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1、课时2闭合电路欧姆定律 知识点一电动势 知识回顾 1 电路的组成 闭合电路是由两部分组成 一部分是电源外部的电路 叫外电路 另一部分是电源内部的电路 叫内电路 2 电源 使导体两端存在持续电压 将其他形式的能转化为电能的装置 2 单位 3 物理意义 表示电源把其他形式的能转化为本领大小的物理量 电动势大 说明电源把其他形式的能转化为电能的本领大 电动势小 说明电源把其他形式的能转化为电能的本领小 电动势在数值上等于电路中通过1库仑电荷量时电源所提供的电能 伏特 V 电能 4 电动势的方向电动势虽是 但为了研究电路中电势分布的需要 我们规定由负极经电源内部指向的方向 即电势升高的方向 为电动势的
2、方向 5 电动势的决定因素电源的电动势仅由电源本身的物质构成决定 与工作物质的多少或由其决定的电源的体积大小无关 由若干个单位电源串联而得到的体积较大的组合电源除外 标量 正极 要点深化 1 电动势不是电压 电动势等于非静电力移送单位电荷量所做的功 反映其他形式的能转化为电能的本领 可以区别不同电源移送相同电荷时做功本领不同 2 电压即电势差 它表现在电路两点间形成电场 电场力推动电荷做功 完成的是由电能向其它形式能的转化过程 从能量的转化关系看 电动势和电压是截然不同的物理量 3 电源的内阻把电源接入电路就形成闭合电路 电源外部的电路叫外电路 电源内部的电路叫做内电路 内电路所具有的电阻叫做
3、内电阻 亦即电源的内阻 符号为r 电流通过内电路时受到内阻的阻碍作用 要产生热量致使电源发热 电流过大可以烧坏电源 基础自测 关于电动势 下列说法中正确的是 A 在电源内部把正电荷从负极移到正极 非静电力做功 电能增加B 对于给定的电源 移动正电荷非静电力做功越多 电动势就越大C 电动势越大 说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送单位电荷量做功越多 D 电动势越大 说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送电荷量越多解析 电源是将其他能量转化为电能的装置 在电源内部把正电荷从负极移到正极 非静电力做功 电能增加 因此选项A正确 电源电动势是反映电源内部其他形式能转化为电能本领大小的
4、物理量 电动势在数值上等于移送单位电荷量所做的功 不能说电动势越大 非静电力做功越多 也不能说电动势越大 被移送的电荷量越多 所以选项C正确 答案 AC 知识点二闭合电路欧姆定律 知识回顾 1 内容 闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比 跟成反比 2 公式 常用表达式为E IR Ir U U U 3 意义 描述了包含电源在内的全电路中 电流与电动势以及电路总电阻之间的定量关系 闭合电 路的总电阻 E Ir 2 路端电压U与电流I的关系 1 因为U E Ir 一般认为电源的电动势E和内阻r一定时 其关系满足一次函数 图线为图1所示 图1 2 直线斜率的绝对值为电源内阻r 纵轴的截距为电源的电动势
5、E 横轴的截距为短路电流I短 3 路端电压U随电流I变化的本质原因是由于电源内阻的存在 4 图线上每一点坐标的乘积IU为电源的输出功率 基础自测 如图2所示 是测定两个电源的电动势和内阻实验得到的电流和路端电压图线 则应有 A 当I1 I2时 电源总功率P1 P2B 当I1 I2时 外电阻R1 R2C 当U1 U2时 电源输出功率P出1 P出2D 当U1 U2时 内电阻消耗的功率P内1 P内2 图2 答案 ACD 知识点三闭合电路中的能量 知识回顾 1 电源的总功率 指电源提供的全部电功率 公式为 P总 2 电源的输出功率 指电源提供给外电路的功率 公式为 P出 3 电源的内部发热功率 指电源
6、内阻消耗的功率 公式为 P内 IE IU I2r 4 用电器的额定功率 指用电器在正常工作条件下 即电压下 的功率 公式为 P额 U额I额 5 用电器的实际功率 指用电器在实际电压下消耗的功率 公式为 P实 U实I实 6 输电线上损失的功率 指电流流过输电导线时 因发热损失的功率 公式为 P损 额定 I2R线 2 电压形式 E U外 U内或E U外 Ir 它表明电源电动势在量值上等于电路中内 外电压之和 此形式对外电路无要求 3 能量形式 Eq qU外 qU内 它反映出移动单位电荷的过程中 非静电力做功与电场力做功量值相等 即其他形式的能量转化为电能 再由电能转化为电阻R及r上的内能 转化过程
7、中 能量守恒得到体现 4 功率形式 IE IU外 IU内或IE IU I2r 基础自测 如图3所示 已知电源内阻r 2 定值电阻R1 0 5 求 1 当滑动变阻器的阻值R2为多大时 电阻R1消耗的功率最大 2 当变阻器的阻值为多大时 变阻器消耗的功率最大 3 当变阻器的阻值为多大时 电源输出功率最大 图3 答案 1 0 2 2 5 3 1 5 题型一闭合电路的动态分析 例1 如图4所示的电路中 R1 R2 R3和R4皆为定值电阻 R5为可变电阻 电源的电动势为E 内阻为r 设电流表A的读数为I 电压表V的读数为U 当R5滑动触头向图中a端移时 图4 A I变大 U变小B I变大 U变大C I变
8、小 U变大D I变小 U变小 解析 由图可知R5与R2 R4为两个并联支路 当R5支路电阻变小 滑动触头向a端移动时 则并联电阻变小 则电路总电阻变小 故干路电流增大 则路端电压 V表示数 变小 又因为UR1 RR3的电压增大 故Uab减小 故IR2 或IR4 减小 则A表示数减小 即D项正确 答案 D 题后反思动态问题的分析一定要掌握分析的顺序 一般由局部 R的变化 全局 I总 U端的变化 局部 U分 I分的变化 来推理 注意干路中的电流大小是连接内 外电路的桥梁 变式1 1 2009 广东高考 如图5所示 电动势为E 内阻不计的电源与三个灯泡和三个电阻相接 只合上开关S1 三个灯泡都能正常
9、工作 如果再合上S2 则下列表述正确的是 A 电源输出功率减小B L1上消耗的功率增大C 通过R1上的电流增大D 通过R3上的电流增大 图5 答案 C 题型二含容电路的分析与计算 例2 如图6所示的电路中 两平行金属板A B水平放置 两板间的距离d 40cm 电源电动势E 24V 内电阻r 1 电阻R 15 闭合开关S 待电路稳定后 将一带正电的小球从B板小孔以初速度v0 4m s竖直向上射入板间 图6 若小球带电量为q 1 10 2C 质量为m 2 10 2kg 不考虑空气阻力 那么 滑动变阻器接入电路的阻值为多大时 小球恰能到达A板 此时 电源的输出功率是多大 取g 10m s2 答案 8
10、 23W 题后反思解答这一类题目 除了要理解电学中有关概念和基本规律外 解题的关键还是在力学上 只要在分析物体的受力情况时 注意加强分析电场力和电学中其他各力的意识 就可以把力学和电学的综合问题转化为力学问题来处理 这一类题目的解题思路跟力学综合题相似 变式2 1 2010 安徽高考 如图7所示 M N是平行板电容器的两个极板 R0为定值电阻 R1 R2为可调电阻 用绝缘细线将质量为m 带正电的小球悬于电容器内部 闭合电键S 小球静止时受到悬线的拉力为F 调节R1 R2 关于F的大小判断正确的是 图7 A 保持R1不变 缓慢增大R2时 F将变大B 保持R1不变 缓慢增大R2时 F将变小C 保持
11、R2不变 缓慢增大R1时 F将变大D 保持R2不变 缓慢增大R1时 F将变小 答案 B 题型三闭合电路中的功率问题 例3 三只灯泡L1 L2和L3的额定电压分别为1 5V 1 5V和2 5V 它们的额定电流都为0 3A 若将它们连接成如图8 a b 所示电路 且灯泡都正常发光 图8 1 试求图 a 所示电路的总电流和电阻R2消耗的电功率 2 分别计算两电路电源提供的电功率 并说明哪个电路更节能 分析 由灯泡的额定电流即可求出总电流 由闭合电路的欧姆定律可求出电源的路端电压 与L3两端电压相减即可得出R2两端电压 从而求出R2消耗的电功率 电源提供的电功率由公式P总 IE可求得 解析 1 由题意
12、可知 在图8 a 所示的电路中 电路中的总电流I总 IL1 IL2 IL3 0 9AU电路 E I总r 2 55V UR2 U电路 UL3 0 05V IR2 I总 0 9A 电阻R2消耗的电功率PR2 IR2UR2 0 045W 2 图8 a 所示电路电源提供的电功率P总 I总E 0 9 3W 2 7W图8 b 所示电路电源提供的电功率P总 I总 E 0 3 6W 1 8W由于灯泡都正常发光 两电路有用功率相等 而P总 P总 所以 图 b 所示电路比图 a 所示电路节能 答案 1 0 9A0 045W 2 2 7W1 8W图 b 题后反思 1 本题涉及到闭合回路的功率问题 首先要从概念上区分
13、电源总功率P EI 电源输出功率P出 U路I及电源内阻热功率P内 I2r 其次要注意它们的联系EI U路I I2r 2 定值电阻由于电阻阻值不变 所以其电功率随其两端电压或通过它的电流的增大而增大 在一个具体电路中 其电功率最大的条件容易找到 但对于一个可变电阻 其阻值变大 或变小 时通过它的电流往往减小 或变大 其电功率大小的变化及最大功率的条件不易做出判定 往往运用 等效电源 法 变式3 1如图9甲所示电路 当变阻器的滑动片从一端滑到另一端的过程中两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙中的AC BC两直线所示 不考虑电表对电路的影响 图9 1 电压表V1 V2的示数随电流表示数的变化图
14、象应分别为U I图象中哪一条直线 2 定值电阻R0 变阻器的总电阻分别为多少 3 试求出电源的电动势和内阻 4 变阻器滑动片从一端滑到另一端的过程中 变阻器消耗的最大电功率为多少 3 由闭合电路欧姆定律表达式E U Ir得E 7 5 0 5r E 6 2 0r 由 得 E 8V r 1 答案 1 BC AC 2 3 12 3 8V1 4 4W 1 2010 新课标全国卷 电源的效率 定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比 在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图10所示 图中U为路端电压 I为干路电流 a b为图线上的两点 相应状态下电源的效率分别为 a b 由图可知 a b的值
15、分别为 图10 答案 D 2 电动势为E 内阻为r的电源与定值电阻R1 R2及滑动变阻器R连接成如图11所示的电路 当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时 下列说法正确的是 A 电压表和电流表读数都增大B 电压表和电流表读数都减小C 电压表读数增大 电流表读数减小D 电压表读数减小 电流表读数增大 图11 解析 滑动变阻器触头向b端滑动时 本身电阻增大 外电阻增大 总电流减小 内电压减小 则外电压增大 即电压表示数增大 R1上电压减小 所以并联部分电压增大 则R2上电流增大 所以电流表读数增大 综上得正确选项为A 答案 A 3 某同学设计了一个转向灯电路 如图12 其中L为指示灯 L1 L2分别为
16、左 右转向灯 S为单刀双掷开关 E为电源 当S置于位置1时 以下判断正确的是 A L的功率小于额定功率B L1亮 其功率等于额定功率C L2亮 其功率等于额定功率D 含L支路的总功率较另一支路的大 图12 解析 当S接1时 L与L2串联后再与L1并联 电源电动势为E 6V 所以L上电压应小于L的额定电压6V即L功率小于额定功率 A正确 L1 L2两灯都亮 其功率也均小于额定功率 所以B C均错误 L与L2串联后其电阻大于L1的电阻 两路端电压相等 所以L与L2支路的电流小于L1支路电流 则L与L2串联支路的总功率小于L1支路功率 所以D错误 答案 A 4 汽车电动机启动时车灯会瞬时变暗 如图13 在打开车灯的情况下 电动机未启动时电流表读数为10A 电动机启动时电流表读数为58A 若电源电动势为12 5V 内阻为0 05 电流表内阻不计 则因电动机启动 车灯的电功率降低了 A 35 8WB 43 2WC 48 2WD 76 8W 图13 答案 B 5 在如图14所示的电路中 E为电源电动势 r为电源内阻 R1和R3均为定值电阻 R2为滑动变阻器 当R2的滑动触点在a端时合上开关S 此时
