高中物理人教版 (新课标)选修37 闭合电路欧姆定律图片课件ppt

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第7节　闭合电路的欧姆定律
1．闭合电路组成(1)外电路：电源外部由用电器和导线组成的电路，在外电路中，沿电流方向电势降低．(2)内电路：电源内部的电路，在内电路中，沿电流方向电势升高．
2．闭合电路的欧姆定律(1)推导：如图所示，设电源的电动势为E，外电路电阻为R，内电路电阻为r，闭合电路的电流为I.在时间t内：
(3)将电压表接在电源两极间测得的电压U外是指路端电压，不是内电路两端的电压，也不是电源电动势，所以U外＜E.(4)电动势和路端电压虽然是有相同的单位且有时数值也相同，但二者是本质不同的物理量．电动势反映了电源将其他形式的能转化为电能的本领大小，路端电压反映了外电路中电能转化为其他形式的能的本领大小．
(1)对给定的电源，认为E、r不变．(2)对于有电压变化的闭合电路问题，由E＝U外＋U内，可知：内、外电路电压变化的绝对值相等，即|ΔU外|＝|ΔU内|.(3)外电路含有非纯电阻元件(如电动机、电解槽等)时，不能直接用欧姆定律解决电流问题，可以根据串、并联电路特点或能量守恒定律进行列式计算．
3．电源的U­I图象与电阻的U­I图象的比较
在闭合电路中，任何一个电阻的增大(或减小)，都将引起电路总电阻的增大(或减小)，该电阻两端的电压一定会增大(或减小)．
(2)P出与外电阻R的函数关系图象
(1)电源输出功率越大，效率不一定越高，如电源输出功率最大时，效率只有50%.(2)判断可变电阻功率变化时，可将可变电阻以外的其他电阻看成电源的一部分内阻.
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．
【解析】　当S闭合时，由闭合电路欧姆定律得：U1＝E－I1r，即E＝1.6 V＋0.4r①当S断开时，由闭合电路欧姆定律得：U2＝E－I2r，即E＝(1.6＋0.1) V＋(0.4－0.1)r②由①②得：E＝2 V，r＝1 Ω.【答案】　2 V　1 Ω
【方法总结】解决闭合电路问题的一般步骤(1)分析电路：认清各元件的串、并联关系，必要时画等效电路图，特别注意电压表和电流表对应的电路．(2)求总电流I：若已知内、外电路上所有电阻的阻值和电源电动势，可用闭合电路欧姆定律直接求出；若内、外电路上有多个未知电阻，可利用某一部分电路的已知电流和电压求总电流I；当以上方法都行不通时，可以应用联立方程求出I.
(3)各部分的电压、电流：根据串、并联电路的特点或部分电路欧姆定律求各部分电路的电压和电流．(4)注意适用条件：外电路含有非纯电阻元件时(如电动机，电解槽等)，不能直接用欧姆定律解决电流问题，可以根据串、并联电路特点或能量守恒定律进行列式计算．
如图所示的电路中，电阻R＝10 Ω.当开关S断开时，电压表示数为6 V．当开关S闭合时，电压表示数为5.46 V，则电源的内阻为多少？解析：当S断开时，R外→∞，E＝U外＝6 V；S闭合时，U外＝IR，即5.46 V＝I×10 Ω解得I＝0.546 A．再由E＝U外＋I·r即6＝5.46＋0.546r，所以r≈1 Ω.答案：1 Ω
在如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器．当R2的滑片在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑片向b端移动，则三个电表示数的变化情况是(　　)A．I1增大，I2不变，U增大B．I1减小，I2增大，U减小C．I1增大，I2减小，U增大D．I1减小，I2不变，U减小
【方法总结】直流电路的动态分析1．引起电路特性发生变化主要有三种情况：(1)滑动变阻器滑片位置的改变，使电路的电阻发生变化；(2)电键的闭合、断开或换向(双掷电键)使电路结构发生变化；(3)非理想电表的接入使电路的结构发生变化．
3．分析方法(1)程序法：基本思路是“部分→整体→部分”．即从阻值变化入手，由串并联规律判知R总的变化情况，再由欧姆定律判知I总和U端的变化情况，最后由部分电路欧姆定律及串联分压、并联分流等规律判知各部分的变化情况．(2)结论法——“并同串反”：“并同”：是指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小．
“串反”：是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率将增大．(3)特殊值法与极限法：即因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论．一般用于滑动变阻器两部分在电路中都有电流时的讨论．
(2011·北京高考)如图所示电路，电源内阻不可忽略．开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中(　　)A．电压表与电流表的示数都减小B．电压表与电流表的示数都增大C．电压表的示数增大，电流表的示数减小D．电压表的示数减小，电流表的示数增大
解析：滑动变阻器R0的滑片向下滑动，R0接入电路的电阻变小，电路的总电阻变小，总电流变大，电源的内电压变大，外电压变小，电压表的示数变小，R1两端的电压变大，R2两端的电压变小，电流表的示数变小，A项正确．答案：A
如图所示的电路中，电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.5 Ω，电动机的电阻R0＝1.0 Ω，电阻R1＝1.5 Ω.电动机正常工作时，电压表的示数U1＝3.0 V，求：(1)电源释放的电功率；(2)电动机消耗的电功率；将电能转化为机械能的功率；(3)电源的输出功率和效率．
【解析】　(1)电动机正常工作时，总电流为I＝＝ A＝2 A，电源释放的电功率为P释＝EI＝10×2 W＝20 W.(2)电动机两端的电压为U＝E－Ir－U1＝(10－2×0.5－3) V＝6 V电动机消耗的电功率为P电＝UI＝(6×2) W＝12 W电动机消耗的热功率为P热＝I2R0＝22×1 W＝4 W电动机将电能转化为机械能的功率，根据能量守恒得P机＝P电－P热＝(12－4) W＝8 W.
【答案】　(1)20 W　(2)12 W　8 W　(3)18 W　90%
(3)求出总电流后，再根据串、并联电路的特点或部分电路欧姆定律求各部分电路的电压和电流，再根据P＝UI或P＝I2R求得功率．
2．电源输出功率最大值的求解方法在解答最大功率问题时，理解好功率最大的条件是关键，若求解部分电阻不变时，只要满足电流最大则功率就最大；若求解部分电阻改变时，需要计算出功率的表达形式，利用数学知识求极值．
(2011·南通高二检测)电路图如图甲所示，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 Ω，定值电阻R0＝3 Ω.
(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？
答案：(1)0　10.9 W　(2)4.5 Ω　13.3 W
1.(2013·烟台高二检测)有关电动势的说法中正确的是(　　)A．电源的电动势等于内、外电路电势降落之和B．电源提供的电能越多，电源的电动势越大C．当外电路断开时，电源路端电压与电源电动势相等D．当电路中通过1库仑电量时，电源消耗的其他形式能的数值等于电源电动势的值
2．一太阳能电池板，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
3．如图所示，当滑动变阻器的触片向上端移动时，电流表A1、A2和电压表V1、V2的示数如何变化？
答案：A1变小　A2增大　V1增大　V2减小
4．如图所示，电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.5 Ω，标有“8 V　16 W”的灯泡L恰好能正常发光，电动机绕线的电阻R0＝1 Ω，求：(1)电源的总功率；(2)电动机的输出功率．
解析：(1)L正常发光，路端电压等于灯泡额定电压8 V.内电压U内＝(10－8) V＝2 V则总电流I＝U内/r＝4 A电源总功率为P电＝IE＝4×10 W＝40 W.