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7.閉合電路的歐姆定律,一、閉合電路的歐姆定律 1．內(nèi)、外電路 (1)概念：內(nèi)電路是電源內(nèi)部電路，外電路是電源外部電路． (2)特點：外電路中電流由電源 流向 ，沿電流方向電勢 ，內(nèi)電路中電流由電源 流向 ，沿電流方向電勢 ． 2．閉合電路的能量轉(zhuǎn)化 非靜電力做功等于內(nèi)、外電路電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的總和，即：EIt＝ .,正極,負極,降低,負極,正極,升高,I2Rt＋I2rt,3．閉合電路的歐姆定律 (1)內(nèi)容：閉合電路里的電流，跟電源的電動勢成 ，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成 ． (2)公式：I＝ ① 或E＝ .② 或E＝ ．③ (3)適用條件：①、②適于外電路為 電路，③適于一切電路．,正比,反比,IR＋Ir,U外＋U 內(nèi),純電阻,二、路端電壓與負載的關系 1．路端電壓與電流的關系 (1)公式：U＝ . (2)圖象(U－I圖象)：如下圖所示是一條傾斜的 ，該直線與縱軸交點的縱坐標表示 ，斜率的絕對值表示電源的 ．,E－Ir,直線,電動勢,內(nèi)阻,2．路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律 (1)外電阻R增大時，電流I ，外電壓U ，當R增大到無限大(斷路)時，I＝ ，U＝ . (2)外電阻R減小時，電流I ，路端電壓U ，當R減小到零時，I＝ ，U＝ .,減小,增大,0,E,增大,減小,0,1．對閉合電路歐姆定律的理解 (1)推導：設電源的電動勢為E，內(nèi)電路電阻為r，外電路電阻為R，閉合電路的電流為I.在時間t內(nèi)：,(2)關于電動勢E的幾個關系式 ①E＝U內(nèi)＋U外，適用于所有的閉合電路． ②E＝I(R＋r)，由閉合電路的歐姆定律得到，它僅適用于外電路為純電阻的電路 ③U＝E－Ir，適用于所有的閉合電路，常用來判斷路端電壓的變化和測量電源的電動勢和內(nèi)阻．,如下圖所示中電阻R1、R2、R3的阻值相等，電池的內(nèi)阻不計．開關S接通后流過R2的電流是S接通前的( ),答案： B,2．路端電壓的變化 電源的電動勢和內(nèi)阻由電源本身決定，不隨外電路電阻的變化而變化，而電流、路端電壓是隨著外電路電阻的變化而變化的．,(2)由U＝E－Ir知，路端電壓隨干路電流的增大而減小，如圖乙所示．如果r＝0，即電源無內(nèi)阻，則無論R、I怎樣變化，U＝E，說明路端電壓變化的根本原因在于電源有內(nèi)阻，內(nèi)阻上由于電流流過產(chǎn)生電勢差(從負極到正極，測內(nèi)電壓的電壓表正極必須與電池負極相連)．,下列關于閉合電路的說法中，錯誤的是( ) A．電源短路時，電源的內(nèi)電壓等于電動勢 B．電源短路時，路端電壓為零 C．電源斷路時，路端電壓最大 D．電源的負載增加時，路端電壓也增大 解析： 電源短路時，外電阻為零，路端電壓為零，由E＝U內(nèi)＋U外，故U內(nèi)＝E，A、B正確；電源斷路時，R外→∞，I＝0，由U＝E－I·r，故U最大等于E，C正確；負載增加，并聯(lián)在電源上的用電器個數(shù)增加，外電阻減小，路端電壓減小，故D錯． 答案： D,3．閉合電路中的幾種功率和電源的效率 (1)電源向整個電路提供的總電功率P總＝EI，隨電流變化而變化． (2)電源內(nèi)部的發(fā)熱功率P內(nèi)＝I2r. (3)電源的輸出功率即外電路消耗的電功率： P外＝P出＝IU外＝P總－P內(nèi)＝IE－I2r. 以上三式普遍適用,如此式可以看出當R＝r時，電源的輸出功率最大，P出與R的關系如右圖所示．,當外電路的電阻分別為8 Ω和2 Ω時，單位時間內(nèi)在外電路上產(chǎn)生的熱量正好相等，則該電源的內(nèi)電阻是( ) A．1 Ω B．2 Ω C．4 Ω D．6 Ω 答案： C,4．部分電路歐姆定律的U－I圖象與閉合電路歐姆定律的U－I圖象比較,如下圖所示，I是電源的路端電壓隨電流變化的圖線，Ⅱ是某電阻的伏安特性曲線，當該電源向該電阻供電時，電阻上消耗的功率和電源的效率分別為( ) A．4 W和33% B．2 W和67% C．2 W和33% D．4 W和67%,答案： D,No.4 疑難解釋,2．用電壓表直接去測量電源兩極的電壓，這個電壓是不是電源的電動勢？,3．電動勢和電壓有何不同？ 提示：,4．在U－I圖象中，電源的內(nèi)阻等于圖象斜率的大?。畧D象的斜率是否等于圖象傾角的正切值？為什么？,◎ 教材資料分析 〔說一說〕 一些同學可能有這樣的經(jīng)驗：傍晚用電多的時候，燈光發(fā)暗，而…… 點撥： 家庭電路的用電器都是并聯(lián)的，當傍晚用電多的時候或插上電爐、電暖氣等用電多的電器時，負載增多、外電阻R減小，整個電路的總電阻減小，干路中電流增加，輸電線路上的電壓增加，使用電器兩端的電壓變小，燈光變暗．,〔思考與討論〕 設電源的電動勢E＝3 V，內(nèi)阻r＝2 Ω，請根據(jù)…… 點撥： (1)外電路斷開的狀態(tài)對應圖中的A點，此時電路中電流為零，路端電壓達到最大值，內(nèi)電壓為零，路端電壓等于電源的電動勢3 V. (2)電動勢E的大小等于縱軸截距，故電動勢越大，圖象與縱軸的交點縱坐標越大． (3)電源短路時，路端電壓等于零，干路中電流最大，對應于坐標系中的B點，此時電流的大小等于橫軸截距1.5 A.,如右圖所示的電路中，當S閉合時，電壓表和電流表(均為理想電表)的示數(shù)各為1.6 V和0.4 A；當S斷開時，它們的示數(shù)各改變0.1 V和0.1 A，求電源的電動勢及電阻．,解析： 當S閉合時，由閉合電路歐姆定律得：U1＝E－I1r， 即E＝1.6＋0.4r① 當S斷開時，由閉合電路歐姆定律得： U2＝E－I2r，即E＝(1.6＋0.1)＋(0.4－0.1)r② 由①②得：E＝2 V，r＝1 Ω. 答案： 2 V 1 Ω 【反思總結(jié)】 解此類題時，一定要先弄清電路的連接方式，以及電流表、電壓表所測電流、電壓的范圍；理解電壓表和電流表均為理想電表的含義．,【跟蹤發(fā)散】 1－1：如下圖所示的電路中，R1＝R2＝R3＝1 Ω，電壓表內(nèi)阻很大，當S斷開時，電壓表示數(shù)為0.8 V，當S閉合時，電壓表示數(shù)為1 V，求電源電動勢與內(nèi)阻．,答案： 2 V 0.5 Ω,如下圖所示電路中，當變阻器R3的滑片P向b端移動時( ) A．電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變小 B．電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變大 C．電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變大 D．電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變小,答案： B,(2)在閉合電路中，任何一個電阻增大(或減小)，則總電阻將增大(或減小)，任何一個電阻增大(或減小)，該電阻兩端的電壓一定會增大(或減小)，通過該電阻的電流則會減小(或增大)．,【跟蹤發(fā)散】 2－1：如右圖所示是一實驗電路圖．在滑動觸頭由a端滑向b端的過程中，下列表述正確的是( ) A．路端電壓變小 B．電流表的示數(shù)變大 C．電源內(nèi)阻消耗的功率變小 D．電路的總電阻變大 解析： 由a到b，R1值減小，因此總電阻變小，D錯；總電流增大，由U＝E－Ir，E、r不變，路端電壓減小，所以A正確；再結(jié)合歐姆定律知電流表的示數(shù)變小，B錯；由P內(nèi)＝I2r知電源內(nèi)阻消耗的功率變大，C錯．故選A. 答案： A,如右圖所示的電路中，E＝3 V，r＝0.5 Ω，R0＝1.5 Ω，電阻箱的最大阻值Rm＝10 Ω. (1)當電阻箱的阻值R＝________ Ω時，它消耗的功率最大，為________ W. (2)當電阻箱的阻值R＝________ Ω時，電阻R0消耗的功率最大，為________ W.,答案： (1)2 1.125 (2)0 3.375,【跟蹤發(fā)散】 3－1：如下圖所示，電源的電動勢為30 V，內(nèi)電阻為1 Ω，一個“6 V,12 W”的電燈與一個繞線電阻為2 Ω的電動機串聯(lián)．已知電路中的電燈正常發(fā)光，則電動機輸出的機械功率為( ) A．36 W B．44 W C．48 W D．60 W,答案： A,如圖所示，E＝10 V，r＝1 Ω，R1＝R3＝5 Ω，R2＝4 Ω，C＝100 μF.當S斷開時，電容器中帶電粒子恰好處于靜止狀態(tài)，求： (1)S閉合后，帶電粒子加速度的大小和方向； (2)S閉合后流過R3的總電荷量．,(2)S閉合后，流過R3的總電荷量等于電容器上電荷的增加量，所以ΔQ＝C(UC′－UC)＝4×10－4 C. 答案： (1)g 方向豎直向上 (2)4×10－4 C,【反思總結(jié)】 分析和計算含有電容器的直流電路時，需注意以下三點： (1)在直流電路中，電容器在電路中就相當于一個阻值無限大的元件，一旦電路達到穩(wěn)定狀態(tài)，在電容器處電路看成是斷路． (2)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低，因此電容器兩極間的電壓就等于該支路兩端的電壓． (3)當電容器和用電器并聯(lián)后接入電路時，電容器兩極間的電壓與其并聯(lián)用電器兩端的電壓相等．,【跟蹤發(fā)散】 4－1：如下圖所示，已知C＝6μF，R1＝5 Ω，R2＝6 Ω，E＝6 V，r＝1 Ω，開關S原來處于斷開狀態(tài)，下列說法中正確的是( ) A．開關S閉合瞬間，電流表的讀數(shù)為0.5 A B．開關S閉合瞬間，電壓表的讀數(shù)為5.5 V C．開關S閉合經(jīng)過一段時間，再將開關S迅速斷開，則通過R2的電荷量為1.8×10－5 C D．以上說法都不對,答案： C,1．關于電動勢，以下說法中正確的是( ) A．電源電動勢等于電源正、負極之間的電勢差 B．用電壓表直接測量電源兩極得到的電壓數(shù)值，實際上總略小于電源電動勢的準確值 C．電源電動勢總等于內(nèi)、外電路上的電壓之和，所以它的數(shù)值與外電路的組成有關 D．在閉合電路中，當外電阻變大時，路端電壓增大，電源的電動勢也增大,解析： 電動勢是電源本身的屬性，是由電源本身決定的，與外電路的組成及變化無關，故C、D錯誤．由閉合電路的歐姆定律得E＝U＋Ir.用電壓表直接測量電源兩極時，雖然電壓表的電阻很大，但電路中也有電流，內(nèi)電路中也有電壓降落，電壓表直接測量電源兩極得到的電壓數(shù)值應略小于電動勢，B正確，A錯誤． 答案： B,2.如右圖所示的電路中，電源的電動勢E和內(nèi)電阻r恒定不變，電燈L恰能正常發(fā)光，如果變阻器的滑片向b端滑動，則( ) A．電燈L更亮，電流表的示數(shù)減小 B．定值電阻R2消耗的功率增大 C．電燈L變暗，電源的總功率減小 D．電燈L變暗，電流表的示數(shù)增大,答案： A,3.如右圖所示電路中，電源電動勢為E，內(nèi)電阻為r，在平行板電容器C中恰好有一帶電粒子處于懸空靜止狀態(tài)，當變阻器R0的滑動端向左移動時，帶電粒子將( ) A．向上運動 B．向下運動 C．靜止不動 D．不能確定運動狀態(tài)的變化 解析： 當滑動觸頭向左移動時R0變大，則總電流變小，R兩端的電壓變小，電容器中的場強變小，粒子受到的電場力減小，重力大于電場力，所以粒子將向下運動，故B正確． 答案： B,4．(新課標全國卷)電源的效率η定義為外電路電阻消耗的功率與電源的總功率之比．在測電源電動勢和內(nèi)電阻的實驗中得到的實驗圖線如圖所示，圖中U為路端電壓，I為干路電流，a、b為圖線上的兩點，相應狀態(tài)下電源的效率分別為ηa、ηb.由圖可知ηa、ηb的值分別為( ),答案： D,5．如下圖所示，電源的電動勢是6 V，內(nèi)電阻是0.5 Ω，小電動機M的線圈電阻為0.5 Ω，限流電阻R0為3 Ω.若理想電壓表的示數(shù)為3 V，試求： (1)電源的功率和電源的輸出功率； (2)電動機消耗的功率和電動機輸出的機械功率．,電源的功率PE＝IE＝1×6 W＝6 W 電源內(nèi)耗的功率Pr＝I2r＝0.5 W 電源的輸出功率P出＝PE－Pr＝5.5 W (2)電動機的分壓UM＝E－Ir－UR0＝2.5 V 電動機消耗的功率PM＝IUM＝1×2.5 W＝2.5 W 電動機的熱功率P熱＝I2rM＝1×0.5 W＝0.5 W 電動機的機械功率P機＝PM－P熱＝2 W 答案： (1)5.5 W (2)2.5 W 2 W,