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1、闭合电路欧姆定律I 、重难点知识精析一、电动势1电源 :把其它形式的能转化为电能的装置。 电源的作用:保持两极间有一定电压,供给电路电能。 2电动势: 电源的属性,描述电源把其它形式能转化为电能本领的物理量。在数值上就等于电 源没有接入外电路时两极间电压。用符号表示。单位:伏特, 。 (1)电动势由电源自身决定,与外电路无关 不同类型的电源电动势不同,同种类型不同型号电源电动势相同。 (2)实验:如图 1 所示电路。 过程:断开电键,伏特表读数U,闭合电键,改 变滑线变阻器阻值, R减小,对应伏特表读数,U1、U2、U3。 U为电源电动势, U大于 U1、U2、U3,且 U1U2U3 分析产生
2、原因:电源内电阻存在,且内阻r 不变,大小 由电源自身特点决定。 随着 R变小,电路电流增大, 电源内 部电势降落增加,外电路电势降落降低。 (3)电源的电动势等于内、外电路上的电压之和 =U+U ,U外电路电压又称路端电压,U电源内电路电压 分析 U 、U的物理意义: 电源电动势反映电源的一种特性,它在数值上等于电路中通过1 库仑电 量时电源提供的电能。 (4)比较电动势和电压的物理意义。电动势: =wq。w表示正电荷从负极移到正极所消耗的化学能(或其它形式能),表示移单位正荷消耗化学能(或其它形式能,反映电源把其它形式能转化为电能的本领)。电压: U=wq。w表示正电荷在电场力作用下从一点
3、移到另一点所消耗的电能,电压表示移动单位正电荷消耗的电能。反映把电能转化为其它形式能的本领。二、闭合电路欧姆定律1闭合电路欧姆定律=U+U ,I=Rr或=IR+Ir ,都称为闭合电路欧姆定律。式中: :若电源是几个电池组成的电池组,应为整个电池组的总电动势,r 为总内阻, R 为外 电路总电阻, I 为电路总电流强度。 应注意: =U+U 和=IR+Ir ,两式表示电源使电势升高等于内外电路上的电势降落总和,理 解为电源消耗其它形式能使电荷电势升高。IR、Ir 理解为在内外电路上电势降落。 (也称为电压降) 2讨论路端电压,电路总电流随外电路电阻变化而变化的规律根据: =U+U 、U=Ir 、
4、I=Rr,、r 不变R I ,U、U ,当 R 时, I=0、U= 、U=0(也称为断路时)R I ,U、U ,当 R=0时,I=r(短路电流强度) U=0 、U =3在闭合电路中的能量转化关系 从功率角度讨论能量转化更有实际价值 电源消耗功率(有时也称为电路消耗总功率):P总=I 外电路消耗功率(有时也称为电源输出功率):P出=UI 内电路消耗功率(一定是发热功率) :P内=I2r I=UI+I2r 4电源输出功率随外电路电阻变化关系 、r 为定值, R为自变量, P出为因变量。P出=UI=RrRRr=22()RrR,讨论该函数极值可知, R=r 时,输出功率有极大值;P出= 24r,电源输
5、出功率与外阻关系图象如图2 所示,Rr 时,随 R增大输出功率增大, R=r 输出功率最大, Rr 时,随 R增大,输出功率减小。三、电池组只研究串联电池组 1连接方法:如图3 所示,左侧电池正极与右侧电负极相连。电池组的两 极即为最左侧电池的负极,最右侧电池的正极。 2若每个电池电动势为 0,内阻为 r0,电池组共有几个电池,电池组的电动势,内阻分别为: =n0,r=nr0 3电池组中有电池接反,若3 个电池电动势均为1.5V,一个接反,则电池组的电动势为1.5V, 电池组的内组反接无影响,r=nr0 4不能用旧电池与新电池串联使用。旧电池内阻是新电池内阻很多倍,因此在电路连通后,旧 电池内
6、阻的发热功率很大,得不偿失。【解题要点】例 1在闭合电路中()A 电流总是由高电势流向低电势B 电流强度越大,电源输出功率越大C 输出功率越大,电源效率越高D电源输出电压越大,电源效率越高 解:在闭合电路中, 外电路正电荷在电场力作用下由高电势流向低电势,而内电路则是非电场力。 电荷由低电势流向高电势,A选项不正确。电源输出功率最大的条件是外电阻等于内电阻,此时是电 压与电流乘积最大。在R r 的条件下, R越小,电流越大,输出功率越大,在R r 时,R越小,电图 3 + 流强度越大,而输出功率越小,B选项错误。电源输出功率为有用功率,电源消耗总功率为总功率,则222100%100%RRrRr
7、RRr/ ()/ (),输出功率最大时, R=r,效率只有 50% ,Rr 时,效率接近 100% ,而输出功率很小, C选项错误。当外电阻R越大时,输出电压越大,电路效率越高,D选项 正确。 记住,背会概念、规律不能准确解答本题,只有熟练掌握这些基本概念规则才有能力解答本题。RRr100%,以后可当作公式使用。例 2关于电源和直流电路的性质,下列说法正确的是()A 电源短路时,电路电流为无穷大B 电源短路时,路端电压为零,外电阻无穷大C 外电路断路时,路端电压为最大,外电阻为零D 外电路总电阻值增大时,路端电压也增大解:电源短路,即外电路电阻为零,根据全电路欧姆定律:I=r,、r 均为有限值
8、,电流强度也是有限值,不是无穷大。因为r 很小, I 较大。选项 A是错的。外电路电阻无穷大是错的,选项B 是错的。外电路断路时,路端电压最大是正确的,但外电阻为零是错误的,选项C是错误的。外电路 总电阻增大,电路电流强度减小,根据=U+Ir,I 减小, Ir 减小, 不变, U增大,选项 D是正 确的。 闭合电路中随外电路电阻变化而路端电压、电流强度发生变化的规律必须熟练掌握。 例 3在图 4 电路中,当滑动变阻器滑动键P向下移动时,则()A A灯变亮、 B灯变亮、 C灯变亮B A灯变亮、 B灯变亮、 C灯变暗C A灯变亮、 B灯变暗、 C灯变暗D A灯变亮、 B灯变暗、 C灯变亮 解:滑动
9、键 P向下移动,变阻器电阻减小,外电路总电阻减小,根据I=Rr,电路电流强度增大,灯A 两端电压 UA增大,而变亮,根据U=Ir ,路端电压变小, U=UA+UB,所以 UB减小,灯 B 电阻不变,所以灯B电流强度 IB减小,灯 B变 暗。电路电流强度I=IB+IC因为 I 增大、 IB减小,所以 IC增大。灯 C应变亮,选项 D是正确的。 综合例 2、3 的解答可知,处理这类型题目时,必须认清外电路电阻是自变量,根据闭合电路欧 姆定律,判断电压、电流强度的变化。 例 4图 5 为两个不同闭合电路中两个不同电源的I U图象,则下述说法正确的是() A A电动势 1=2,发生短路时的电流强度 I
10、1I2B 电动势 1=2,内阻 r1r2C 电动势 1=2,内阻 r1r2D 当两个电源工作电流变量相同时,电源2 的路端电压变化较大 解:闭合电路的I U图线, I 是电路的总电流强度, U 是路端电压,图 象上图线与 U轴交点物理意义是电路电流强度为零,属断路,路端电压即电 源电动势,图线与I 轴交点的物理意义是路端电压为零,属电源短路,交点坐标值即为短路电流,I=r,即 r=I,可见图线的斜率的绝对值为电源的内电阻。从坐标中看出图线1、2 与 U轴交于一点表明电动势 1=2,图线 1 斜率比图线 2 斜率小,表明 r1r2,图线 1 与 I 轴交点坐标大于图线2 与 I 轴交点坐标。表明
11、 I1I2。可见选项 A、C正确,两个电源电动势相等,内阻r1r2,当电流变化 量I1=I2时, I1r1I2r2,即电源 1 内电压变化量小于电源2 内电压变化量,所以电源2 路端 电压变化量大。 D选项正确。答案为: A、C、D 处理图象问题时,应认真分析图线,确定各特殊点的物理意义,能帮助你找到解题思路。 例 5在图 6 所示电路中, R1=10 ,R2=60,R3=30 ,电源内阻与电表内阻均不计,当K1、K2都 断开或都闭合时,电流表的读数相同,求电阻R4的阻值。 解:K1、K2都断开时,电路为R1、R3、R4串联,电流I1=/ (R1+R3+R4)K1、K2都闭合时,电路为R1、R
12、2并联后与 R3串联,电流表示数I2=R RRRRRRRRR RR RR R121232122121323根据题意: I1=I2,则RRRRR RR RR R1342121323解方程:RR RR4132103060=5答:电阻 R4的阻值为 5。 本题的特点是电路是变化的,解答此类问题时关键是电路要清楚,然后根据电路特点处理问题。 例 6在图 7 的电路中,若 R1=4 ,R3=6 ,电池内阻 r=0.6,则电源产生总功率为40W ,而输出 功率为 37.6W ,求电源电动势和电阻R2 解:根据题目给出条件可知:电源内电路发热功率I2r=4037.6=2.4W 电路电流强度 I=2 40 6
13、.=2A 电源产生总功率: I=40 =20V 外电路总电阻:R=R RRRRRR131322246462 4 .根据闭合电路欧姆定律 =IR+Ir=2 ( 2.4+R2)+20.6=20,解得R2=7 使用内、外电路消耗电功率和电源产生总功率的关系是解答本题的关键,死记硬背是不能灵活使用这 些规律的,必须深刻理解。II.综合能力提升训练1、如图所示, R为定值电阻,Rx为侍测电阻,电压U为一定值。用一只伏特表分别测量R和Rx上的电压,示数分别为U1和U2,发现U1+U2 U 。则关于Rx阻值的下列说法中,正确的是:A精确等于UUR21B近似等于UUR21C 当伏特表内阻RV比 R、Rx都大的
14、多时才近似等于UUR21D 因伏特表的内阻未知,上述说法都不正确2、如图所示欧姆表的电路, G为电流表,满偏电流为50 微 安,电池电动势= 1.5 伏,则刻度盘中心刻度的电阻值为 欧,20 毫安刻度值对应的电阻值为欧,30 毫 安刻度值对应的电阻值为欧姆。3、如图所示电路中, 电源电动势为 r(小于外电路的总电阻) ,当 变阻器 R的滑片位于中点时, A、B、C三个小灯泡均正常发光, 且 亮度相同,则: A三个小灯泡中, C灯电阻最大, B灯电阻最小 B当滑片P向左移动时,A、C两灯变亮,B灯变暗 C 当滑片 P向左移动时, B、C灯变亮, A灯变暗 D 当滑片 P向左移动时,电源输出的电功
15、率减小4、如图所示电路中,定值电阻与滑动变阻器的总电阻之比为RRR12235, 当变阻器的滑动片P由 a 端滑到 b 端的过程中,伏特表的示数变化情况是。5、如图所示电路中,电源电动势为,内电阻为r ,R1、R2、 R3、R4为四个可变电阻。要使电容器C1、C2所带的电量都减小, 则可以: A增大 R1 B增大 R4 C 减小R2 D 减小 R36、若采用图示电路来测量电源的电动势与内电阻,试比较测量值、 r与真实值00、 r的大小。7、如图所示,电灯 L 标有“4V、1W ” 。滑动变阻器 R总电阻为 50 欧,当滑片P滑至某位置时,L恰好正常发光,此时安培表示数为0.45 安,由于外电路发
16、生故障, 电灯 L 突然熄灭,此时安培表示数变为0.5 安,伏特表示数变为10伏,若导线完好,电路中各处接 触良好,试问: (1)发生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少? (3)电源电动势和内电阻分别为多大?【参考答案】:1、正确选项为 A。分析与解:由欧姆定律得UUR RRRRR RRRRRRRRRRUVVxVVVVVx1 UUR RRRRR RRRRRR RRRRUVxVxVxVxVxxVxV2则UUR RR RRRRRRRRRRRRRVxxVxVVVxVx21所以RUURx21。2、3 0104 5102 010444.欧 ,欧 ,欧分析与解:当欧姆表a、b 端的表笔短路时,电流表指针满偏,电流为5