高中物理 第二章 恒定电流 2.7 闭合电路欧姆定律知识导航学案 新人教版选修3-1.doc

7 闭合电路欧姆定律课标解读1.知道电源电动势等于电源没接入外电路时两极间的电压.2.知道电源电动势等于接通外电路时内、外电路电势降落之和.3.理解闭合电路欧姆定律及其公式,并能熟练地用来解决有关的电路问题.4.理解路端电压与电流(或外电阻)的关系,知道这种关系的公式表达和图象表达,并能用来分析、解决有关问题.5.理解闭合电路的功率表达,知道闭合电路欧姆定律是能量转化与守恒的一种表现形式.课前思考1.大家几乎都注意过这种现象,傍晚用电量是每一天的高峰时段,灯光较暗,而夜深人静时,你若打开灯的话,灯光特别亮;又如在家用电器使用中,如夏季打开空调后,你会发现灯泡会变暗,而关掉空调后灯又会马上亮起来.这是为什么呢?答案：当电路中接入较多的用电器时,由于这些用电器是并联的,其总电阻会变小,干路中的电流就会很大,干路上就会有较大的电压降,造成你自己的用电器两端的电压变低,所以灯泡的亮度也就变暗了.2.用电高峰时段,灯变得不亮了,大家都在用同样的方法来解决问题,换一个功率更大的灯泡,灯会变得更亮一些吗?答案：功率越大的灯泡其电阻越小,并联后的总电阻会更小,干路上损失的电压会更大,不光解决不了问题,灯反而变得更暗了.3.有些人为了节约,会把新旧电池混合使用,这样真的会节约吗?答案：不能.因为旧电池的内电阻比新电池的大得多,将新旧电池串联起来混用的话,旧电池上的内电阻会消耗较大的电能,使新的电池消耗得更快.所以说这种做法不节约.自主研学1.闭合电路: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_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.2.电路中电势高低的判断:正电荷在静电力作用下从电势高的位置向电势低的位置移动,规定了正电荷移动的方向作为电流的方向,所以在电路中,沿电流方向经过电阻电势_.3.内电压和外电压:内电路: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_;外电路: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.4.闭合电路欧姆定律:闭合电路里的电流,跟电源的_成正比,跟内、外电路的_之和成反比,公式表示:i=,该式只适用于纯电阻电路.5.路端电压与外电阻的关系:消耗电能的元件常常称为负载,负载变化时,电路中的电流就会变化,路端电压也随之变化.根据u=ir=r=,谈论下面几种情况:(1)当r增大时,u_;(2)当r减小时,u_;(3)当r=0时,u不随_的变化而变化,这种电源称为理想电源;(4)当r=0时,这种情况叫_,i=,由于电源内阻一般很小,电路中的电流会很大,会导致烧毁电源甚至引起火灾,绝对不允许将电源正负极用导线直接连在一起;(5)当r时,这种情况叫_,路端电压等于电动势.图2-7-16.图2-7-1为电源的u-i图象,u轴上的截距等于_,i轴上的截距等于_,斜率表示电源的_.三点剖析一、对闭合电路欧姆定律的理解要注意1.几种表达式 由i=可得e=ir+ir或e=u+ir,式中u称为外电压(路端电压),ir称为内电压.上述表明,电源的电动势等于外电压和内电压之和.2.从能量转化和守恒的角度对闭合电路分析如下:(1)电源功率(也叫总功率或电源消耗的功率):p总=ei.电源内部损耗的功率:p内=u内i=i2r.电源的输出功率(或叫外电路消耗的功率):p外=u外i.闭合电路中功率分配:p总=p外+p内. 即ei=u外i+i2r,可见电源提供的电能,一部分消耗在内阻上,其余部分输出到外电路中. 值得我们注意的是,若外电路是纯电阻电路,部分欧姆定律适用:p=i2r=u外2/r,电源的输出功率p外=u外i=i2r=u外2/r,同样能量守恒的方程也就有:ei=u外i+i2r或ei=i2r+i2r,或ei=u外2/r+i2r.若外电路是非纯电阻电路,能量守恒方程只有:ei=iu外+i2r.(2)电源的效率:=.(3)电源的输出功率与外电阻的关系.电源的输出功率为p出=ui=. 由上式可知当r=r时,电源的输出功率最大,pm=.当rr时,随着r的增大输出功率减小.当rr时,随着r的减小输出功率减小.p出与r的关系如图2-7-2所示.图2-7-2二、路端电压与负载的关系 在分析路端电压u随外电阻r的变化关系时,首先要明确哪些量是不变的(电源电动势e和内阻r一般不变),哪些量是变化的,谁是自变量(外电阻r),谁是因变量(电流i,内电压u内,外电压u外等).其次,还要注意推理的逻辑顺序,并通过公式变形来帮助分析和说理. 讨论内容可归纳如下:根据i=,u内=ir,e=u外+u内e、r(一定)外电路电阻r三、闭合电路的动态分析1.闭合电路的动态分析的具体步骤大体如下:(1)判断动态源及动态源总电阻的变化,进而判断闭合电路总电阻的变化情况.(2)依据i=e/(r+r),判断闭合电路干路电流的变化情况.(3)依据u=e-ir,判断外电路电压(路端电压)的变化情况.(4)依据分压、分流原理判断动态部分的物理量的变化.2.闭合电路的动态分析的常用方法(1)任一电阻增大(减小),则电路的总电阻增大(减小).(2)任一电阻增大(减小),则该电阻两端的电压一定会增大(减小),而通过该电阻的电流会减小(增大).(3)求差法 有时会遇到判断某一并联支路上电流的变化,当此支路的电阻变大(或变小)时,而支路两端的电压也变大(或变小),应用部分电路欧姆定律i=就无法判断该支路电流怎样变化,这时,应判断出干路上及其他并联支路中的电流,然后利用干路上的电流等于各支路电流之和进行判断.精题精讲图2-7-3例1 如图2-7-3所示的电路中,当可变电阻r的阻值增大时( )a.uab增大 b.uab减小 c.ir增大 d.ir减小思路解析 可变电阻r增大ab并联部分的电阻增大整个外电路总电阻增大电路的总电流减小内电路上电压(u内=ir)和电阻r1上的电压(u1=ir1)都减小ab并联部分的电压增大(uab=e-ir-ir1)通过电阻r2的电流增大(i2=)通过可变电阻r的电流减小(ir=i-i2),故ad正确.答案：ad绿色通道 当电路中某一部分电阻变化时,整个电路各处的电压、电流都会受到影响.分析时,应抓住全电路中电源电动势和内阻不变的特点,从总电流的变化顺次推理.如果只从孤立的局部电路考虑,当r增大时,uab也增大,将无法判断通过r的电流变化情况.图2-7-4例2 如图2-7-4所示电路:已知电源电动势e=6.3 v,内电阻r=0.5 ,固定电阻r1=2 ,r2=3 .r3是阻值为5 的滑动变阻器,按下电键k,调节滑动变阻器的触点,求通过电源的电流范围.思路解析 当滑动头接变阻器右端,外电阻最小,电流最大,依闭合电路欧姆定律: i=3 a 当滑动头接变阻器左、右电阻比是23的点时,外电阻最大,电流最小 i=2.1 a 电源中电流变化范围是:2.1 a,3 a.答案：2.1 a,3 a绿色通道 滑动变阻器的接法中,已经有类似的讨论.在这里主要是加深滑动变阻器的改变对电路的影响,提高分析电路和简化电路的能力.例3 有两只电压表和量程已知,内阻不知,另有一干电池,内阻不能忽略.用这两只电压表、电键和一些导线能通过测量计算出这个电池的电动势(已知电动势不超过电压表量程).(1)画出测量用的电路图；(2)导出计算电动势的式子.思路解析图2-7-5(1)电路图如图2-7-5所示.(2)设电压表内阻分别为r1和r2,电源电动势为e、内阻为r,则: 由图甲有u1= e=i1(r1+r) 由图乙有u1+u2= e=i2(r1+r2+r) 由式得e= 其中u1和u1为电压表两次测得的读数.答案：(1)如图2-7-5所示 (2)e=黑色陷阱 本题中的电压表不是理想的,在电路中要把它们作为电阻对待.图2-7-6例4 如图2-7-6所示,电源的电动势为2 v,内阻为0.5 ,r0为2 ,变阻器的阻值变化范围是010 .求:(1)变阻器阻值是多大时r0消耗的功率最大?(2)变阻器阻值是多大时变阻器消耗的功率最大,其最大功率为多少?思路解析(1)根据闭合电路欧姆定律,电路中的电流i=, r0消耗的电功率为 p0=i2r0=r0= w 当r=0时,r0消耗的功率最大(2)滑动变阻器r消耗的电功率 p=i2r=()2r= 当=即