2017_2018学年高中物理第二章恒定电流第7节闭合电路的欧姆定律教学案.docx

第7节 闭合电路的欧姆定律一、闭合电路的欧姆定律1描述闭合电路的几个基本物理量用导线把电源、用电器连接起来就构成了闭合电路，如图所示。(1)内电路：电源内部的电路叫做内电路，其电阻叫做内电阻，通常用r表示；闭合电路中，通常用U内表示Ir，它是内电路的电势降落，即内电路两端的电压，称为内电压。(2)外电路：电源两极之间的外部电路叫做外电路，其电阻叫做外电阻；闭合电路中，通常用U外表示IR，它是外电路的电势降落，即外电路两端的电压，称为外电压，也常称为路端电压，简单地记为U。(3)内、外电路的特点：外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低；内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向电势升高。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正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。(2)公式：I；适用范围：纯电阻电路。(3)常用的变形公式及适用范围：EU外U内或U外EIr；适用范围：任何闭合电路。判一判1电源的两端可以用导线直接连在一起()2外电路断开时，路端电压就是电源的电动势()3用电压表直接与电源两极相连，电压表的示数略小于电源的电动势()二、路端电压与负载的关系1路端电压与外电阻的关系U外EU内Er结论：(1)R增大U外增大。(2)外电路断路时U外E。(3)外电路短路时U外0。2路端电压与电流关系：U外EIr。注意部分电路欧姆定律的UI图象与闭合电路欧姆定律的UI图象比较选一选一个闭合电路，是由电池供电的，外电路是纯电阻时，以下说法正确的是( )A当外电阻增大时，路端电压增大B当外电阻减小时，路端电压增大C当外电阻减小时，电路中的电流减小D电池的内阻越小，外电阻变化时，路端电压的变化越大解析：选A根据UEIr，当外电阻增大时，I减小，U增大，A正确，B错误；根据I，C错误；再根据UEIr，UIr，故D错误。1.解决闭合电路问题的一般步骤(1)认清电路中各元件的连接关系，画出等效电路图。(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，可用闭合电路的欧姆定律直接求出，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)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。(4)当外电路含有非纯电阻元件时(如电动机、电解槽等)，不能应用闭合电路的欧姆定律求解干路电流，也不能应用部分电路欧姆定律求解该部分的电流，若需要时只能根据串、并联的特点或能量守恒定律计算得到。2闭合电路中的几个关系式 典型例题例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。解析当S闭合时，由闭合电路欧姆定律得U1EI1r即E1.60.4r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 答案2 V1 即时巩固1如图所示，当开关S断开时，电压表示数为3 V，当开关S闭合时，电压表示数为1.8 V，则外电阻R与电源内阻r之比为()A53B35 C23 D32解析：选DS断开时，电压表的示数等于电源的电动势，即：E3 V，S闭合时，U外1.8 V，所以U内EU外1.2 V。因U外IR，U内Ir，所以RrU外U内1.81.232。闭合电路中只要电路的某一部分发生变化，就会影响整个电路，使总电路和每一部分的电流、电压都发生变化。其分析的一般思路为(1)明确电路结构，即电路各元件的连接方式。(2)明确局部电阻的变化和外电路总电阻R总的变化。(3)运用I总判断I总的变化。(4)运用U内I总r判断U内的变化。(5)运用U外EU内判断U外的变化。(6)运用电学公式实行定性分析各支路相关量变化。注意对于有电压变化的闭合电路问题，由EU外U内可知：内、外电路电压变化的绝对值相等，即|U外|U内|。典型例题例2.如图所示电路，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()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，电流表的示数增大解析滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中，R0接入电路的电阻变小，电路的总电阻变小，总电流变大，电源的内电压变大，外电压变小，电压表的示数变小，R1两端的电压变大，R2两端的电压变小，电流表的示数变小，A正确。答案A点评直流电路动态分析思路基本思路是“部分整体部分”，即从阻值变化入手，由串、并联规律判知R总的变化情况，再由欧姆定律判知I总和U端的变化情况，最后由部分电路欧姆定律及串联分压、并联分流等规律判知各部分的变化情况。即时巩固2.如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r。当滑动变阻器的滑片P向b移动时，电压表的读数U1与电压表的读数U2的变化情况是()AU1变大，U2变小BU1变大，U2变大CU1变小，U2变小DU1变小，U2变大解析：选A滑片P向b移动时，滑动变阻器连入电路中的有效阻值增大，干路中的总阻值增大，总电流变小，内电压变小，外电压变大，即U1变大，由于总电流变小，所以U2变小，故选项A正确。1.电源的三种功率2.电源的输出功率如图所示为电阻R与电源构成的一个闭合电路，电源的电动势为E，内电阻为r，则电源的输出功率为P出UI由上式可以看出：(1)当Rr时，电源的输出功率最大，Pm。(2)当Rr时，随着R的增大输出功率越来越小。(3)当Rr时，随着R的增大输出功率越来越大。(4)P出与R的关系如图所示。3电源的效率(1)定义：输出功率跟电路消耗的总功率的比值，表达式为。(2)若外电路为纯电阻电路，则，外电路电阻越大，电源效率越高。注意(1)电源输出功率越大，效率不一定越高，如电源输出功率最大时，效率只有50%。(2)判断可变电阻功率变化时，可将可变电阻以外的其他电阻看成电源的一部分内阻。(3)当P输出Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1、R2，且R1R2r2。典型例题例3.如图所示，电源的电动势E9.0 V，内阻r2.0 ，固定电阻R11.0 ，R2为可变电阻，其阻值在010 范围内调节。当R2_时，R1消耗的电功率最大；当R2_时，R2消耗的电功率最大。解析电源的输出功率P2R，当Rr时，输出功率最大。在本题中，因R1是定值电阻，据PI2R，当电流I最大，即R20时，R1消耗的电功率最大，欲使R2消耗的电功率最大，可将R1r看作电源的等效内阻，应用上面的结论，当R2R1r3.0 时，R2消耗的电功率最大。答案03.0 例4.如图所示，线段A为某电源的UI图线，线段B为某电阻的UI图线，当上述电源和电阻组成闭合电路时，求：(1)电源的输出功率P出多大？(2)电源内部损耗的电功率是多少？(3)电源的效率多大？解析(1)从A的图线可读出电源电动势E3 V，内阻r 0.5 从图象的交点可读出路端电压U2 V，电路电流I2 A则电源的输出功率为P出UI4 W(2)电源内部损耗的电功率P内I2r2 W(3)电源的总功率为P总IE6 W故电源的效率为100%66.7%答案(1)4 W(2)2 W(3)66.7%点评利用UI图线解题的注意点电源的UI图线与电阻的UI图线的物理意义不同，前者是路端电压与电路电流的函数关系，后者是加在电阻两端的电压与通过的电流的函数关系。从图象中能知道哪些物理量及从两个图象能求出哪些物理量是解题的关键。即时巩固3电源的效率定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比。在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示，图中U为路端电压，I为干路电流，a、b为图线上的两点，相应状态下电源的效率分别为a、b。由图可知a、b的值分别为()A.、 B.、 C.、 D.、解析：选D电源效率，E为电源的总电压(即电动势)，根据图象可知UaE，UbE，D正确。1有两个相同的电阻R，串联起来接在电动势为E的电源上，通过每个电阻的电流为I，若将这两个电阻并联起来，仍接在该电源上，此时通过一个电阻R的电流为2I/3，则该电源的内阻是( )ARBR/2 C4R DR/8解析：选C由闭合电路欧姆定律得，两电阻串联时I，两电阻并联时I，解得r4R，故选C。2多选如图是某电源的路端电压与电流的关系图象，下列结论正确的是( )A电源的电动势为6.0 VB电源的内阻为12 C电源的短路电流为0.5 AD电流为0.3 A时的外电阻是18 解析：选AD由于该电源的UI图象的纵轴坐标不是从零开始的，纵轴上的截距虽为电源的电动势，即E6.0 V，但横轴上的截距0.5 A并不是电源的短路电流，且内阻应按斜率的绝对值计算，即r|2 ，由闭合电路欧姆定律可得，电流I0.3 A时外电阻Rr18 ，故选项A、D正确。3多选如图所示电路中，当可变电阻R2 时，理想电压表的示数U4 V，已知电源的电动势E6 V，则( )A此时理想电流表的示数是2 AB此时理想电流表的示数是3 AC电源的内阻是1 D电源的内阻是2 解析：选AC如题图所示，电压表测量的是路端电压，电流表测的是通过R的电流，由部分电路欧姆定律可得UIR，故I2 A；再由闭合电路欧姆定律得EUIr，将I2 A、U4 V、E6 V代入可得r1 ，故选项A、C正确。4如图所示的电路中，电源的电动势E和内电阻r恒定不变，电灯L恰能正常发光，如果变阻器的滑片向b端滑动，则( )A电灯L更亮，电流表的示数减小B定值电阻R2消耗的功率增大C电灯L变暗，电源的总功率减小D电灯L变暗，电流表的示数增大解析：选A滑片向b端滑动，R1变大，电路中总电阻变大，路端电压变大，根据I知I减小，电流表示数减小，根据EU外Ir，U外变大，灯泡两端电压变大，故电灯L更亮。再根据P2IR2，I总减小，IL变大，故I2变小，R2功率变小，故B、C、D错误，A正确。5如图所示