闭合电路欧姆定律(学生版)

1闭合电路欧姆定律▲知识梳理1．内容闭合电路中的电流跟电源电动势成正比，跟内、外电路电阻之和成反比，这个结论叫做闭合电路欧姆定律。2．表达式（1）电流表达式（2）电压表达式3．适用范围外电路是纯电阻的电路。4．路端电压U外电路两端的电压，即电源的输出电压，（1）当外电阻R增大时，I减小，内电压减小，路端电压U增大。当外电路断开时，I=0，U=E。（2）当外电阻减小时，I增大，内电压增大，路端电压减小。当电源两端短路时，外电阻。（3）路端电压也可以表示为，也可以得到路端电压随外电阻增大而增大的结论。5．路端电压与电流的关系（U一I图象）如下左图所示为U一I图象，由知，图线为一条直线，与纵轴交点为电源电动势，与横轴交点为短路电流，直线的斜率的绝对值等于电源内阻。由于一般电源的内阻r很小，故外电压U随电流I的变化不太明显，实际得到的图线往往很平，只画在坐标纸上的上面一小部分，为充分利用坐标纸，往往将横轴向上移，如下右图所示的实验图线。此时应注意，图线与横轴的交点，并非短路电流，不可盲目用它求内阻，但图线与纵轴的交点仍代表电动势E，图线斜率的绝对值仍等于内阻r。6．闭合电路中的功率（1）电源的总功率：；（2）电源内耗功率：；（3）电源的输出功率：。▲疑难导析1、闭合电路中电路的动态分析方法根据欧姆定律及串、并联电路的性质，来分析电路中某一电阻变化而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况，常见方法如下：2（1）程序法基本思路是“部分→整体→部分”，即从阻值变化的部分入手，由串并联规律判知的变化情况，再由欧姆定律判知和的变化情况，最后由部分电路欧姆定律判知各部分物理量的变化情况。说明：当外电路的任何一个电阻增大（或减小）时，电路的总电阻一定增大（或减小）。分析解答这类习题的一般步骤是：①确定电路的外电阻以及外电阻如何变化。②根据闭合电路欧姆定律，确定电路的总电流如何变化。③由，确定电源的内电压如何变化。④由，确定电源的外电压（路端电压）如何变化。⑤由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化。⑥确定支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化。（2）极限法：即因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。（3）特殊值法：对于某些双臂环路问题，可以采取代入特殊值去判定，从而找出结论。2、电源的输出功率随外电阻的变化规律电源的输出功率为。当时，有最大值，即与外电阻R的这种函数关系可用如图的图象定性地表示：由图象还可知，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和，当时，若R增大，则增大；当时，若R增大，则减小。说明：上面的结论都是在电源的电动势的内电阻r不变的情况下适用。在电源的内阻不变时，电源的输出功率（即外电阻上消耗的功率）随外电阻的变化不是单调的，存在极值：当外电阻等于内电阻时，输出功率达到最大值。如果一个电路的外电阻固定不变，当电源的内电阻发生变化时，电源的输出功率随内电阻的变化是单调的，内电阻减小，输出功率增大，当内电阻最小时，输出功率最大。特别提醒：（1）外电阻越向靠近内阻方向变化，电源输出功率越大。（2）判断可变电阻的功率，方法与此相似，只要把其余电阻看成内电阻处理即可。3、电源效率3电源效率：指电源的输出功率与电源的功率之比，即。对纯电阻电路：，所以当R增大时，效率提高，当时，电源有最大输出功率，效率仅为50%，效率并不高。4、电路故障分析电路故障分析来源于生产生活实际，意义重大，是高考命题的一个热点，故障一般是断路或短路。断路和短路各有特点。（1）电路中发生断路，表现为电源电压不为零，而电流为零；断路后，电源电压将全部降落在断路之处。若电路中某两点间电压不为零，等于电源电压，则过这两点间有断点，而这两点与电源连接部分无断点；若电路中某两点间电压为零，说明这两点间无断点，而这两点与电源连接部分有断点。（2）电路中某一部分发生短路，表现为有电流通过电路而该电路两端电压为0。明确电路故障的这些特点是正确分析电路故障问题的基础。1：如图所示，已知电源内阻r=2Ω，定值电阻=0.5Ω，求：（1）当滑动变阻器的阻值为多大时，电阻消耗的功率最大？（2）当变阻器的阻值为多大时，变阻器消耗的功率最大？（3）当变阻器的阻值为多大时，电源输出功率最大？▲典型例题透析题型一——闭合电路的动态分析在讨论电路中电阻发生变化后引起电流、电压发生变化的问题时，要善于把部分电路和全电路结合起来，注意思考的逻辑顺序，使得出的每一个结论都有依据，这样才能有助于培养严密的推理能力，作出科学的判断。2、在如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，和均为定值电阻，为滑动变阻器。当的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表、和V的示数分别为、和U。现将的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况是（）A．增大，不变，U增大B．减小，增大，U减小C．增大，减小，U增大D．减小，不变，U减小举一反三【变式】在如图所示的电阻中，和皆为定值电阻，为可变电阻，电源的电动势为，内阻为r。设电流表A的读数为I，电压表V的读数为U。当的滑动触点向图中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4题型二——含有电容器电路的分析与计算方法1．稳态含容直流电路电容器处于稳定状态时，相当于断路，此时的电路具有以下两个特点：（1）电容器所在支路无电流，与电容器直接串联的电阻相当于一根无阻导线；（2）电容器上的电压就是含有电容器的那条支路并联部分电路的电压。分析清楚电路中各电阻元件的连接方式，把握电路在稳定状态时所具有的上述两个特点，是解决稳态含容直流电路问题的关键。2．动态含容直流电路若直流电路结构发生改变，电容器两端的电压往往会产生相应的变化，从而在电路中产生短暂的充、放电电流，使电容器的电荷量发生改变，试题通常要求分析这个电容器所带电荷的电荷量的改变量及充、放电电流的方向。对于这类问题，只要抓住初、末两稳定状态电容器极板电压的变化情况，根据来分析即可；若是电荷量连续变化的动态问题，可以利用微元法，分析极短时间内的电压变化量。3、如图所示的电路中，电源电动势E=6.00V，其内阻可忽略不计。电阻的阻值分别为=2.4kΩ，4.8kΩ，电容器的电容C=4.7。闭合开关S，待电流稳定后，用电压表测两端的电压，其稳定值为1.50V。（1）该电压表的内阻为多大？（2）由于电压表的接入，电容器的电荷量变化了多少？举一反三【变式】如图所示，电源电动势为E，内阻为r，平行板电容器两金属板水平放置，开关S是闭合的，两板间一质量为m、电荷量为q的油滴恰好处于静止状态，G为灵敏电流计．则以下说法正确的是()A．在将滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，油滴向上加速运动，G中有从b到a的电流B．在将滑动变阻器滑片P向下移动的过程中，油滴向下加速运动，G中有从b到a的电流C．在将滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，油滴仍然静止，G中有从a到b的电流D．在将S断开后，油滴仍保持静止状态，G中无电流通过题型三——闭合电路的分析与计算闭合电路问题涉及到的基本概念、基本方法较多，当要求计算电路中某用电器的电流、电压、电功率时，若直接用定义式来求比较麻烦，甚至不能求解，此时可根据串、并联电路中的有关规律和闭合电路欧姆定律从另一角度求解。4、三只灯泡、和的额定电压分别为1.5V、1.5V和2.5V，它们的额定电流都为0.3A。若将它们连接成图1、图2所示电路，且灯泡都正常发光，（1）试求图1电路的总电流和电阻消耗的电功率；（2）分别计算两电路电源提供的电功率，并说明哪个电路更节能。5举一反三【变式】如图所示的电路中，电源电动势E=6V，内电阻r=0.5Ω，=1.5Ω，2Ω，可变电阻器R的最大阻值为2Ω。那么在滑片P从R的最上端滑至最下端的过程中，求：（1）电路中通过的电流最大值和最小值分别是多少？（2）电源两端的电压最大值和最小值分别是多少？▲巩固练习1．如图为“热得快”热水器的电路图和示意图．现接通电源，发现该热水器没有发热，并且热水器上的指示灯也不亮，现用交流电压表测得热水器A、B两端的电压为220V，指示灯两端的电压为220V.那么该热水器的故障在于()A．连接热水器和电源之间的导线断开B．连接电阻丝与指示灯的导线发生了短路C．电阻丝熔断，同时指示灯烧毁D．同时发生了以上各种情况2．(2010·广州模拟)在研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电路．调节滑动变阻器R并控制电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.50A和2.0V.重新调节R并使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2.0A和24.0V.则这台电动机正常运转时输出功率为()A．32WB．44WC．47WD．48W3．如图所示的电路，闭合开关S，滑动变阻器滑片P向左移动，下列结论中正确的是()A．电流表读数变小，电压表读数变大B．小电珠L变亮C．电容器C上的电荷量减小D．电源的总功率变大4．如图所示的电路中，闭合S后，将滑动变阻器R的滑动触头P向上移动，则()A．V1表读数变小B．V2表读数变大C．A表读数变小6D．电源的功率变小5．(2010·山东济南一模)如图所示，四个电表均为理想电表，当滑动变阻器滑动触头P向左端移动时，下列说法中正确的是()A．伏特表V1的读数减小，安培表A1的读数增大B．伏特表V1的读数增大，安培表A1的读数减小C．伏特表V2的读数减小，安培表A2的读数增大D．伏特表V2的读数增大，安培表A2的读数减小6．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的滑动触点向图中a端移动时，则()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7．(2010·浙江宁波期末)如图所示的电路中，两平行金属板A、B水平放置，两板间的距离d＝40cm.电源电动势E＝24V，内电阻r＝1Ω，电阻R＝15Ω.闭合开关S，待电路稳定后，将一带正电的小球从B板小孔以初速度v0＝4m/s竖直向上射入板间．若小球带电荷量为q＝1×10－2C，质量为m＝2×10－2kg，不考虑空气阻力，那么，要使小球恰能到达A板，滑动变阻器接入电路中的阻值和此时电源的输出功率为(取g＝10m/s2)()A．8Ω、23WB．32Ω、8WC．8Ω、15WD．32Ω、0.23W二、非选择题8．如图所示，图线a是某一蓄电池组的伏安特性曲线，图线b是一定值电阻的伏安特性曲线．将蓄电池组与该定值电阻连成闭合回路，若已知该蓄电池组的内阻为2.0Ω，则这个定值电阻的阻值为________Ω.现有4个这种规格的定值电阻，可任意选取其中的若干个进行组合，作为该蓄电池组的外电路，则所组成的这些外电路中，输出功率最大时是________W.9．我们都有过这样的体验：手电筒里的两节干电池用久了以后，灯泡发红，这就是我们常说的“电池没有电了”，有人为了“节约”，在手电筒里装一节新电池和一节旧电池搭配使用，某同学为了检验这种做法是否合理，设计了下面的实验．7(1)该同学设计了如图(a)所示的电路来分别测量新旧干电池的电动势和内阻，并将测量结果描绘成如图(b)所示的U－I图象．由图象可知：新电池：电动势E1＝________V；电阻r1＝________Ω；旧电池：电动势E2＝________V，电阻r2＝________Ω.(2)计算新旧电池各一节串联作电源使用时的效率．(手电筒的小灯泡上标有“3V2W”，认为小灯泡电阻不随电压变化)(3)计算(2)小题中旧电池提供的电功率和它本身消耗的电功率分别是多少？(4)你认为新旧电池搭配使用的做法是否合理？简述理由．10．如图所示，在A、B两点间接一电动势为4V，内电阻为1Ω的直流电源，电阻R1、R2、R3的阻值为4Ω，电容器的电容为30μF，电流表的内阻不计，求：(1)电流表的读数．(2)电容器所带的电荷量．(3)断开电源后，通过R2的电荷量．11．某同学设计了一种测定风力的装置，其原理如图所示，迎风板与一轻