第3单元 闭 合 电 路 欧 姆 定 律
一、电源
1、 内部非静电力搬运电荷,对电荷做功 2、两极出现电势差
3、内部非静电力做功,把其他形式的能转化为电能,外部电流做功,把电能转化成其他形式的能
+ V 1 非静电力做功W+ R - 二、电动势电动势= E= - R 电荷电量q-V 2 意义:1、表示把其他形式的能量转化成电能的本领的
探I 物理量
针 2、等于电源没接入电路时两极间的电压
E
三、外电路和内电路
1、 在任何电路中,有E = U外 + U内 (类比:挣钱和花钱) 2、 外电路和内电路电流的流向
四、闭合电路欧姆定律
E = U外 + U内 即 E = I R + I r ∴ I?E R?r闭合电路中的电流强度跟电源的电动势成正比,跟电路的总电阻成反比。(比较两个欧姆定律的异同)
闭合电路欧姆定律的表达形式有: ①E=U外+U 内②I?④U?E (I、R间关系) ③U=E-Ir(U、I间关系) R?rRE(U、R间关系) R?r五、路端电压跟负载的关系 E = IR + I r I?R变大,I减小,U内减小,U外变大
(1)R ∞ I 0,I r 0, E = U外
U (2)R 0,I0=E / r,短路电流
E 六、U外~I的图象
U外 = -I r + E 1、 电动势
2、 短路电流Io
3、 r = E / I0 =tan θ
七、闭合电路中的功率
EI = U外×I + U内×I
总功率 输出功率 内耗功率
八、输出功率的最大值
E R?rθ I0 I
E2输出 P?IR?()?R 得 P?R?r2E2
r2R??2rRP出 Pm
o r R 1
r2E2当R?时,即R=r时,输出P最大,此时 P?
R4r九 电动势和内阻的测量
1 R1
2 R2 E = I1 (R1 + r )
E = I2 (R2 + r ) 得 E=…… r=…… 1 R1 2 R2 E?U1? U2rR1UE?U2?2rR1 E=…… r=…… 例题汇总
【例1】已知如图,E =6V,r =4Ω,R1=2Ω,R2的变化范围是0~10Ω。求:①电源的最大输出功率;②R1上消耗的最大功率;③R2上消耗的最大功率。
解:①R2=2Ω时,外电阻等于内电阻,电源输出功率最大为2.25W;②R1是
R2 R1 定植电阻,电流越大功率越大,所以R2=0时R1上消耗的功率最大为2W;③把
1 R1 R1也看成电源的一部分,等效电源的内阻为6Ω,所以,当R2=6Ω时,R2上消
2 R2 耗的功率最大为1.5W。
【例2】 电源的内阻不可忽略.已知定值电阻R1=10Ω,R2=8Ω.当电键S接
A 位置1时,电流表的示数为0.20A.那么当电键S接位置2时,电流表的示数
可能是下列的哪些值
A.0.28A B.0.25A C.0.22A D.0.19A
解:电键接2后,电路的总电阻减小,总电流一定增大,所以不可能是0.19A.电源的路端电压一定减小,原来路端电压为2V,所以电键接2后路端电压低于2V,因此电流一定小于0.25A.所以只能选C。
【例3】 如图所示,电源电动势为E,内电阻为r.当滑动变阻器的触片P从LL右端滑到左端时,发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为ΔU1和ΔU2,下
L3 列说法中正确的是
A.小灯泡L1、L3变暗,L2变亮 B.小灯泡L3变暗,L1、L2变亮 C.ΔU1<ΔU2 D.ΔU1>ΔU2 V2 V1 解:触片P从右端滑到左端,总电阻减小,总电流增大,路端电压减小。 与电阻蝉联串联的灯泡L1、L2电流增大,变亮,与电阻并联的灯泡L3电压降低,变暗。U1减小,U2增大,而路端电压U= U1+ U2减小,所以U1的变化量大于 U2的变化量,选BD。
U
N E 【例4】 如图所示,图线a是某一蓄电池组的伏安特性曲线,图线b是U0 M(I0,U0)
一只某种型号的定值电阻的伏安特性曲线.若已知该蓄电池组的内阻为
b a 2.0Ω,则这只定值电阻的阻值为______Ω。现有4只这种规格的定值电
阻,可任意选取其中的若干只进行组合,作为该蓄电池组的外电路,则所
β o α I 组成的这些外电路中,输出功率最大时是_______W。
I0 Im 解:由图象可知蓄电池的电动势为20V,由斜率关系知外电阻阻值为6Ω。用3只这种电阻并联作为外电阻,外电阻等于2Ω,因此输出功率
a b 最大为50W。
A1 A A2
P 2
例5:.滑动变阻器的两种特殊接法。
在电路图中,滑动变阻器有两种接法要特别引起重视:
⑴右图电路中,当滑动变阻器的滑动触头P从a端滑向b端的过程中,
RX 到达中点位置时外电阻最大,总电流最小。所以电流表A的示数先减小后增
大;可以证明:A1的示数一直减小,而A2的示数一直增大。
IX ⑵右图电路中,设路端电压U不变。当滑动变阻器的滑动触头P从aa b / 端滑向b端的过程中,总电阻逐渐减小;总电流I逐渐增大;RX两端的电压Ir P 逐渐增大,电流IX也逐渐增大(这是实验中常用的分压电路的原理);滑动
/
变阻器r左半部的电流I 先减小后增大、
I 【例6】.黑盒问题。如图所示,黑盒有四个接线
柱,内有4只阻值均为6Ω的电阻,每只电阻都直a c a 接与接线柱相连。测得Rab=6Ω,Rac=Rad=10Ω。
c b d Rbc=Rbd=Rcd=4Ω,试画出黑盒内的电路。 b
解:由于最小电阻是Rbc=Rbd=Rcd=4Ω,只有2d 只6Ω串联后再与1只6Ω并联才能出现4Ω,因此bc、cd 、db间应各接1只电阻。再于ab间接1只电阻,结论正合适。 十、电路故障问题的分类解析
1.常见的故障现象
断路:是指电路两点间(或用电器两端)的电阻无穷大,此时无电流通过,若电源正常时,即用电压表两端并联在这段电路(或用电器)上,指针发生偏转,则该段电路断路,如电路中只有该一处断路,整个电路的电势差全部降落在该处,其它各处均无电压降落(即电压表不偏转)。
短路:是指电路两点间(或用电器两端)的电阻趋于零,此时电路两点间无电压降落,用电器实际功率为零(即用电器不工作或灯不亮,但电源易被烧坏)
2.检查电路故障的常用方法
电压表检查法:当电路中接有电源时,可以用电压表测量各部分电路上的电压,通过对测量电压值的分析,就可以确定故障。在用电压表检查时,一定要注意电压表的极性正确和量程符合要求。
电流表检查法:当电路中接有电源时,可以用电流表测量各部分电路上的电流,通过对测量电流值的分析,就可以确定故障。在用电流表检查时,一定要注意电流表的极性正确和量程符合要求。
欧姆表检查法:当电路中断开电源后,可以利用欧姆表测量各部分电路的电阻,通过对测量电阻值的分析,就可以确定故障。在用欧姆表检查时,一定要注意切断电源。
试电笔检查法:对于家庭用电线路,当出现故障时,可以利用试电笔进行检查。在用试电笔检查电路时,一定要用手接触试电笔的上金属体。
3.常见故障电路问题的分类解析 10Ω 5Ω 【例7】在如图所示电路的三根导线中,有一根是断的,电源、电c b RR2 1 阻器R1、R2及另外两根导线都是好的,为了查出断导线,某学生想先将
万用表的红表笔连接在电源的正极a,再将黑表笔分别连电阻器R1的b6Va 端和R2的c端,并观察万用表指针的示数,在下列选档中,符合操作规
程的是:
A.直流10V挡; B.直流0.5A挡; C.直流2.5V挡; D.欧姆挡。
解析:根据题给条件,首先判定不能选用欧姆挡,因为使用欧姆挡时,被测元件必须与外电路断开。
先考虑电压挡,将黑表笔接在b端,如果指针偏转,说明R1与电源连接的导线断了,此时所测的数据应是电源的电动势6V。基于这一点,C不能选,否则会烧毁万用表;如果指针不偏转,说明R1与电源连接的导线是好的,而R1与R2之间导线和R2与电源间导线其中之一是坏的,再把黑表笔接c点,如果指针偏转,说明R1与R2之间导线是断的,否则说明R2与电源间导线是断的,A项正确。
3
再考虑电流表,如果黑表笔接在b端,指针偏转有示数则说明R1与电源连接的导线是断的,此时指示数I=E/(R1+R2)=0.4A,没有超过量程;如果指针不偏转,说明R1与电源间连接的导线是好的,而R1与R2之间导线和R2与电源间导线其中之一是坏的,再把黑表笔接c点,如果指针偏转,说明R1与R2之间导线是断的,此时示数I=E/R2=1.2A,超过电流表量程,故B不能选。
【例8】某同学按如图所示电路进行实验,实验时该同学将变阻器的触片P移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示: 序号 A1示数(A) A2示数(A) V1示数(V) V2示数(V) 1 0.60 0.30 2.40 1.20 2 0.44 0.32 2.56 0.48 将电压表内阻看作无限大,电流表内阻看作零。 ①电路中E,r分别为电源的电动势和内阻,R1,R2,R3为定值电阻,在这五个物理量中,可根据上表中的数据求得的物理量是(不要求具体计算) 。
②由于电路发生故障,发现两电压表示数相同了(但不为零),若这种情况的发生是由用电器引起的,则可能的故障原因是 。
,
解析:①先将电路简化,R1与r看成一个等效内阻r=R1+r,则由V1
和A1的两组数据可求得电源的电动势E;由A2和V1的数据可求出电阻R3;由V2和A1、A2的数据可求出R2。
②当发现两电压表的示数相同时,但又不为零,说明V2的示数也是路端电压,即外电路的电压全降在电阻R2上,由此可推断Rp两端电压为零,这样故障的原因可能有两个,若假设R2是完好的,则Rp一定短路;若假设RP是完好的,则R2一定断路。
【例9】如图所示的电路中,闭合电键,灯L1、L2正常发光,由于电路出现故障,突然发现灯L1变亮,灯L2变暗,电流表的读数变小,根据分析,发生的故障可能是:
(A)R1断路 (B)R2断路(C)R3短路 (D)R4短路
解析:首先应对电路进行标准化,如图所示为其标准化后的电路。当R1断路时,总电阻增大,所以通过电源的总电流减小,灯L2变暗,电流表的读数变小,而路端电压增大,所以L1两端电压增大,灯L1变亮,所以AR2 R1 选项正确。 A R3 当R2断路时,总电阻增大,所以通过电源的总电流减小,灯R4 L1 L1变暗,而路端电压增大,所以L2两端电压增大,灯L2变亮,B选
L2 项不正确。
当R3短路时,总电阻减小,所以通过电源的总电流增大,灯L1变亮,而路端电压减小,所以L2两端电压减小,灯L2变暗,因为总电流增加,而通过L2的电流减小,电流表的读数变大,所以C选项不正确。
当R4短路时,总电阻减小,所以通过电源的总电流增大,灯L1变亮,而路端电压减小,所以L2两端电压减小,灯L2变暗,因为总电流增加,而通过L2的电流减小,电流表的读数变大,所以D选项不正确。
针对训练
1.一太阳能电池板,测得它的开路电压为800 mV,短路电流为40 mA,若将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻器连成一闭合电路,则它的路端电压是.
A.0.10 V B.0.20 V C.0.30 V D.0.40 V
2.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r0,设电流表A的读
4
数为I,电压表V的读数为U0,当R5的滑动触点向图中a端移动时,
A.I变大,U变小 B.I变大,U变大 C.I变小,U变大 D.I变小,U变小
3.如图1—30—4所示的电路中,闭合电键S后,灯L1和L2都正常发光,后来由于某种故障使灯L2突然变亮,电压表读数增加,由此推断,这故障可能是
A.L1灯灯丝烧断 B.电阻R2断路
C.电阻R2短路 D.电容器被击穿短路
4.调整如图所示电路的可变电阻R的阻值,使电压表V的示数增大ΔU,在这个过程中 A.通过R1的电流增加,增加量一定等于ΔU/R1 B.R2两端的电压减小,减少量一定等于ΔU
C.通过R2的电流减小,但减少量一定小于ΔU/R2 D.路端电压增加,增加量一定等于ΔU
5.如图所示是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的串联电路,在增大电容器两极板间距离的过程中
A.电阻R中没有电流 B.电容器的电容变小
C.电阻R中有从a流向b的电流 D.电阻R中有从b流向a的电流
6.某闭合电路的路端电压U随外电阻R变化的图线如图1—30—6所示,则电源的电动势为_______,内电阻为_______,当U=2 V时,电源的输出功率为_______.
7.在如图所示的电路中,电源的内阻不可忽略不计,已知R1=10 Ω,R2=8 Ω.S与1连接时,电流表的示数为0.2 A;将S切换到2时,可以确定电流表的读数范围是_______.
8.如图所示,电路中电阻R1=8 Ω,R2=10 Ω,R3=20 Ω,电容器电容C=2 μF,电源电动势E=12 V,内电阻r不计,开关S闭合,当滑动变阻器的阻值R由2 Ω变至22 Ω的过程中,通过A2的电荷量是_______,A1的读数变化情况是_______(选填“增大”“减小”“先增后减”“先减后增”).
9.如图所示的电路中,电池的电动势E=9.0 V,内电阻r=2.0 Ω,固定电阻R1=1.0 Ω,R2为可变电阻,其阻值在0~10 Ω范围内调节,问:取R2=______时,R1消耗的电功率最大.取R2=_______时,R2消耗的电功率最大. .
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物理知识点第一中学届高考物理一轮复习第七章恒定电流第3单元闭合电路欧姆定律教案【精品教案】
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