高三物理闭合电路的欧姆定律课件.ppt

第3课时闭合电路的欧姆定律考点自清一 电动势1 电源是通过非静电力做功把的能转化成的装置 2 电动势 非静电力搬运电荷所做的功跟搬运电荷电量的比值 e 单位 v 3 电动势的物理含义 电动势表示电源本领的大小 在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压 4 电动势是量 需注意电动势不是电压 其它形式 电势能 把其它形 式的能转化成电势能 标 二 闭合电路欧姆定律1 定律内容 闭合电路的电流跟电源电动势成 跟内 外电路的电阻之和成 2 定律表达式为 i 3 适用条件 4 闭合电路欧姆定律的两种常用关系式 1 e 2 e 正比 反比 纯电阻电路 u外 u内 u ir 特别提示i 只适用于纯电阻闭合电路 变式e u外 u内 e u外 ir和u外 e ir适用于任何闭合电路 三 路端电压u与外电阻r的关系根据u ir 知 当外电路电阻r增大时 电路的总电流i 电源内电压u内 路端电压u外 表示为u r图象如图1所示 减小 减小 增大 四 u i关系图由u e ir可知 路端电压随着电路中电流的增大而 u i关系图线如图2所示 图1 减小 1 当电路断路即i 0时 纵坐标的截距为 2 当外电路电压为u 0时 横坐标的截距为 3 图线的斜率的绝对值为电源的 图2 电动势 短路电流 内阻 热点聚焦热点一两个u i图象的比较1 路端电压与电流的关系 u e ir 可用图3甲表示 图象表示在e r不变的前提下 u随i单调递减 u是i的一次函数 由图3甲说明 1 图中表示电流为i1时 路端电压为u1 对应内电压为u 2 过e点的平行于横轴的虚线表示电流为零时 路端电压不随i而改变 且始终等于电源电动势 就是理想电源的情况 3 图线斜率的绝对值表示电源内阻的大小图中im表示外电阻等于零 即短路 时 回路中的电流 即im 图3 2 一段导体两端的电压与通过的电流关系 u ir 可用图4表示 图象表明在电阻r不变的条件下 u与i成正比 斜率表示导体的电阻 图4 热点二闭合电路的功率计算1 电源的总功率 p总 ei u外i u内i ui 2 电源的输出功率 p出 iu ie 对于外电路是纯电阻的电路 电源的输出功率 p出 电源的输出功率随外电阻的变化关系如图5所示 题型探究题型1闭合电路的动态分析问题 例1 如图5所示 当滑动变阻器的滑动片p向上端移动时 判断电路中的电压表 电流表的示数如何变化 图5 解析先认清电表a测量r3中的电流 电表v2测量r2和r3并联的电压 电表v1测量路端电压 再利用闭合电路欧姆定律判断主干上的一些物理量变化 p向上滑 r3的有效电阻增大 外电阻r外增大 干路电流i减小 路端电压u增大 至此 已判断出v1示数增大 再进行分支上的分析 由i减小 知内电压u 和r1的端电压ur1减小 由u外增大知r2和r3并联的电压u2增大 判断出v2示数增大 由u2增大和r3有效电阻增大 无法确定a示数如何变化 这就要从另一条途径去分析 由v2示数增大知通过r2的电流i2增大 而干路电流i减小 所以r3中的电流减小 即a示数减小 答案见解析 方法提炼动态电路变化分析常见方法如下 1 程序法 基本思路是 部分 整体 部分 部分电路欧姆定律各部分的变化情况 2 直观法 即直接应用 部分电路中r i u的关系 中的两个结论 任一电阻r阻值增大 必引起该电阻中电流i的减小和该电阻两端电压u的增大 任一电阻r阻值增大 必将引起与之并联的支路中电流i并的增大和与之串联的各电路电压u串的减小 3 极限法 即因变阻器滑动引起电路变化的问题 可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论 4 特殊值法 对于某些双臂环路问题 可以采取代入特殊值去判定 从而找出结论 变式练习1在如图6所示的电路中 在滑动变阻器滑动片p由a滑到b的过程中 三只理想电压表示数变化的绝对值分别为 u1 u2 u3 则下列各组数据中可能出现的是 a u1 0 u2 2v u3 2vb u1 1v u2 2v u3 3vc u1 3v u2 1v u3 2vd u1 1v u2 1v u3 2v 图6 解析在滑动变阻器的滑动片p由a滑到b的过程中 滑动变阻器连入电路中的电阻在减小 它的分压作用在减小 也就是电压表v3的示数要减小 由于滑动变阻器连入电路中的电阻在减小 由闭合回路的欧姆定律可知电路的总电流是增大的 电压表v2的示数是增大的 电压表v1测量的是电源的路端电压u 由u e ir式可知 电压表v1的示数变化反映了内电路上电压的变化值 且它们大小相等 符号相反 路端电压是减小的 但是内电路上的电压降u 是增大的 由于电源的电动势e不变 由e u u 可知 在闭合回路中 电压的变化量之和就为零 也可以说是电压减小 的值与电压增大值之和相等 即 u1 u2 u3 根据此式可以排除c选项 对于a选项 由于 u1是反映电源内电路上的电压降的变化 电源有内阻 u1 0显然是错误的 所以只有b和d选项是正确的 答案bd 题型2含电容电路的判断与计算 例2 电动势为e 内阻为r的电源与粗细均匀的电阻丝相连 组成如图7所示的电路 电阻丝长度为l 电阻为r c为平行板电容器 其相对面积为s 两板间的距离为d 在滑动触头向右滑的过程中 电流计中有电流通过 为什么 若电流计允许通过的最大电流为im 求p滑动时 所允许的最大速度是多少 图7 思路点拨解析电容器的电压等于电阻丝pb段上的电压 如果p不滑动 电阻丝pb段长度不变 加在电容c上的电压也不变 电流计g中无电流通过 若p向右滑动 pb段长度减少 电阻减少 电压也减小 电容器就要放电 电流计g中的电流就是电容器放电的电流 由于滑动的速度越大 电容器上电压减小越快 放电电流越大 因此电流计g允许通过电流的最大值就决定了p滑动的最大速度 设滑动触头p滑动的速度为v 那么在 t时间内滑过的距离为 l v t 若p1 p2为滑动触头的初末位置 那么滑动触头p从p1滑至p2的过程中 触头p与b点间的电压减小量为 u u1 u2 在此过程中 电容器的放电量为 q c u c其中 电容器的电容为c 那么 根据电流的定义 流过电流计的电流为又因为流过电流计的电流i im 所以触头p滑动时 所允许的最大速度为vm 答案见解析 规律总结在直流电路中 当电容器充放电时 电路里有充放电电流 一旦电路达到稳定状态 电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件 在电容器处电路看作是断路 简化电路时可去掉它 分析和计算含有电容器的直流电路时 需注意以下几点 1 电容器两极板间的电压等于该支路两端的电压 2 当电容器和用电器并联后接入电路时 电容器两极板间的电压与其并联用电器两端的电压相等 3 电路的电流 电压变化时 将会引起电容器的充 放 电 4 如果变化前后极板带的电性相同 那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量的差 如果变化前后极板带电的电性改变 那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器的电荷量之和 变式练习2如图8所示 e 10v r 1 r1 r3 5 r2 4 c 100f 当s断开时 电容器中带电粒子恰好处于静止状态 求 1 s闭合后 带电粒子加速度的大小和方向 2 s闭合后流过r3的总电荷量 解析 1 当s断开时 电流流经r1和r2 电容器通过r3直接接在r2两端 故uc 4v 图8 此时粒子恰好处于静止状态 则s闭合后r1被短路 电流流经r2 则由牛顿第二定律 有则a g 竖直向上 2 q c uc uc 代入数据有 q 4 10 4c答案 1 g方向竖直向上 2 4 10 4c 题型3闭合电路中的功率问题 例3 如图9所示 rb 4 a c d是额定电压和额定功率相同的3个用电器 电源内阻是1 s闭合后 当变阻器的电阻调为5 时 各用电器均正常工作 1 s断开后 若仍要各用电器正常工作 变阻器电阻r应调为多少 2 s闭合和断开时 rb上的电功率之比为多少 变阻器上消耗的功率之比为多少 图9 解析 1 在题图所示电路中 a c d三个用电器是并联的 且正常工作 其额定功率相等 说明三个用电器的电流均相等 设每个用电器的额定电流为i 若s闭合 有3i 若s断开 则有2i 由 解得rx 10 2 在s闭合和断开两种情况下 电阻rb上消耗的电功率之比应为其通过电流的平方比变阻器上消耗的功率之比应等于通过的电流平方与电阻乘积之比答案 1 10 2 9 49 8 方法提炼分析闭合电路中的功率问题时就注意以下三个问题 1 电流发生变化时 路端电压发生变化 功率比较与计算时不要忘记这一点 2 利用当外电阻等于内阻时输出功率最大这一结论 必要时要将某一电阻看作内阻 作等效电源处理 3 注意所求功率是电路中哪部分电路的功率 不同部分电路分析思路不同 变式练习3如图10所示电路中 直流发电机e 250v r 3 r1 r2 1 电热器组中装有50只完全相同的电热器 每只电热器的额定电压为200v 额定功率为1000w 其他电阻不计 并且不计电热器电阻随温度的变化 问 1 当接通几只电热器时 实际使用的电热器都能正常工作 2 当接通几只电热器时 电热器组加热物体最快 图10 5 当接通几只电热器时 实际使用的每只电热器中电流最大 解析不计电热器电阻随温度的变化 则每只电热器的电阻r0 40 每只电热器的额定电流i0 5a 1 要使用电器正常工作 必须使电热器两端实际电压等于额定电压200v 因此干路电流而每只电热器的额定电流为5a 则电热器的只数n1 2只 2 要使电热器组加热物体最快 就必须使电热器组得到的电功率最大 有的同学错误地认为电热器接得越多 总功率就越大 这是没有考虑到外电阻的变化会影响电源输出功率的变化 这里要注意到a b两点间得到最大功率的条件 相当于r1 r2视为等效 电源 内阻 要使电热器的总功率最大 必须使其总电阻为r r1 r2 r 5 所以n3 8只 答案 1 2只 2 40只 3 8只 4 50只 5 1只 3 要使实际使用的每只电热器中电流最大 则须要uab最大 这样a b间的电阻应最大 所以n5 1只 题型4电路故障分析 例4 如图11所示的电路中 灯泡a和b原来都是正常发光 忽然灯泡b比原来变暗了些 而灯泡a比原来变亮了些 试判断电路中什么地方出现断路的故障 设只有一处出现了故障 图11 思维导图 解析依题意 整个电路只有一处发生了断路 下面分别对不同区域进行讨论 1 若r1断路 电路中总电阻变大 电流变小 路端电压升高 a b两灯均变亮 不合题意 2 若r3断路 b与r3并联 该段电路中电阻变大 电压升高 b中的电流增大 b灯变亮 不合题意 3 若r2断路 a与r2并联 这段电路中电阻变大 使总电阻变大 总电流变小 各部分压降变小 a灯两端电压升高 a中电流增大 a灯变亮 因b灯两端电压减小 b灯中电流变小 b灯变暗 与题中条件相符 4 a灯 b灯所在支路或其他部分发生断路 则两灯均不会发光 不合题意 故应是r2断路 答案见解析 方法归纳 1 断路故障的判断 用电压表与电源并联 若有电压时 说明电源正常 再逐段与电路并联 若电压表指针偏转 则该段电路中有断点 2 短路故障的判断 电流表有示数而用电器不工作则该支路短路 用电压表与该部分并联 若有电压时 未短路 若无电压则该两点间可能短路 或被短路 分析电路故障的基本方法是假设法 如果电路发生某种故障 寻求故障发生在何处时 可将整个电路划分为若干部分 然后逐一假设某部分电路发生故障 运用电路定律进行正向推理 推理结果若与题述物理现象不符合 则故障不是发生在这部分电路 若推理结果与题述物理现象符合 则故障可能发生在这部分电路 直到找出发生故障的全部可能为止 亦称排除法 变式练习4如图12所示的电路中 电源的电动势为6v 当开关s接通后 灯泡l1和l2都不亮 用电压表测得各部分的电压是uab 6v uad 0v ucd 6v 由此可断定 a l1和l2的灯丝都烧断了b l1灯丝烧断了c l2的灯丝烧断了d 变阻器r断路 图12 解析由uab 6v可知 电源完好 灯泡都不亮 说明电路当中出现断路故障 且在a b之间 由ucd 6v可知 灯泡l1与变阻器r是通的 断路故障出现在c d之间 故灯l2断路 答案c 题型5综合应用 例5 有一种测量人体重的电子秤 其原理如图13中的虚线框内所示 它主要由三部分构成 踏板 压力杠杆abo o点为固定转动轴 压力传感器r 是一个阻值可随压力大小变化而变化的电阻器 显示体重的仪表g 其实质是理想电流表 其中ao bo 3 1 已知压力传感器的电阻r与其所受压力f的关系如下表所示 图13 设踏板和杠杆组件的质量可忽略不计 已知理想电流表的量程为0 3a 电源电动势为12v 内阻为2 接通电源 则 1 该秤零刻度线 即踏板空载时的刻度线 应标在电流表刻度盘多少a 安 处 2 利用表中的数据归纳出电阻r随压力f变化的函数关系式 3 如果某人站在踏板上 电流表刻度盘示数为0 8a 这个人的体重是多少 4 该秤能测量的最大体重是多少 解析 1 根据闭合电路欧姆定律得i a 0 375a 该秤零刻度线应标在电流表刻度盘0 375a处 2 由表格数据可以得到 r 30 0 08f 3 根据闭合电路欧姆定律可得 i 当i 0 8a时解得r 13 代入 式得 f 212 5n 根据杠杆平衡条件得 g bo f ao 解得g 637 5n 4 由于安培表的量程为0 3a 根据闭合电路欧姆定律代入数据解得 rmin 2 代入表达式r 30 0 08f解得fmax 350n 根据杠杆平衡条件得 g bo f ao 解得 gmax 1050n该秤能测量的最大体重是1050n答案 1 0 375a 2 r 30 0 08f 3 637 5n 4 1050n本题共19分 其中 式各4分 式3分 式各1分 评分标准 名师导析最近几年高考中 对 闭合电路欧姆定律 的考查往往是穿插于综合性的电路问题中 命题的形式比较灵活 将测量量进行转换是测量中常用的方法 本题将测力转化为测电流 第 2 问中归纳规律是新课标所要求的探究能力之一 自我批阅 28分 如图14所示 电源由n个电动势均为1 5v 且内阻相同的电池串联组成 合上开关s 滑动变阻器的滑动触头c从a端滑至b端的过程中 电路中的一些物理量的变化如图15甲 乙 丙所示 电表 导线对电路的影响不计 求 图14 图15 1 组成电源的串联电池的个数 2 滑动变阻器总阻值 3 将甲 乙 丙三个图上的a b c各点的坐标补齐 甲图为输出功率与路端电压关系曲线 乙图为路端电压与总电流关系曲线 丙图为电源效率与外电路电阻关系曲线 解析 1 由题图乙可知 2分 所以r 2分 由题图甲可知pm 2分 所以n 个 4个 2分 2 由题图丙知 2分 又有r nr 4 0 5 2 1分 所以r 8 2分 3 由题图乙求a点的坐标i 2分 u ir 0 6 8v 4 8v 2分 所以a点的坐标为 0 6 4 8 1分 由图甲求b c点的坐标 当电源输出功率最大时 外电路电阻与内阻相等 此时电路电流 1分 u i r 1 5 2v 3v 1分 所以b点的坐标为 3 4 5 1分 电路中当c滑至b端时 2分 ub ibr 0 6 8v 4 8v 2分 pb ibub 2 88w 2分 所以c点的坐标为 4 8 2 88 1分 答案 1 4个 2 8 3 见解析 素能提升1 如图16所示 电源电动势e 8v 内阻不为零 电灯a标有 10v 10w 字样 电灯b标有 8v 20w 字样 滑动变阻器的总电阻为6 闭合开关s 当滑动触头p由a端向b端滑动的过程中 不考虑电灯电阻的变化 图16 a 电流表的示数一直增大 电压表的示数一直减小b 电流表的示数一直减小 电压表的示数一直增大c 电流表的示数先增大后减小 电压表的示数先减小后增大d 电流表的示数先减小后增大 电压表的示数先增大后减小 解析灯泡a b和滑动变阻器组成并联电路 灯泡a的电阻为 10 灯泡b的电阻为3 2 在滑动触头p由a向b移动过程中 由于滑动变阻器的最大阻值与灯泡b电阻之和小于灯泡a的电阻 故按照并联电路的规律 并联电阻阻值越来越小 即外电路电阻减小 干路电流增大 电流表示数增大 内阻电压增大 路端电压减小 电压表示数减小 故a正确 答案a 2 如图17所示电路 测定电池组的电动势和内阻 其中为电压表 其内阻足够大 定值电阻r 7 0 在开关s未接通时 电压表的示数是6 0v 开关s接通后 电压表的读数为5 6v 那么电池组的电动势和内阻分别等于 a 6 0v0 5 b 6 0v1 25 c 5 6v1 25 d 5 6v0 5 图17 解析因电压表的内阻足够大 当开关s未接通时电压表的示数等于电源电动势 当开关s闭合时据闭合电路欧姆定律有e u 可求出内阻r 答案a 3 如图18所示的电路中 当滑动变阻器的触头p向上滑动时 则 a 电源的总功率变小b 电容器贮存的电荷量变大c 灯l1变暗d 灯l2变亮解析r r总 i u uc 由此电路的变化可知 电源的总功率 p 变大 电容器贮存的电荷量 q cuc 变小 灯l1变亮 灯l2变亮 所以正确选项是d 图18 d 4 小强在用恒温箱进行实验时 发现恒温箱的温度持续升高 无法自动控制 经检查 恒温箱的控制器没有故障 如图19所示 则下列对故障判断正确的是 图19 a 只