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1、南师大附中08届高三物理第一轮复习教案 第二讲 闭合电路欧姆定律 2007年11月第二讲 闭合电路欧姆定律【基本概念和基本规律】一、电源：把其他形式的能转化为电能的装置原理：在电源内部非静电力做功，其他形式的能转化为电能；在电源的外部电路，电场力做功，电能转化为其他形式的能。 1电源的电动势（1）物理意义：表征电源把其他形式的能转化为电能的本领，它是由电源本身的性质决定的，跟外电路的组成无关。（2）大小：电源的电动势在数值上等于电路中通过1C电量时电源所提供的电能不同的电源，电动势不同，就是说其转化能量的本领不同。（3）表示符号：电动势用符号E表示，单位：伏特（V），与电压的单位相同，但电动势
2、与电压是两个本质不同的物理量（4）标量：电动势是标量，但为了研究电路问题的方便，我们规定由负极经电源内部指向正极的方向(即电势升高的方向)为电动势的方向例1、如图所示的电路中，电池的电动势为E，内阻为r，接在电池两端的电阻为R，各量都用国际单位制单位表示，将电量为q的正电荷由A点沿路径ARB移到B点电场力做的功等于，而将此正电荷由A点沿电池的内电路移动到B点，电场力做的功等于答案：， 2电源的内阻 把电源与用电器连成闭合回路电源外部的电路叫外电路，电源内部的电路叫内电路内电路所具有的电阻叫内电阻，用符号r表示，电流通过内电路时也受阻碍作用，因而消耗电能而致使电源发热，电流太大时，有把电源烧坏的
3、危险二、闭合电路欧姆定律 1内容：闭合电路的电流强度与电源的电动势成正比，与整个电路的电阻成反比 2公式：，常用的表达式还有：EIR+Ir=U+U，和U=E-Ir3注意：（1）只适用于外电路是纯电阻的闭合电路 （2）U=E-Ir既适用于外电路是纯电阻的闭合电路，也适用于外电路是非纯阻的电路例2、如图所示为研究闭合电路的内电压、外电压和电动势之间关系的实验装置，关于对这一装置的分析，下列说法中正确的是（ ）Aa和c分别接电压表V1和V2的正极B采用凹形电解槽可增大电压表V2的示数C电压表V1测得的是正确值，而电压表V2测得的值较真实值偏小D电压表Vl和V2测得的示数之和应接近于一定值答案：BCD
4、例3、如图所示，电源电动势E=12V，内阻r=l，电阻R1=R4=15，R2=R3=3，求：电键K闭合时，流过电键K中的电流答案：4/3A，方向是从D到C三、路端电压U和内电压U随外电阻R变化的讨论电源的电动势和内电阻是由电源的本身决定的，并不随外电路的电阻的变化而改变。1电源输出电压（路端电压）为：则当R变化时，可见当关系可用图线表示： （1）外电路的电阻增大时，I将减小，路端电压升高极端情况：外电路断路时(R=)，I=0，U=E（2）外电路的电阻减小时，I将增大，路端电压减小极端情况：外电路短路时(R=0)，I=Er,U=0，UOR2电源内电压为：，则当R变化时，可见当关系可用图线表示：四
5、、电源的U-I图象 由U=E-Ir可得如图所示的图象 1纵轴的截距表示开路电压，即电源的电动势. 2横轴的截距表示短路电流，且I短路=E/r.3图象的斜率的绝对值表示电源的内阻，rE/I短路=U/I，注意区分定值电阻的U-I图象与电源的U-I图象例4、一太阳能电池板，测得它的开路电压为800mV，短路电流为40mA若将该电池板与一阻值为20的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是（ D ） A0.10VB0.20VC0.30VD0.40 V五、电源的有关功率和电源的效率 1电源的总功率：P0=IE 2电源的内部发热功率：P=I2r.3电源的输出功率：(1) 一般电路：，因（为常数），故当时，有
6、极大值，（2）纯电阻电路：PP0-PIU=IE-I2rI(E-Ir)=I2R=分析式子可知，对于电动势和内阻一定的电源，其输出功率随外电阻的改变而改变，P-R图象如图所示由数学知识可以证明，当R=r时，电源有最大的输出功率：Pm=E2/4r，且：(1)当输出功率为某一值P(PPm)时，总对应有两个不同的外电阻R1、R2，且它们满足关系式：R1R2=r2；(2)当Rr时，P随R的增大而减小4电源的效率R/(R+r)，当Rr时，电源有最大的输出功率，但电源的效率却只有=50例5、在图所示电路中，电源电动势E5V，内阻r=10，固定电阻R=90，R0是可变电阻，在R0由零增加到400的过程中，求：
7、(1)可变电阻R0上消耗的热功率最大条件和最大功率 (2)电池的内电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和 【感悟与联想】 1由于固定电阻R与电池的内电阻r实质上是串联的，可以将R+r看做一个整体作电源的等效内阻 2等效内阻R+r上获得最小功率的条件并不与可变电阻R0上消耗的热功率最大条件等价，这是因为R0取不同值时，电源的输出功率也在改变【典型问题的讨论】一、电源的输出功率例6、如图所示，电源的电动势为E，内阻为r，当滑动变阻器R的滑动片向右滑动时，以下结论正确的是（ ABD ） A电源的总功率增大BR1的功率减小 CR2的功率减小D内阻r的功率增大例7、如图（a）所示电路中，不计电表内阻的
8、影响，改变滑动变阻器的滑片位置，测得电压表V1和V2随电流表A的示数变化的两条实验图线如图（b）所示，关于这两条实验图线的说法，正确的是（ BCD ） A图线b的延长线不一定过坐标的原点O B图线a的延长线与纵轴交点的坐标值等于电源的电动势 C图线a、b交点的横坐标和纵坐标值的乘积等于电源瞬时输出功率 D图线a、b的交点的横坐标和纵坐标值的乘积等于电阻R0瞬时消耗的电功率例8、如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率P0随电流I变化的图线，抛物线OBC为同一直流电源内部热功率Pr随电流I变化的图线若A、B对应的横坐标为2A，那么线段AB表示的功率及I=2A对应的外电阻是多少? 解析据数学知识
9、可知直线OAC的方程为P0=3I，抛物线OBC的方程Pr=I2而我们知道电源的总功率和电源内部热功率Pr的表达式分别为：P0=IE、Pr=I2r，将以上各式分别作对应比较可得：此电源的电动势E=3V，电源的内阻为r1 故当I=2A时，PABP0-Pr=32-22=2W 由全电路欧姆定律IE/(R+r)，得REI-r=32-1=05 【感悟与联想】解此题的关键是：应熟悉电源的有关功率的表达式并理解图象所表示的物理意义二、动态直流电路的分析方法 在直流电路中，当电键接通或断开，改变电路结构时；或者移动滑动变阻器的滑键，改变某一部分电路的电阻时，电路中各个部分的电流、电压和电功率都会随之发生变化分析
10、时要紧紧抓住由局部一整体一局部的思路，先由局部的电阻变化，由欧姆定律、串并联电路的规律来分析整体的电阻、电流、电压的变化，然后再回到局部讨沦相关物理量的变化既要把全电路分解(隔离)为各个部分加以分析，又要把各部分电路结合成一个整体加以考虑，一般要从总电流和各支路电流的关系、电动势和内外电路各部分电压的关系、电源的总功率和内外电路各部分消耗功率的关系三个方面来研究 例9、在如图所示的电路中，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的滑动触点向图中a端移动时( ) AI变大，U变小 BI变大，U变大 CI变小，U
11、变大 DI变小，U变小 【解析】当R5的滑动触头向a端移动时，R5的有效电阻减小，则电路的总电阻R减小，由闭合电路的欧姆定律可知，电路中的总电流I总增大，路端电压U减小图中的电压表测量的就是路端电压，即U减小，故选项B、C错误 因为路端电压UU1十Uab十U3，其中U1和U3分别表示电阻R1和R3上的电压，因为总电流增大，由部分电路欧姆定律可知U1和U3都增大，故Uab减小而电流表A的读数为IUab/(R2+R4)，所以I减小，故D正确 例10、(2006上海卷)在如图所示电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用I、U1、U2和U3
12、表示，电表示数变化量的大小分别用I、U1、U2和U3表示下列比值正确的是（ ACD ）（A）U1/I不变，U1/I不变（B）U2/I变大，U2/I变大 （C）U2/I变大，U2/I不变（D）U3/I变大，U3/I不变 三、含电容器的恒定直流电路分析 电容器是一个储能元件，在直流电路中，电容器充、放电时电路形成充、放电电流，电容器稳定后相当于阻值无限大(考虑理想的不漏电情况)的元件，对电路作用是断路简化电路时，可以去掉它，简化后，若要求电容器所带电荷量时，再在相应位置补上 例11、如图所示电路中，电源的电动势E=30 V，内阻r10，电阻Rl10，R2=10，R330，R4=35；电容器的电容C
13、100F电容器原来不带电求接通电键S后流过R4的总电荷量 【解析】由电阻的串并联公式，得闭合电路的总电阻为，由欧姆定律得，通过电源的电流I=E/R，电源的端电压UE-Ir，电阻R3两端的电压，通过R4的总电荷量就是电容器的充电量QCU， 由以上各式并代入数据解得Q20l0-4C例12、在如图所示的电路图中，电容器C的上极板带正电，为了使该极板仍带正电且电荷量增大，下列说法中可采用的是( ) A增大Rl，其他电阻不变 B增大R2，其他电阻不变 C增大R3，其他电阻不变 D增大R4，其他电阻不变 【解析】直流电路中电容器可看作开路，所以电路可等效为Rl与R2串联，R3与R4串联，两部分再并联接在电
14、源上，电阻R1、R2、R3、R4上的电压分别设为Ul、U2、U3、U4因为两支路上的电压相等，所以有Ul+U2U3+U4由题意知，电容上极板带正电，即上极板电势高于下极板电势，显然有U2U3要使电荷量增大，由QCU可知，必使电 容器两板间的电势差U增大增大R1时，则R1上的电压U1增大，而R3上的电压U3不变，故电势差UUl-U3增大，电荷量Q增大，A正确同理，当增大R4时，R4上电压U4增大，则U=U4-U2增大，则Q增大，D也正确当增大R3时，R3上电压U3增大，则U=U1-U3减小，故Q减小，B错误同理可得，增大R2时，UU4-U2减小，Q减小，C也错误答案:AD感悟与联想阻容电路工作状态分析，关键是电路结构分析和电容两端电压判断，在电容器充放电完毕，电路稳定后，电容器所在的支路不再有电流流动，可作为断路来处理，电容两端的电压即为该电容所在支路两端点的电势差四、电路故障的分析方法 电路故障般是短路或断路，常见的情况有导线断芯、灯泡断丝，灯座短路电阻器内部断路，接触不良等现象，
