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

2.7 闭合电路欧姆定律【学习目标】1. 能够推导出闭合电路欧姆定律及其公式.2. 理解路端电压与负载的关系和功率表达式.3. 应用闭合电路欧姆定律解决有关的电路问题一、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闭合电路的欧姆定律(1) 内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成_，跟内、外电路的电阻之和成_。(2) 公式：i 或e_ 或e_。(3) 适用条件：、适用于外电路为_电路， 适用于一切电路。二、路端电压与负载的关系1. 路端电压与电流的关系 （1）路端电压的表达式，u_ui图象是一条斜向下的直线，如图所示（2）图象中u轴截距e表示电源的 （3）i轴截距i0等于 。（4）图线斜率的绝对值表示电源的 即 2路端电压随外电阻的变化规律(1)当外电阻r增大时，电流i减小，路端电压_(2)当外电阻r减小时，电流i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，r0，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答案：一、1.正极 负极 降低 负极 正极 升高 2.正比， 反比， u+ir，u+ir 纯电阻电路 二、1. e-ir， 电动势， 短路电流，内阻，r= 2.增大， 减小， 趋近于零， e, ，0知识点一 对闭合电路的欧姆定律的理解 1闭合电路的欧姆定律的表达形式表达式物理意义适用条件i电流与电源电动势成正比，与电路总电阻成反比纯电阻电路ei(rr) eu外ir eu外u内 电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和式适用于纯电阻电路；式普遍适用eiti2rti2rt ww外w内 电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和式适用于纯电阻电路，式普遍适用2.路端电压与负载的关系的分析(1) 对纯电阻电路u外ireirer【名师点睛】 断路：r，ir0，u外e，此为直接测量电动势的依据。 短路：r0，i(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)：外电阻变化情况rrrr0电流iii0ii内电压uireiruu0uue路端电压uireiruueuu03. 对电源的ui 图象的理解以及与电阻ui 图象的关系图象上的特征物理意义电源ui图象电阻ui图象图形物理量变化关系电源的路端电压随电路电流的变化关系电阻中的电流随电阻两端电压的变化关系图线与坐标轴交点与纵轴交点表示电源电动势e，与横轴交点表示电源短路电流过坐标轴原点，表示没有电压时电流为零图线上每一点坐标的乘积ui表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率图线上每一点对应的u、i比值表示外电阻的大小，不同点对应的外电阻大小不同每一点对应的此值均等大，表示此电阻的大小图线的斜率的大小内电阻电阻大小知识点一 对闭合电路的欧姆定律的理解 【典例探究】【典例1】 如图所示的电路中，当s闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数各为1.6 v和0.4 a；当s断开时，它们的示数各改变0.1 v和0.1 a，求电源的电动势及电阻。【审题指导】(1)分析电路：认清各元件的串、并联关系，必要时画等效电路图，特别注意电压表和电流表对应的电路(2)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.(3)各部分的电压、电流：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【典例2】 如图所示，定值电阻r19，r27，当开关s接到位置1时，电压表v的示数为3.6v；当开关s接到位置2时，电压表v的示数为3.5v，求电源电动势和内阻。【典例3】电路如图甲所示若电阻未知，电源电动势和内阻也未知，电源的路端电压u随电流i的变化图线及外电阻的ui图线分别如图乙所示，求：(1)电源的电动势和内阻；(2)电源的路端电压；(3)电源的输出功率【典例4】 如图所示是两个闭合电路中两个电源的ui图象，下列说法中错误的是()a电动势e1e2，内阻r1r2c电动势e1e2，发生短路时的电流i1i2d当两电源的工作电流变化相同时，电源2的路端电压变化较大知识点二 闭合电路的动态分析方法1闭合电路动态分析的思路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，分析这类问题的基本思路是：2闭合电路动态分析的三种方法(1) 程序法：基本思路是“部分整体部分”，即：r局r总i总u外。(2) 结论法“并同串反”。“并同”：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”：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、电功率都将增大。(3) 特殊值法与极限法：指因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论。一般用于滑动变阻器两部分在电路中都有电流时的讨论。 【名师点睛】1. 在闭合电路中，任何一个电阻的增大(或减小)，都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)。 2.理想电压表可认为是断路，理想电流表可认为是短路。知识点二 闭合电路的动态分析方法【典例5】如图所示的电路中，电源内阻不可忽略，开关s闭合后，在变阻器r0的滑动端向下滑动的过程中，则有() a电压表与电流表的示数都减小b电压表与电流表的示数都增大c电压表的示数增大，电流表的示数减小d电压表的示数减小，电流表的示数增大 【典例6】如图所示电路，当r2的滑动片向右移动时，各表的变化情况是()aa1、a2读数均变大，v1、v2读数均变小ba1读数变大，a2读数变小，v1读数变大，v2读数变小ca1读数变大，a2读数变小，v1读数变小，v2读数变大da1、a2读数均变小，v1、v2读数均变大 知识点三 全电路的功率问题1各部分功率关系分析由eiti2rti2rt知eii2ri2r2电源的输出功率当外电路为纯电阻电路时讨论如下： 电源的输出功率p出i2rr.由此可知当rr时，电源有最大输出功率p出max. p出与外电阻r的函数关系图象 电源的效率，可见，外电阻r越大，电源的效率越高【名师点睛】(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pi2r来判断，与输出功率大小的判断方法不同。知识点三 全电路的功率问题【典例探究】【典例7】 在如图所示的电路中，已知电源电动势e3v，内电阻r1，电阻r12，滑动变阻器r的阻值可连续增大，问：(1)当r多大时，r消耗的功率最大？最大功率为多少？(2)当r多大时，r1消耗的功率最大？最大功率为多少？(3)当r为多大时，电源的输出功率最大？最大为多少？【审题指导】求解本题应把握以下三点：(1)定值电阻消耗功率最大时通过的电流最大。(2) 求可变电阻消耗的功率时可将其他电阻等效为电源内阻。(3) 结合p出与外电阻间的函数关系分析，求解。【典例8】如图所示，r为电阻箱，v为理想电压表，当电阻箱读数为r12 时，电压表读数为u14 v；当电阻箱读数为r2 5 时，电压表读数为u25 v.(1) 求电源的电动势e和内阻r；(2) 当电阻箱r读数为多少时，电源的输出功率最大？最大值pmax为多少？知识点四 用欧姆定律解决含容电路的问题1. 电路稳定时电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件，在电容器处电路看做是断路，画等效电路时，可以先把它去掉。2. 若要求电容器所带电荷量时，可在相应的位置补上，求出电容器两端的电压，根据qcu计算。3. 当电容器与电阻串联后接入电路时，电路稳定时电容器所在支路断路，电阻两端无电压，该电阻相当于导线。4. 当电容器与电阻并联后接入电路时，电容器两端的电压与并联电阻两端的电压相等。5. 电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充放电，如果电容器两端的电压升高，电容器将充电，反之电容器放电通过与电容器串联的电阻的电荷量等于电容器带电荷量的变化量。知识点四 用欧姆定律解决含容电路的问题【典例9】如图所示电路e10 v，r14 ，r26 ，c30 f，电源内阻可忽略求：(1)闭合开关s，稳定后流过r1的电流；(2)然后将开关断开，求这以后流过r1的总电量。答案与解析1. 【答案】e2 v，r1 【解析】当s闭合时，由闭合电路欧姆定律得：u1ei1r，即e1.60.4 r当s断开时，由闭合电路欧姆定律得：u2ei2r，即e(1.60.1)(0.40.1)r.由得：e2 v，r1 .2. 【答案】e4v，r1 【解析】 根据闭合电路欧姆定律，得当开关s处于位置1时，u13.6v， r19，u1er当开关s处于位置2时，u23.5v ， r27，u2er代入数值解得：e4v，r1.3. 【答案】见解析【解析】(1)由题图乙所示ui图线知，电源电动势e4 v，短路电流i短4 a，故内阻r1 .(2)由题图甲、乙知，电源与电阻串联时，电流i1 a，此时对应路端电压u3 v.(3)由题图乙知r3 ，故p出i2r3 w.4.【答案】b5.【答案】a【解析】 当滑动变阻器的滑片向下滑动时，外电路的总电阻r减小，由i可知总电流i变大，路端电压ueir减小，所以电压表示数变小；电阻r1两端的电压u1ir1变大，由uur1ur2可知电阻r2两端的电压减小，所以电流表的示数减小，故选项a正确。6.【答案】c【解析】方法，程序法：当r2的滑动片向右移动时，变阻器有效电阻减小，则总电阻减小，总电流增大，故a1读数变大；v2测r3两端电压，因为电流增大，所以r3两端电压也增大，即v2读数变大；电流增大，会使内电压增大，所以路端电压减小，即v1读数变小；路端电压减小，而v2增大，则r1和r2的并联电压减小，故通过r1的电流减小，即a2读数变小，所以选项c正确。方法，结论法： “并同”：变阻器r2减小，与r2有并联关系的v1、a2示数变小， “串反”：变阻器r2减小，与r2有串联关系的v2、a1示数变大，所以选项c正确。 7.【答案】(1)0.75w(2)2w(3)2w【解析】(1)把r1视为内电路的一部分，则当rr1r3时，r消耗的功率最大，其最大值为：pmax0.75w。(2)对固定电阻r1，当电路的电流最大时其消耗的功率最大，此时r0，所以p1i2r1()2r12w。(3)当rr外时，电源的输出功率最大，但在本题中外电阻最小为2，不能满足以上条件，所以当外电阻和内电阻越接近时越大，即r10时电源的输出功率最大p出i2r12r122w2w。8. 【答案】(1)6 v1 (2)1 9 w【解析】(1)由闭合电路欧姆定律得eu1r，eu2r，联立以上两式并代入数据解得e6 v，r1 .(2)由电功率表达式pr变形得p，当rr1 时，p有最大值，pmax9 w.9. 【答案】见解析 (2) 断开s前电容器的电压为：u2ir216 v6 v.电容器上极板带正电，其带电量为：q1cu2301066 c1.8104 c.断开电路稳定后，电容器的电压升高为：ue10 v.电容器被充电，上极板仍带正电，带电量为：q2cuce3010610 c3104 c.所以断开后流过的电量为：qq2q11.2104 c. 1关于闭合电路，下列说法正确的是()a电源短路时，放电电流为无限大b电源短路时，内电压等于电源电动势c用电器增加时，路端电压一定增大d把电压表直接和电源连接时，电压表的示数等于电源电动势2一太阳能电池板，测得它的开路电压(电动势)为800mv，短路电流为40ma，若将该电池板与一阻值为60的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是()a0.10v b0.20v c0.40v d0.60v3一同学将变阻器与一只6v,68w的小灯泡l及开关s串联后接在6v的电源e上，当s闭合时，发现灯泡发光。按此图的接法，当滑片p向右滑动时，灯泡将()a变暗 b变亮 c亮度不变 d可能烧坏灯泡4如图所示的电路，闭合开关s，滑动变阻器滑片p向左移动，下列结论正确的是()a电流表读数变小，电压表读数变大 b小灯泡l变亮c电容器c上电荷量减小 d以上说法都不对5. 在如图所示电路中，开关s1、s2、s3、s4均闭合，c是水平放置的平行板电容器，板间悬浮着一油滴p，断开哪个开关后p会向下运动？()as1 bs2 cs3 ds46. 如图所示，已知c6 f，r15 ，r26 ，e6 v，r1 ，开关s原来处于断开状态，下列说法中正确的是()a开关s闭合瞬间，电流表的读数为0.5 ab开关s闭合瞬间，电压表的读数为5.5 vc开关s闭合经过一段时间，再将开关s迅速断开，则通过r2的电荷量为1.8105cd以上答案都不对7. 如图所示，用两节干电池点亮几个小灯泡，当逐一闭合开关，接入灯泡增多时，以下说法正确的是()a灯少时各灯较亮，灯多时各灯较暗 b各灯两端电压在灯多时较低c通过电池的电流在灯多时较大 d电池输出功率灯多时较大8. 如图所示电路中，r1r2r31，电压表内阻很大，当s断开时，电压表示数为0.8v，当s闭合时，电压表示数为1v，求电源的电动势与内阻。9. 如图所示，电源电动势e10 v，内阻r0.5 ，标有“8 v16 w”的灯泡l恰好能正常发光，电动机绕线的电阻r01 ，求：(1) 电源的总功率；(2) 电动机的输出功率答案与解析1.【答案】b2. 【答案】d【解析】r20，ur0.6v。3.【答案】b【解析】由图可知，变阻器接入电路的是pb段的电阻丝，当滑片p向右滑动时，接入电路中的电阻丝变短，电阻减小，灯泡变亮，b选项正确。由于灯泡的额定电压等于电源电压，所以不可能烧坏灯泡。4.【答案】a【解析】当滑片向左滑动时，电路中的总电阻变大，总电流减小，路端电压变大，所