闭合电路欧姆定律(讲)

7 闭合电路欧姆定律 最简单的电路由哪几部分组成 思考 导线组成 由电源 用电器 开关 用导线把电源 用电器连成一个闭合电路 外电路 电源外部的用电器和导线构成外电路 内电路 电源内部是内电路 内电路 外电路 导体中产生恒定电流的条件 闭合电路 导体两端存在恒定电压 部分电路 1 定义 在电源内部非静电力把单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功 一 电动势 2 电动势符号E电动势单位伏特 V 1 电动势 思考 当开关打开时 伏特表读数与电源电动势有什么关系 当开关闭合时 两者还相等吗 3 在闭合电路中 电动势在数值上等于电源在没有接入电路时两极间的电压 4 意义 电动势表示电源将其他形式的能转化为电能本领大小 电动势是反映电源把其他形式能转化为电能的本领的物理量 只由电源本身结构特性决定 与电路无关 2 是电源 1 定义 把其它形式的能转换成电能的装置 2 常见的电源 各种电池 3 电源在电路中的作用 将其它形式的能转变为电能 保持导体两端有持续的电压 二 闭合电路欧姆定律 内电路 外电路 内电阻 外电阻 外电压 内电压 外电路 电源外部的电路 包括用电器 导线等 外电阻 外电路的总电阻 内电阻 内电路的电阻 通常称为电源的内阻 内电路 电源内部的电路 外电压 外电阻两端的电压 又叫路端电压U外 内电压 内电阻两端的电压U内 在外电路中 电流方向由正极流向负极 在内电路中 即在电源内部 通过非静电力做功使正电荷由负极移到正极 所以电流方向为负极流向正极 1 闭合电路的电流方向 内电路与外电路中的总电流是相同的 2 电路中的电势变化情况 1 在外电路中 沿电流方向电势降低 2 在内电路中 一方面 存在内阻 沿电流方向电势也降低 另一方面 沿电流方向存在电势 跃升 电路中电势降落关系 U内 U外 E 结论 E U外 U内 演示 4 U外 IR U内 Ir E U外 U内 电动势和内 外电压的关系 对纯电阻电路 E IR Ir 闭合电路中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 r R 从能量角度讨论整个电路的能量转化 内电路 外电路 E外 I2Rt 2 内电路也有电阻r 当电流通过内电路时 也有一部分电能转化为内能 是多少 E内 I2rt 3 电流流经电源时 在时间t内非静电力做多少功 W Eq EIt 4 以上各能量之间有什么关系 1 若外电路中的用电器都是纯电阻R 在时间t内外电路中有多少电能转化为内能 电源电动势为E 内阻为r 外电阻为R 电流为I 结论 根据能量守恒定律 非静电力做的功应该等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和 W E外 E内 即 EIt I2Rt I2rt 整理得 E IR Ir 1 表述 闭合电路中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 数学公式 3 适用条件 外电路是纯电阻的电路 3 闭合电路欧姆定律 说明 二 闭合电路欧姆定律 1 是外电路上总的电势降落 习惯上叫路端电压 2 是内电路上的电势降落 习惯上叫内电压 外电路两端的电压叫路端电压 如图电路 R增大 电流减小 路端电压增大 R减小 电流增大 路端电压减小 路端电压 三 路端电压跟负载 R 的关系 路端电压U随外电阻R变化的讨论 当R外增大时 U外也随之增大 当外电路断开时 R外 U外 E 当外电路短路时 R外 0 U外 0 I短 很大 一般情况下不允许外电路短路 讨论 在电源末接入电路的情况下 用电压表直接测量电池两极所得到的数值 近似等于电源电动势的大小 路端电压U与外电阻R的图线 2 路端电压随电流变化的U I图像 图线与纵坐标交点表示电路断开情况 交点的纵坐标为电源电动势E 图线与横坐标交点表示外电路短路情况 交点横坐标为短路电流I短 E r 图线斜率值 tan 表示电源的内电阻r U I 注意 若纵轴的原点不在两轴交点时 此结论不成立 U E Ir知 U是I的一次函数 闭合电路的U I图象 1 右图中a为闭合电路的U I图象b为部分电路 外电阻 的U I图象 2 两者的交点坐标表示该电阻接入电路时的路端电压与电流 3 a的斜率的绝对值表示电源内阻的大小 b的斜率的绝对值表示接入电路中外电阻的的大小 4 图中虚线矩形的面积表示接入该电阻时的输出功率 当两个斜率相等时 即内 外电阻相等 图中矩形面积最大 即输出功率最大 小结 闭合电路欧姆定律的表达形式有 E U外 U内 I R间关系 U E Ir U I间关系 U R间关系 注意 适用于外电路为纯电阻电路 适用于一切电路 例1 关于电源的电动势和外电压 下面叙述正确的是 A 同一电源接入不同电路 电动势就会发生变化B 电源的电动势等于电源内电压和路端电压之和C 电源的电动势可以用大内阻的伏特表粗略测定D 在闭合电路中 路端电压变化的本质原因是由于外电阻的改变 BC 例 如图是某电源的路端电压U随干路电流I的变化图象 由图象可知 该电源的电动势为V 内阻为 0 5 3 课堂训练 A B 4 例3 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 如图所示 电源的电动势和内阻都保持不变 当滑动变阻器的滑动触点向左端移动时 A 电压表的读数增大 电流表的读数减小B 电压表和电流表的读数都增大C 电压表和电流表的读数都减小D 电流表的读数增大 电压表的读数减小 A 三 电源的输出功率的讨论 1 P输出 I干关系 任意外电路 P输出 U外I干 U外是I干的隐函数 P输出 EI I2r 转移法 能的转化和守恒定律 极值条件和极值 I E 2r P输出 I2r EI Pmax E 2r 图像 三 电源的输出功率的讨论 2 P输出 R外关系 纯电阻外电路 P输出 I2R P输出 I为R的隐函数 极值条件及极值 P输出 R r Pmax 图像 R 0 P输出 0 R P输出 0 R r E 4V r 0 5 例2 如图所示 已知电源内阻2 电动势3V 滑动变阻器总阻值10 定值电阻阻值4 求 1 变阻器的最大功率 2 电源的最大输出功率和最大效率 3 定值电阻的最大功率 4 电路总功率的最大值 例 电源的电动势和内阻都保持一定 在外电路的电阻逐渐减小的过程中 下面说法中正确的是 ACD A 电源的路端电压一定逐渐变小B 电源的输出功率一定逐渐变小C 电源内部消耗的功率一定逐渐变大D 电源的供电效率一定逐渐变小 例 如图所示的电路中 电源的电动势为2V 内阻为0 5 R0为2 变阻器的阻值变化范围为0 10 求 1 变阻器阻值多大时 R0消耗的功率最大 2 变阻器阻值多大时 变阻器消耗的功率最大 其最大功率为多少 1 R 0时 R0功率最大 2 R 2 5 时 变阻器消耗的功率最大 Pm 0 4W 外电阻内化 内电阻外化 六 含容电路的分析 思路方法 1 电路稳定后 电容器在电路中就相当于断路 2 电路稳定后 电容所在电路无电流 所以其两端的电压就是所在支路两端的电压 3 电路的电压 电流变化时 会引起电容器的充放电 进而引起内部电场的变化 1 I 1A 2 Q 1 2X10 4C 16 如图 E 10V R1 4 R2 6 C 30 F 电池内阻可忽略 1 闭合开关S 求稳定后通过R1的