高二物理 闭合电路欧姆定律问题综合 教科版.doc

高二物理闭合电路欧姆定律问题综合教科版【本讲教育信息】一. 教学内容：闭合电路欧姆定律问题综合二. 学习目标：1、掌握欧姆定律问题的基本应用问题。2、重点掌握闭合电路的动态分析问题的解题思路。3、重点掌握闭合电路的功率、电流、电阻的极值问题的分析方法和思路。考点地位：本知识点是高中电学理论的核心内容，在历年的高考中占有重要的位置。在考查形式上，既可以通过选择的形式考查单一的知识点，也可以通过一个模型片断的形式综合于大型的计算题中，2008年广东卷第7题、2007年宁夏理综卷第17题、2006年的上海卷第11题，2006年的天津理综卷第9题，通过选择题的形式重点考查了全电路中的功率问题，动态分析问题，2006年的重庆理综卷第23题，则是通过小型计算的形式考查了功率的极值问题.三. 重难点解析： 1. 电动势（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，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，可以使每1C的电量具有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。题型1、电动势概念的理解：例：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量做功越多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量越多答案：A、C变式：将电动势为3.0V的电源接入电路中，测得电源两极间的电压为2.4V，当电路中有6C的电荷流过时，求：（1）有多少其它形式的能转化为电能。（2）外电路中有多少电能转化为其他形式的能。（3）内电路中有多少电能转化为其他形式的能。解析：由电动势的定义可知，在电源内部非静电力每移送1C电荷，有3J其他形式的能转化为电能。也可认为在电源中，非静电力移送电荷做多少功，就有多少其他形式的能转为电能；在电路中，电场力移送电荷做多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。（1），电源中共有18J其他形式的能转化为电能。（2），外电路中共有14.4J电能转化为其他形式的能。（3）内电压所以。内电路中共有电能转化为其他形式的能。也可由能量守恒求出：。 2. 内电压和外电压（1）内电路、内电阻、内电压将电源和用电器连接起来，就构成闭合电路，如图所示电源内部的电路叫闭合电路的内电路。内电路的电阻叫电源的内阻。当电路中有电流通过时，内电路两端有电压叫内电压，用U表示。（2）外电路、外电压（路端电压）：电源外部的电路叫外电路。外电路两端的电压叫外电压，也叫路端电压。用U表示。（3）三者关系：即在闭合电路里，电源电动势等于内、外电压之和。注意：将伏特表接在电源两极间测得的电压U，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，。当电源没有接入电路时，因无电流通过内电路，所以U=0，故此时E=U。即电源电动势等于电源没有接入电路时的路端电压。电动势和路端电压虽然是有相同的单位且有时数值亦相同，但二者是本质不同的物理量。电动势反映了电源将其他形式的能转化为电能的本领大小，路端电压反映了外电路中电能转化为其他形式的能的本领大小。 3. 闭合电路的欧姆定律（1）内容：闭合电路的电流与电源的电动势成正比，与整个电路的电阻成反比，即，常用表达式还有。（2）适用范围：外电路是纯电阻的电路。注意：只适用于外电路为纯电阻的闭合电路。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）图象：电源的UI图线。闭合电路中，电源的电动势E和内阻r可认为是不变的。由可知，路端电压U与电路中电流I成一次函数的关系。其图象如图所示，图线与U轴交点P表示外电路断路时的路端电压，此电压等于电源电动势；图线与I轴交点Q表示外电路短路时的电流，此电流；图线斜率绝对值在数值上等于内电阻的大小。问题1：闭合电路的基本分析与计算问题：例：如图所示电路中，电源的总功率是40W，a、b两点间的电压是4.8V，电源输出的功率是37.6W。求电源的内电阻和电动势。解析：外电路是由并联再与串联组成的。并联的总电阻为a、b两点间的电压就是并联电路两端的电压，所以流过干路的电流为电动势变式：如图甲所示电路中，S断开时，电压表示数为16V；S闭合时，电压表示数为10V。若电压表可视为理想的，求：（1）电源电动势和内电阻各为多大？（2）若将原电路改为图乙所示的电路，其他条件不变，则S断开和闭合时电压表的示数分别为多大？ 解析：（1）在图甲中，当断开S时，中电流可视为零（因理想电压表内阻可视为无限大），两端电压可视为零，故电压表指示的是电源的路端电压。又此时外电路是串联，所以，电路中总电流为：由闭合电路欧姆定律得：当闭合S时，电压表指示的是两端电压，外电路结构是：并联，再跟串联，此时电路中总电流为：外电路总电阻为：由得： 联立两式，解得E=20V，r=5。（2）若将原电路改为图乙所示电路，则断开S时，外电路由串联组成，电压表指示的是两端的电压，此时总电流为：电压表示数为：闭合S时，外电路结构是并联再与串联，电压表示数是组成的并联电路两端的电压，此情况下，外电路总电阻为：总电流为：故电压表示数为：题型2、闭合电路的动态分析问题（2008年广东卷）电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图所示的电路，当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，下列说法正确的是A. 电压表和电流表读数都增大B. 电压表和电流表读数都减小C. 电压表读数增大，电流表读数减小D. 电压表读数减小，电流表读数增大答案：A（07宁夏理综）在如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器。当R2的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U。现将R2的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况是（ ） A. I1增大，I2不变，U增大 B. I1减小，I2增大，U减小C. I1增大，I2减小，U增大D. I1减小，I2不变，U减小答案：B 4. 闭合电路中的功率（1）电源的功率P：电源将其他形式的能转化为电能的功率，也称为电源的总功率，计算式为：P=IE，普遍适用；，只适用于外电路为纯电阻的电路。（2）电源内阻消耗功率：电源内阻的热功率，也称为电源的损耗功率，计算式为：。（3）电源的输出功率：外电路上消耗的功率，计算式为：，普遍适用；，只适用于外电路为纯电阻的电路。（4）闭合电路上功率分配关系为：。闭合电路上功率的分配关系反映了闭合电路中能量的转化和守恒，即电源提供的电能，一部分消耗在内阻上，其余部分输出给外电路，并在外电路上转化为其他形式的能。能量守恒的表达式为：，普遍适用；，只适用于外电路为纯电阻的电路。（5）电源的效率：。由上式可知，外电阻R越大，电源的效率越高。 5. 输出功率与外电阻之间的关系电源的输出功率：由上式可以看出：（1）当R=r时，电源的输出功率最大，此时电源效率。（2）当时，随着R的增大输出功率越来越小。（3）当时，随着R的增大输出功率越来越大。（4）当时，每个输出功率对应两个可能的外电阻，且。（5）的关系如图所示。问题2：闭合电路中的功率、电流、电阻的极值问题例：如图所示电路中，电阻，电源电动势E=12V。内电阻。求：（1）当电流表示数为0.4A时，变阻器的阻值多大？（2）阻值多大时，它消耗的电功率最大？（3）阻值多大时，电源的输出功率最大？解析：由电路图可知，并联后再与串联，电流表的示数是表示通过电阻的电流，根据串并联电路的特点以及闭合电路欧姆定律可求出该题的答案。（1）设干路电流为I，根据并联电路的分流原理：外电路的总电阻由闭合电路欧姆定律得 由、式求得。（2）设阻值为时，它消耗的功率最大为，此时电路总外阻为干路电流，由、得：当时消耗的功率最大，即。（3）设阻值为时，电源输出功率最大为，当外电路的总电阻时，电源输出功率最大，因为，所以，当R越接近r时输出功率最大。故只有当时，R接近r，此时电源输出功率最大。变式1：（2007珠海）在如图所示的电路中，为定值电阻，为可变电阻，E为电源电动势，r为电源内阻。则以下说法中正确的是（ ）A. 当时，上获得最大功率B. 当时，上获得最大功率C. 当时，上获得最大功率D. 当时，电源的输出功率最大答案：A、C变式2：如图所示，已知电源电动势E=12V，滑动变阻器，其滑动触头为P。（1）当滑动触头P滑动到什么位置时，干路中电流最小？最小电流是多少？（2）当滑动触头在什么位置时，电源输出功率最大？是多少？解：（1）设P上方的电阻为，则等效电路如图所示，则外电阻为其中。干路中电流最小值为，当P上方电阻为时，干路中电流最小，最小值是4A。（2），由电源输出功率，随外电阻变化关系可知，外电阻越接近内阻，电源输出功率越大，所以当P在最上端时，电源外电阻最小，且接近内阻r，所以此时输出功率最大。最大输出功率小结本节内容。我们不讲基本概念，但是要求简单的列出来。我们的重点是总结、归纳、提高，突出重点难点，指出学生容易犯的错误，给出避免的方法。【模拟试题】（答题时间：25分钟） 1. 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（ ）A. B. C. D. 2. 如图所示为两个独立电路A和B的路端电压与其总电流I的关系图线，则（ ）A. 路端电压都为时，它们的外电阻相等B. 电流都是I1时，两电源内电压相等C. 电路A的电动势大于电路B的电动势D. A中电源的内阻大于B中电流的内阻 3. 在如图所示的电路中，开关S1、S2、S3、S4均闭合，C是极板水平放置的平行板电容器，板间悬浮着一油滴P，问断开哪个开关后P会向下运动？（ ）A. S1B. S2C. S3D. S4 4. 如图所示，已知。当开关S闭合后，电压表的读数为1V；当开关S断开后，电压表的读数为0.8V，则电池的电动势等于（ ）A. 1VB. 1.2VC. 2VD. 4V 5. 如图所示的两种电路中，电源相同，各电阻器阻值相等，各电流表的内阻相等且不可忽略不计。电流表和读出的电流值分别为I1、I2、I3和I4。下列关系式中正确的是（ ）A. B. C. D. 6. 如图所示，当滑动变阻器的滑动片P向左端滑动时，以下说法正确的是（ ）A. 安培表的示数减小，伏特表的示数增大B. 安培表的示数增大，伏特表的示数减小C. 安培表和伏特表示数都减小D. 安培表和伏特表示数都增大 7. 如图所示电路，E=6V，求：（1）当S断开时电流表与电压表的示数；（2）当S闭合时电流表与电压表的示数。 8. 如图所示，为滑动变阻器，电阻的变化和长度成正比，A、B为两端点。，电源内阻。当滑动变阻器的滑动头移到A点时，电压表的读数为5V。问：（1）当滑动头移到B点时，电路消耗的总功率是多大？（2）当滑动头移到中点C时，上消耗的功率是多大？（3）滑动头在A、B、C三点时，电源的效率各是多少？【试题答案】 1. B、D提示内外电压之和应等于总电动势，故B正确。考虑到全电路欧姆定律，D也正确。 2. A、C、D提示在路端电压与总电流的关系图线（UI）中，图线在U轴上的截距表示电动势E，图线斜率的绝对值表示电源的内阻，可见。图中两直线的交点坐标为（）。由可知，路端电压都为时，它们的外电阻相等。由可知，电流都是时，因r不等，两电源内电压不等。所以选项A、C、D正确。 3. C提示油滴悬浮在极板之间，说明油滴受到的电场力与重力平衡。若要油滴P向下运动，则需要使平行板间的电场减小，也就是降低平行板间的电压。而平行板两板间电压就是R3两端的电压，故只有断开S3，使电容器与电源脱离，同时使极板的电荷通过R1、R2与R3放电，这样就达到了降低电压的要求。因此应选C。 4. C 提示当S闭合时，。故有；当S断开时，故有，解之，得E=2.0V，C正确。 5. B、D提示设安培计内阻，对左图的电路外电阻为，对题中右图中的外电阻为，将上两式相减可得，所以题中左图中的外阻大于题中右图中的外阻，题中左图中的总电流将小于题中右图中的总电流，D正确。在题中左图中与电流表串联的电阻中的电流小于仅有R的支路电流，而总电流又小，所以，B正确