恒定电流第7节闭合电路的欧姆定律.ppt

第七节闭合电路的欧姆定律,学习目标：1.能够推导出闭合电路的欧姆定律及其公式，知道电源的电动势等于内、外 电路上电势降落之和 2理解路端电压与负载的关系，并能用欧姆定律进行电路的分析和计算 3掌握电源的功率、输出功率及内阻的消耗功率，并能熟练地用能的观点来解决闭合电路的有关问题,重点难点：闭合电路欧姆定律的理解和应用 易错问题：路端电压与电动势的关系,一、闭合电路的欧姆定律 1闭合电路组成 (1)外电路：是指电源外部的电路，在外电路中，沿电流方向电势 (2)内电路：是指电源内部的电路，在内电路中，沿电流方向电势 ,降低,升高,2闭合电路中的能量转化 如图271所示，电路中电流为I，在时间t内，非静电力所做的功等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和，即EIt.,图271,I2RtI2rt,3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 ，跟内、外电路的电阻之和成 (2)公式：I . (3)适用范围：电路 (4)常用的变形公式及适用范围 公式：E U内或U. 适用范围：任何闭合电路,正比,反比,纯电阻,U外,EIr,二、路端电压与负载的关系 1路端电压与电流的关系 (1)公式：U. (2)图象(UI图象)：如图272所示是一条倾斜的直线，该直线与纵轴交点的坐标表示，斜率的绝对值表示,图272,EIr,电动势,内阻,2路端电压随外电阻的变化规律 (1)外电阻R增大时，电流I ，外电压U ，当R增大到无限大(断路)时，I ，U . (2)外电阻R减小时，电流I ，外电压U ，当R减小到零时，I，U .,减小,增大,0,E,增大,减小,E/r,0,一、闭合电路欧姆定律的应用 1解决闭合电路问题的一般步骤 (1)认清外电路上各元件的串、并联关系，必要时需画出等效电路图帮助分析要特别注意电流表和电压表所对应的电路,(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,2闭合电路的动态分析问题 闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化的问题分析的基本步骤是： (1)认识电路，明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象； (2)由局部电阻变化判断总电阻的变化 ；,(3)由判断总电流的变化； (4)据UEIr判断路端电压的变化； (5)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,1在闭合电路中，任何一个电阻的增大(或减小)，将引起电路总电阻的增大(或减小)，该电阻两端的电压一定会增大(或减小)，通过该电阻的电流一定会减小(或增大) 2讨论定值电阻上电压(电流)的变化时，可用部分电路欧姆定律分析，当讨论可变电阻R上的电压(电流)变化时，不能再用I 分析，因它的电阻变化，电压也变化，I不好确定，只能从串、并联的特点进行分析,二、路端电压与电流的关系图象 1.由UEIr可知给定的电源E、r认为不变，故UI图象为一条倾斜的直线，如图273所示,图273,2电阻的UI图象与电源的UI图象的比较,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化而变化，而电流、路端电压是随着外电路电阻的变化而变化的,三、闭合电路中的功率和效率 1各部分功率关系分析 由EItI2RtI2rt知，EII2RI2r 其中EI为电源的总功率，I2r为电源内耗功率，I2R为外电路消耗功率，也是电源的输出功率,图274,1要注意电源的最大输出功率与某一个定值电阻消耗功率最大的区别，定值电阻消耗功率最大是当通过它的电流最大的时候 2判断可变电阻的功率变化时，可将可变电阻以外的其他电阻均看作内阻,四、含电容器电路的分析与计算 电容器是一个储存电能的元件在直流电路中，当电容器充放电时，电路里有充放电电流，一旦电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件，在电容器处电路看作是断路，画等效电路时，可以先把它去掉若要求电容器所带电荷量时，可在相应的位置补上,1分析和计算含有电容器的直流电路时，注意把握以下三个方面 (1)电路稳定后，电容器所在支路相当于断路因此，该支路上的电阻两端无电压，该电阻相当于导线 (2)当电容器与电阻并联后接入电路时，电容器两端的电压与并联电阻两端的电压相等,(3)电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充放电，如果电容器两端的电压升高，电容器将充电，反之电容器放电通过与电容器串联的电阻的电量等于电容器带电量的变化,2解答含电容器电路问题的步骤 (1)应用电路的有关规律分析出电容器两极板间的电压及其变化情况 (2)根据平行板电容器的相关知识进行分析求解,(2009年高考广东卷)图275所示是一实验电路图在滑动触头由a端滑向b端的过程中，下列表述正确的是 () A路端电压变小 B电流表的示数变大,例1,C电源内阻消耗的功率变小 D电路的总电阻变大,图275,【解析】由a到b，R1电阻值减小，因此总电阻变小，D错，总电流增大，内电压增大，路端电压减小，所以A正确再结合欧姆定律知电流表的示数变小，B错，由P内I2r知电源内阻消耗的功率变大，C错 【答案】A,【思维总结】电路的动态分析应该先局部后整体，整体后再局部先局部是看由于局部的电阻变化而引起的总电阻的变化，然后看整体的干路电流和路端电压的变化情况，结合它们的变化情况再分析需要求解的物理量的变化,1在如图276所示电路中，当变阻器R3的滑片P向b端移动时(),图276,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：选B.当R3的滑片P向b端移动时，R外IU外EIr，故电压表示数减小，R1两端的电压U1IR1，R2两端的电压U2U外U1减小，通过R2的电流减小，通过R3的电流I3II2增大，故电流表示数增大，故B正确,如图277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，求电源的电动势及内阻,图277,例2,【思路点拨】分别对S闭合和S断开两种状态下进行分析，根据闭合电路欧姆定律列出方程，联立求解 【解析】当S闭合时，R1、R2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U1EI1r即E1.60.4r 当S断开时，只有R1接入电路，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 【思维总结】解此类题时，一定要先弄清电路的连接方式，以及电流表、电压表所测电流、电压的范围；理解电压表和电流表均为理想电表的含义,2如图278所示电路中，R1R2R31 ，电压表内阻很大，当S断开时，电压表示数为0.8 V，当S闭合时，电压表示数为1 V，求电源的电动势与内阻,图278,代入已知数据联立解得 E2 V，r0.5 . 答案：2 V0.5 ,电路图如图279甲所示 ，图乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图象，滑动变阻器的最大阻值为15 ，定值电阻R03 .,例3,图279,(1)当R为何值时，R0消耗的功率最大？最大值为多少？ (2)当R为何值时，电源的输出功率最大？最大值为多少？,【思路点拨】求解本题应把握以下三点 (1)由UI图象求电源的电动势和内阻 (2)电路中的电流最大时，R0消耗的功率最大 (3)利用电源有最大输出功率的条件，求电源的最大输出功率,【答案】(1)010.9 W(2)4.5 13.3 W,3(1)当R为何值时，R消耗的功率最大？最大功率是多少？ (2)如果滑动变阻器的最大阻值为3 ，当R为何值时，电源的输出功率最大？最大值是多少？,答案：(1)10.5 9.5 W(2)3 13.2 W,如图2710所示，电路中E10 V，R14 ，R26 ，C30 F.电池内阻可忽略 (1)闭合开关S，求稳定后通过R1的电流 (2)然后将开关S断开，求这以后通过R1的总电量,例4,【解析】(1)电路稳定后，电容器所在的支路上无电流通过，因此R1与R2串联，C两端的电压即为R2两端的电压,图2710,由欧姆定律得通过R1的电流 (2)C两端电压U1IR26 V C所带电量Q1CU1301066 C1.8104 C,开关S断开稳定后，总电流为零，电容器两端电压为E，所带电量Q2CE3010610 C3104 C 通过R1的电量，即为电容器增加的电量 QQ2Q11.2104 C.,【答案】(1)1 A(2)1.2104 C 【思维总结】处于稳定状态时，电容器相当于断路，与之串联的电阻不降压；电容器两极的电压等于与之并联电路两端的电压,4如图2711所示电路中，电源电动势为E，内电阻为r，在平行板电容器C中恰好有一带电粒子处于悬空静止状态，当变阻器R0的滑动端向左移动时，带电粒子将(),图2711,A向上运动 B向下运动 C静止不动 D不能确定运动状态的变化 解析：选B.当滑动触头向左移动时R0变大，则总电流变小，R两端的电压变小，电容器中的场强变小，所以粒子将向下运动，故B正确,1关于电动势下列说法正确的是() A电源电动势等于电源正负极之间的电势差 B用电压表直接测量电源两极得到的电压数值，实际上总略小于电源电动势的准确值,C电源电动势总等于内、外电路上的电压之和，所以它的数值与外电路的组成有关 D电源电动势总等于电路中通过1 C的正电荷时，电源提供的能量,解析：选BD.因为电压表中有电流通过，在电压表内阻上产生了电压降，因此，用电压表直接测量电源两极得到的电压数值，实际上总略小于电源电动势的准确值电源电动势的物理意义就是电路中通过1 C的正电荷时，电源提供的能量,2图2712是根据某次实验记录数据画出的UI图象，下列关于这个图象的说法中正确的是(),图2712,A纵轴截距表示待测电源的电动势，即E3.0 V B横轴截距表示短路电流，即I短0.6 A C根据rE/I短，计算出待测电源内电阻为5 D根据r，计算出待测电源内电阻为1 ,解析：选AD.UI图线纵轴截距表示电动势E3.0 V，A正确；横轴截距点坐标为(0.6 A,2.4 V)，因此不是短路时电流，B、C错误；由UEIr或知D正确,3如图2713所示，电源电动势为E，内阻为r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，当R3的滑片P向右移动时，下列说法中正确的是(),图2713,AR1的功率必然减小 BR2的功率必然减小 CR2的功率必然增大 D电源消耗的功率必然减小 解析：选BD.当P向右移动时，R3增大R增大I减小U增大I1增大I2减小，所以P1增大，P2减小，P减小，故B、D正确,4某电池当外电路断开时的路端电压为3 V，接上8 的负载电阻后其路端电压降为2.4 V，则可以判定该电池的电动势E和内电阻r为() AE2.4 V，r1 BE3 V，r2 CE2.4 V，r2 DE3 V，r1 ,解析：选B.当电路断开时的路端电压即为电源电动势，即E3 V再由题意知，当R8 时，U外2.4 V，即回路电流为I 0.3 AEU内U外U外Ir，解得r2 .,5.如图2714所示的电路中，电源的电动势E3.0 V，内阻r1.0 ；电阻R110 ，R210 ，R330 ，R435 ；电容器的电容C100 F.电容器原来不带电求接通电键S后流过R4的总电量,图2714,答案：2.0104C,