天津市武清区杨村第四中学高三物理 第2讲闭合电路的欧姆定律复习课件.ppt

第2讲闭合电路的欧姆定律 知识建构 技能建构 1 电源 通过非静电力做功把 其他形式的能转化为 电能的装置 一 电动势 知识建构 技能建构 1 电路 外电路 电源外部的电路 内电路 电源内部的电路 外电路上的电压叫 路端电压 内电路上的电压叫 内电压 知识建构 技能建构 2 电源电动势 2 电源的内阻 与外电路中电阻的物理意义相同 即电流通过电源内部时能产生热效应的那部分 阻碍 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 注意 电动势大小由电源自身的特性决定 跟电源中的非静电力有关 与电源的体积 外电路无关 不同类电源 电动势一般不同 电动势越大 非静电力做功本领越大 电动势与电势差 电压 单位相同 但二者物理意义不同 是两个不同的物理量 知识建构 技能建构 1 内容 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 二 闭合电路欧姆定律 知识建构 技能建构 2 表达式 i 或e ir ir ir u内 仅适用于纯电阻电路 e u外 u内 u外 ir 适用于所有电路 知识建构 技能建构 1 路端电压与电流的关系 图象 根据闭合电路欧姆定律可知u外 e ir 电源的路端电压随电流变化的增大而减小 u i关系图象如图所示 3 路端电压 知识建构 技能建构 电源 关系图象理解与应用 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 注意 若u i图象中的纵坐标 u 不是从零开始时 此时图线与横坐标的交点小于短路电流 但图线的斜率仍然等于电源的内阻 知识建构 技能建构 2 路端电压与外电阻的关系 纯电阻电路 根据u ir i 可得u 当外电阻r i ir u 当r增大到无穷大 即断路 时 i 0 u e 路端电压随外电阻的增大而增大 如图所示 知识建构 技能建构 1 电源的总功率 p总 ie iu外 iu内 p输 p内 4 电源的功率和效率 2 电源的输出功率 p输 iu外 ie i2r 3 电源的内部发热功率 p i2r iu内 p总 p输 4 电源的效率 当外电阻 当 减小到零 短路 时 0 知识建构 技能建构 1 关于电源和电动势 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 电荷电能增加 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 电动势越大 说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位电荷量的正电荷所做的功越多 d 电动势越大 说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移到正极移送电荷量越多 知识建构 技能建构 能的能力的物理量 电动势在数值上等于移送单位电荷量的正电荷所做的功 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送的电荷量越多 所以选项b d错误 c正确 答案 ac 解析 电源是将其他形式的能转化为电能的装置 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 因此选项a正确 电源电动势是反映电源内部其他形式的能转化为电 知识建构 技能建构 2 在如图所示的电路中 电源电动势为e 内阻为r 闭合开关以后 在滑动变阻器的滑动触片p从图示位置向上滑动的过程中 a 电路中的总电流变大 b 路端电压变大 c 通过电阻r2的电流变大 d 通过滑动变阻器r1的电流变小 知识建构 技能建构 答案 bcd 解析 本题可按照以下思路分析 故b c d均正确 知识建构 技能建构 3 2012年潍坊模拟 如图所示 直线a是电源的路端电压和电流的关系图线 直线b c分别是电阻r1 r2的两端电压与电流的关系图线 若将这两个电阻分别接到该电源上 则 a r1接在电源上时 电源的效率高 b r2接在电源上时 电源的效率高 c r1接在电源上时 电源的输出功率大 d 电源的输出功率一样大 解析 电源的效率 由于ub uc 故r1接在电源上时 电源的效率高 a项正确 b项错误 将电阻接在电源上 电阻的u i图象与电源两端电压与电流关系图象的交点 表示将这个电阻接到 知识建构 技能建构 此电源上的输出电压和电流 从图象中只可看出电流的数值 由于图线的斜率等于电阻的阻值 由图象可知 r2与电源的内阻相等 所以接在电源上时 r2比r1消耗功率大 故c d错误 答案 a 知识建构 技能建构 4 如图所示 电源电动势e 10v 内电阻r 0 r1 20 r2 30 r3 60 电容c 4 10 8f 试求 知识建构 技能建构 2 开关s闭合后通过r3的电荷量 解析 1 开关s断开后 电容两端电压u1 e q1 u1 c 开关s闭合后 i 电容两端电压u2 ir2 6v q2 u2 c 故得 1 开关s断开和闭合时电容器所带电荷量之比 知识建构 技能建构 2 开关s闭合后通过r3的电荷量为电容器上电荷量的减少量 即qr3 q1 q2 e u2 c 1 6 10 7c 答案 1 5 3 2 1 6 10 7c 知识建构 技能建构 一 三种图象的比较 知识建构 技能建构 例1如图甲所示为一个电灯两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线 由图可知 两者不成线性关系 这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故 参考这条曲线回答下列问题 不计电流表和电源的内阻 知识建构 技能建构 2 如图乙所示 将两个这样的灯泡并联后再与10 的电阻串联 接在电动势为8v的电源上 求通过电流表的电流值和每个灯泡的电阻 名师点金 搞清i u图象中的点以及斜率的物理意义 知道两条图线交点的物理意义 在作导体的伏安特性曲线时 由于坐标轴标度的选取是任意的 因此利用图线求导体阻值大小时 不能用tan 必须利用u和i的比值计算 1 若把三个这样的灯串联后 接到电动势为12v的电源上 求通过灯泡的电流和每个灯泡的电阻值 知识建构 技能建构 规范全解 1 三个电灯串联时 由串联电路的分压原理可知 每个灯两端电压为4v 由图象可知 当灯泡两端电压为4v时 通过灯泡的电流为0 4a 灯泡电阻r 10 知识建构 技能建构 2 在图乙中 若设灯泡电流为i 两端电压为u 由欧姆定律得e 2ir0 u 即u 8 20i 将u 8 20i函数关系图象作在图甲中 如图丙所示 两图线交点为 2v 0 3a 可得此种情况下电流为0 3a 丙 答案 1 0 4a10 2 0 6a6 7 通过电流表的电流值a 灯泡电阻 知识建构 技能建构 方法概述 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 例2在如图所示的电路中 r1 4 r2 6 电源内阻不可忽略 当开关s2闭合时 理想电流表的示数为3a 则当开关s2断开时 电流表示数可能为 a 3 2ab 2 1a c 1 2ad 0 8a 二 闭合电路欧姆定律的应用 知识建构 技能建构 名师点金 当开关s2断开后 回路中总电阻增大 由闭合电路欧姆定律知总电流会减小 路端电压会增大 从而确定回路中电流的范围 规范全解 当s2闭合时 r2被短路 此时路端电压为12v 当s2断开后 外电阻增大 由闭合电路欧姆定律可知电流减小 路端电压增大 应大于12v 此时电流i 1 2a 所以电流表的示数应满足1 2a i 3a 故应选b 答案 b 知识建构 技能建构 方法概述 在解决直流电路的具体问题时 是用部分电路欧姆定律还是全电路欧姆定律 是从电流 电压角度还是从电功 电功率角度来考虑问题 是从外电路还是从内电路入手 这些并没有一定的规律可循 但有两点值得注意 综观全局 线路中哪个部分知道的条件多 容易突破 一般就从那 知识建构 技能建构 里着手解决 然后扩展到其他部分 线路中局部地方的变动 将会影响整个线路中电压和电流的分配 只有电源电动势和内阻的数值是不变的 知识建构 技能建构 例3三只灯泡l1 l2和l3的额定电压分别为1 5v 1 5v和2 5v 它们的额定电流都为0 3a 若将它们连接成如图甲 乙所示的电路 且灯泡都正常发光 电源电动势e1 3 0v e2 6 0v 内阻r1 r2 0 5 三 闭合电路的几个功率 1 试求图甲电路的总电流和电阻r2消耗的电功率 知识建构 技能建构 2 分别计算两电路电源提供的电功率 并说明哪个电路更节能 知识建构 技能建构 名师点金 由灯泡的额定电流即可求出总电流 由闭合电路的欧姆定律可求出电源的路端电压 与l3两端电压相减即可得出r2两端电压 从而求出r2消耗的电功率 电源提供的电功率由公式p总 ie可求得 知识建构 技能建构 规范全解 1 由题意 在图甲电路中 电路的总电流i总 il1 il2 il3 0 9a u路端 e1 i总r1 2 55v ur2 u路端 ul3 0 05v ir2 i总 0 9a 电阻r2消耗的电功率pr2 ir2ur2 0 045w 2 图甲电源提供的电功率 p总 i总e 0 9 3w 2 7w 图乙电源提供的电功率 p总 i总 e 0 3 6w 1 8w 由于p总 p总 所以 图乙电路比图甲电路节能 答案 1 0 9a0 045w 2 p甲 2 7wp乙 1 8w乙电路更节能 知识建构 技能建构 方法概述 关于电源的输出功率 知识建构 技能建构 1 电源输出功率的电流形式 p出 ui ei i2r p总 p内 p出 i关系如图所示 图线为抛物线 由图可知 对于任意电路当i 时输出功率最大 即pm 知识建构 技能建构 2 电源输出功率的电阻形式 若外电路是纯电阻电路 则有p出 i2r p出 r关系如图所示 讨论 由上式可以看出 当r r时 电源的输出功率最大为pm 当r r时 随着r的增大输出功率越来越小 当r r时 随着r的增大输出功率越来越大 当p出 pm时 每个输出功率对应两个可能的外电阻r1和r2 且r1 r2 r2 知识建构 技能建构 注意 用电器获得最大功率的分析方法 若用电器的电阻是变化的 通常采用等效电源法得出e 和r 将用电器获得的最大功率问题转化为电源的最大输出功率问题来解决 即当r r 时 pm 若用电器的电阻是固定不变的 通常直接利用公式p i2r或p 进行讨论 四 电路的动态分析 知识建构 技能建构 例4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的滑片在a端时合上开关s 此时三个电表 和的示数分别为i1 i2和u 现将r2的滑片向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 知识建构 技能建构 名师点金 本题可采用 局部 整体 局部 的思路分析 思路流程 r2变化情况 r总变化情况 总电流i变化情况 u变化情况 i1变化情况 i2变化情况 知识建构 技能建构 规范全解 滑片向b端移动时 r2减小 引起总电阻减小 总电流i 增大 路端电压u e ir减小 r3的电流等于总电流 u3 ir3增大 故并联部分电压u并 u u3减小 r1阻值不变 故电流i1减小 i2 i i1增大 故选b 答案 b 方法概述 动态电路的分析 知识建构 技能建构 1 程序法 基本思路 电路结构的变化 r的变化 r总的变化 i总的变化 u端的变化 固定支路 变化支路 判定总电阻变化情况的规律 a 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 b 若开关的通 断使串联的用电器增多时 电路的总电阻增大 若开关的通 断使并联的支路增多时 电路的总电阻减小 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 2 并同串反 规律 所谓 并同 即某一电阻增大时 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 反之则减小 所谓 串反 即某一电阻增大时 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 反之则增大 则 r 知识建构 技能建构 3 极限法 即因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题 可将变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论 在如图所示电路中 当闭合开关s 移动滑动变阻器触头从左端至右端时 分析两灯亮度变化情况 采用极限值法 滑片p置于最左端时 l1被短路 不发光 而l2两端电压最大 亮度最大 滑片p置于最右端 时 l1两端电压最大 亮度最大 而l2被短路 不发光 由此分析可知 l1逐渐变亮 l2逐渐变暗 五 含电容器电路的分析 知识建构 技能建构 例5在如图所示的电路中 两平行金属板a b水平放置 两板间的距离d 40cm 电源电动势e 24v 内电阻r 1 电阻r 15 闭合开关s 待电路稳定后 将一带正电的小球从b板小孔以初速度v0 4m s竖直向上射入板间 若小球带电量q 1 10 2c 质量m 2 10 2kg 不考虑空气阻力 那么 滑动变阻器接入电路的阻值为多大时 小球恰能到达a板 此时 电源的输出功率是多大 取g 10m s2 知识建构 技能建构 名师点金 本题主要考查电容器 闭合电路欧姆定律 串并联电路特点 动能定理等 解答时要根据小球的运动情况及受力情况求出电容器两极板间的电场分布情况 并结合电路的有关规律求出相关的电学量 知识建构 技能建构 规范全解 小球进入板间后 受重力和电场力 且到a板时速度为零 设两板间电压为uab 由动能定理得 mgd quab 0 m 所以滑动变阻器两端电压 u滑 uab 8v 设通过滑动变阻器的电流为i 由欧姆定律得 i 1a 滑动变阻器接入电路的电阻 r滑 8 知识建构 技能建构 电源的输出功率 p出 i2 r r滑 23w 答案 8 23w 方法概述 含容电路的分析 1 简化电路时可以把电容器处电路作为断路 简化电路时可以去掉 在求电荷量时在相应位置补上 2 电路稳定后 与电容器同支路的电阻相当于导线 知识建构 技能建构 3 电路中电流 电压的变化可能会引起电容器的充放电 若电容器两端电压升高 电容器将充电 若电压降低 电容器将通过与它连接的电路放电 可由 q c u计算电容器上电荷量的变化 4 在直流电路中 如果串联或并联了电容器应该注意 在与电容器串联的电路中没有电流 所以电阻不起降低电压作用 但电容器两端可能出现电势差 如果电容器与电源并联 电路中有电流通过 电容器两端的充电电压不是电源电动势e 而是路端电压u 知识建构 技能建构 5 在含容电路中 当电路发生变化时 除了要判断和计算电容器两端的电压外 还必须要判断电容器极板上极性的变化 防止出现电容器先放电后反向充电的现象 知识建构 技能建构 高考真题1 2011年高考 海南物理卷 如图所示 e为内阻不能忽略的电池 r1 r2 r3为定值电阻 s0 s为开关 与分别为电压表与电流表 初始时s0与s均闭合 现将s断开 则 a 的读数变大 的读数变小 b 的读数变大 的读数变大 c 的读数变小 的读数变小 d 的读数变小 的读数变大 知识建构 技能建构 解析提示 本题属于关于恒定电流的动态变化问题的一道比较常规的题目 判断时也可以采用 串反并同 的结论 命题分析 本题以恒定电流的动态变化问题考查了学生的分析推理能力 知识建构 技能建构 规范全解 s断开 则电路总电阻变大 总电流变小 外电压变大 电压表示数变大 再考虑到r1两端的电压变小 则r3两端的电压变大 故电流表示数要变大 答案 b 知识建构 技能建构 考向预测1如图所示 ad bc为两根平行且相同的均匀电阻丝 ef为另一根电阻丝 其电阻为r 它可以在ad bc上滑动并保持与ad垂直 ef与ad bc接触良好 图中电压表为理想电压表 电池的电动势和内阻都不变 c d与电池两极连接的导线的电阻可忽略 当ef处于图中位置时 电压表的读数u1 3 0v 已知将ef由图中位置向左移动一段距离 l后 电压表的读数变为u2 2