高中物理人教版选修3127闭合电路欧姆定律.doc

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高中物理
课堂内容闭合电路欧姆定律
§基础知识§
知识点一、闭合电路的欧姆定律

(1)闭合电路由外电路和内电路构成,用电器、导线构成外电路,电源内部是内电路.
(2)电路中正电荷的定向挪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.

(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.
E
(2)公式:I=R+r.
(3)我们用U表面示IR,它是外电路上总的电势下降****惯上叫做路端电压;用U内表示Ir,它是内
=U外+U内,这就是说,电源的电动势等于内外电路电势下降之和.
知识点二、路端电压与负载的关系
,耗费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.
:U=E-Ir.

E
(1)当外电阻R增大时,由I=R+r可知电流I减小,路端电压U=E-Ir增大.
E
(2)当外电阻R减小时,由I=R+r可知电流I增大,路端电压U=E-Ir减小.
(3)两种特别状况:
①当外电路断开时,电流I变成0,U=,断路时的路端电压等于电源电动势.
E
②当电源两端短路时,外电阻R=0,此时I=r.
§要点详解§
一、电源U-I图象与电阻U-I图象的比较
物理意义
图象上的特色
电源U-I图象电阻U-I图象
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图形
图象表述的物理
电源的路端电压随电路电流的
电阻两端电压随电阻中的电流
量变化关系
变化关系
的变化关系
图线与坐标轴交
与纵轴交点表示电源电动势
过坐标轴原点,表示没有电压
点
E,与横轴交点表示短路电流
E
时电流为零
r
图线上每一点坐
表示电源的输出功率
表示电阻耗费的功率
标的乘积UI
图线上每一点对
表示外电阻的大小,不一样点对
每一点对应的比值均等大,表
应的U、I比值
应的外电阻大小不一样
示此电阻的大小
图线斜率的
内电阻r
电阻大小
绝对值大小
【例1】在以以下图的U-I图象中,直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图线,直线Ⅱ为
某一电阻R的U-,由图象可知( )
,


%
分析由图线Ⅰ可知,电源的电动势为3V,内阻为r=E=;由图线Ⅱ可知,电阻R的
I短
阻值为1Ω,该电源与电阻R直接相连构成的闭合电路的电流为I=E=2A,路端电压U=
r+R
UI
IR=2V(可由题图读出),电源的输出功率为P=UI=4W,电源的效率为η=EI×100%≈%,应选项A正确,B、C、D错误.
答案A
【针对练****以以下图,直线A为电源a的路端电压与电流的关系图象;直线B为电源b的路端
电压与电流的关系图象;
R分别接到a、b两电源上,那么有( )
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,电源的效率较高
,电源的输出功率较大
,电源的输出功率较大,但电源效率较低
,电阻的发热功率和电源的效率都较高
答案
C
由题图判断电源a的内阻大,在纯电阻电路中电源效率
R
分析
η=R+r×100%,内阻越大,效
率越低;电源的输出功率
P=UI对应图线交点坐标的乘积,只有
C正确.
二、电路动向变化的分析
、滑动变阻器滑片的滑动等造成电路结构发生了
变化,一处变化又引起了一系列的变化.

(1)程序法:电路结构的变化
总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路
→R的变化→R
并联分流I
→变化支路.
串通分压U
(2)极限法:即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题,可将滑动变阻器的滑动端分别滑至
两个极端去谈论.
(3)判断总电阻变化状况的规律
①当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,电路的总电阻必定增大(或减小).
②若开关的通、断使串通的用电器增加时,电路的总电阻增大;若开关的通、断使并联的支路
增加时,电路的总电阻减小.
【例2】巨磁电阻(GMR)电流传感器可用来正确检测大容量远距离直流输电线路中的强电流,其原

,设输电线路电流为I(不是GMR中的电
流),GMR为巨磁电阻,R1、R2为定值电阻,已知输电线路电流I在巨磁电阻GMR处产生的
磁场的磁感觉强度B的大小与I成正比,以下有关说法正确的选项是( )
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,电压表V1示数减小,电压表
V2示数减小
,电流表A示数减小,电压表
V1示数增大
,电压表V1示数增大,电压表
V2示数增大
,电流表A示数减小,电压表
V2示数减小
分析假如I增大,输电线路电流I在巨磁电阻
GMR处产生的磁场的磁感觉强度
B增大,GMR
电阻值减小,回路中电流增大,电流表A示数增大,电压表V1示数减小,电压表V2示数增大,选项A、B错误;假如I减小,输电线路电流I在巨磁电阻GMR处产生磁场的磁感觉强度B减小,GMR电阻值增大,回路中电流减小,电流表A示数减小,电压表V1示数增大,电压表
V2示数减小,选项D正确,选项C错误.
答案D
【例3】以以下图电路,,在变阻器R0的滑动端向下滑动
的过程中( )
.电压表与电流表的示数都减小

,电流表的示数减小
,电流表的示数增大
答案
A
分析
在电路中,变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中,变阻器R0接入电路中的电阻变小,
从而使整个电路中的外电阻变小,干路电流变大,内阻
r分得的电压U内=Ir变大,U外变小,电压
表示数变小,由U1=IR1知U1变大,因U
U2
,所以流过R2的电
外
=U1+U2,故U2变小,因为I2=R2
流变小,电流表示数变小,选项A正确.
【针对练****在以以下图电路中,当滑动变阻器
R3的滑片P向b端挪动时(
)
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.电压表示数变大,电流表示数变小
,电流表示数变大
,电流表示数变大
,电流表示数变小
答案
B
分析
当滑动变阻器R3的滑片P向b端挪动时,电阻R3
变小,电路总电阻变小,电源输出电
流增大,电压表示数变小,并联电路两端电压变小,经过
R2的电流变小,经过R3的电流变大,
即电流表示数变大,选项B正确.
三、电路中的功率及效率问题

(1)任意电路:P总=EI=U外I+U内I=P出+P内.
(2)
纯电阻电路:
P
总=I
2+
=E2
(R
r)
R+r.
:P内=I2r=U内I=P总-P出.

(1)任意电路:P出=UI=EI-I2r=P总-P内.
(2)
纯电阻电路:
P
出=I
2=
E2R
2=
E2
2
.
R
R+r
R-r
+4r
R
(3)纯电阻电路中输出功率随
R的变化关系
E2
①当R=r时,电源的输出功率最大为
Pm=4r.
②当R>r时,跟着R的增大输出功率愈来愈小.
③当R<r时,跟着R的增大输出功率愈来愈大.
④当P出<Pm时,每个输出功率对应两个外电阻
R1和R2,且R12=r2
.
R
⑤P出与R的关系以以下图.
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P
U
出
(1)任意电路:η=总×100%=E×100%.
P
R
1
(2)纯电阻电路:η=R+r
×100%=
r×100%
1+R
所以在纯电阻电路中R越大,η越大;当R=r时,电源有最大输出功率,效率仅为50%.
特别提示当电源的输出功率最大时,效率其实不是最大,只有
50%;当R→∞时,η→100%,
但此时P出→0,无实质意义.
【例4】以以下图,电源电动势E=3V,内阻r=3Ω,定值电阻R1=1Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为10Ω,求:
(1)当滑动变阻器的阻值R2为多大时,电阻R1耗费的功率最大?电阻R1耗费的最大功率是多
少?
(2)当变阻器的阻值为多大时,变阻器耗费的功率最大?变阻器耗费的最大功率是多少?
(3)当变阻器的阻值为多大时,电源输出功率最大?电源输出的最大功率是多少?
(4)三种状况下,电源的效率分别为多大?
答案(1)(2)
(3)(4)25%%50%
分析(1)R1为定值电阻,当R2=0时,流经R1的电流最大,电阻R1耗费的功率最大;此时
=
E=,电阻R1耗费的最大功率为:PR1=I12·1≈

I1
R
r+R1
(2)电源与定值电阻R1可看做一个电动势为E=3V,内阻为r′=r+R1=4Ω的“电源”,由前面
的分析可知,当滑动变阻器阻值R2=r′=4Ω,变阻器耗费的功率最大,此时
PR2=E2≈
4r′.
(3)同理,由前面分析可知,当R外=r时,即R2′=2Ω时,电源输出的功率最大,此时
P出=E2
4r
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.
R1
(4)电阻R1耗费功率最大时,电源的效率η1=R1+r×100%=25%;
R1+R2
变阻器耗费的功率最大时,电源的效率:η2=r+R1+R2×100%=%;
R1+R2′
当电源输出功率最大时,电源的效率:η3=×100%=50%r+R1+R2′
【例5】以以下图,已知电源电动势E=5V,内阻r=2Ω,定值电阻R1=,滑动变阻器
R2的阻值范围为0~10Ω求.:
(1)当滑动变阻器R2的阻值为多大时,电阻R1耗费的功率最大?最大功率是多少?
(2)当滑动变阻器的阻值为多大时,滑动变阻器耗费的功率最大?最大功率是多少?
(3)当滑动变阻器的阻值为多大时,电源的输出功率最大?最大功率是多少?
分析(1)定值电阻R1
2
E2R1
2,可见当滑动变阻器的阻值
耗费的电功率为P1=IR1=
1+R2+r
R
2=0时,R1耗费的功率最大,最大功率为P1m=
2
1
2=2W.
ER
R
1+r
R
1看做电源内阻的一部分,则电源的等效内阻
r′=R1+r=,故当滑动变阻
(2)将定值电阻R
器的阻值R2=r′=
Ω时,滑动变阻器耗费的功率最大,最大功率为P2m=E2=.
4r′
(3)
由电源的输出功率与外电阻的关系可知,当
1+R2=r,
R
即R2=r-R1=(2-)Ω=,电源有最大输出功率,最大功率为
E2
P出m=4r=.
答案(1)R2=0时,R1耗费的功率最大,为2W
2=
Ω时,滑动变阻器耗费的功率最大,
(2)R
(3)R2=
Ω时,电源的输出功率最大,
【针对练****以以下图电路中,R为一滑动变阻器,P为滑片,若将滑片向下滑动,则在滑动过程
中,以下判断错误的选项是( )
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.电源内电路耗费功率必定逐渐增大



答案
D
分析
滑动变阻器滑片
P向下滑动,R↓→R
↓→R
↓,由闭合电路欧姆定律
E
推得I↑,
外
I=r+R外
并
由电源内电路耗费功率
2
P内=Ir可得P内↑,↓=E-I↑r,U1↑=(I↑-IL1↓)R1,UL2↓
2
↓
2
R外
R外
1
UL2
I
=U外↓-U1↑,PL2↓=RL2,故灯泡L2
变暗,↓=
2
外+r
=外+r=
r,
I
R
R
1+外↓
R
2
UL2↓
=R↓,PR增大还是减小不确立,故D错.
四、含电容器电路的分析方法
:不分析电容器的充、放电过程时,把电容器所处的支路视为断路,简化电路时可
以去掉,求电荷量时再在相应地址补上.
:电路稳固后,与电容器串通的电路中没有电流,同支路的电阻
相当于导线,即电阻不起降低电压的作用,.
,假如变化前后极板所带电荷的电性相同,那么经过所连导线的电荷量等于初末状态电容器所带电荷量之差;假如变化前后极板带电的电性相反,那么经过所连导线的电荷量等于初末状态电容器所带电荷量之和.
【例6】以以下图的电路中,电源的电动势E=6V,内阻r=1Ω,电阻R1=3Ω,R2=6Ω,电容器的电容C=,二极管D拥有单导游电性,开始时,开关S1闭合,S2断开.
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(1)合上S2,待电路稳固今后,求电容器上电荷量变化了多少?
(2)合上S2,待电路稳固今后再断开S1,求断开S1后流过R1的电荷量是多少?
分析(1)设开关S1闭合,S2断开时,电容器两端的电压为U1,干路电流为I1,依据闭合电路
欧姆定律有I1=
E=
U1=I1
1=
R1+r
R
合上开关S2后,电容器两端电压为U2,
I2=
E
=2A
U2=I2
R1R2=4V
R1R2
+r
R1+R2
1+R2
R
所以电容器上电荷量减少了:
Q=(U
-U
2)C
=
×
-6
C
1

(2)
设合上2
后,电容器上的电荷量为Q,则Q=CU2=×10-5
C
S
再断开S1后,R1和R2的电流与阻值成反比,故流过电阻的电荷量与阻值成反比.
故流过电阻R的电荷量为:Q=
R2
=
×-6
C.
1
1
Q

1+R2
R
答案
(1)×10-6C
(2)×-6C
§题组训练§

3V,接上8
,则可以判断电池
的电动势E和内阻r为
(
)
=,r=1Ω
=3V,r=2Ω
=,r=2Ω
=3V,r=1Ω
答案
B
U外′

分析
当外电路断路时,I=0,U外=E=3V;接上8Ω负载时,I′=R=
8A=,则r
=
U内
=
E-U外′
3-
Ω=2Ω.
I′
=

I′
2.(多项选择)以以下图为两个独立电路A和B的路端电压与其总电流
I的关系图线,则( )
,它们的外电阻相等
,两电源内电压相等


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