闭合电路的欧姆定律.ppt

了解欧姆定律在生活中的应用 学会欧姆定律我们的日常用电将变的更加安全 第二章恒定电流 第七节闭合电路的欧姆定律 体验能量转化和守恒定律在电路中的具体应用 理解内 外电路的能量转化 掌握闭合电路欧姆定律的推论过程 1 知识与能力 理解内 外电路的电势降落 理解闭合电路欧姆定律 通过分析闭合电路 体会它的能量转化 根据守恒定律解答题目 2 过程与方法 3 情感态度与价值观 培养学生探究实验的热情 并引领提高其理论与实践相结合的能力 提高学生观察并独立思考的能力 让其在今后生活中都受益匪浅 重点 难点 1 闭合电路的欧姆定律 2 路端电压与负载的关系 1 闭合电路的欧姆定律 我们在初中学过 用导线把电源和用电器连接起来 组成闭合电路 电路中才有电流 这一节研究闭合电路中电压 电流 功率等问题 为此 先介绍一个表征电源特性的物理量 电动势 电动势定义 电源的电动势等于电源没接入电路时两极间的电压 电源有两个极 正极的电势高 负极的电势低 两级间存在电压 不同的电源 两级间电压的大小不同 不接用电器时 干电池的电压约为1 5V 蓄电池的电压为2V 不接用电器时 电源两极间电压的大小是由电源本身的性质决定的 为表征电源的这种性质 物理学中引入电动势的概念 电动势用符号E表示 电动势的单位跟电压的单位相同 也是伏特 为了让你更容易理解我们本节的内容 让我们先来学习一下简单的内容 下面我们介绍一下闭合电路 内电路和外电路 闭合电路 只有用导线把电源 用电器连成一个闭合电路 电路中才有电流 外电路 如下图所示 用电器 导线组成外电路 内电路 如下图所示 电源内部是内电路 闭合电路由内电路和外电路组成 在外电路中 正电荷在恒定电场的作用下由正极移向负极 在电源中 非静电力把正电荷由负极移向正极 正电荷在静电力的作用下从电势高的位置向电势低的位置移动 电路中正电荷的定向移动方向就是电流的方向 所以在外电路中 沿电流方向电势降低 由于正电荷沿某方向的移动与负电荷沿相反方向的移动等效 本节讨论仍认为电路中是正电荷在做定向移动 设甲图中间的电源是一个化学电池 电池的正极和负极附近分别存在着化学反应层 反应层中非静电力 化学作用 把正电荷从电势低处移至电势高处 在这两个地方 沿电流方向电势 跃升 这样 整个闭合电路的电势高低变化情况就如图乙所示 图中各点位置的高低表示电路中相应各点电势的高低 甲 乙 图乙中 a为电源正极 b为电源负极 外电路电阻为R 闭合电路的电流为I 我们分三个部分考虑整个电路中的能量转化 1 在时间t内 外电路中电流做功产生的热为 Q外 I2Rt 2 内电路与外电路一样 也存在着恒定电场 正电荷也是在静电力的作用下移动的 这一区域的电阻是内电阻 记为r 在时间t内 内电路中电流做功产生的热为 Q内 I2rt 3 bc和da是化学反应层 设两反应层电动势之和为E 则时间t内非静电力做的功为 W Eq EIt 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 即W Q外 Q内 所以 EIt I2Rt I2rt 整理后得到 E IR Ir 也就是 闭合电路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 我们用U外表示式中的IR 它是外电路上总的电势降落 习惯上叫做路端电压 用U内表示式中Ir 它是内电路的电势降落 所以闭合电路的欧姆定律的公式也可以写成 闭合电路的欧姆定律 E U外 U内 这就是说 电源的电动势等于内外电路电势降落之和 这个结论在甲图中已经形象的表示出来了 从电源正极a沿闭合电路的b c d绕一周再回到a时 一路上电势降落的总和 必定等于电势升高的总和 ab间的电势降落为U外 cd间的电势降落为U内 而bc da电势跃升的总和就是电动势E 电源的种类很多 形成非静电力的机理也不一样 但对于所有电源 第一个闭合电路的欧姆定律的公式所表示的闭合电路的欧姆定律都是成立的 电源加在负载 用电器 上的 有效 电压是路端电压 所以研究路端电压与负载的关系有实际意义 下面我们通过一个实验验证一下这个说法 同学们如果有条件可以亲自操作实验 这样你会更容易掌握所学知识 2 路端电压与负载的关系 路端电压 外电路的电势降落 也就是外电路两端的电压 通常叫做路端电压 按下图所示连接电路 闭合开关S0以接通电源 再闭合开关S 改变外电路的电阻R 观察路端电压怎样随着负载的变化而变化 认真观察电路图 然后连接实际电路 根据指示操作实验 记录数据 看能得到一个怎样的结果 研究路端电压 实验 实验表明 当外电阻增大时 电流减小 路端电压增大 当外电路减小时 电流增大 路端电压减小 现在用前面学过的知识讨论它们之间的关系 由E U外 U内和U内 Ir可以求得路端电压的表达式 U E Ir 就某个电源来说 电动势E和内阻r是一定的 当外电阻R增加时 由第一个公式可知 电流I减小 因此内电路的电势降落U内 Ir减小 由上式知 这时路端电压U增大 相反 当外电阻R 减小时 电流I增大 路端电压U减小 当外电路断开时 R变为无限大 I变为零 Ir也变为零 U E 这就是说 断路时路端电压等于电源的电动势 我们常根据这个道理测量电源的电动势 当电源两端短路时 外电阻R 0 由第一公式可知电流I E r 由上式可知路端电压U 0 电源内阻一般都很小 例如铅蓄电池的内阻只有0 0005 0 1欧姆 干电池的内阻通常不到1欧姆 所以短路时电流很大 电流太大会烧坏电源 还可能引起火灾 因此 绝对不允许将电源两端用导线直接连在一起 路端电压U与电流I的关系图像 也就是上式的函数图象 是一条向下倾斜的直线 下图 从图线可以看出 路端电压U随电流I的增大而减小 图线还反映出电源的特性 直线的倾斜程度跟内阻r有关 内阻越大 倾斜的越厉害 直线与纵轴交点的纵坐标表示电源电动势的大小 I 0时 U E 1 闭合电路的欧姆定律 电源的电动势等于电源没接入电路时两极间的电压 不同的电源 两级间电压的大小不同 电源两极间电压的大小是由电源本身的性质决定的 只有用导线把电源 用电器连成一个闭合电路 电路中才有电流 闭合电路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 E U外 U内 2 路端电压与负载的关系 外电路的电势降落 也就是外电路两端的电压 通常叫做路端电压 当外电阻增大时 电流减小 路端电压增大 当外电路减小时 电流增大 路端电压减小 U E Ir 1 下列说法正确的是 BD A 电源被短路时 放电电流无穷大B 外电路断路时 路端电压最高C 外电路电阻减小时 路端电压升高D 不管外电路电阻怎样变化 其电源的内 外电压之和保持不变 2 A B C是三个不同规格的灯泡 按图所示方式连接恰好能正常发光 已知电源的电动势为E 内电阻为r 将滑动变阻器的滑片P向左移动 则三个灯亮度变化是 A 都比原来亮B 都比原来暗C A B灯比原来亮 C灯变暗D A B灯比原来暗 C灯变亮 C A 3 如图所示 电源的电动势和内阻分别为E r 在滑动变阻器的滑片P由a向b移动的过程中 电流表 电压表的示数变化情况为 A 电流表先减小后增大 电压表先增大后减小B 电流表先增大后减小 电压表先减小后增大C 电流表一直减小 电压表一直增大D 电流表一直增大 电压表一直减小 4 如图所示电路中 电阻R1 8 当电键S断开时 电压表的示数为5 7V 电流表的示数为0 75A 电源总功率是9W 当电键S闭合时 电压表的示数为4V 若电键断开和闭合时电源内部损耗的电功率之比是9 16 求电源的电动势和电阻R2 R3 答 12V R2 8 R3 3 6 5 如图所示是对蓄电池组进行充电的电路 A B两端接在充电机的输出端上 蓄电池组的内阻r 20 指示灯L的规格为 6V 3W 当可变电阻R调到20 时 指示灯恰能正常发光 电压表示数为52V 设电压表内阻极大 试求 1 蓄电池组的总电动势 2 充电机的输出功率 3 对蓄电池组的输入功率 4 充电机的充电效率 答 1 36V 2 31W 3 23W 4 74 2 2007 广东中山 如图所示 R1为定值电阻 R2为可变电阻 E为电源电动势 r为电源内电阻 以下说法中不正确的是 A 当R2 R1 r时 R2上获得最大功率B 当R1 R2 r时 R1上获得最大功率C 当R2 0时 电源的效率最大D 当R2 0时 电源的输出功率最大 BCD 提示 本题的四个选项相对独立 分项进行讨论 从题干提供的信息可知 R1和r都是固定不变的 A选项中 当R2 R1 r时 R2上获得的功率通过功率的计算公式知道为最大 所以正确 同样可证明B C D选项均是错误的 在这里同学们一定要审清题目内容 看清它的问题 例如本题它让选择的是不正确的 你最好在读题的时候着重标记 以防出现不该出的问题 注意 1 答 根据闭合电路的欧姆定律 可得联立解得 E 1 5V r 2 说明 可以看到 虽然电动势和内阻不能直接测量 但可以应用闭合电路的欧姆定律将可以测量的路端电压 电流等与电动势 内阻建立联系 从而计算得到电动势和内阻 由于要求电动势和内阻两个未知量 所以需要两次测量 建立方程组 2 答 每节干电池的电动势为1 5V 两节干电池的电动势为3 0V 设每节干电池的内阻为r 两节干电池的总内阻为2r 由题意的又因为U内 2rI 所以 3 答 不接负载时的电压即为电动势 因此E 600 V 短路时外电阻R 0 根据闭合电路的欧姆定律得 4 答 当外电阻为4 0 时 电流 再由闭合电路的欧姆定律E I R r 可得r 0 5 当在外电路并联一个6 0 的电阻时 电路总电流为路端电压为当外电路串联一个6 0 的电阻时 电路电流为路端电压为 5 答 用电器的电阻为通过用电器的电流 设至少需要n节电池 串联分压电阻为R0 由闭合电路欧姆定律得 解得因为n要取整数 所以当R0 10 n有最小值为5 说明 解决本题也可以按如下思路进行 因为路端电压必须大于 或等于 灯的额定电压 即 得到可见n取整数的最小值为5 这时路端电压需要串联的分压电阻为R0