高三物理闭合电路欧姆定律复习

第二节 闭合电路欧姆定律 1、闭合电路 : 1、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 . 闭合电路 部分电路 r E R K 内电路 外电路 2、闭合回路的电流方向 在 外电路 中，电流方向由正极 流向负极， 沿电流方向电势降低 。 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。 2、闭合回路的电流方向 内 电路与 外 电路中的总电流是 相 同 的。 b d a c a b a b c d 4 一、 电动势 二、闭合电路的欧姆定律的内容 1、 闭合电路的欧姆定律的内 容 例 1 例 2. 练习 2. 讨论：路端电压 3. 电源的功率和效率 例 4 4. 闭合电路的 U-I 图象。 例 3 三 . 变化电路的讨论 总结规律 例 例 例 四 . 含有电动机的电路 例 例 练习 五 .含有电容器的电路 例 练习 闭合电路欧姆定律 一、电动势 表征电源把其它形式的能转换成电能的本领 电数值上等于电源没有接入电路时两极间的 电压 2、电动势 E 1、电源：把其它形式的能转换成电能的装置 在闭合电路中： 外 内 R E r I 2、 闭合电路欧姆定律的表达形式有： E=U外 +U内 rR EI U=E-Ir（ U、 I 间关系） E rR RU （ U、 R间关系） 二、闭合电路的欧姆定律的内容 1、内容： 闭合电路中的电流跟电源的电动势 成正比，跟内、外电路中的电阻之和成反比 3、路端电压： r R I ， U外 、 U内 ，当 R 时， I=0、 U外 =E、 U内 =0（也称为断路时） R I ， U外 、 U内 ，当 R=0时， I=E/r（短路 电流强度） U外 =0、 U内 =E 讨论： rR EI ErR RU 从上式可以看出： 返回 例 1: 在图中， R1 14， R2 9当开关 S切换到 位置 1时，电流表的示数为 I1 0.2A；当开关 S扳到位 置 2时，电流表的示数为 I2 0.3A求电源的电动势 E和内阻 r 解 : 根据闭合电路欧姆定律可列出方程： E I1R1 I1r， E I2R2 I2r 消去 E，解出 r，得 12 2211 II RIRI r 代入数值，得 r 1 将 r值代入 E I1R1 I1r中，可得 E 3V 例 2. 在图中，电源内阻不能忽略 ,R1 5， R2 4 当开关 S切换到位置 1时，电流表的示数为 I1 2A； 当开关 S扳到位置 2时，电流表的示数可能为下列情 况中的 ( ) A. 2.5A B. 1.8A C. 2.2A D. 3.0A 解 : 根据闭合电路欧姆定律可列出方程： E I1R1 I1r， E I2R2 I2r r=(I 2R 2 I 1R1) / (I 1-I2) =(4 I 2 - 10) /(2-I2)0 2AI2 0 1.6V U2 2V 选 B B 返回 4.电源的功率和效率 O R P出 Pm r r E r E rR Rr rR REP 44 4 22 22 2 r EP m 4 2 电源的输出功率， 可见电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示， 而当内外电阻相等时， 电源的输出功率最大为 功率： 电源的输出功率 P 出 =UI 电源内部消耗的功率 Pr=I 2r 电源的总功率 PE=EI 电源的效率： rR R E U P P E （最后一个等号只适用于纯电阻电路） 返回 5.闭合电路的 U-I 图象 右图中 a为电源的 U-I图象； b为外电阻的 U-I 图象； a的斜率的绝对值表示内阻大小； a与纵轴的交点坐标表示电源的电动势； b的斜率的绝对值表示外电阻的大小； 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电源的输出功率； u O I Im i E U M（ I， U） b a N 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）。 例 3:如图所示直线 A为电源的 U-I图线 ,直线 B为电阻的 U-I图线 ,用该电源和该电阻组成闭合电路 ,则电源的输 出功率和电源的效率分别是 : （ ） A. 4W, 33% B. 2W, 33.3% C. 2W, 67% D. 4W, 67% I/A U/V 0 2 4 6 B A 3 2 1 0 解 :由图线可知 R =1 , E=3V r=0.5 虚线和坐标轴所包围的面积等于输出功率 , P出 =4W P总 =EI=6W = P出 / P总 =4/6=67% D 例 4 在图示电路中 ,电池的电动势 E=5V,r=10 ,固定电 阻 R=90 ,R0是可变电阻 ,在 R0由 0增加到 400 的过程 中 ,求 : 1.可变电阻的消耗热功率最大的条件和最大热功率 2.电池的内阻和固定电阻 R上消耗的最小热功率之和 E=5V r=10 R=90 R0 解 :1.将 R看作内电阻的一部分 ,则 r1=r+R=100 , 当 R0 =100 时 , 可变电阻的消耗热功率最大为 P=E2/4r1=25/400=1/16 w 2. R上消耗的热功率最小 ,则 电流最小 ,总电阻最大 , R0=400 , P=E/(R0+R+r)2 (R+r)=0.01w 变化电路的讨论 闭合电路中只要有一只电阻的阻值发生变化 ， 就会 影响整个电路 ， 使总电路和每一部分的电流 、 电压都发 生变化 。 讨论依据是：闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律 、串联电路的电压关系、并联电路的电流关系。 以右图电路为例： R1 R2 R3 R4 E r 设 R1增大，总电阻一定增大； rR EI 由 I 一定减小； 由 U=E-Ir， U一定增大； 因此 U4、 I4一定增大； 由 I3= I-I4， I3、 U3一定减小； 由 U2=U-U3， U2、 I2一定增大； 由 I1=I3 -I2， I1一定减小。 例 5. 在图 3的电路中，当滑动变阻器的滑动头 向下滑动时， A、 B两灯亮度的变化情况为 B A A灯和 B灯都变亮 B A灯、 B灯都变暗 C A灯变亮， B灯变暗 D A灯变暗， B灯变亮 R R1 解 : R减小 , R总 减小 ,I 增大 , U 减小 , P A=U 2/RA减小 , A灯变暗 IA=U/RA减小 , I 1=I- IA增大 , U 1=I 1R1增大 , UB=U-U1减小 , P B=UB 2/RB减小 , B灯变暗 . 例 6. 如图所示电路 ， 当滑线变阻器的滑动触头向 b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减小 (C)电压表和电流表的读数增大 (D)电压表的读数减小 ， 电流表的读数增大 A 例 7: 如图 4所示，当滑动变阻器的滑动片 P向左移 动时，两电表的示数变化情况为 A电流表示数减小，电压表示数增大 B电流表示数增大，电压表示数减小 C两表示数均增大 D两表示数均减小 B 总结规律如下： 总电路上 R增大时总电流 I 减小 ， 路端电压 U 增大； 变化电阻 本身 的电阻、电流、电压和 总电路 的电阻、电流、电压变化规律相同； 和变化电阻有串联关系的，看电流。（即总 电流 减 小时，该电阻的电流、电压都减小） 和变化电阻有并联关系的，看电压。（即路端 电压增大时，该电阻的电流、电压都 增大） 含有电动机的电路 例 1. 某一用直流电动机提升重物的装置 ,如 上右图所示 .重物的质量 m=50千克 ,电源的电动 势 =110伏特 ,不计电源内阻及各处的摩擦 .当电 动机以 v=0.90米 /秒的恒定速度向上提升重物时 , 电路中的电流强度 I=5A，由此可见电动机线圈 的电阻等于多少？ 解：由能量守恒定律 P电 =P机 +PR I=mgv+I 2R 5 110=500 0.90+25R R=4 例 2、 如图所示 ， 电阻 R1 8， 电动机绕组电阻 R0 2 ， 当电键 K断开时 ， 电阻 R1消耗的电功率是 2.88W；当 电键闭合时 ， 电阻 R1消耗的电功率是 2W， 若电源的电 动势为 6V.求：电键闭合时 ， 电动机输出的机械功率 . E r D R1=8 K 解： K断开时， ARPI 6.0888.211 电源内阻 r = E I1 R1 2 K闭合时，路端电压 VRPU 482 1 R1中的电流 I 1 =U R1 0.5A 总电流 I总 = ( E - U ) r 1A 通过电动机的电流 ID 0.5A 电动机消耗的总功率 PD 0.5 4=2W 电动机的热功率 P热 0.52 2=0.5W 电动机的机械功率 P机 1.5W 练习 、 如图示 ， 电阻 R1=20 ， 电动机的绕组 R2 10 。 当电键打开时 ， 电流表的示数是 0 5A， 当电键 合上后 ， 电动机转动起来 ， 电路两端的电压不变 ， 电 流表的示数 I 和电路消耗的电功率应是 ( ) (A)I 1 5A (B)I 1 5A (C)P 15W (D)P 15W D R1 A U B D 练习 . 一台电动机 ， 额定电压是 100V， 电阻是 1， 正常工作时 ， 通过的电流为 5A， 则电动机因发热损失的功率为 （ ） 电动机的输出功率为 （ ） （ A） 500W （ B） 25W （ C） 200W （ D） 475W B D 含有电容器的电路 例 1、如图示： E=10V，内阻不计， C1=C2=30F， R1=4， R2=6，先闭合开关 S，待电路稳定后，再 将开关断开，则断开 S后流过 R1的电量为多少？ R1 R2 E C1 C 2 S 解 ：闭合 S后， I=1A， UR1=4V UR2=6V UC1=6V UC2=0V Q1= C1UC1 = 1.8 10-4 C 断开 S后，两电容器的电压均升高为 10V， R1 R2 E C 1 C2 带电量 Q1= Q2= 3 10-4 C 流过 R1的电量为 Q = Q1+ Q1- Q1 = 4.2 10-4C 练习 .在如图示的电路中，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=100 F， 电容器原来不带电，求接通电键 K后流过 R4的总 电量。 R1 R2 E r C R3 R4 K 解 ： K闭合后， 8 50 4010 321 321 RRR RRRR ）（ 并 R总 = 9 I= 1/3 A U并 =8/3 V R3两端电压 U3=2.0 V Q = C U3 =2.0 10-4 C