第15讲 研究闭合电路.doc

第15讲 研究闭合电路第一部分 知识网络一、应用能的转化和守恒定律推导闭合电路欧姆定律电动势为E，内阻为r的电源与一个负载（不一定是纯电阻）接成一闭合电路，设负载两端电压为U，电路中的电流为I，通电时间为t。电源的非静电力做功为W非=qE=IEt即有这么多的其他形式的能转化为电能。同时在电源内部电流要克服内电阻的阻碍作用做功W2=I2rt，即在电源内部有这么多的电能要转化为内能。在电源内部同时有两种作用，一是“产生”电能，同时又要“消耗”一部分电能。在负载上（外电路）电流所做的功W1=IUt，即在负载上要“消耗”这么多电能。由能量转化和守恒定律可知，电源“产生”的电能应当等于在内阻上和负载上“消耗”的电能之和，即W非=W1W2，则有：IEt=IUt+I2rt （1） （1）式两端消去t得：IE=IU+I2r（2）（2）式中的IE为电源的总功率，即P总=IE；IU为负载上消耗的电功率，也就是电源供给负载的电功率，叫做电源的输出功率，即P输=IU； I2r为在电源内阻上消耗的功率，即P损=I2r。 （2）式也可表示为P总=P输P损 （2）式两端再消去I，得E=UIr（3）（3）式中E为电源的电动势；U为负载两端的电压，也就是电源两极之间的电压，称为路端电压；Ir为在电源内阻上的电势降，也叫做内电压。当负载为纯电阻时，设其阻值为R，则有U=IR，则（3）式可写成：E=IRIr所以有：（3）、（4）两式均叫做闭合电路欧姆定律，也叫做全电路欧姆定律。二、路端电压负载两端的电压，也就是电源两极之间的电压，叫做路端电压。当负载是纯电阻时，路端电压U=IR，其中R是负载电阻的阻值，I是通过负载的电流。EUIrU=E-Ir电源的电动势和内阻r是一定的，当负载电阻R增大时，电流I将减小，则电源内阻上的电势降Ir将减小，所以路端电压U增大，所以路端电压U随外电阻的增大而增大。有两个极端情况：（1）当R，也就是当电路断开时，I0则U=E。当开路（亦称开路）时，路端电压等于电源的电动势。在用电压表测电源的电压时，是有电流通过电源和电压表，外电路并非开路，这时测得的路端电压并不等于电源的电动势。只有当电压表的电阻非常大时，电流非常小，此时测出的路端电压非常近似地等于电源的电动势。（2）当R0时，IE/r，可以认为U=0，路端电压等于零。这种情况叫电源短路，发生短路时，电流I叫做短路电流，典型例题：例1 在如图1所示的电路中，R1=14.0，R2=9.0，当开关S扳到位置1时，电流表的示数为I1=0.20A；当开关S板到位置2时，电流表的示数为I2=0.30A，求电源的电动势和内电阻。例2 在如图2所示的电路中，在滑动变阻器R2的滑动头向下移动的过程中，电压表和电流表的示数变化情况如何？例3 如图5所示电路，电源电动势为E，内电阻为r，R0是定值电阻。现调节滑动变阻器的滑动片，（1）使定值电阻R0上消耗的功率最大，则滑动变阻器的阻值R是多少？（2）使滑动变阻器上消耗的功率最大，则滑动变阻器的阻值R是多少？第二部分 课堂练习1在电源一定的电路里，下面说法正确的是（ ）A外电路电阻增加一倍，路端电压也增加一倍B电源电动势等于内电路与外电路的电压之和C外电路短路时，路端电压等于电源的电动势D路端电压一定大于内电路电压2图8所示为两个电源的特性曲线，即路端电压与电流的关系图象，比较这两个电源的电动势和内阻，正确的是（ ）A12，r1r2 B12，r1r2C12，r1r2 D12，r1r2 3高压输电过程中，输电电压为U，输电功率为P，输电导线上电阻为R，则有（ ） A损失功率为U2/R B损失功率为P2R/U2 C电压损失为PR/U D用户得到的功率为PP2R/U24在图9电路中，电源电动势是，内阻为r，当滑动变阻器R3的滑动头向左移动时（ ）A电阻R1的功率将增大 B电阻R2的功率将减小C电源的功率将加大 D电源的效率将增加5如图4所示，当滑动变阻器的滑动片P向左移动时，两电表的示数变化情况为（ ）A电流表示数减小，电压表示数增大B电流表示数增大，电压表示数减小C两表示数均增大D两表示数均减小6如图10所示=12V，R1=10W，R2=10W，电流表内阻不计，当滑动头P由A端滑到B端时，电流表的读数将由 A变为 A。7如图11所示，电池组电动势=14V，内电阻r=1W，电灯为“2V4W”，电动机的内阻r=0.5W，当可变电阻器的阻值R=1W时，电灯和电动机都正常工作，求：（1）电动机的额定电压U及输出的机械效率。（2）全电路工作半小时放出的热量。8如图12所示，=10V，R1=4W，R2=6W，C=30F，电池内阻可忽略。（1）闭合开关K，求稳定后通过R1的电流；（2）然后将开关K断开，求这以后流过R1的总电量。第三部分 课堂练习1关于电动势下列说法正确的是 （ ）A电源电动势等于电源正负极之间的电势差B用电压表直接测量电源两极得到的电压数值，实际上总略小于电源电动势的准确值C电源电动势总等于内、外电路上的电压之和，所以它的数值与外电路的组成有关D电源电动势总等于电路中通过1C的正电荷时，电源提供的能量2在已接电源的闭合电路里，关于电源的电动势、内电压、外电压的关系应是（ ）A如外电压增大，则内电压增大，电源电动势也会随之增大B如外电压减小，内电阻不变，内电压也就不变，电源电动势必然减小C如外电压不变，则内电压减小时，电源电动势也随内电压减小D如外电压增大，则内电压减小，电源的电动势始终为二者之和，保持恒量3一节干电池的电动势为1.5V，其物理意义可以表述为 （ ）A外电路断开时，路端电压是 15VB外电路闭合时，1s内它能向整个电路提供15J的化学能C外电路闭合时，1s内它能使15C的电量通过导线的某一截面D外电路闭合时，导线某一截面每通过1C的电量，整个电路就获得15J电能4关于电动势，下列说法中正确的是（ ）A在电源内部，由负极到正极的方向为电动势的方向B在闭合电路中，电动势的方向与内电路中电流的方向相同C电动势的方向是电源内部电势升高的方向D电动势是矢量5图1为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图像，下列判断正确的是 （ ）A电动势E1E2，发生短路时的电流I1 I2B电动势E1=E2，内阻r1r2C电动势E1E2，内阻 r1 r2D当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化大6在图2所示的电路中，电源的内阻不能忽略。已知定值电阻R110，R28。当单刀双掷开关S