闭合电路的欧姆定律(二).ppt

闭合电路的欧姆定律(二),一.闭合电路中的几个概念及能量关系,1.电源的总功率,2.电源内部发热功率,3.电源的输出功率（外电路消耗的总功率）,例1.如图所示，为测电源电动势和内电阻时，依据测量数据做出的路端电压与电流强度的关系图线，由图DC平行于横坐标轴，DE平行于纵坐标轴，由图可知（）A比值DE/OE表示外电路电阻,B比值AC/CD表示电源内电阻,C比值CO/AO表示电源电动势,D矩形OCDE的面积表示电源的输出功率,ABD,练习1.如图甲所示的电路，不计电表内阻的影响，改变滑动变阻器的滑片位置，测得电压表V1和V2随电流表A的示数变化的两条实验图线a、b如图乙所示关于这两条图线，下列判断中正确的是()A.图线b的延长线不一定过坐标的原点OB图线a的延长线与纵轴交点的坐标值等于电源的电动势C.图线a、b的交点的横坐标和纵坐标值的乘积等于电源的瞬时输出功率D图线a、b的交点的横坐标和纵坐标值的乘积等于电阻R。的瞬时消耗的电功率,BC,例2.用一个标有额定电压为12V的灯泡做实验，测得灯丝电阻随灯泡两端的电压变化关系图线如图所示。求：（1）在正常发光下，灯泡的电功率为多大？（2）设灯丝电阻与绝对温度成正比，室温为300K，求正常发光条件下灯丝的温度。（3）将一定值电阻与灯泡串联后接到20V电压上，要使灯泡能正常发光，串联的电阻为多大？（4）当合上开关后，需要0.5s灯泡才能达到正常亮度，为什么这时电流比开始时小？计算电流的最大值。,（1）18W（2）2400K（3）5.33（4）刚合上开关时，灯未正常发光，温度低，电阻小，电流大；Im=12A,练习2.电能表（电度表）是计量消耗电能的仪表。某同学用以下办法估测他家中的电饭锅在加热状态下的电功率。将家中的其他用电器断开，将需要煮饭的电饭锅插头插上电源插座，按下“煮饭”开关，然后观察自己家中的电度表的转盘转动情况，测出转盘转过10圈所需的时间为30s。该电度表上标明有“1000r/kWh”字样，则可估算出他家电饭锅在煮饭时消耗的电功率约为W.,解:根据题意，电能表转1000r则耗1度电。该电饭锅工作时，电能表转10圈用了30s的时间，所以电能表转1000圈时，需用时3000s，合5/6h。据,可以得到,电动机问题,r,R,U,匀速上升,V,m,r,求得：,例3.电动机M和电灯L并联之后接在直流电源上，电动机内阻r=1，电灯灯丝电阻R=10，电源电动势=12V，内阻r=1Q，当电压表读数为10V时，求电动机对外输出的机械功率。,由已知条件可知：流过灯泡的电流,本题中电路中消耗电能的有：内电阻、灯泡和电动机，电动机消耗的电能又可分为电动机输出的机械能和电动机自身消耗的内能。即I=I2r+IL2R+PM出+IM2r。,PM出I-(I2r+IL2R+IM2r)=9(W),练习3.如图所示，已知电源电动势=20V，内阻r=1，当接入固定电阻R=4时，电路中标有“3V4.5W”的灯泡L和内阻r=0.5的小型直流电动机恰能正常工作，求(1)电路中的电流强度？(2)电动机的额定工作电压？(3)电源的总功率？,解:(1)串联电路中灯L正常发光，电动机正常工作，所以电路中电流强度为灯L的额定电流。,电路中电流强度I1.5A。,(2)电路中的电动机是非纯电阻电路。根据能量守恒，电路中,=UR+UL+Ur+Um,Um=-UR-UL-Ur,-I(R+RL+r)=20-1.5(241)=9.5V,(3)电源总功率P总=I=1.520=30(W),练习4.如图所示，发电机的内阻r=0.1，负载电阻R=22，电路中的电流强度I=10A，每根连接导线的电阻RL=0.1，则发电机的电动势E=_V；电源的输出功率P出=_W；发电机的功率P=_W.,223,2000,2230,二.总功率P、内功率P内、外功率P外随外电阻R的变化关系,1.P=2/(r+R),2.P内=2r/(r+R)2,3.P外=,=,（1）当R=r时，P外有最大值：,（2）当Rr时，P外随R的增大而减小。,随着外电阻R的增大，P或P内均将单调减小，而P外则呈非单调变化，在R=r处取得极大值.,三.电源的效率,可见，当R增大时，效率提高。值得指出的是，电源有最大输出功率时（R=r)电源的效率仅为50%，效率并不高，而效率较高时，输出功率可能较小。,随着外电阻R的增大，将单调增大.,例4.如图，E=6V，r=4，R1=2，R2的阻值变化范围是010。求：电源的最大输出功率；R1上消耗的最大功率；R2上消耗的最大功率。,解：R2=2时，外电阻等于内电阻，电源输出功率最大为2.25W；,R1是定值电阻，电流越大功率越大，所以R2=0时R1上消耗的功率最大为2W；,把R1也看成电源的一部分，等效电源的内阻为6，所以，当R2=6时，R2上消耗的功率最大为1.5W。,练习5.如图电源内阻为r，固定电阻R0=r，可变电阻Rx的总电阻值为2r，若变阻器触头P由图示位置自左向右滑动。则（）A电源输出功率由小变大BRx消耗功率由大变小CR0消耗功率由小变大D电源的效率由小变大,ACD,例5.在如图所示的电路中，电池的电动势=5V，内电阻r=10，固定电阻R=90,R0是可变电阻，在R0由零增加到400的过程中，求：（1）可变电阻R0上消耗热功率最大的条件和最大热功率；（2）电池的内电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和。,分析：当电路中可变电阻R0发生变化时，电源的功率、各用电器上的电流强度、电压、功率都随之发生改变，根据需求的量，列出数学表达式，然后结合物理量的物理意义，分析数学表达式即可求得。,解答：（1）可变电阻R0上消耗的热功率,由上式可得：当R0=100时，P1有最大值,（2）r与R上消耗的热功率之和,由上式可知，R0最大时，P2最小即：当R0=400时，P2有最小值,说明：1.物理中求最大值或最小值的思路是：先根据物理现象列出所求量的数学表达式，掌握其动态变化，然后根据动态变化的分析找出最大值和最小值的条件，再求最大值或最小值。,2.本题若改为选择或填空，采用等效思维则可减少解题过程的繁琐，提高解题速度。如在（1）中，把(R+r)看成是电源的内阻，利用电源输出功率最大的条件,立刻可得到R0上消耗热功率最大的条件和消耗的最大热功率，但要注意，看成的等效电源的内阻应是不变量，如若求R上消耗的最大功率，把(R0+r)看成是电源的内阻，则会得到错误的结论。,例6.如图所示，直线A为电源的路端电压U与电流I的关系图线，直线B是电阻R的两端电压U与电流I的关系图像，用该电源与电阻R组成闭合电路，电源的输出功率和电源的效率分别为多少？,分析：图中直线A与B的交点P是电源与电阻R相连的工作状态点，从这个点可知电路工作时电源的输出电压（电阻两端的电压）及电路的工作电流，从A在纵轴上的截距可求得电源电动势，利用有关概念、公式即可求得题中结果。,解答：P点是电路的工作状态点，故由图像得：电源的输出电压U=2V,电路中的电流强度I=2A,据,P=IU,得电源的输出功率,又由图线A与纵轴的交点得=3V,所以，电源的效率：,代入数据得,说明：1.本题中要能根据U-I图线，分别寻出电源电动势和内电阻r以及B线对应的电阻R.,2.理解A线与B线交点P的物理意义，不仅能进一步理解电源与电阻所发生的物理现象，而且能简化解此题的过程。,练习6.如图所示的电路，已知=3V,r=1,电源的输出功率为2W,，求得R.,解:由,例7.把一个“10V2.0W”的用电器A(纯电阻)接到某一电动势和内阻都不变的电源上，用电器A实际消耗的功率是2.0W，换上另一个“10V5.0W”的用电器B(纯电阻)接到这一电源上，用电器B实际消耗的电功率有没有可能反而小于2.0W？你如果认为不可能，试说明理由，如果认为可能，试求出用电器B实际消耗的电功率小于2.0W的条件(设电阻不随温度改变),【分析解答】,越大，U也越大，所以与不同，U不是恒定的。,以当B连入时，用电器两端的电压将小于10V，它消耗的实际功率将小