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1、,浙江专用 物理,第2讲 闭合电路欧姆定律,一、电动势 1.电源:通过非静电力做功把其他形式的能转化为 电能 的装置。 2.电动势,知识梳理,(1)定义:非静电力在电源内部把正电荷从负极移送到正极所做的功与被 移送的电荷量的 比值 叫做电源的电动势。 (2)表达式:E= (3)物理意义:反映不同电源 把其他形式的能转化为电能 本领大小 的物理量。数值等于电源没有接入电路时两极间的电压。,4.辨析 (1)电源没有接入电路时两极间的电压就是电动势 () (2)用电压表直接测量电源正负极之间的电压值约等于电源的电动势() 二、闭合电路的欧姆定律 1.内容:闭合电路中的电流跟 电源电动势 成正比,跟
2、内、外电 路电阻之和 成反比。 2.公式 (1)I= ,该式只适用于纯电阻电路。,3.电阻 电源的内部也是由 导体 组成的,所以也有电阻,这个电阻叫做电源 的内阻。,(2)E= U外+U内 ,即E=U外+Ir,该式既适用于纯电阻电路,也适用于非纯 电阻电路。 3.路端电压与外电阻的关系 (1)当外电阻R增大时,I减小,内电压U内减小,路端电压U外 增大 。当 外电路断开时,I=0,U外= E 。 (2)当外电阻R减小时,I增大,内电压U内增大,路端电压U外 减小 。当 外电路短路时,外电阻R=0,I= ,U外=0。,4.U-I图像 (1)如图甲所示为U-I图像,由U=E-Ir知,图线为一条直线
3、,纵截距表示电源 电动势,横截距表示 短路 电流,直线斜率的绝对值等于电源 内 阻 。,(2)如图乙所示,纵轴如不从零开始,此时图线与横轴交点的横坐标I1并非 短路电流,但图线与纵轴交点的纵坐标仍代表 电源电动势 ,图线斜 率的绝对值仍等于 电源内阻 。 5.闭合电路中的功率,(1)电源的总功率:P总= EI (2)电源内耗功率:P内= I2r (3)电源的输出功率:P出= UI =EI-I2r (4)电源的效率:= 100%= 100%,1.下列关于电源电动势的说法正确的是 ( ) 电动势是用来反映电源将其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量 外电路断开时的路端电压等于电源电动势,用内电阻
4、很大的电压表直接测量电源正负极之间的电压值约等于电源 的电动势 外电路的总电阻越小,则路端电压越接近电源的电动势 A. B. C. D.只有,1. 答案 B 电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小 的物理量,正确。由E=U+Ir知,当外电路断开时,I=0,E=U,正确。由于 电压表电阻很大,I很小,则UE,正确。外电路的总电阻越小,路端电压越 小,错。正确选项为B。,2.如图所示,直线A为电源a的路端电压与电流的关系图线;直线B为电源b的 路端电压与电流的关系图线;直线C为一个电阻R两端电压与电流的关系图 线。将这个电阻分别接到a、b两电源上,那么 ( ) A.R接到b电源上时电源
5、的效率较高 B.R接到b电源上时电源的输出功率较大,C.R接到a电源上时电源的输出功率较大,但电源效率较低 D.R接到a电源上时电阻的发热功率较大,电源效率也较高,2. 答案 AC 由图知EaEb,内阻rarb,当电阻R接到电源两极时,电源的效 率为= = ,所以R接到电源b上时,电源的效率较高,A对,D错。 由图知,R接到电源a上时,电源的输出电压和电流均比接到b上时大,从而使 电源的输出功率较大,B错,C对。故选A、C。,3.一电池外电路断开时的路端电压为3 V,接上8 的负载电阻后路端电压 降为2.4 V,则可以判定电池的电动势E和内电阻r为 ( ) A.E=2.4 V,r=1 B.E=
6、3 V,r=2 C.E=2.4 V,r=2 D.E=3 V,r=1 答案 B 电池开路时的路端电压等于电池电动势的大小,故E=3 V。接 上8 电阻后的路端电压U= ,即r= -R= =2 ,故应选B。,4.如图所示电路中,电源的电动势E=9 V,内阻r=3 ,R=15 ,下列说法中正 确的是 ( ) A.当S断开时,UAC=9 V B.当S闭合时,UAC=9 V C.当S闭合时,UAB=7.5 V,UBC=0 D.当S断开时,UAB=0,UBC=0,4. 答案 AC 当S断开时,路端电压即A、C间电压等于电源电动势,UAC= E=9 V,UAB=0,UBC=9 V,A对,D错;S闭合时,I=
7、 =0.5 A,UAB=UAC=IR=7.5 V, UBC=0,B错,C对。,重难一 对闭合电路欧姆定律的理解 1.电动势与电压的区别和联系 (1)电源电动势是表征电源特性的物理量,只与电源有关,与外电路的状况 无关;电路中任意两点之间的电压与电源的电动势和电路参数有关。 (2)电动势的大小反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领,即非静 电力移送单位正电荷从电源负极至正极所做的功;电压的大小表示电场 力在电场中两点之间移动单位正电荷做的功,是把电能转化为其他形式 的能。,重难突破,(3)两者之间的联系:电路闭合时,E=U内+U外;电路断开时,E=U外。 2.对闭合电路欧姆定律的理解 (1)公
8、式E=I(R+r)只适用于外电路为纯电阻的闭合电路;而E=U+Ir既适用 于外电路为纯电阻的闭合电路,也适用于外电路为非纯电阻的闭合电 路。在应用时一定要注意外电路是否为纯电阻电路。 (2)对于E=I(R+r)或E=U+Ir两边同乘以电流I,可得EI=I2R+I2r或EI=UI+I2r。,典例1 如图所示,电源电动势E=6 V,内电阻r=2 ,定值电阻R1=R2=12 ,电 动机M的内电阻R3=2 。当开关S闭合,电动机转动稳定后,电压表的读数U 1 =4 V。若电动机除内电阻外其他损耗不计,求:,(1)电路的路端电压U2; (2)电动机输出的机械功率P。,解析 (1)设干路电流为I,对闭合电
9、路而言,有E=U2+Ir成立。 设通过R1和电动机的电流为I1,通过R2的电流为I2。对R1、R2而言,欧姆定律 适用,有I1= ,I2= 。由并联电路特点,有I=I1+I2。 解得U2=5 V,I1= A。 (2)电动机中输入的电功率P1=I1U1,转化为机械功率P和其内电阻生热的功 率P2= R3。据能量守恒定律有P=P1-P2,代入数据得P= W,=0.32 W。 答案 (1)5 V (2)0.32 W,1-1 如图所示的电路中,电源电动势E=6.0 V,内阻r=0.6 ,电阻R2=0.5 ,当 开关S断开时,理想电流表的示数为1.5 A,理想电压表的示数为3.0 V,试求: (1)电阻
10、R3和R1的阻值; (2)当S闭合后,电压表的示数以及R2上消耗的电功率。,答案 (1)2 1.4 (2)1.0 V 2.0 W 解析 (1)当开关断开时,其等效电路如图所示,R3= =2 根据闭合电路欧姆定律有:E=I(R1+r)+U 解得R1=1.4 (2)当S闭合后,R并= =0.4 ,U= R并=1.0 V P= =2.0 W,1-2 下列关于电源的说法,正确的是 ( ) A.电源提供的电能越多,表示电动势越大 B.电动势就是电源两端的电压 C.电源的电动势与外电路有关,外电路电阻越大,电动势就越大 D.电动势越大的电源,将其他形式的能转化为电能的本领越大 答案 D 解析 电源提供的电
11、能可用W=EIt表示,除与电动势有关之外,还与输出的电流、通电时间有关,故A错误;只有当外电路断路时,电动势才等于电源两端的电压,故B错;电源的电动势由电源自身的性质决定,与有无外电路无关,故选项C错误;电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量,故选项D正确。,重难二 两种U-I图像的比较,典例2 如图所示,图中直线表示某电源的路端电压与电流的关系图像, 图中曲线表示该电源的输出功率与电流的关系图像,则下列说法正确的 是 ( ),A.电源的电动势为50 V B.电源的内阻为 C.电流为2.5 A时,外电路的电阻为15 D.输出功率为120 W时,输出电压是30 V,解析 由图线可知
12、电源电动势为50 V,A对;电源内阻为图线斜率的 绝对值,故电源内阻为5 ,B错;电流为2.5 A时,由图像可知路端电压为37.5 V,故外电路的电阻为15 ,C对;输出功率为120 W时,由图像可知,电流为4 A,输出电压为30 V,D对。 答案 ACD,2-1 某一电源的路端电压与电流的关系和电阻R1、R2的电压与电流的关 系如图所示,用此电源和电阻R1、R2组成电路,R1、R2可以同时接入电路,也 可以单独接入电路。为使电源输出功率最大,可采用的接法是 ( ) A.将R1、R2串联后接到电源两端 B.将R1、R2并联后接到电源两端,C.将R1单独接到电源两端 D.将R2单独接到电源两端,
13、答案 C 解析 由题图知电源电动势为E=3 V,内阻为R=0.5 ,电阻R1=0.5 ,R2=1,要使电源的输出功率最大,则只需外电阻与电源内阻相等,所以C对。,2-2 如图为两个独立电路A和B的路端电压与其总电流I的关系图线,则( ) A.路端电压都为U1时,它们的外电阻相等 B.电流都是I1时,两电源内电压相等 C.电路A中电源的电动势大于电路B中电源的电动势 D.电路A中电源的内阻大于电路B中电源的内阻,解析 在路端电压与总电流的关系图线中,图线在U轴上的截距表示电动 势E,图线斜率的绝对值表示电源的内阻,可见EAEB,rArB。图中两直线的 交点坐标为(I1、U1),由R= 可知,路端
14、电压都为U1时,它们的外电阻相等,由 U=Ir可知,电流都是I1时,因为r不相等,故两电源内电压不相等,所以选 项A、C、D正确。,答案 ACD,1.电源的输出功率:指外电路上的电功率。它在数值上等于总电流I与路 端电压U的乘积,即P出=IU。 对于纯电阻电路,电源的输出功率P出=I2R=( )2R= = 。 由上式可以看出,当外电阻等于电源内电阻(R=r)时,电源输出功率最大, 其最大输出功率为Pmax= ;画出电源输出功率与外电阻的关系如图所,重难三 电源输出的最大功率和用电器获得的最大功率的分析,示,由图像上可知,对应于电源的非最大功率P0可以有两个不同的外电阻 R1和R2。从图像上还可
15、看出函数的非单调性,当Rr时,若R增大,P出减小。,P内=I2r。 根据能量守恒定律可得P=P出+P内。 3.电源的效率:指电源的输出功率与电源功率之比,即 = 100%= 100%= 100%。 对纯电阻电路,电源的效率为 = 100%= 100%= 100%。 由上式看出,外电阻越大,电源的效率越高。,2.电源内部损耗的功率:指内电阻的热功率,即,典例3 如图所示,R1为定值电阻,R2为可变电阻,E为电源电动势,r为电源内 电阻,以下说法中正确的是 ( ),A.当R2=R1+r时,R2获得最大功率 B.当R1=R2+r时,R1获得最大功率 C.当R2=0时,R1获得最大功率 D.当R2=0
16、时,电源的输出功率最大,解析 在讨论R2的电功率时,可将R1视为电源内阻的一部分,即将原电路 等效为外电阻R2与电动势为E、内阻为(R1+r)的电源(等效电源)连成的闭合 电路(如图甲),R2的电功率是等效电源的输出功率,显然当R2=R1+r时,R2获得 的电功率最大,选项A正确;讨论R1的电功率时,由于R1为定值,根据P=I2R知, 电路中电流越大,R1上的电功率就越大(P1=I2R1),所以,当R2=0时,等效电源内 阻最小(等于r)(如图乙),R1获得的电功率最大,故选项B错误,C正确;讨论电,源的输出功率时,(R1+R2)为外电阻,内电阻r恒定,由于题目没有给出R1和r的 大小关系,所以当R2=0时,电源输出功率不一定最大,故选项D
