2012届高中物理第一轮总复习 第7章 第3讲 闭合电路的欧姆定律学案（教师版）新人教版

用心 爱心 专心 一 电源一 电源 1 电源 电源是把其他形式的能转化为 电能 的装置 在电源内部是其他形式的能转化为电能 在电源外电路 电场力做功 电能转化为其他形式 的能 例如 干电池在电池内部是 化学能 转化为电能 电源的作用 将正电荷经电源内部从负极移送到正极 维持两极间的电压 完成这一过程的力是非静电力 它要克服电源内部的静电力 电场力 做功 2 电动势 E 1 概念 是表征电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量 其大小由电源本身的特性决定 同种电源两极间电动势相同 不同种电源两极间电动 势不同 单位是伏特 V 2 电动势数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压 电源的开路电压 或者等于外电压与内电压之和 E U1 U2 如图 731 所示 3 从能量角度理解 电动势在数值上等于电路中移动单位电荷时 电源提供的电能 二 闭合电路欧姆定律二 闭合电路欧姆定律 1 外电路和内电路 闭合电路由两部分组成 一部分是电源外部的电路 叫 外电路 另一部分是电源内部的电路叫 内电路 2 内容 闭合电路中的电流强度跟电源的电动势成正比 跟内 外电路的电阻之和成反比 6 闭合电路的 U I 图象 如图 735 中 a 为电源的 U I 图象 b 为外电阻的 U I 图象 两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压 该点和原点之间的矩形 的面积表示 输出功率 a 的斜率的绝对值表示 电源内阻大小 b 的斜率的绝对值表示 外电阻的大小 当两个斜率相等时即内 外电阻相等时图中 矩形面积最大 即输出功率最大 可以看出当时路端电压是电动势的一半 电流是最大电流的一半 1 电动势与路端电压单位相同 它们有什么不同 电动势与路端电压单位相同 它们有什么不同 解答 电动势与路端电压的比较见下表 电动势 E路端电压 U 物理意义 反映电源内部非静电力做功把 其他形式的能量转化为电能的 情况 反映电路中电场力做功把电能 转化成为其他形式能量的情况 用心 爱心 专心 定义式 E W 为电源的非静电力把正电荷 从电源内由负极移到正极所做 的功 U W 为电场力把正电荷从电源外 部由正极移到负极所做的功 电动势 E路端电压 U 量度式E IR Ir U U U IR 测量运用欧姆定律间接测量用伏特表测量 决定因素只与电源的性质有关与电源和电路中的用电器有关 特殊情况当电源开路时路端电压 U 值等于电源电动势 E 2 动态电路的分析有哪些方法 动态电路的分析有哪些方法 解答 1 电路局部变化引起电路的总电阻的变化规律 当外电路的任何一个电阻增大 或减小 而其他电阻不变时 电路的总电阻一定增大 或减小 若开关的通断使串联的用电器增多时 总电阻增大 若开关的通断使并联的用电器增多时 总电阻减小 2 根据欧姆定律及串 并联电路的性质 来分析电路中某一变化而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况 常见方法如下 用心 爱心 专心 程序法 基本思路是部分 整体 部分 无论电阻是串联还是并联 只要有一个电阻变大 或变小 R 总一定变大 或变小 再由欧姆定律判断知 I 总和 U 端的变化情况 先确定串联电路定值电阻两端电压 再根据 U 端 U1 U2 判定并联电路的电压 最后由部分电路欧姆定律判断各部分物理量的 变化情况 此类题型还可用 并同串反 规律判断 所谓 并同 即某一电阻增大时 与它并联的电阻中的电流 两端电压 电功率都将增大 某一电阻减小 与它并联的电阻中的电流 两端电压 电功率都将减小 所谓 串反 即某一电阻增大时 与它串联的电阻中的电流 两端电压 电功率都将减小 要注意 并同串反 的规律仅作为一种解题技巧供参考 极限法 因变阻器滑片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 特殊值法 对于某些双臂环路问题 可以代入特殊值去判定 从而找出结论 3 电路中有关电容器的计算 电路中有关电容器的计算 解答 1 电容器跟与它并联的用电器的电压相等 2 在计算出电容器的带电量后 必须同时判定两板的极性 并标在图上 3 在充放电时 电容器两根引线上的电流方向总是相同的 所以要根据正极板电荷变化情况来判断电流方向 4 如果变化前后极板带电的电性相同 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电荷量之和 4 怎样解答电路故障问题 怎样解答电路故障问题 解答 1 常见的故障现象 断路 是指电路两点间 或用电器两端 的电阻无穷大 此时无电流通过 若电源正常时 即用电压表两端并联在这段电路 或用电器 上 指针发生偏转 则该段电路断路 如电路中只有该一处断路 整个电路的电势全部降落在该处 其他各处均无电势降落 即电压表不偏转 短路 是指电路两点间 或用电器两端 的电阻趋于零 此时电路两点间无电势降落 用电器实际功率为零 即用电器不工作或灯不亮 但电源易被烧坏 2 检查电路故障的常用方法 电压表检查法 当电路中接有电源时 可以用电压表测量各部分电路上的电压 通过对测量电压值的分析 就可以确定故障 在用电压表检查时 一 定要注意电压表的极性正确和量程符合要求 电流表检查法 当电路中接有电源时 可以用电流表测量各部分电路上的电流 通过对测量电流值的分析 就可以确定故障 在用电流表检查时 一定 要注意电流表的极性正确和量程符合要求 欧姆表检查法 当电路中断开电源后 可以利用欧姆表测量各部分电路的电阻 通过对测量电阻值的分析 就可以确定故障 在用欧姆表检查时 一 定要注意切断电源 假设法 已知电路发生某种故障 寻找故障发生的位置时 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 运用欧姆定律进行正 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 3 常见故障电路问题的分类解析 给定可能故障现象 确定检查方法 用心 爱心 专心 给定测量值 分析推断故障 根据观察现象 分析推断故障 根据故障 分析推断可能观察到的现象 1 电路的动态分析 电路的动态分析 例例 1 如图 737 所示电路中 当变阻器的滑动触头 P 向下端移动时 A 电压表示数变大 电流表示数变小 B 电压表示数变小 电流表示数变大 C 电压表示数变大 电流表示数变大 D 电压表示数变小 电流表示数变小 解析 当滑动触头 P 向下移动时 电路的阻值变大 电路的总电阻变大 则总电流 I 变小 由 U E Ir 知 路端电压变大 所以电压表读数变大 再 由总电流变小 知电阻 R2分压 U2减小 而外电路总电压 U 变大 则 R1所分电压变大 流过 R1的电流变大 再结合总电流变小 则电流表的读数变小 答案 A 方法点拨 1 从 电阻的变化 出发 分析路径是 从局部到整体 最后又回到局部 2 串联抓住电流 向下发展 并联抓住电压 向旁边发展 3 分析变化的要抓住 不变的 进行过渡 变式训练变式训练 1 在某控制电路中 需要连成如图 738 所示的电路 主要由电动势为 E 内阻为 r 的电源与定值电阻 R1 R2及电位器 滑动变阻器 R 连接而 成 L1 L2是红绿两个指示灯 当电位器的触头由弧形碳膜的中点逆时针滑向 a 端时 下列说法中正确的是 A L1 L2两个指示灯都变亮 B L1 L2两个指示灯都变暗 C L1变亮 L2变暗 D L1变暗 L2变亮 解析 L1 L2与 R 均并联 根据 并同串反 由于 R 减小 故流经 L1 L2的电流均减小 所以 L1 L2均变暗 答案 B 2 闭合电路中的能量转化关系 闭合电路中的能量转化关系 例例 2 如图 739 所示电路 已知 E 6V r 4 R1 2 R2的变化范围是 0 10 求 1 电源的最大输出功率 2 R1上消耗的最大功率 3 R2上消耗的最大功率 方法点拨 1 当 R1 R2 r 时 输出功率最大 用心 爱心 专心 2 R1是固定电阻 注意不要照搬上述方法 3 R2是可变电阻 可把 R1 r 看成内阻 当 R2 R1 r 时 R2功率最大 变式训练变式训练 2 如图 7310 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 若小球带电量为 q 1 10 2C 质量 为 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 3 电路的分析和计算 电路的分析和计算 例例 3 2009 上海上海 如图 7311 所示电路中 R1 12 R2 6 滑动变阻器 R3上标有 20 2A 字样 理想电压表的量程有 0 3V 和 0 15V 两挡 理想电流表的量程有 0 0 6A 和 0 3A 两挡 闭合电键 S 将滑片 P 从最左端向右移动到某位置时 电压表 电流表示数分别为 2 5V 和 0 3A 继续向右移 动滑片 P 到另一位置 电压表指针指在满偏的 1 3 电流表指针指在满偏的 1 4 则此时电流表示数为 A 该电源的电动势为 V 方法点拨 分清电路结构是解题的关键 再利用串 并联电路的规律和闭合电路欧姆定律求解 答案 0 15 7 5 变式训练变式训练 3 在图 7312 甲所示电路中 R1 R2均为定值电阻 且 R1 100 R2的阻值未知 R3是一滑动变阻器 当其滑键从最左端滑至最右端的 过程中 测得电源的端电压随电流 I 的变化图线如图 7312 乙 其中图线上的 A B 两点是滑键在变阻器的两个不同端点时分别得到的 求 1 电源的电动势和内电阻 2 定值电阻 R2的阻值 3 滑动变阻器 R3的最大值 4 常见的电路故障问题 常见的电路故障问题 根据观察现象 分析推断故障 用心 爱心 专心 例例 4 如图 7313 所示的电路中 闭合电键 灯 L1 L2正常发光 由于电路出现故障 突然发现灯 L1变亮 灯 L2变暗 电流表的读数变小 根据分 析 发生的故障可能是 A R1断路 B R2断路 C R3短路 D R4短路 解析 当 R1断路时 总电阻增大 所以通过电源的总电流减小 灯 L2变暗 电流表的读数变小 而路端电压增大 所以 L1两端电压增大 灯 L1变 亮 所以 A 选项正确 当 R2断路时 总电阻增大 所以通过电源的总电流减小 灯 L1变暗 而路端电压增大 所以 L2两端电压增大 灯 L2变亮 所以 B 选项不正确 当 R3短路时 总电阻减小 所以通过电源的总电流增大 灯 L1变亮 而路端电压减小 所以 L2两端电压减小 灯 L2变暗 因为总电流增加 而通 过 L2的电流减小 电流表的读数变大 所以 C 选项不正确 当 R4短路时 总电阻减小 所以通过电源的总电流增大 灯 L1变亮 而路端电压减小 所以 L2两端电压减小 灯 L2变暗 因为总电流增加 而通 过 L2的电流减小 电流表的读数变大 所以 D 选项不正确 答案 A 方法点拨 电路出现的故障有两个原因 短路 断路 包括接线断路或者接触不良 电器损坏等情况 一般检测故障用电压表 1 如果电压表示数为零 说明电压表上无电流通过 则可能电压表并联路段之外有断路 且并联路段内有短路 2 如果电压表有示数 说明电压表上有电流通过 则在并联路段之外无断路 或并联路段内无短路 变式训练变式训练 4 如图 7314 所示 由于某一电阻断路 致使电压表和电流表的示数均比该电阻未断时要大 则这个断路的电阻可能是 A R1 B R2 C R3 D R4 解析 此类问题的常规解法是逐个分析 进行判断 若 R1断路 R 总变大 I总变小 U端变大 I2 变大 即电流表示数变大 U 端变大 I4 变大 U4变大 所以选项 A 正确 若 R2断路 电流表示数为零 则 B 错 若 R3断路 电压表示数为零 则 C 错 若 R4断路 R 总变大 I总变小 U端变大 即电流表和 R2 串联后两端电压变大 则电流表示数变大 R4断路后 则电压表的内阻大 所以 R3所在 支路近似断路 则电压表示数此时也变大 即 D 正确 所以正确答案 AD 5 含电容电路的分析 含电容电路的分析 例例 5 如图 7315 所示的电路中 电源的电动势 E 3 0V 内阻 r 1 0 电阻 R1 10 R2 10 R3 30 R4 35 电容器的电容 C 10 F 电容器原来不带电 求接通电