物理第十章 恒定電流 第2講 閉合電路歐姆定律

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1、第2講閉合電路歐姆定律知識梳理知識梳理一、電源的電動勢和內(nèi)阻一、電源的電動勢和內(nèi)阻1.電動勢電動勢(1)電源:電源是通過非靜電力做功把其他形式其他形式的能轉化成電勢能電勢能的裝置。(2)電動勢:非靜電力搬運電荷所做的功與搬運的電荷量的比值,E=,單位:V。Wq(3)電動勢的物理含義:電動勢表示電源把其他形式的能轉化成電勢能把其他形式的能轉化成電勢能本領的大小,在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓。2.內(nèi)阻內(nèi)阻:電源內(nèi)部的電路叫內(nèi)電路內(nèi)電路,其也有電阻r,叫做電源的內(nèi)電阻內(nèi)電阻,它是電源的另一重要參數(shù)。二、閉合電路及其歐姆定律二、閉合電路及其歐姆定律1.閉合電路閉合電路(1)組成(2)內(nèi)、

2、外電壓的關系:E=U外外+U內(nèi)內(nèi)。:,:,()內(nèi)電路 電源內(nèi)部的電路 內(nèi)電阻所分擔的電壓稱為內(nèi)電壓外電路 電源外部的電路 其兩端電壓稱為外電壓 或路端電壓2.閉合電路歐姆定律閉合電路歐姆定律(1)內(nèi)容:閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比正比,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比反比。(2)公式(3)路端電壓與外電阻的關系a.負載R增大I減小U內(nèi)減小減小U外增大增大,外電路斷路時(R無窮),I=0,U外=E。b.負載R減小I增大U內(nèi)增大增大U外減小減小,外電路短路時(R=0),I=,U內(nèi)=E。(4)U-I關系圖:由U=E-Ir可知,路端電壓隨著電路中電流的增大而減小:U()()EIRrEUU外內(nèi)只適用

3、于純電阻電路適用于任何電路Er-I關系圖線如圖所示。a.當電路斷路即I=0時,縱軸的截距為電動勢電動勢。b.當外電路電壓為U=0時,橫軸的截距為短路電流短路電流。c.圖線的斜率的絕對值為電源的內(nèi)電阻內(nèi)電阻。1.有關電壓與電動勢的說法中正確的是()A.電壓與電動勢的單位都是伏特,所以電動勢與電壓是同一物理量的不同叫法B.電動勢就是電源兩極間的電壓C.電動勢公式E=中的W與電壓U=中的W是一樣的,都是靜電力做的功D.電動勢是反映電源把其他形式的能轉化為電能的本領強弱的物理量WqWqD答案答案D電壓和電動勢的單位雖然相同,但它們表示的意義不同,電壓是表示靜電力做功,將電能轉化為其他形式能的本領大小的

4、物理量;而電動勢則表示電源把其他形式能轉化為電勢能本領大小的物理量,故電壓和電動勢是兩個不同的物理量,A、B錯,D正確;電動勢E=中的W是非靜電力做功,電壓U=中的W是靜電力做功,C錯。WqWq2.飛行器在太空飛行,主要靠太陽能電池提供能量。若一太陽能電池板,測得它的開路電壓為800mV,短路電流為40mA。若將該電池板與一阻值為20的電阻器連成一閉合電路,則它的路端電壓是()A.0.10VB.0.20VC.0.30VD.0.40V答案答案D電源的開路電壓等于電源電動勢,所以電動勢E=800mV。由閉合電路歐姆定律得短路電流I短=,所以電源內(nèi)阻r=20,該電源與20的電阻連成閉合電路時,電路中

5、電流I=mA=20mA,所以路端電壓U=IR=400mV=0.40V,D項正確。ErEI短33800 1040 10ERr8002020D深化拓展深化拓展考點一考點一電路的動態(tài)分析電路的動態(tài)分析考點二考點二電路中的功率及效率電路中的功率及效率考點三考點三電源和電阻的電源和電阻的U U- -I I圖像的比較圖像的比較考點四考點四含電容器電路的分析含電容器電路的分析考點五考點五電路故障檢測電路故障檢測深化拓展深化拓展考點一電路的動態(tài)分析考點一電路的動態(tài)分析1.程序法程序法:基本思路是“部分整體部分”,無論電阻間是串聯(lián)還是并聯(lián),只要有一個電阻變大(或變小),R總一定變大(或變小),再由歐姆定律判知I

6、總和U端的變化情況,先確定串聯(lián)在干路中定值電阻兩端的電壓,再根據(jù)U端=U1+U2+判定并聯(lián)電路的電壓,最后由部分電路歐姆定律判知各部分物理量的變化情況。2.“并同串反并同串反”法法:所謂“并同”,即某一電阻增大時,與它并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大;某一電阻減小時,與它并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小。所謂“串反”,即某一電阻增大時,與它串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小;某一電阻減小時,與它串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大。要注意“并同串反”的規(guī)律僅作為一種解題技巧供參考。3.極限法極限法:因變阻器滑片滑動引起電路變化的問題,可將變阻器的滑動端

7、分別滑至兩個極端去討論。4.特殊值法特殊值法:對于某些雙臂環(huán)路問題,可以代入特殊值去判定,從而找出結論。1-1如圖所示的電路中,電源電動勢為E,內(nèi)電阻為r,L為小燈泡(其燈絲電阻可以視為不變),R1和R2為定值電阻,R3為光敏電阻,其阻值的大小隨照射光強度的增強而減小。閉合開關S后,將照射光強度增強,則()DA.電路的路端電壓將增大B.燈泡L將變暗C.R2兩端的電壓將增大D.R1兩端的電壓將增大答案答案D光強度增加,R3減小,電路中的總電阻減小,總電流I增加,內(nèi)電壓增大,路端電壓U減小,A錯誤。由UR1=IR1知R1兩端電壓增大,D正確。由UR2=U-UR1得R2兩端電壓減小,通過R2的電流減

8、小,則通過L的電流增加,燈泡L變亮,B、C錯誤。1-2(2011北京理綜,17,6分)如圖所示電路,電源內(nèi)阻不可忽略。開關S閉合后,在變阻器R0的滑動端向下滑動的過程中()A.電壓表與電流表的示數(shù)都減小B.電壓表與電流表的示數(shù)都增大C.電壓表的示數(shù)增大,電流表的示數(shù)減小D.電壓表的示數(shù)減小,電流表的示數(shù)增大A答案答案A在變阻器R0的滑動端向下滑動過程中,其連入電路的有效電阻減小,則R總減小,由I=可知I增大,由U內(nèi)=Ir可知U內(nèi)增大,由E=U內(nèi)+U外可知U外減小,故電壓表示數(shù)減小。由U1=IR1可知增大,由U外=+U并可知U并減小,由I2=可知電流表示數(shù)變小,故A正確。ERr總1RU1RU2U

9、R并考點二電路中的功率及效率考點二電路中的功率及效率1.電源的功率電源的功率(1)電源的總功率任意電路:P總=EI=U外I+U內(nèi)I=P出+P內(nèi)。純電阻電路:P總=I2(R+r)=。(2)電源內(nèi)部消耗的功率:P內(nèi)=I2r=U內(nèi)I=P總-P出。(3)電源的輸出功率:任意電路:P出=UI=EI-I2r=P總-P內(nèi)。純電阻電路:P出=I2R=輸出功率隨R的變化關系:2ERr22()E RRr22()4ERrrRa.當R=r時,電源的輸出功率最大,為Pm=。b.當Rr時,隨著R的增大,輸出功率越來越小。c.當Rr時,隨著R的增大,輸出功率越來越大。d.P出R2,故R1接在電源上時,電源的效率高,A項正確

10、,B項錯誤;將電阻接在電源上,電阻的U-I圖線與電源的路端電壓和電流的關系圖線的交點,表示將這個電阻接到此電源上的輸出電壓和電流,從圖像中可看出電流的數(shù)值,由于B、C圖線的斜率等于電阻的阻值,由圖像可知,R2與電源的內(nèi)阻相等,所以電源接R2時比接R1時輸出功率大,故C、D錯。PP出總22()I RIRrRRr11rR考點四含電容器電路的分析考點四含電容器電路的分析1.電路穩(wěn)定后,由于電容器所在支路無電流通過,所以在此支路中的電阻上無電壓降,因此電容器兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓。2.當電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時,電容器兩極板間的電壓與其并聯(lián)電阻兩端的電壓相等。3.電路的電流、電壓變化

11、時,將會引起電容器的充(放)電。如果電容器兩端電壓升高,電容器將充電;如果電壓降低,電容器將通過與它連接的電路放電。4-1如圖所示,電路中R1、R2均為可變電阻,電源內(nèi)阻不能忽略,平行板電容器C的極板水平放置。閉合開關S,電路達到穩(wěn)定時,帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動。如果僅改變下列某一個條件,油滴仍能靜止不動的是()A.增大R1的阻值B.增大R2的阻值C.增大兩板間的距離D.斷開開關SB答案答案B設油滴質量為m,帶電荷量為q,兩板間距離為d,當其靜止時,有q=q=mg;由題圖知,增大R1,由閉合電路歐姆定律有I=知I減小,Ir=U內(nèi)減小,UR1=E-Ir增大,油滴將向上加速運動;增大R2,油

12、滴受力不變,仍保持靜止;由E=知,增大d,U不變時,E減小,油滴將向下加速運動;斷開開關S,電容器將通過R1、R2放電,兩板間場強變小,油滴將向下加速運動。故只有B項正確。CUd1RUd1ERrUd4-2(多選)如圖所示的電路中,電源電動勢E=3V,內(nèi)電阻r=1,定值電阻R1=3,R2=2,電容器的電容C=100F,則下列說法正確的是()A.閉合開關S,電路穩(wěn)定后電容器兩端的電壓為1.5VB.閉合開關S,電路穩(wěn)定后電容器所帶電荷量為3.010-4CC.閉合開關S,電路穩(wěn)定后電容器極板a所帶電荷量為1.510-4CD.先閉合開關S,電路穩(wěn)定后斷開開關S,通過電阻R1的電荷量為3.010-4CAC

13、答案答案AC閉合開關S,電路穩(wěn)定后電流I=0.5A,電容器兩端的電壓為U=IR1=1.5V,選項A正確;電路穩(wěn)定后電容器帶電荷量為Q=CU=10010-61.5C=1.510-4C,選項B錯誤、C正確;先閉合開關S,電路穩(wěn)定后斷開開關S,電容器C通過電阻R1放電,通過電阻R1的電荷量為1.510-4C,選項D錯誤。12ERRr考點五電路故障檢測考點五電路故障檢測電路故障一般是短路或斷路,常見的情況有:導線斷芯、燈泡斷絲、燈座短路、變阻器內(nèi)部斷路、接觸不良等現(xiàn)象。檢查故障的基本方法有兩種:1.電壓表檢測方法電壓表檢測方法:如果電壓表示數(shù)為0,說明電壓表上無電流通過,則可能在并聯(lián)段之外有斷路,或并

14、聯(lián)段內(nèi)有短路。如果電壓表有示數(shù),說明電壓表上有電流通過,則在并聯(lián)段之外無斷路,或并聯(lián)段內(nèi)無短路。2.用多用電表的歐姆擋檢測用多用電表的歐姆擋檢測要對檢測的電路切斷電源,逐一使元件脫離原電路(或對某段電路檢測)后測量是通路還是斷路便可找到故障所在。5-1某照明電路出現(xiàn)故障,其電路如圖1所示,該電路用標稱值12V的蓄電池為電源,導線及其接觸完好。維修人員使用已調(diào)好的多用電表直流50V擋檢測故障。他將黑表筆接在c點,用紅表筆分別探測電路的a、b點。斷開開關,紅表筆接a點時多用電表指示如圖2所示,讀數(shù)為11.5V,說明蓄電池蓄電池正常(選填:蓄電池、保險絲、開關、小燈)。圖1圖2紅表筆接b點,斷開開關

15、時,表針不偏轉,閉合開關后,多用電表指示仍然和圖2相同,可判定發(fā)生故障的器件是小燈小燈(選填:蓄電池、保險絲、開關、小燈)。答案答案11.5(11.311.8之間的值均可)蓄電池小燈解析解析由題圖2可知,直流50V擋的分度值為1V,故按“十分之一”估讀法可知讀數(shù)應為11.5V左右。由于測得的電壓基本等于蓄電池電動勢的標稱值,說明a、c兩點與電源之間是通路,只能是此電路之外的保險絲、開關、小燈中出現(xiàn)了斷路故障,但故障的具體位置不能確定。同理可知,兩表筆接c、b時測得結果仍等于電源電動勢,說明多用電表、開關、保險絲、蓄電池形成了一閉合回路,故只能是與多用電表并聯(lián)的小燈發(fā)生了斷路故障。5-2用電壓表檢查如圖電路中的故障,測得Uad=5.0V,Ucd=0V,Ubc=0V,Uab=5.0V,則此故障可能是()A.L斷路B.R斷路C.R斷路D.S斷路B答案答案BUad=5.0V說明a到電源正極,d到電源負極均為通路;Uab=5.0V,說明a到電源正極,b到電源負極均為通路;又Ucd=0V,Ubc=0V,說明a、b間存在斷路,故R可能斷路。