27闭合电路的欧姆定律课件人教版选修31

7 闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律1一台发电机用一台发电机用0.5 A的电流向外输电，在的电流向外输电，在1 min内将内将180 J 的机械能转化为电能，则发电机的电的机械能转化为电能，则发电机的电动势为动势为()A6 V B360 V C120 V D12 V答案答案：A精彩回眸精彩回眸2如图如图271所示，虚线框内是一个未知电路，所示，虚线框内是一个未知电路，测得它的两端点测得它的两端点a、b之间电阻是之间电阻是R，在，在a、b之间加上之间加上电压电压U，测得流过这电路的电流为，测得流过这电路的电流为I，则未知电路的，则未知电路的电功率一定是电功率一定是 ()图图271解析解析：因为虚线框中电路未知，所以不知电路因为虚线框中电路未知，所以不知电路是否为纯电阻电路，求电功率只能用公式是否为纯电阻电路，求电功率只能用公式PUI.答案答案：C一、闭合电路的欧姆定律一、闭合电路的欧姆定律1内、外电路内、外电路(1)概念：内电路是电源内部电路，外电路是电源外部概念：内电路是电源内部电路，外电路是电源外部电路电路(2)特点：外电路中电流由电源特点：外电路中电流由电源_流向流向_，沿电，沿电流方向电势流方向电势_，内电路中电流由电源，内电路中电流由电源_流向流向_，沿电流方向电势，沿电流方向电势_.2闭合电路的能量转化闭合电路的能量转化非静电力做功等于内、外电路电能转化为其他形式能非静电力做功等于内、外电路电能转化为其他形式能的总和，即：的总和，即：EIt_.新知梳理新知梳理正极正极负极负极降低降低负极负极正极正极升高升高I2RtI2rt闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律(1)内容：闭合电路里的电流，跟电源的电动势成内容：闭合电路里的电流，跟电源的电动势成_，跟内、外电路的电阻之和成，跟内、外电路的电阻之和成_.或或E_.或或E_.(3)适用条件：、适于外电路为适用条件：、适于外电路为_电路，电路，适于一切电路适于一切电路3正比正比反比反比IRIrU外外U内内纯电阻纯电阻二、路端电压与负载的关系二、路端电压与负载的关系1当外电阻当外电阻R增大时，电流增大时，电流I减小，内电压减小，内电压Ir减小，路减小，路端电压端电压_.2当外电阻当外电阻R减小时，电流减小时，电流I增大，内电压增大，内电压Ir增大，路增大，路端电压端电压_.3两个特例：两个特例：外电路断开时，外电路断开时，R，I_，U_，据此特点，据此特点可测电源电动势可测电源电动势外电路短路时，外电路短路时，R0，I_，U_，据此特点可，据此特点可以理解不允许将电源两端用导线直接连接的原因以理解不允许将电源两端用导线直接连接的原因增大增大减小减小0E01电动势和电压的比较电动势和电压的比较对电动势和电压的理解对电动势和电压的理解电压电压电动势电动势意义意义电压表示静电力做功电压表示静电力做功将电能转化为其他形将电能转化为其他形式能的本领式能的本领电动势表示非静电力电动势表示非静电力做功将其他形式的能做功将其他形式的能转化为电能的本领转化为电能的本领决定决定因素因素电压是由电源、导体电压是由电源、导体电阻、外电路的连接电阻、外电路的连接方式共同决定方式共同决定电动势只由电源本身电动势只由电源本身决定，与外电路无关决定，与外电路无关2.关于电动势关于电动势E的几个关系式的几个关系式(1)EU内内U外外，适用于所有的闭合电路，适用于所有的闭合电路(2)EI(Rr)，由闭合电路的欧姆定律得到，它仅，由闭合电路的欧姆定律得到，它仅适用于外电路为纯电阻的电路适用于外电路为纯电阻的电路(3)UEIr，适用于所有的闭合电路，常用来判断，适用于所有的闭合电路，常用来判断路端电压的变化和测量电源的电动势和内阻路端电压的变化和测量电源的电动势和内阻3路端电压的变化路端电压的变化 电源的电动势和内阻由电源本电源的电动势和内阻由电源本 身决定，不随外电路电阻的变身决定，不随外电路电阻的变 化而变化，而电流、路端电压化而变化，而电流、路端电压 是随着外电路电阻的变化而变是随着外电路电阻的变化而变 化的化的图图2721对于电动势和内电阻确定的电源的路端电对于电动势和内电阻确定的电源的路端电压，下列说法正确的是压，下列说法正确的是(I、U、R分别表示干路分别表示干路电流、路端电压和外电阻电流、路端电压和外电阻)()AU随随R的增大而减小的增大而减小 B当当R0时，时，U0C当电路断开时，当电路断开时，I0，U0 D当当R增大时，增大时，U也会增大也会增大解析解析：由路端电压公式由路端电压公式UEIr知知C错，由错，由UIR知知B对，根据电压对内外电路的分配对，根据电压对内外电路的分配关系知关系知A错，错，D对对答案答案：BD由由EItI2RtI2rt知知EII2RI2r，P外外=I2RP内内=I2rP总总=EI1.各部分功率关系分析各部分功率关系分析2电源的输出功率电源的输出功率当外电路为纯电阻电路时讨论如下：当外电路为纯电阻电路时讨论如下：(1)电源的输出功率电源的输出功率(2)P出出对外电阻对外电阻R的函数关系图象的函数关系图象(如如 图图273)Rr时，时，R越大，越大，P出出越小越小图图273(3)电源的效率，可见，外电阻R越大，电源的效率越高特别提醒特别提醒：(1)电源输出功率越大，效率不一电源输出功率越大，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内阻以外的其他电阻看成内阻2关于电动势及闭合电路欧姆定律，下列说法正关于电动势及闭合电路欧姆定律，下列说法正确的是确的是 ()A电源电动势越大，电源所能提供的电能就越多电源电动势越大，电源所能提供的电能就越多B电源电动势等于路端电压电源电动势等于路端电压C外电路的电阻越大，路端电压就越大外电路的电阻越大，路端电压就越大D路端电压增大时，电源的输出功率可能减小路端电压增大时，电源的输出功率可能减小答案答案：CD说一说说一说一些同学可能有这样的经验；傍晚用电多的时候，灯一些同学可能有这样的经验；傍晚用电多的时候，灯光发暗，而光发暗，而点拨点拨：家庭电路的用电器都是并联的，当傍晚用电多家庭电路的用电器都是并联的，当傍晚用电多的时候或插上电炉、电暖气等用电多的电器时，负载的时候或插上电炉、电暖气等用电多的电器时，负载增多，外电阻增多，外电阻R R减小，整个电路的总电阻减小，干路减小，整个电路的总电阻减小，干路中电流增加，输电线路上的电压增加，使用电器两端中电流增加，输电线路上的电压增加，使用电器两端的电压变小，灯光变暗的电压变小，灯光变暗思考与讨论思考与讨论设电源的电动势设电源的电动势E3 V，内阻，内阻r2，请根据，请根据，点拨：点拨：(1)外电路断开的状态对应图外电路断开的状态对应图中的中的A点，此时电路中电流为零，点，此时电路中电流为零，路端电压达到最大值，内电压为零路端电压达到最大值，内电压为零，路端电压等于电源的电动势，路端电压等于电源的电动势3 V.(2)电动势电动势E的大小等于纵轴截距，的大小等于纵轴截距，故电动势越大，图象与纵轴的交点故电动势越大，图象与纵轴的交点纵坐标越大纵坐标越大(3)电源短路时，路端电压等于零，干路中电电源短路时，路端电压等于零，干路中电流最大，对应于坐标系中的流最大，对应于坐标系中的B点，此时电流的点，此时电流的大小等于横轴截距大小等于横轴截距1.5 A.【例例1】如图如图274所示的电所示的电路中，电源的电动势路中，电源的电动势E为为3.2 V，电阻电阻R的阻值为的阻值为30，小灯泡，小灯泡L的额定电压为的额定电压为3.0 V，额定功率，额定功率为为4.5 W，当开关，当开关S接位置接位置1时，时，电压表的读数为电压表的读数为3.0 V，那么当，那么当开关开关S接位置接位置2时，小灯泡时，小灯泡L能正能正常发光吗？实际功率是多少？常发光吗？实际功率是多少？图图274答案：不能正常工作1.28 W 答案答案：不能正常工作：不能正常工作1.28 W 此时小灯泡的实际功率为：此时小灯泡的实际功率为：P实实I22RL0.822 W1.28 W从小灯泡的实际功率来看，小灯泡此时很从小灯泡的实际功率来看，小灯泡此时很暗，不能正常工作暗，不能正常工作一太阳能电池板，测得它的开路电压为一太阳能电池板，测得它的开路电压为800 mV，短路电流为，短路电流为40 mA，若将该电池板与一，若将该电池板与一阻值为阻值为20 的电阻器连成一闭合电路，则它的路的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是端电压是()A0.10 V B0.20 V C0.30 V D0.40 V答案答案：D【例例2】如图如图275所示，电路中所示，电路中E3 V，r0.5，R01.5，变，变阻器的最大阻值阻器的最大阻值R10.(1)在变阻器的阻值在变阻器的阻值R为多大时，变为多大时，变阻器上消耗的功率最大？阻器上消耗的功率最大？(2)在变阻器的阻值在变阻器的阻值R为多大时，定为多大时，定值电阻值电阻R0上消耗的功率最大？上消耗的功率最大？图图275反思领悟反思领悟：在解答第二问时，有些同学又会用在解答第二问时，有些同学又会用第一问的方法来求解，把第一问的方法来求解，把R归为内阻，调节归为内阻，调节R使使内阻内阻RrR0，这样使用是错误的因为，这样使用是错误的因为R0是是定值电阻，由定值电阻，由PI2R0知，只要电流最大，知，只要电流最大，P就就最大在研究电阻最大在研究电阻R上消耗的最大功率时，应注上消耗的最大功率时，应注意区分意区分“可变与定值可变与定值”这两种情况，两种情况中这两种情况，两种情况中求解的思路和方法是不相同的求解的思路和方法是不相同的将阻值为将阻值为4 和和10 的两个电阻的两个电阻R1、R2分分别接在同一电源上，结果别接在同一电源上，结果R2上消耗的功率上消耗的功率P2比比R1上消耗的功率上消耗的功率P1大，则大，则 ()A电源内阻一定大于电源内阻一定大于4 B两电阻串联后接此电源，外电路总功率一定两电阻串联后接此电源，外电路总功率一定大于只接大于只接R2时的功率时的功率C两电阻并联后接此电源，外电路总功率一定两电阻并联后接此电源，外电路总功率一定小于只接小于只接R1时的功率时的功率D只接只接R1时电源消耗的功率一定大于只接时电源消耗的功率一定大于只接R2时时消耗的功率消耗的功率解析解析：根据电源输出功率随外电阻的根据电源输出功率随外电阻的变化关系曲线如图所示变化关系曲线如图所示因为因为R2消耗的功率消耗的功率P2比比R1消耗的功率消耗的功率P1大所以有大所以有R1R2R14.A选选项正确，项正确，D选项正确选项正确R1与与R2的并联电的并联电阻一定小于阻一定小于R1的电阻由电源的输出的电阻由电源的输出动率曲线可知外电路总功率一定小于动率曲线可知外电路总功率一定小于只接只接R1时的功率时的功率C正确若正确若R1与与R2串串联，其电阻大于联，其电阻大于R2的电阻外电路的的电阻外电路的消耗的总功率不一定大于只接消耗的总功率不一定大于只接R2时的时的功率功率B错误错误答案答案：ACD【例例3】在如图在如图276的闭合的闭合电路中，当滑片电路中，当滑片P向右移动时，向右移动时，两电表读数的变化是两电表读数的变化是 ()A.变大，变大，变大变大B.变小，变小，变大变大C.变大，变大，变小变小D.变小，变小，变小变小图276图图276答案答案：B反思领悟反思领悟：闭合电路中由于局部电阻变化闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的或开关的通断通断)引起各部分电压、电流引起各部分电压、电流(或灯泡明暗或灯泡明暗)发生变化发生变化的问题的分析方法如下：的问题的分析方法如下：1 1程序法：程序法：“部分部分整体整体部分部分”(1)(1)由局部电阻变化判断总电阻的变化由局部电阻变化判断总电阻的变化(3)根据根据UEIr判断路端电压的变化判断路端电压的变化(4)由欧姆定律及串并联电路的规律判断各部分电路电由欧姆定律及串并联电路的规律判断各部分电路电 压及电流的变化压及电流的变化以上分析可形象表示为：以上分析可形象表示为：R局局 R总总 I总总 U端端增大增大减小减小增大增大减小减小增大增大减小减小减小减小增大增大I分分U分分 如图如图277所示，电所示，电源电动势为源电动势为E，内阻为，内阻为r，不计，不计电压表和电流表内阻对电路的电压表和电流表内阻对电路的影响，当电键闭合后，两小灯影响，当电键闭合后，两小灯泡均能发光在将滑动变阻器泡均能发光在将滑动变阻器的触片逐渐向右滑动的过程中，的触片逐渐向右滑动的过程中，下列说法正确的是下列说法正确的是 ()图图277A小灯泡小灯泡L1、L2均变暗均变暗B小灯泡小灯泡L1变亮，小灯泡变亮，小灯泡L2变暗变暗C电流表电流表 的读数变小，电压表的读数变小，电压表 的读数变大的读数变大D电流表电流表 的读数变大，电压表的读数变大，电压表 的读数变小的读数变小解析解析：滑动触片向右滑动的过程中，滑动变阻器滑动触片向右滑动的过程中，滑动变阻器接入电路部分的阻值变大，电路中的总电阻变大，接入电路部分的阻值变大，电路中的总电阻变大，路端电压变大，总电流变小，故电流表路端电压变大，总电流变小，故电流表 的读的读数变小，电压表数变小，电压表 的读数变大，小灯泡的读数变大，小灯泡L2变暗，变暗，小灯泡小灯泡L2两端的电压减小，小灯泡两端的电压减小，小灯泡L1两端电压增两端电压增大小灯泡大小灯泡L1变亮，变亮，B、C正确正确答案答案：BC【例例4】在如图在如图278所示的所示的电路中，灯泡电路中，灯泡L的电阻大于电源的电阻大于电源的内阻的内阻r，闭合电键，闭合电键S，将滑动，将滑动变阻器滑片变阻器滑片P向左移动一段距离向左移动一段距离后，下列结论正确的是后，下列结论正确的是 ()A灯泡灯泡L变亮变亮B电源的输出功率变小电源的输出功率变小C电容器电容器C上电荷量减少上电荷量减少D电流表读数变小，电压表读电流表读数变小，电压表读数变大数变大图图278解析解析：将滑动变阻器滑片将滑动变阻器滑片P向左移动一段距离后，向左移动一段距离后，R的阻值变大，电路中电流变小，灯泡变暗，的阻值变大，电路中电流变小，灯泡变暗，A选项选项错误；路端电压变大，电阻错误；路端电压变大，电阻R两端电压变大，电容两端电压变大，电容器器C两端电压变大，电容器两端电压变大，电容器C上电荷量增加，上电荷量增加，C选项选项错误；错误；D选项正确；当外电路电阻等于电源的内阻选项正确；当外电路电阻等于电源的内阻时电源的输出功率最大，灯泡时电源的输出功率最大，灯泡L的电阻大于电源的的电阻大于电源的内阻内阻r，则外电路电阻比，则外电路电阻比r大得越多，输出功率越小，大得越多，输出功率越小，B选项正确选项正确答案答案：BD反思领悟反思领悟：(1)电路稳定后，由于电容器所在支路电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压降，无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压降，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压压(2)当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极板间的电压与其并联在电阻两端的电压相等极板间的电压与其并联在电阻两端的电压相等(3)电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充的充(放放)电如果电容器两端电压升高，电容器将电如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电充电；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电路放电 如图如图279所示，所示，C为为两极板水平放置的平行板电容两极板水平放置的平行板电容器，闭合开关器，闭合开关S，当滑动变阻，当滑动变阻器器R1、R2的滑片处于各自的中的滑片处于各自的中点位置时，悬在电容器点位置时，悬在电容器C两极两极板间的带电尘埃板间的带电尘埃P恰好处于静恰好处于静止状态要使尘埃止状态要使尘埃P向下加速向下加速运动，下列方法中可行的是运动，下列方法中可行的是 ()A把把R2的滑片向左移动的滑片向左移动B把把R2的滑片向右移动的滑片向右移动C把把R1的滑片向左移动的滑片向左移动D把开关把开关S断开断开图图279解析解析：考查电路的串并联知识要使尘埃向下加速考查电路的串并联知识要使尘埃向下加速运动，必须减小电场力，即减小板间电压由于滑运动，必须减小电场力，即减小板间电压由于滑动变阻器动变阻器R1处于断路，调节不会有效果，处于断路，调节不会有效果，C错；电容错；电容器两板间电压等于滑动变阻器器两板间电压等于滑动变阻器R2滑片左边部分的电滑片左边部分的电压，因此要把压，因此要把R2的滑片向左移动，的滑片向左移动，A对；断开开关对；断开开关S时，电容器的电压等于电源的电动势，板间电压会时，电容器的电压等于电源的电动势，板间电压会增大，增大，D错误错误答案答案：A两种两种UI图象的物理意义的比较及应用图象的物理意义的比较及应用在恒定电流这一章里，我们要接触两种在恒定电流这一章里，我们要接触两种UI图象，图象，即部分电路欧姆定律的即部分电路欧姆定律的UI图象与闭合电路欧姆图象与闭合电路欧姆定律的定律的UI图象下面就两种图象下面就两种UI图象的区别和图象的区别和联系加以剖析联系加以剖析创新拓展创新拓展1两种两种UI图象的区别图象的区别(1)表示的内容：部分电路欧姆定律的表示的内容：部分电路欧姆定律的UI图象如图图象如图2710所示，是对某固定电阻而言的，纵坐标和所示，是对某固定电阻而言的，纵坐标和横坐标分别代表了该电阻两端的电压横坐标分别代表了该电阻两端的电压U和通过该电阻和通过该电阻的电流的电流I，反映了，反映了I跟跟U的正比例关系；闭合电路欧姆的正比例关系；闭合电路欧姆定律的定律的UI图象如图图象如图2711所示，是对闭合电路所示，是对闭合电路整体而言的，整体而言的，U外外表示路端电压，表示路端电压，I表示通过电源的表示通过电源的电流，图象反映了电流，图象反映了U外外与与I的制约关系的制约关系图图2711图图2710(2)图象的物理意义：图图象的物理意义：图2710表示导体的性质，表示导体的性质，在该图中在该图中U与与I成正比的前提是电阻成正比的前提是电阻R保持一定；而保持一定；而图图2711表示电源的性质，电源的电动势和内阻表示电源的性质，电源的电动势和内阻保持不变，外电阻保持不变，外电阻R外外是变化的，正是是变化的，正是R外外的变化，才的变化，才有有U外外和和I的变化的变化(5)决定因素不同：电源的决定因素不同：电源的UI图象由电源决定，图象由电源决定，与外电路无关；电阻的与外电路无关；电阻的UI图象由电阻决定，与图象由电阻决定，与电源无关电源无关2两种图象的联系两种图象的联系如图如图2712所示，在同一个所示，在同一个UI图下，画出两种图象图下，画出两种图象(1)交点坐标：两图象的交点交点坐标：两图象的交点P的坐的坐标标(IP，UP)表示电源表示电源E与电阻与电阻R串联串联时的工作电流和电阻时的工作电流和电阻R的电压的电压(亦即亦即电源的路端电压电源的路端电压)(2)虚线框和坐标轴所围虚线框和坐标轴所围“面积面积”表示表示电源的输出功率，即电源的输出功率，即P出出UPIP.图图2712【例例5】如图如图2713所示，直线所示，直线A为电源的为电源的UI图象，直线图象，直线B、C分别分别为电阻为电阻R1、R2的的UI图利用该电图利用该电源分别与源分别与R1、R2组成闭合电路时，组成闭合电路时，电源的输出功率分别为电源的输出功率分别为P1、P2，电，电源的效率分别为源的效率分别为1、2，则：则：()AP1P2 BP12 D12图图2713答案答案：C