单位与电压相同 都是 v 5 电动势是标量 为研究问题方便 规定其方向为电源内部电流方向 即由电源的负极指向正极方向 应该注意并不是电源把其他形式的能转化为电能越多 电动势就越大 因为转化的能量除了与电动势有关外 还与所经历的时间 用电情况有关 要注意电动势和电势差的区别 电动势对应的是非静电力做功把其他形式的能转化为电能 而电势差对应的是静电力做功把电能转化为其他形式的能 它们对应的能量转化的 方向 不同 例1 下列关于电动势的说法正确的是 a 电动势就是电压 就是内 外电压之和b 电动势不是电压 但在数值上等于内 外电压之和c 电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量d 电动势的大小与外电路的结构无关解析 电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量 而电压是表示把电能转化为其他形式的能的本领大小的物理量 电压与电源 导体及电路结构有关 而电动势与外电路的结构无关 故正确答案为bcd 答案 bcd 题后反思 电动势是描述把其他形式的能转化为电能本领的物理量 而电压是电场中两点间的电势差 电动势与电势差有着本质的区别 关于电动势下列说法中正确的是 a 在电源内部把正电荷从负极移到正极 非静电力做功 电能增加b 对于给定的电源 移动正电荷非静电力做功越多 电动势就越大c 电动势大 说明非静电力在电源内部从负极向正极移动单位电荷做功越多d 电动势大 说明非静电力在电源内部把正电荷从电源负极移到正极移送电荷量越多 解析 电源是将其他形式能量转化为电能的装置 是通过电源内部的非静电力做功来完成的 所以非静电力做功 电能就增加 所以选项a正确 电源电动势是反映电源内部其他形式能转化为电能的能力的物理量 电动势在数值上等于移动单位的电荷所做的功 不能说电动势越大 非静电力做功越多 也不能说电动势越大被移动的电荷量越多 所以选项c正确 故正确答案为ac 答案 ac 1 闭合电路欧姆定律的推导设一个闭合电路中 电源电动势为e 内阻为r 内电路电压为u内 外电路电阻为r 路端电压为u外 电路电流为i 则e u内 u外 根据欧姆定律知 u外 ir u内 ir 闭合电路欧姆定律 可见 闭合电路的电流跟电源的电动势成正比 跟内 外电路的电阻之和成反比 这就是闭合电路的欧姆定律 闭合电路的欧姆定律变形式 e ir ir或e u外 ir或u外 e ir e ir ir只适用于外电路为纯电阻的闭合电路 e u外 ir或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 用电压表接在电源两极间测得的电压u外是指路端电压 不是内电路两端的电压 也不是电源电动势 所以u外 e 当电源没有接入电路时 因无电流通过内电路 所以u内 0 故此时e u外 即电源电动势等于电源没有接入电路时的路端电压 这提供了测e的一种方法 2 应用闭合电路欧姆定律的一般步骤首先要认清外电路上各元件的串 并联关系 必要时 应进行电路变换 画出等效电路图 例2 如图4 1 3所示的电路中 当s闭合时 电压表和电流表 均为理想电表 的示数各为1 6v和0 4a 当s断开时 它们的示数各改变0 1v和0 1a 求电源的电动势 图4 1 3 解析 当s闭合时 r1 r2并联接入电路 由闭合电路欧姆定律得 u e ir即e 1 6 0 4r 当s断开时 只有r1接入电路 由闭合电路欧姆定律得 u e i r 即e 1 6 0 1 0 4 0 1 r 由 得 e 2v r 1 答案 2v 一块太阳能电池板 测得它的开路电压为800mv 短路电流为40ma 若将该电池与一阻值为20 的电阻器构成一闭合电路 则它的路端电压是 a 0 10vb 0 20vc 0 30vd 0 40v 答案 d 路端电压与外电阻的关系 对电源 电流 路端电压 内电压随外电路电阻的改变而变化的情况 如下表所示 表示增加 表示减少 3 路端电压与电流的关系图像 由u外 e ir可知 u外 i图像是一条斜向下的直线 如图4 1 4所示 图4 1 4 例3 一电源的电动势e 3v 内电阻r 2 请根据路端电压与电流的关系式u e ir 以u为纵坐标 i为横坐标 作出u与i的函数图像 并讨论以下问题 1 外电路断开的状态对应于图中的哪个点 怎样看出这时路端电压与电动势的关系 2 电动势e的大小对图像的形状有什么影响 3 电源短路的状态对应图中的哪个点 怎样读出这时电流的大小 4 r的大小对图像的形状有什么影响 解析 u与i的关系的函数图像如下图所示 1 外电路断开的状态对应图中的p点 i 0时e u 3v 2 电动势越大 图像的纵轴截距越大 3 电源短路的状态对应图中的q点 此时电流i短 1 5a 4 r的大小改变了图像的斜率 电源的电动势为4 5v 内电阻为0 5 外电路的电阻为4 0 路端电压是多大 如果在外电路上并联一个6 0 的电阻 路端电压又是多大 如果6 0 的电阻不是并联 而是串联在外电路中 路端电压又是多大 答案 4 0v3 84v4 3v 动态电路分析类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发生了变化 一处变化又引起了一系列的变化 分析讨论这类问题 既要掌握操作方法 又要熟练运用各物理量间的关系式 灵活处理 分析解答这类习题的一般步骤是 1 确定电路的外电阻 外电阻r外总如何变化 2 根据闭合电路欧姆定律i总 确定电路的总电流如何变化 3 由u内 i内r 确定电源的内电压如何变化 动态电路的分析方法 4 由u外 e u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 确定支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化 串反并同法串反 当某电阻变化时 与它串联导体的各电学量 如电流 电压和电功率 都做与之相反的变化 并同 当某电阻变化时 与它并联导体的各电学量都做与之相同的变化 判断串或并只能以 变化部分的电阻r变 为标准 凡通过r变的电流有可能通过 不管是全部还是部分 导体rx 则rx与r变为串 凡通过r变的电流一定不通过rx 则rx与r变为并 例4 图4 1 5中当滑片左滑时 各灯亮度如何变化 电源内阻不能忽略且各灯均不损坏 图4 1 5 解析 各灯亮度变化是由滑片滑动引起的 其亮度由灯泡的实际功率决定 滑片左滑时 其接入的电阻r变小 同理可得 l3变亮 l4变暗 l5变亮 答案 l1 l3 l5变亮 l2 l4变暗 题后反思 明确电流表a测量的是电路中哪一支路的电流 电压表v测量的是哪一电路两端的电压 滑动触头向a端移动所引起干路中电流的变化 是解答本题关键 这类问题分析思路是 由局部 引起变化的部分 到整体 再到局部 需要得出结论的部分 干路中的电流是连接内外电路的桥梁 即 局部r r总 i u内 u外 局部支路 需记住 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 l1与r串联串反 l1的实际功率变大 l1变亮l2与r并联并同 l2的实际功率变小 l2变暗 如图4 1 6所示 闭合开关s并调节滑动变阻器滑片p的位置 使a b c三灯亮度相同 若继续将p向下移动 则三灯亮度变化情况为 a a灯变亮b b灯变亮c a灯变暗d c灯变亮答案 ad 图4 1 6 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 电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等 3 电路的电流 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 闭合电路含电容器的问题 例5 如图4 1 7所示电路中 电源电动势e 9v 内电阻r 20 定值电阻r1 60 r2 10 r3 6 电容器的电容c 10 f 图4 1 7 1 保持开关s1 s2闭合 求电容器c的带电荷量 2 保持开关s1闭合 将开关s2断开 求断开开关s2后流过电阻r2的电荷量 2 保持开关s1闭合 将开关s2断开后 电路稳定时电容器上电压等于电源电动势 电容器带电量q ce 10 10 6 9c 9 10 5c 流过r2的电荷量等于电容器c上电荷量的增加量qr2 q q q 9 10 5c 6 10 5c 3 10 5c 题后反思 电容器是一个储能元件 在直流电路中 当电路稳定后 电容器相当于一个阻值无限大的元件 含有电容器的支路看做断路 简化电路时可去掉 若需要求电容器的带电荷量时 再在相应位置补上 分析和计算含有电容器的直流电路 关键是准确地判断和求出电容器两端的电压 具体方法是 确定电容器和哪部分电路并联 该电路两端电