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1、第七节：闭合电路的欧姆定律,夏邑高中高二物理 汪领峰,电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。一：闭合电路的欧姆定律,等效电源,r,外电路:电源以外电路，(沿I的方向电势降低)。内电路：电源内部电路，（沿I方向电势升高）。,推导：设电源电动势E、内阻r、外路电阻R、闭合电路电流I。在t内，外路电阻消耗的电能E外。 E外=I2Rt电源输出能量在t内，内路电阻消耗的电能E内。 E内=I2rt 电源内部消耗能量在t内，电源中非静电力做功W=IEt电源的总能量根据能量守恒得：W= E外+ E内 ，即：IEt=I2Rt+I2rt E=IR+Ir=U外+U内,总结:闭合电路欧姆定律：内容：定
2、义式：适应条件:外电路是纯电阻电路外路电势降（外路电压，路端电压） U外=IR 内路电势降（内路电压）U内=Ir 则：E= U外+ U内 E=IR+Ir 常用列方程 U = E- Ir,解：1.S断开时 E=3V,2.S闭合时电压表测路端电压即R两端电压则U=IR=1.8v U内=Ir=1.2v所以,二：路端电压和负载的关系 对给定的电源，E、r均为定值负载即外电阻变化时，引起I的变化。由I= 得：R I , R I 则：U = E- Ir，R I U 。可见：路端电压取决于负载（外路电阻） 负载电阻增大，闭合电路I减小， 内路电压减小，外路电压增大。,例1.如图R1=14， R2=9，当S接
3、1时，电流表示数I1=0.2A,当S接2时，电流表示数I2=0.3A,求E和r。,解以上两式：E=3V r=1,解：由闭合电路欧姆定律 S接1时：E=I1R1+I1r,S接2时：E=I2R2+I2r,练习：电源电动势E，内阻r，给可变电阻R供电，路端电压（ ）A.因为U=IR，所以当I增大，路端电压增大B.因为U=E-Ir，所以当I增大，U减小C.若外路电路断开，U=0。,B,三：两种特殊情况（短路和断路）1.在闭合电路中，发生短路时，外电路 R=0，U=0则：E=U内=Ir，可求内阻r。一般情况r很小，此时I很大，易烧坏电源。2.在闭合电路中，发生断路时，外电路 R趋近无穷大，则E=U 电压
4、表测电动势的原理3. U = E-Ir的UI图象 路端电压随I增大而减小 直线斜率大小表示电源内阻r K=r 纵坐标截距（断路）表示电源电动势,如左下图，外路电阻和内阻？,四：闭合电路中的三个功率和效率1.由EItI2RtI2rt知，EII2RI2r 其中: P总=EI电源的总功率， P内= I2r电源内耗功率， P外= I2R=IU.外电路消耗功率， .电源的输出功率求电源的输出功率的方法。 关系：P总=P外+P内 电源提供的电能，一部分消耗在外路转化为其他形式的能，一部分消耗在内路转化为热能。,公式法（条件法）求最大输出功率,图像法求最大输出功率,当R0=RL+r=r/时，P0最大。 Pm
5、=E2/4r/=E2/4（RL+r),求某元件的Pm,一：一般思路：求电路中的最大I如图L何时最亮（外路定值定值的最大功率）,二：条件公式法或等效电源法（符合R=r,则Pm=E2/4r),求可变电阻的最大输入功率,解题思路：可把r+RL看做电源内阻处理。,判断可变电阻的功率变化时，可将可变电阻以外的其他电阻均看作内阻,三：图像法,P出与外电阻R的函数关系图象 从图看出1当Rr时，若R增大，P出减小 若R减小，P出最大 当R=r时，P出最大,四、含电容器电路的分析与计算 电容器是一个储存电能的元件在直流电路中，当电容器充放电时，电路里有充放电电流。1.电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个
6、阻值无限大的元件，在电容器处电路看作是断路，画等效电路时，可以先把它去掉与之串联的元件可视作导线。 若要求电容器所带电荷量时，可在相应的位置补上2.电容器充电的瞬间可视作短路,3.电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充放电，如果电容器两端的电压升高，电容器将充电，反之电容器放电通过与电容器串联的电阻的电量等于电容器带电量的变化 Q1=CU1，Q2=CU2.则Q=CU,例1.图所示是一实验电路图在滑动触头由a端滑向b端的过程中，下列表述正确的是 ()A路端电压变小 B电流表的示数变大C电源内阻消耗的功率变小D电路的总电阻变大,A,【思维总结】电路的动态分析应该先局部后整体，整体后再局部先局
7、部是看由于局部的电阻变化而引起的总电阻的变化，然后看整体的干路电流和路端电压的变化情况，结合它们的变化情况再分析需要求解的物理量的变化,1在如图所示电路中，当变阻器R3的滑片P向b端动时()A电压表示数变大，电流表示数变小B电压表示数变小，电流表示数变大C电压表示数变大，电流表示数变大D电压表示数变小，电流表示数变小,B,分析：1.电压表测量电源两端即路端电压，电流表测量R3电流,2.P向b滑，R3减小，则总电阻减小，总电流I增大。 两端电压U=E-Ir减小。而U1=IR1增大，U2=U3=（E-IR1-Ir）减小。,例2.如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数各为
8、1.6 V和0.4 A；当S断开时，它们的示数各改变0.1 V和0.1 A，求电源的电动势及内阻,2.如图所示电路中，R1R2R31 ，电压表内阻很大，当S断开时，电压表示数为0.8 V，当S闭合时，电压表示数为1 V，求电源的电动势与内阻,例3.电路图如图甲所示 ，图乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图象，滑动变阻器的最大阻值为15 ，定值电阻R03 ,(1)当R为何值时，R0消耗的功率最大？最大值为多少？(2)当R为何值时，电源的输出功率最大？最大值为多少？【思路点拨】求解本题应把握以下三点(1)由UI图象求电源的电动势和内阻(2)电路中的电流最大时，R0消耗的功率最大(3)
9、利用电源有最大输出功率的条件，求电源的最大输出功率,电源的电动势和内阻多少？,E=20V,r=7.5,负载电阻变化范围：3-18,问题：(1)当R为何值时，R0消耗的功率最大？最大值为多少？ (2)当R为何值时，电源的输出功率最大？最大值为多少？,3(1)当R为何值时，R消耗的功率最大？最大功率是多少？ (2)如果滑动变阻器的最大阻值为3 ，当R为何值时，电源的输出功率最大？最大值是多少？,例4.如图所示，电路中E10 V，R14 ，R26 ，C30 F.电池内阻可忽略(1)闭合开关S，求稳定后通过R1的电流(2)然后将开关S断开，求这以后通过R1的总电量,解析(1)电路稳定后，电容器所在的支
10、路上无电流通过，因此R1与R2串联，C 两端的电压即为R2两端的电压由欧姆定律得通过R1的电流(2)C两端电压U2IR26 VC所带电量Q1CU2301066 C1.8104 C,2.开关S断开稳定后，总电流为零，电容器两端电压为E，所带电量Q2CE3010610 C3104 C通过R1的电量，即为电容器增加的电量QQ2Q11.2104 C.,4如图所示电路中，电源电动势为E，内电阻为r，在平行板电容器C中恰好有一带电粒子处于悬空静止状态，当变阻器R0的滑动端向左移动时，带电粒子将（ ）,A向上运动B向下运动C静止不动 D不能确定运动状态的变化解析：选B.当滑动触头向左移动时R0变大，则总电流
11、变小，R两端的电压变小，电容器中的场强变小，所以粒子将向下运动，故B正确,AD,关于U-I图线,含电容器的电路,练习：如图电路，水平放置的金属板AB，板间间距d=40cm,电动势E=24V,内阻r=1,电阻R=15.闭合S，待电路稳定后，将一正电荷小球从B板小孔以v0=4m/s竖直向上射入板间，小球q=110-2C,m=210-2Kg,不计空气阻力，求1.滑动电阻器接入电路的阻值多大，小球恰能达到A板2.此时，电源的输出功率？,5.如图所示的电路中，电源电动势E3.0 V，内阻r1.0 ；电阻R110 ，R210 ，R330 ，R435 ；电容器的电容C100 F.电容器原来不带电求接通电键S
12、后流过R4的总电量,再见！,1.在图甲所示电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1100 ，R2的阻值未知，R3是一滑动变阻器，当其滑片从最左端滑至最右端的过程中，测得电源的路端电压U随电流I的变化图线如图乙所示，其中图线上的A、B两点是滑片在变阻器上的两个不同端点时分别得到的求：(1)电源的电动势和内电阻；(2)定值电阻R2的阻值；(3)滑动变阻器R3的最大值,解析：(1)由闭合电路欧姆定律得：EUIr将图象中A、B两点的电压和电流代入得：E160.2 r E40.8 r解得E20 V， r20 .(2)当R3的滑片滑到最右端时，R3、R1均被短路，此时外电路电阻等于R2，且对应于图线上B点，
13、故由B点的U、I值可求出R2的阻值为：R2UB/IB4/0.8 5 .(3)滑动变阻器的滑片置于最左端时，R3阻值最大设此时外电路总电阻为R，由图象中A点坐标求出：RUA/IA16/0.2 80 .又RR1R3/(R1+R3)R2，代入数值解得滑动变阻器的最大阻值R3300 .,2.如图，直线A是电源的路端电压和电流的关系图，直线B、C分别是电阻R1、R2的两端电压和电流的关系，若将这两个电阻分别接在该电源上，则（ ）A.R1接在电源上时，电源的效率高B.R2接在电源上时，电源的效率高C.R1接在电源上时，电源的输出功率大D.电源的输出功率一样大,电源的U-I图线和电阻的U-I图线交点表示电阻接在此电源上的输出电压和电流。斜率表示电阻。,A,xiexie!,谢谢！,
