高中物理 第二章 第7节 闭合电路的欧姆定律课件.pdf

第二章恒定电流第7节闭合电路的欧姆定律第二章恒定电流由 L通过闭合电路欧姆定律的理论推导过程，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.I 2.理解内、外电路的电势降落，理解闭合电路的欧姆定律.（重 点）3.会用闭合电路的欧姆定律分析路端电压与负载的关系，并能 进行相关的电路分析和计算.（重点+I预习导学，确知B椀靛理知识夯实基础【基础梳理】、闭合电路的欧姆定律1.闭合电路闭合电路由外电路和内电路组成，用电器、导线组成 外电路，电源内部是内电路.电路中止电荷 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.2.闭合电路中的能量转化如图所示，电路中电流为I,在时间t内，非静电力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=FRt+Prt3.闭合电路的欧姆定律(1)内容：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.(2)公式：1=R+r.(3)我们用。外表示族，它是外电路上总的电势降落，习惯上叫 做 路端电压；用。内表示它是内电路的电势降落.所以 E=U外十 0内，这就是说，电源的电动势等于内外电路电势降落之和二、路端电压与负载的关系1.电路中，消耗 电能 的元件常常称为负载,负载变化时,电路中的电流就会变化，路端电压也随之变化.2.路端电压的表达式：U=E-Ir,3.路端电压随外电阻的变化规律当外电阻A增大时，由，一 电压U=Ef 增大.可知电流/减小，路端当外电阻A减小时，由/=自可知电流/增大，路端 电压U=EIr减小.(3)两种特殊情况 当外电路断开时，电流夕变为。，U=E.这就是说，断路时的路端电压等于电源电动势.E当电源两端短路时，外电阻A=0,此时/=r.【自我检测1 Q判断正误（1）外电路中，沿电流方向电势降低；内电路中,沿电流方向电势升高.（）在闭合电路中，当外电路断开时，路端电压等于零；当外电 路短路时，电路中的电流无穷大.（）P（3）/=：、石=族+）只适用于外电路为纯电阻的闭合电路，R-r而外=七一7r、E=U外+U内适用于任意的闭合电路;（)-%（4）在纯电阻电路中，任何一个电阻的增大（或减小），都将引起 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）.（）纯电阻电路中电源的输出功率随外电阻R的增大而增 大（）提示：（1）J（2）X（3）V（4）V（5）XIB探究思考（1）在公式U=E7r中，对于同一个电源，其电 动势E和内阻，是一定的，请根据函数知识分析描述路端电压 U与电流/的关系的U/图象是怎样的，试画出其大致的情形.(2)试通过关系式U=E-Ir分析该图象在纵轴和横轴上的截距 分别表示什么物理意义，图象的斜率又表示什么物理意义.提示：纵轴上的截距表示电动势，横轴上的截距表示短路电流,斜率表示电源的内阻.(3)对于理想电源r=0,则其U/图线怎样?u-r=0提示：01-A(4)根据如图所示的U/图象中，求出电源的电动势和内阻提示：6V 2Q多维课堂眄爸回动 _名破疑难讲练提升.知识点1对闭合电路欧姆定律的理解和应用L闭合电路欧姆定律的表达形式表达式物理意义适用条件I-R+r电流与电源电动势成 正比，与电路总电阻 成反比纯电阻电路表达式物理意义适用条件E=/(A+r)E=U外+/r E=U外+U内电源电动势在数值上 等于电路中内、外电 压之和式适用于纯电阻耳 路；式普遍适月1EIt=fRt+frt%二吗+%内电源提供的总能量等 于内、外电路中电能 转化为其他形式的能 的总和 P式适用于纯电阻耳 路，式普遍适用_12.路端电压U随电流/变化的图象(。一/关系图象)(1)U/图象的函数表达式：U=E-Ir.I(2)U1图象特点：位于第一象限，与横纵坐标轴相交的倾斜直线，如图所示.|八U0I短I(3)几个特点三个特征量：与纵轴交点表示电动势，与横轴交点表示短路 电流，直线斜率的大小表示电源的内阻.两个特殊状态：当外电路断开时(A=8),/变为零.7r=0,pU=E；当电源两端短路时(A=0),此时电流/短=二(短路电流).，命题视角1对电源电动势和内阻的计算题 如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表（均 为理想电表）的示数分别为L6V和0.4A.当S断开时，它们的 示数各改变0.1 V和0.1 A,求电源的电动势和内阻.解析当S闭合时，R1、&并联接入电路，由闭合电路欧姆定律 E=U+/r 得：E=L6V+0.4r；当S断开时，由石=。+/得|E=(1.6+0.1)V+(0.4-0.1)r解得：E=2V,r=lQ.I答案2V 1 Q13命题视角2对电源U/图象的分析例支）（多选）如图所示为某一电源的U-I V图象，由图可知（）2卜、A.电源电动势为2V 词一衿_0 6 Z/AB.电源内阻为;CC.电源短路时电流为6A思路点拨在u/图象中：纵坐标的截距表示电动势，横坐 标的截距表示短路电流，斜率的绝对值表示内阻.解析由闭合电路欧姆定律U=E得知，当/=0时，U=E,由图读出电源的电动势E=2V,故A正确.电源的内阻等 于图线斜率的绝对值,为一|箸卜 Ye，,故B错p 2误.电源短路时A=0,电流/短=二=万歹4=10人，故C错误.当 v u./E一 u 2 一 路端电压U=1 V时，由E=U+/r可得，/=-=k/A=5A,v u./故D正确.答案AD不能用/=急:计算非纯电阻电路的电流.(2)不能将路端电压和电动势混淆.只有在电路断开时电源两端 的电压才等于电动势.(3)注意闭合电路U/图象和伏安特性曲线/一U图象的区别和 不同应用.【题组过关】1.一太阳能电池板，测得它的开路电压为800mV,短路电流 为40mA.若将该电池板与一阻值为20c的电阻连成一闭合电 路，则它的路端电压是（）A.0.1 0V B.0.20V C.0.30V D.0.40V解析：选D.电池没有接入外电路时，路端电压等于电池电动势,所以电动势E=800mV由闭合电路欧姆定律得短路电流I短=p 所以电池内阻 尸5=黑搭。=20。，该电池与20Q 的电阻连成闭合电路时，电路中电流/=/=叫春mA=20mA,所以路端电压。=用=400mV=0.4V,D 项正确.2.（多选）（2019成都校级检测）力、B 两电源分别供电时其路端电压与电 流的关系图线如图所示，则下述正确 的是（）A.电源电动势段=曷B.电源内阻以=必C.电源4的短路电流为0.2AD.电源6的短路电流为0.3A 解析：选BD.由闭合电路欧姆定律得U=E一当/=0时，U=E,U/图线的斜率的绝对值的大小等于电源内阻大小.由 图看出，A的电动势为2V,B的电动势为1.5V,即有电源电动 势马&,故A错误.两图线平行，说明电源的内阻相等，即以故B正确.电源力的短路电流为=9=/7人=以 2-1020.4A,故C错误.电源万的短路电流为/5=/tA=0.3A,Yb 1.5 1故D正确.知识点2闭合电路中的功率和效率的计算1.电源的总功率尸总=EZ;电源内耗功率尸内=U/=2r；电 源输出功率产出=。外上2.对于纯电阻电路，电源的输出功率产出=/2尺E、2R=E2(R r)2 F 一十打出功率为P=A;.当R=r时，电源的输出功率最大，其最大输 电源输出功率随外电由工曲线如图所示.3.电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即=常=1对于纯电阻电路，电源的效率=/2=所以当A增大时，效率提高.当A=r（电源有1+无最大输出功率）时，效率仅为50%,效率并不高.二例3 如图所示，已知电源的电动势E=1 0V,内阻r=2C,定值电阻&=0.5C,滑动变阻器的最大阻值a=5。.求：(1)当滑动变阻器的阻值为多大时，电阻刷消耗的功率最大？电 阻&消耗的最大功率是多少？当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率最大？电源 输出的最大功率为多少？|当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动变阻器消耗的功率最 大？变阻器消耗的最大功率是多少？(7-E、+4+4解析由尸产2Al知,当&=0时，&消耗功率最大尸l m=R=8W.4+(2)当r=A外时电源输出功率最大，此时由舟+2?2，=得%,1.5Q此时P出=(3)将&等效为电源内阻，此时新电源内阻，=r+Ai=2.5 Q 故当滑动变阻器的阻值为尺2=2.5。时，滑动变阻器消耗的功 率最大(E Bm=r+双 A 2=10W.答案(1)0 8W(2)1.5 Q 1 2.5W(3)2.5 Q 1 0W法技巧要正确理解“当尺外=时，电源的输出功率最大”中的心 电源输出功率最大的条件是当电源或等效电源内阻恒定时才成 立的，因此不能将可变外电阻当成电源内阻的一部分来判断电 源对定值外电阻的输出功率是否最大.也就是说，A外=/只能 用于“外电阻R外可变”而“电源内阻恒定”时输出功率最大 的判断条件.0跟踪训练如图所示，电源电动势E=1 0V,内阻=0.5Q,标有“8V,1 6W”的灯泡L恰好能正常发光，电动机 M线圈的电阻为=10,求：L0(M)(1)电源的总功率；(2)电动机的输出功率.解析：(1)L正常发光，路端电压等于灯泡额定电压8V.内电压U内U内=(1 0 8)V=2V,则总电流/=7=4A,电源总功率为产电=/=4X1 0W=40W.流经电动机的电流7M=1，=2 A.I输入电动机的总功率?m，=U/m=8X2W=16W.I电动机内阻消耗功率PM内=/辅0=4 X 1 W=4W.I故电动机输出功率尸m出=(164)I答案：(l)40W(2)1 2W 占一，知识点3闭合电路的动态分析问题i.闭合电路动态分析的思路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，分析这类问题的基本思路是:fW fiS（3S fiSSl（IS（各部分电 1潞结构n阻变化n变化了1变化厂底变化n压、电流变化j12.闭合电路动态分析的三种方法程序法：基本思路是“部分一整体一部分”，即D河D师所师局R局域小|-R总域小IT总I增大。外域小门U局(2)结论法“并同串反”“并同”是指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中 的电流、两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它 并联或间接并联的电阻中的电流、两端带压、电功率都将减小.“串反”是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中 的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它 串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大.(3)特殊值法与极限法：指因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化 的问题，可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个端点去讨论.一 般用于滑动变阻器两部分在电路中都有电流时的情况.13命题视角1支路电阻变化引起的动态分析例可 如图所示电路，当滑动变阻器用的滑片向上滑动时,下列说法正确的是（）A.电流表的示数变大B.氏3两端的电压减小C.4的功率增大D.通过R的电流增大思路点拨首先分析清楚电路的结构，再按顺序分析：局部电 阻一总电阻一总电流，由U=E-Ir判断路端电压，由串、并 联电路规律判断电路各部分.解析等效电路如图所示.mr2 法一：程序法 丈与当滑动变阻器网的滑片向上滑动时，其接入电汽 路的电阻增大，外电路总电阻增大，则干路电流)V I/减小，路端电压U增大，尺3两端的电压等于路端电压，则夫3 两端的电压增大，则通过舄的电流人增大，通过&的电流A=/人，/减小，增大，则A减小，故4的功率减小，电压。2也减小；R1、夫4并联电压。并=。一S，U增大，。2减小，则知U并增大，故通过电流表的电流7a增大，电流表的示数变 大,通过&的电流A=1 2/a，A减空则A减小，故A正确，B、C、D错误.4.法二：“串反并同”法由电路结构可以看出电流表与滑动变阻器Ri并联,R3与滑动变 阻器以间接并联，及与滑动变阻器4串联，且电源内阻不可 忽略，当滑片向上移动时，4接入电路电阻增大，故电流表示 数变大，舄两端电压增大，屈的功率减小，通过用的电流减 小.答案A团四技r巧闭合电路动态分析问题的一般思路(1)程序法：分清电路结构一局部电阻变化一总电阻变化一总电 流变化一路端电压变化一各部分电压、电流变化(一般先分析电 阻不变的支路).(2)运用结论“串反并同”时，电源内阻不可忽略.13命题视角2电路故障分析倒 如图所示，电灯L的规格为“4V 1 W”，滑动变阻器A 的总电阻为50C.当滑片尸滑至某位置时，L恰好正常发光，此 时电流表示数为0.45A.由于外电路发生故障，电灯L突然熄 灭，此时电流表示数变为0.5A,电压表示数为1 0V.若导线连 接完好，电路中各处接触良好.试问：(1)发生的故障是短路还是断路？发生在何处？(2)发生故障前，滑动变阻器接入电路的阻值为多大？(3)电源的电动势和内电阻为多大？思路点拨如果某用电器被短路，则它两端的电压为零；如果 电路中某处断路(且只有一处)，则断路处电压不为零，这是解 决电路故障问题的主要依据.解析(1)电路发生故障后，电流表读数增大，路端电压U端=5=/24也增大，因此外电路总电阻增大，在外电路某处一 定发生了断路.由于电流表有读数，4不可能断路，电压表也 有读数，滑动变阻器A也不可能断路，因此，只可能是电灯L 发生断路.(2)L断路后，外电路只有A?，因此无电流流过A，电压表示数即为路端电压，U?=U端=1 0V,7?2=亍=77。=20。上 未断路 12 U3时恰好正常发光，Ul=4V,7l=Q=0.25A,U端=U2=IzRz=UR。端一Ul 9-40.45x20V=9V,R=r=70=200./r/l U/3(3)根据闭合电路欧姆定律E=U+lr,故障前E=9+(0.45+0.25)r,故障后 E=1 0+0.5r,得 r=5O,E=1 2.5V答案见解析 工【题组过关】1.（201 9山东宁阳高二检测）图示电路中，电源的电动势E=6V,内阻不计，闭合开关S后，某时刻电路出现故障，此时理想电 压表的示数U=6V,可知该故障可能为（）A.小灯泡L断路B.电阻R或4断路C.小灯泡L和电阻A1都断路D.电阻周或屈短路解析：选B.电压表有示数，说明电压表之外电路有短路或电压 表之内电路有断路，所以故障可能为小灯泡短路或者电阻以 或断路，B正确.2.（多选）（2019甘肃天水段考）如图所示电路中，闭合开关S后 当变阻器R的滑动头尸向移动时，下列说法正确的是（）A.电压表示数变大B.电流表示数变大C.电源消耗的总功率变小 D.电源的效率（电源的输出功率/电源工整总功率）变小解析：选BD.滑动变阻器和段并联，将滑动变阻器的滑片P向 b移动的过程中，滑动变阻器连入电路的电阻减小，故电路总 电阻减小，电路总电流增大，根据闭合回路欧姆定律可得知,路端电压减小，即电压表示数减小，而用大小不变，通过的电 流增大，所以周两端的电压增大，故并联电路两端的电压减小,即刷两端的电压减小，所以显的电流减小，而总电流是增大 的，故通过滑动变阻器的电流增大，即电流表示数增大，A错 误，B正确；因为总电流增大，根据尸=EZ可知电源消耗的功P 中 UI U率增大，C错误；电源的效率=,番/6端电压U变 小，所以电源的效率变小，故D正亡 j 力知识点4含容电路的分析与计算在直流电路中，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（只考虑电容器是理想的不漏电的情况）的元件，在电容器处 电路可看做是断路，简化电路时可去掉它.简化后若要求电容 器所带电荷量时，可接在相应的位置上.分析和计算含有电容 器的直流电路时，需注意以下几点.1.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，因此电容器两极板间的电压就等于该支 路两端的电压.I 2.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 与其并联电阻两端的电压相等.3.电路的电流、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路放电.例【6）（2016高考全国卷II）阻值相等的四个电阻、电容器C及 电池E（内阻可忽略）连接成如图所示电路.开关S断开且电流稳 定时，C所带的电荷量为。1；闭合开关S,电流再次稳定后，C所带的电荷量为与。2的比值为（）解析电路中四个电阻阻值相等，开关S断开时，外电路的 连接等效为图甲，由于不计电池的内阻，设每个定值电阻的阻 值为A,根据串并联电路的特点可知，电容器两端的电压为U11 lR 1*六一E=杷；当开关S闭合后，外电路的连接等效为图 如+R2R 1乙，则电容器两端的电压为 5=7-七=辛,由2=cu可知,皋+A齐卷4 c项正确甲备n脩乙答案c0跟踪训练（2019合肥一中高二段考）在如图所示的电路 中Ai=11C,r=1C,7?2=3=6。，当开关S闭合且电路稳定 时，电容器。的带电荷量为。1；当开关S断开且电路稳定时，电容器C的带电荷量为。2，贝M）A.21：Q2=l：3C.21：。2=1：5解析：选A.开关断开稳定时，电路中没有电流，电容器的电压 等于电源的电动势，即lh=E,开关闭合稳定时，电容器的电 压等于电阻&两端的电压，则U=R）二 E十,对于给定电容器，电容不变，A正确.由 2=cu得 :。2=。1：仿=1：3,随堂检测巩固落实高效演练-知能提升1.(2019西安东仪中学期末)在如图所示的电路中，电源的内电 阻为1 C,外电路电阻为9Q,闭合开关后，电流表的示数为 0.3A,电流表的内阻不计.电源的电动势E等于()A.IVB.2VC.3VD.5V解析：选C根据闭合电路欧姆定律得乎做电32E=I(R+r)=0.3X(9+l)V=3V,故选项Cr垢2.（2019广州荔湾区高二期中）如图所示的电路中，电池的电动 势为。内阻为r,&和a是两个阻值固定的电阻.当可变电 阻A的滑片向点移动时，通过R的电流A和通过用的电流A将发生如下的变化（）A.A变大，A变小 B.人变大，A变大C.71变小，A变大 D.11变小，解析：选C当可变电阻A的滑片向点移动时，A连入电路中 的电阻变小，电路总电阻减小，总电流增大，根据闭合回路欧 姆定律可得路端电压减小，即4两端电压减小，所以通过 用 的电流A减小，而总电流增大，并且/=/i+A，所以通过&的电流A变大，C正确.3.（2019江苏连云港高二期中）如图所示，把两个电源的uI 关系曲线取相同的坐标，画在同一坐标系中，由图象可得出的 正确结论是（）A.Ei=E2,内电阻口，2B.Ei=E?,发生短路时/AC.EiEz，内电阻力/2D.EE，发生短路时A4解析：选B.根据闭合电路的欧姆定律可得：U=ETr,电源的 u/关系曲线的纵截距表示电动势，则耳=及；电源的U1 关系曲线的斜率绝对值表示电源的内阻，则片寸2；电源的短路P电流/短=1 则发生短路时故B项正确.4.（2019江西赣州高二检测）如图所示，电路电压U保持不变,滑动变阻器A的总阻值与Ri的阻值均为20Q,电阻区的阻值 为5。.当滑动变阻器A的滑动端P由向滑动过程中（）A.干路中电流不断减小B.用上消耗电功率不断增大C.R上消耗电功率不断减小D.4上消耗电功率不断增大 解析：选B.滑片由向滑动时，A变小，A并变小，R总变小,电路中的总电流变大，用两端的电压变大，消耗的功率变大；并联部分电压变小，&消耗的功率变小，故B正确，A、C、D 错误.