第七节闭合电路欧姆定律.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七节：闭合电路的欧姆定律,夏邑高中高二物理,汪领峰,电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。,一：闭合电路的欧姆定律,等效电源,r,外电路,:,电源以外电路，,(,沿,I,的方向,电势降低,),。,内电路：电源内部电路，,（沿,I,方向电势升高）。,推导：,设电源电动势,E,、内阻,r,、外路电阻,R,、,闭合电路电流,I,。,在,t,内，外路电阻消耗的电能,E,外,。,E,外,=I,2,Rt,电源输出能量,在,t,内，内路电阻消耗的电能,E,内,。,E,内,=I,2,rt,电源内部消耗能量在,t,内，电源中非静电力做功,W=,IEt,电源的总能量,根据能量守恒得：,W=E,外,+,E,内 ，,即：,IEt,=I,2,Rt+I,2,rt,E=,IR+Ir,=U,外,+U,内,总结,:,闭合电路欧姆定律：,内容：,定义式：,适应条件,:,外电路是纯电阻电路,外路电势降（外路电压，路端电压）,U,外,=IR,内路电势降（内路电压）,U,内,=,Ir,则：,E=U,外,+U,内,E=,IR+Ir,常用列方程,U=E-,Ir,V,S,S,断开，理想电压表示数,3V,，,S,闭合，电压表示数,1.8V,，求,R,和,r,比值,R,r,解：,1.S,断开时,E=3V,2.S,闭合时,电压表测路端电压即,R,两端电压,则,U=IR=1.8v,U,内,=,Ir,=1.2v,所以,二：路端电压和负载的关系,对给定的电源，,E,、,r,均为定值,负载即外电阻变化时，引起,I,的变化。,由,I=,得：,R I ,R I,则：,U=E-,Ir,，,R I U,。,可见：路端电压取决于负载（外路电阻）,负载电阻增大，闭合电路,I,减小，,内路电压减小，外路电压增大。,例,1.,如图,R,1,=14,，,R,2,=9,，当,S,接,1,时，电流表示数,I,1,=0.2A,当,S,接,2,时，电流表示数,I,2,=0.3A,求,E,和,r,。,解以上两式：,E=3V,r=1,解：由闭合电路欧姆定律,S,接,1,时：,E=I,1,R,1,+I,1,r,S,接,2,时：,E=I,2,R,2,+I,2,r,练习：电源电动势,E,，内阻,r,，给可变电阻,R,供电，路端电压（）,A.,因为,U=IR,，所以当,I,增大，路端电压增大,B.,因为,U=E-,Ir,，所以当,I,增大，,U,减小,C.,若外路电路断开，,U=0,。,B,R,1,R,2,1,2,A,S,S,三：两种特殊情况（短路和断路）,1.,在闭合电路中，发生,短路,时，外电路,R=0,，,U=0,则：,E=U,内,=,Ir,，可求内阻,r,。,一般情况,r,很小，此时,I,很大，易烧坏电源。,2.,在闭合电路中，发生,断路,时外电路,R,趋近无穷大，则,E=U,电压表测电动势的原理,3.U=E-,Ir,的,UI,图象,路端电压随,I,增大而减小,直线斜率大小表示电源内阻,r,K=,r,纵坐标截距（断路）表示电源电动势,如左下图，外路电阻和内阻？,U,I,四：,闭合电路中的三个功率和效率,1.,由,EIt,I,2,Rt,I,2,rt,知，,EI,I,2,R,I,2,r,其中,:,P,总,=,EI,电源的总功率，,P,内,=I,2,r,电源内耗功率，,P,外,=I,2,R=IU,.,外电路消耗功率，,.,电源的输出功率求电源的输出功率的方法。,关系：,P,总,=P,外,+P,内,电源提供的电能，一部分消耗在外路转化为其他形式的能，一部分消耗在内路转化为热能。,条件,公式,公式法（条件法）求最大输出功率,图像法求最大输出功率,当,R,0,=,R,L,+r,=r,/,时，,P,0,最大。,P,m,=E,2,/4r,/,=E,2,/4,（,R,L,+r,),求某元件的,P,m,E r,R,0,L,一：一般思路：求电路中的最大,I,如图,L,何时最亮,（外路定值定值的最大功率,）,二：条件公式法或等效电源法（符合,R=r,则,P,m,=E,2,/4r),求可变电阻的最大输入功率,解题思路：可把,r+R,L,看做电源内阻处理。,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,三：图像法,P,出,与外电阻,R,的函数关系图象,从图看出,1,当,Rr,时，若,R,增大，,P,出,减小,若,R,减小，,P,出,最大,当,R=r,时，,P,出,最大,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。,1.,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，可以先把它去掉与之串联的元件可视作导线。,若要求电容器所带电荷量时，可在相应的位置补上,2.,电容器,充电的瞬间可视作短路,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,Q,1,=CU,1,，,Q,2,=CU,2,.,则,Q=CU,例,1.,图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,C,电源内阻消耗的功率变小,D,电路的总电阻变大,类型一,闭合电路的动态分析,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,在如图所示电路中，当变阻器,R,3,的滑片,P,向,b,端动时,(,),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,练习,B,分析：,1.,电压表测量电源两端即路端电压，电流表测量,R,3,电流,2.P,向,b,滑，,R,3,减小，则总电阻减小，总电流,I,增大。,两端电压,U=E-,Ir,减小。而,U,1,=IR,1,增大，,U,2,=U,3,=,（,E-IR,1,-Ir,）减小。,例,2.,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,类型二,应用闭合电路的欧姆定律求电动势和内阻,2.,如图所示电路中，,R,1,R,2,R,3,1,，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,练习,电路连接方式？,例,3.,电路图如图甲所示,，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,R,0,3,类型三,电路中的功率问题,(1),当,R,为何值时，,R,0,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,U,I,图象求电源的电动势和内阻,(2),电路中的电流最大时，,R,0,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,电源的电动势和内阻多少？,E=20V,r=7.5,负载电阻变化范围：,3-18,问题：,(1),当,R,为何值时，,R,0,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？,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？,练习,练习,R,2R,1,R,3,E,r,A,B,R,3,R,2,R,1,E,r,A,B,I,例,4.,如图所示，电路中,E,10 V,，,R,1,4,，,R,2,6,，,C,30,F,.,电池内阻可忽略,(1),闭合开关,S,，求稳定后通过,R,1,的电流,(2),然后将开关,S,断开，求这以后通过,R,1,的总电量,类型四,含容电路的计算,解析,(1),电路稳定后，电容器所在的支路上无电流通过，因此,R,1,与,R,2,串联，,C,两端的电压即为,R,2,两端的电压,由欧姆定律得通过,R,1,的电流,(2)C,两端电压,U,2,IR,2,6 V,C,所带电量,Q,1,CU,2,30,10,6,6 C,1.8,10,4,C,2.,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,Q,2,CE,30,10,6,10 C,3,10,4,C,通过,R,1,的电量，即为电容器增加的电量,Q,Q,2,Q,1,1.2,10,4,C.,4,如图所示电路中，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,R,0,的滑动端向左移动时，带电粒子将（）,练习,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,R,0,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,U/V,I/A,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,5.0,5.2,5.4,5.6,5.8,6.0,AD,关于,U-I,图线,U/V,I/A,0,2,4,6,1,2,3,A,B,（,I,U),含电容器的电路,练习：如图电路，水平放置的金属板,AB,，板间间距,d=40cm,电动势,E=24V,内阻,r=1,电阻,R=15,.,闭合,S,，待电路稳定后，将一正电荷小球从,B,板小孔以,v,0,=4m/s,竖直向上射入板间，小球,q=1,10,-2,C,m=2,10,-2,Kg,不计空气阻力，求,1.,滑动电阻器接入电路的阻值多大，小球恰能达到,A,板,2.,此时，电源的输出功率？,A,B,R,P,E,r,S,v,0,m,5.,如图所示的电路中，电源电动势,E,3.0 V,，内阻,r,1.0,；电阻,R,1,10,，,R,2,10,，,R,3,30,，,R,4,35,；电容器的电容,C,100,F,.,电容器原来不带电求接通电键,S,后流过,R,4,的总电量,再见！,1.,在图甲所示电路中，,R,1,、,R,2,均为定值电阻，且,R,1,100,，,R,2,的阻值未知，,R,3,是一滑动变阻器，当其滑片从最左端滑至最右端的过程中，测得电源的路端电压,U,随电流,I,的变化图线如图乙所示，其中图线上的,A,、,B,两点是滑片在变阻器上的两个不同端点时分别得到的求：,(1),电源的电动势和内电阻；,(2),定值电阻,R,2,的阻值；,(3),滑动变阻器,R,3,的最大值,解析：,(1),由闭合电路欧姆定律得：,E,U,Ir,将图象中,A,、,B,两点的电压和电流代入得：,E,16,0.2,r,E,4,0.8,r,解得,E,20 V,，,r,20.,(2),当,R,3,的滑片滑到最右端时，,R,3,、,R,1,均被短路，此时外电路电阻等于,R,2,，且对应于图线上,B,点，故由,B,点的,U,、,I,值可求出,R,2,的阻值为：,R,2,U,B,/I,B,4/0.8,5.,(3),滑动变阻器的滑片置于最左端时，,R,3,阻值最大设此时外电路总电阻为,R,，由图象中,A,点坐标求出：,R,U,A,/I,A,16/0.2,80.,又,R,R,1,R,3,/(R,1,+R,3,),R,2,，代入数值解得滑动变阻器的最大阻值,R,3,300.,2.,如图，直线,A,是电源的路端电压和电流的关系图，直线,B,、,C,分别是电阻,R,1,、,R,2,的两端电压和电流的关系，若将这两个电阻分别接在该电源上，则（）,A.R,1,接在电源上时，电源的效率高,B.R,2,接在电源上时，电源的效率高,C.R,1,接在电源上时，电源的输出功率大,D.,电源的输出功率一样大,C,A,B,0,U,0,I,0,U,I,电源的,U-I,图线和电阻的,U-I,图线交点表示电阻接在此电源上的输出电压和电流。斜率表示电阻。,A,