2019-2020学年高中物理 第2章 恒定电流 第7节 闭合电路的欧姆定律课件 新人教版物理选修3

7闭合电路的欧姆定律同学们，上一节我们学习了电阻有关规律，首先请大家回顾一下有关知识，然后回答下面的几个问题：1．(多选)(2017·秦皇岛期中)关于导体的电阻，下列说法中正确的是()A．导体越长电阻就越大B．滑动变阻器就是通过改变连入电路的电阻丝长度来改变电阻的课前·自主学习C．电阻是导体本身的一种性质，电阻大说明构成该电阻的材料导电性能不好D．电阻与导体的材料、长度、横截面积等因素有关，与电压和电流无关【答案】BD【解析】电阻与导体的材料、长度、横截面积等因素有关，导体长电阻不一定大，故A错误；滑动变阻器是通过改变连入电路电阻丝的长度来改变电阻的，故B正确；电阻是导体本身的一种性质，电阻大小与导体的材料、长度、横截面积等因素有关，电阻大不能说明构成该电阻的材料导电性能不好，故C错误；电阻与导体的材料、长度、横截面积等因素有关，与电压和电流无关，故D正确．故选BD.2.(多选)一根阻值为R的均匀电阻丝，在下列哪些情况中其阻值仍为R(设温度不变)()A．当长度不变时，横截面积增大一倍时B．当横截面积不变，长度增加一倍时C．当长度和横截面积都缩小一倍时D．当长度和横截面积都扩大一倍时【答案】CD【解析】根据电阻定律R＝ρlS可知，只有电阻丝的长度和横截面积都扩大或缩小相同倍数时，电阻丝的电阻才能保持不变，故选C、D.一、闭合电路的欧姆定律1．内、外电路(1)概念：内电路是电源内部电路，外电路是电源外部电路．(2)特点：外电路中电流由电源_______流向__________，沿电流方向电势________；内电路中电流由电源____________流向__________，沿电流方向电势__________．正极负极降低负极正极升高2．闭合电路的欧姆定律(1)内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成_________，跟内、外电路的电阻之和成_________．(2)公式：I＝____________①或E＝____________②或E＝____________＋____________.③(3)适用条件：①、②适用于外电路为____________电路，③适用于一切电路．正比反比ER＋rIR＋IrU外U内纯电阻我们用电压表直接连接电源的两端，电压表的示数______(填“大于”“小于”或“等于”)电源电动势．为什么？【答案】小于因为电源也有内阻，用电压表和电源正、负极相连时，相当于电源与电压表串联，电压表示数是路端电压，小于电源电动势．二、路端电压与负载的关系1．路端电压的表达式：U＝__________.2．路端电压随外电阻的变化规律(1)当外电阻R增大时，电流I减小，路端电压_______．(2)当外电阻R减小时，电流I增大，路端电压_______．(3)两个特例：外电路断开时，R→∞，I＝_________，U＝______，据此特点可测电源电动势．外电路短路时，R＝0，I＝________，U＝_________，据此特点可以理解不允许将电源两端用导线直接连接的原因．E－Ir增大减小0EEr0三、路端电压与电流的关系图象(UI图象)如图所示，UI图象是一条___________线，该图线与纵轴交点的纵坐标表示____________，该线的斜率表示________．倾斜的直电源电动势内阻1．闭合电路欧姆定律各种表达式的意义及适用条件课堂·优化整合闭合电路欧姆定律的理解与应用表达式物理意义适用条件I＝ER＋r电流与电源电动势成正比，与电路总电阻成反比纯电阻电路E＝I(R＋r)①E＝U外＋Ir②E＝U外＋U内③电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和①式适用于纯电阻电路；②③式普遍适用EIt＝I2Rt＋I2rt④W＝W外＋W内⑤电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和④式适用于纯电阻电路，⑤式普遍适用2.闭合电路问题的求解方法(1)分析电路特点：认清各元件之间的串、并联关系，特别要注意电压表测量哪一部分的电压，电流表测量哪个用电器的电流．(2)求干路中的电流：若各电阻阻值和电动势都已知，可用闭合电路的欧姆定律直接求出；也可以利用各支路的电流之和来求．(3)应用闭合电路的欧姆定律解决问题时，应根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流．如图所示，电源电动势为6V，内阻为1Ω，R1＝5Ω，R2＝10Ω，滑动变阻器R3的阻值变化范围为0～10Ω，求电路的总电流的取值范围．解析：当R3阻值为零时，R2被短路，外电阻最小，电路的总电流最大．例1答案：0.55A～1AR外＝R1＝5Ω，I＝ER外＋r＝65＋1A＝1A，当R3阻值为10Ω时，外电阻最大，电路的总电流最小．R并＝R3R2R3＋R2＝5Ω，R外′＝R1＋R并＝10Ω，I′＝ER′外＋r＝610＋1A＝0.55A，所以总电流的取值范围为0.55A～1A.1．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1.6V和0.4A．当S断开时，它们的示数各改变0.1V和0.1A，求电源的电动势．【解析】当S闭合时，R1、R2并联接入电路，U＝E－Ir即E＝1.6＋0.4r，①当S断开时，只有R1接入电路，外电阻变大，干路电流减小，路端电压增大．由U＝E－Ir有E＝(1.6＋0.1)＋(0.4－0.1)r，②由①②得E＝2V，r＝1Ω.【答案】2V闭合电路的功率关系1．各部分功率关系分析由EIt＝I2Rt＋I2rt知EI＝I2R＋I2rP电源＝EI，P外＝I2R，P内＝I2r.2．电源的输出功率当外电路为纯电阻电路时讨论如下：(1)电源的输出功率P出＝I2R＝E2R＋r2R＝E2RR－r2＋4Rr＝E2R－r2R＋4r由此可知当R＝r时，电源有最大输出功率P出max＝E24r.(2)P出与外电阻R的函数关系图象，如图所示．由图可知：①当R＝r时，电源的输出功率最大，P出max＝E24r，此时电源效率η＝50%.②当R＞r时，随着R的增大输出功率越来越小．③当R＜r时，随着R的增大输出功率越来越大．④当P出＜Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1·R2＝r2.(3)电源的效率η＝P出P＝IU外IE＝U外E＝IRIR＋r＝RR＋r＝11＋rR，可见，外电阻R越大，电源的效率越高．如图所示，R为电阻箱，电压表为理想电压表，当电阻箱示数为R1＝2Ω时，电压表示数为U1＝4V；当电阻箱示数为R2＝5Ω时，电压表示数为U2＝5V．求：(1)电源的电动势E和内阻r.(2)当电阻箱R示数为多少时，电源的输出功率最大？最大值Pm为多少？例2解析：(1)由闭合电路欧姆定律，得E＝U1＋U1R1r，①E＝U2＋U2R2r，②联立①②并代入数据解得E＝6V，r＝1Ω.答案：(1)E＝6V，r＝1Ω(2)1Ω，9W(2)由电功率表达式P＝E2R＋r2R，③将③式变形为P＝E2R－r2R＋4r，④由④式知，R＝r＝1Ω时，P有最大值Pm＝E24r＝9W.2．如图所示的电路中，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，在开关S处于闭合状态下，若将开关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【答案】B【解析】将开关S1由位置1切换到位置2时，外电路中总电阻由1.5R减至2R3，由闭合电路欧姆定律I＝ER外＋r知，总电流I增大，路端电压U＝E－Ir减小，故A错．电池内部消耗功率P内＝I2r应增大，B对．R2上的电压在原来较大路端电压下按2∶1的比例分给R2和R1，后来在较小的路端电压下却按1∶1的比例分给R2和R1，故R2上的电压变小，C错．电池的效率η＝UIEI×100%＝UE×100%，故效率变小，D错．闭合电路的动态分析1．闭合电路动态分析的思路(1)认识电路，明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象．(2)由局部电阻变化判断总电阻的变化．(3)由I＝ER＋r判断总电流的变化．(4)据U＝E－Ir判断路端电压的变化．(5)由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分电路电压及电流的变化．2．闭合电路动态分析的三种方法(1)程序法：基本思路是“部分→整体→部分”R局增大减小→R总增大减小→I总增大减小→U外增大减小→I局U局(2)结论法——“串反并同”“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、电功率都将增大．“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．(3)特殊值法与极限法：指因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动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．(2019·浙江模拟)如图所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，R0为定值电阻．当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时()A．电压表、电流表的示数均增大B．电压表、电流表的示数均减小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，电流表的示数增大例3解析：当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时，外电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律分析得知，干路电流增大，电源的内电压增大，路端电压则减小，电压表测量路端电压，则电压表的示数将减小．变阻器Pa部分与R0并联，并联电阻增大，电压增大，则由欧姆定律分析可知电流表示数增大．故D正确，A、B、C错误．答案：D3．(2019·巢湖名校期末)如图所示电路中，电源内阻为r，R1、R2为定值电阻，且rR1，各电表均为理想电表．开关S闭合后，在滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中，下列说法正确的是()A．电流表与两只电压表的示数都减小B．电压表V1与电流表的示数减小，电压表V2的示数增大C．电压表V1比电压表V2的示数变化量的绝对值大D．电源的输出功率减小【答案】B【解析】电流表测的是R2的电流，电压表V1测的是路端电压，电压表V2测的是R1的电压．滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中，电阻变小，总电阻变小，则干路电流变大，电压表V2测得R1的电压变大，内电压变大，外电压变小，即V1的示数变小，R1分压变大，则R2分压变小，电流表示数变小，则A错误，B正确；ΔU1＝rΔI，ΔU2＝R1ΔI，又rR1，则ΔU1ΔU2，则C错误；当内外电阻相等时输出功率最大，差别越小，功率越大，因外阻大于内阻，则外阻越小功率越大，即滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中外阻变小功率变大，则D错误.