第8讲-闭合电路欧姆定律

网络课程内部讲义闭合电路欧姆定律教师：宋晓垒爱护环境，从我做起，提倡使用电子讲义“在线名师”→资料室免费资料任你下载~第1页~在线学习网址：客服热线：400-650-7766（9：00—21：00everyday）版权所有北京天地精华教育科技有限公司第8讲闭合电路欧姆定律一、知识分析1．闭合电路欧姆定律（1）内容:闭合电路的电流跟电源的成正比，跟闭合电路的成反比.（2）表达式:。（3）适用条件：。例1．如图1所示，电流表读数为0.75A，电压表读数为2V，R3=4Ω，若某一电阻发生断路，则两电表的读数分别变为0.8A和3.2V.（1）是哪个电阻发生断路？（2）电池的电动势和内电阻分别为多大？2．闭合电路的动态分析（1）总电流I和路端电压U随外电阻R的变化规律：当R增大时，I变小，又据U=E−Ir知，U变大.当R增大到∞时，I=0，U=E（断路）.当R减小时，I变大，又据U=E−Ir知，U变小.当R减小到零时，I=Er，U=0（短路）（2）所谓动态就是电路中某些元件（如滑动变阻器的阻值）的变化，会引起整个电路中各部分相关电学物理量的变化。解决这类问题必须根据欧姆定律及串、并联电路的性质进行分析，同时，还要掌握一定的思维方法，如程序法，直观法，极端法，理想化法和特殊值法等等。（3）基本思路是“部分→整体→部分”，从阻值变化的部分入手，由欧姆定律和串、并联电路特点判断整个电路的总电阻，干路电流和路端电压的变化情况，然后再深入到部分电路中，确定各部分电路中物理量的变化情况。例2．在如图2所示的电路中，R1、R2、R3、R4皆为定值电阻，R5为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r，设电流表A的读数为I，电压表V的读数为U，当R5的滑动触头向a端移动时，判定正确的是（）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。图1图2“在线名师”→答疑室随时随地提问互动~第2页~在线学习网址：客服热线：400-650-7766（9：00—21：00everyday）版权所有北京天地精华教育科技有限公司3．闭合电路的功率（1）电源的总功率:就是电源提供的总功率，即电源将其他形式的能转化为电能的功率，也叫电源消耗的功率P总=EI.（2）电源输出功率:整个外电路上消耗的电功率.对于纯电阻电路，电源的输出功率.P出=I2R=[E/（R+r）]2R，当R=r时，电源输出功率最大，其最大输出功率为Pmax=E2/4r（3）电源内耗功率:内电路上消耗的电功率P内=U内I=I2r（4）电源的效率:指电源的输出功率与电源的功率之比，即η=P出/P总=IU/IE=U/E.（5）电源输出功率和效率的讨论：电源的输出功率为P出＝I2R＝22)(Rr+εR＝RrrRR4)(22+−ε＝rRrR4/)(22+−ε当R=r时，P出有最大值即Pm=r42ε=r42ε，P出与外电阻R的这种函数关系可用图（1）的图像定性地表示，由图像还可知，对应于电源的非最大输出功率P可以有两个不同的外电阻R1和R2，由图像还可知，当R＜r时，若R增加，则P出增大；当R＞r时，若R增大，则P出减小，值得注意的是，上面的结论都是在电源的电动势ε和内阻r不变的情况下适用。电源的效率η＝)(22rRIRI+＝rRR+＝Rr+11，所以当R增大时，效率η提高，当R＝r，电源有最大输出功率时，效率仅为50%，效率并不高。例3．已知如图4，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。图3图4“在线名师”→资料室免费资料任你下载~第3页~在线学习网址：客服热线：400-650-7766（9：00—21：00everyday）版权所有北京天地精华教育科技有限公司例4．如图5所示的U-I图，其中A是路端电压随电流的变化规律，B是某一电阻的伏安特性曲线，用该电源与该电阻组成闭合电路时，电源的输出功率是（），电源的效率是（）【规律总结】电路端电压随电流变化的特性图，以下几个特点必须记住：（1）线与U轴的交点就是电源的电动势（2）曲线与I轴的交点就是电源短路电流（3）曲线的斜率大小是电源内电阻的大小（4）曲线上某一点坐标之积是输出功率，如左图中OUIB所围面积；而图中ECIO则是该电流下电源的总功率.4．含容电路的分析与计算（1）电容器的电量：Q=CU（2）在直流电路中，电容器对电流起到阻止作用，相当于断路.同时电容器又可被充电，电荷量的大小取决于电容和它两端对应的电路的电压.例5．如图7所示，U=10V，电阻R1=3Ω，R2=2Ω，R3=5Ω，电容器的电容C1=4μF，C2=1μF，求：（1）若电路稳定后，C1、C2的带电量？（2）S断开以后通过R2的电量及R2中电流的方向？特别提醒1、含电容器的电路的分析和计算，要抓住电路稳定时电容器相当于断路.分析稳定状态的含容电路时可先把含有电容器的支路拆除，画出剩下电路等效电路图，之后把电容器接在相应位置。2、如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量的差；如果变化前后极板带电的电性改变，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和。图5图6图7“在线名师”→答疑室随时随地提问互动~第4页~在线学习网址：客服热线：400-650-7766（9：00—21：00everyday）版权所有北京天地精华教育科技有限公司二、高考重点题型探究例1．（2008广东卷）电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图8所示的电路，当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，下列说法正确的是（）A．电压表和电流表读数都增大。B．电压表和电流表读数都减小C．电压表读数增大，电流表读数减小D．电压表读数减小，电流表读数增大例2．（2006·上海）在如图9所示电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用I、U1、U2和U3表示，电表示数变化量的大小分别用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示．下列比值正确的是（）A．U1/I不变，ΔU1/ΔI不变B．U2/I变大，ΔU2/ΔI变大C．U2/I变大，ΔU2/ΔI不变D．U3/I变大，ΔU3/ΔI不变例3．（2006·天津）如图10所示的电路中，电池的电动势为E，内阻为r，电路中的电阻R1、R2和R3的阻值都相同。在电键S处于闭合状态下，若将电键S1由位置1切换到位置2，则（）A．电压表的示数变大B．电池内部消耗的功率变大。C．电阻R2两端的电压变大D．电池的效率变大例4．（09天津卷）为探究小灯泡L的伏安特性，连好图示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光。由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U-I图象应是（）图8图9图10“在线名师”→资料室免费资料任你下载~第5页~在线学习网址：客服热线：400-650-7766（9：00—21：00everyday）版权所有北京天地精华教育科技有限公司例5．（09广东卷）图5所示一实验电路图。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．电源内电阻消耗的功率变小D．电路的总电阻变大例6．（2007·北京）环保汽车将为2008年奥运会场馆服务。某辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车，总质量3310kgm=×。当它在水平路面上以v=36km/h的速度匀速行驶时，驱动电机的输入电流I=50A，电压U=300V。在此行驶状态下（1）求驱动电机的输入功率P电；（2）若驱动电机能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率P机，求汽车所受阻力与车重的比值（g取10m/s2）；已知太阳辐射的总功率260410WP=×，太阳到地球的距离111.510mr=×，太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗，该车所用太阳能电池的能量转化效率约为15%。“在线名师”→答疑室随时随地提问互动~第6页~在线学习网址：客服热线：400-650-7766（9：00—21：00everyday）版权所有北京天地精华教育科技有限公司参考答案一、知识分析例1．（1）R2（2）4V=1Er=⎧⎨Ω⎩例2．B例3．①当22R=Ω时：262.25W44P==×出②当20R=时：2162W2W6P⎛⎞=×=⎜⎟⎝⎠③当26R=Ω时：22661.5W12RP⎛⎞=×=⎜⎟⎝⎠例4．6W；66.7%例5．（1）6514410C1.610CQ−−=××=×65211010C110CQ−=××=×（2）5122.610CQQQ−=+=×；从右向左二、高考重点题型探究例1．A例2．B例3．B例4．C例5．A例6．（1）30050W15000WPUI==×=（2）0.9PP=机mPfv=机230.915000104.51031010fmg−×==×××