7.2 闭合电路及其欧姆定律.pptx

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1、第二节闭合电路及其欧姆定律按Esc键退出返回目录基础梳理基础梳理整合整合核心核心理解深化理解深化方法探究突破方法探究突破按Esc键退出返回目录基础梳理基础梳理整合整合构建能力大厦的奠基石构建能力大厦的奠基石一、电源电动势及内阻1.电源电源是把负电荷从正极搬到负极的一种装置;从能的转化角度看,电源是的装置。2.电源的电动势表征电源的本领,在数值上等于在电源内部把1库仑的正电荷从负极移到正极非静电力做的功或电源没有接入电路时两极间的电压。电动势由电源自身的非静电力的特性决定,与电源体积大小无关,与外电路无关。答案:1.将其他形式的能转化为电能 2.非静电力做功3.内阻电流通过电源内部时也受阻碍作用

2、,阻碍的强弱用表示。电池用久后,r会。答案：3.内阻r变大二、闭合电路欧姆定律1.内容闭合电路里的电流跟电源的成正比,跟内、外电路的成反比。答案：电动势电阻之和答案：I=2.公式,变形后也可以写成E=IR+Ir或E=U外+U内。按Esc键退出返回目录3.适用条件外电路为纯电阻电路。三、路端电压1.定义外电路两端的电压即电源的输出电压,U=E-Ir。2.与外电阻的关系由I=知,外电路总电阻R增大,总电流I,由U=E-Ir知,路端电压U。表示为UR图象,如图所示。答案：减小增大四、电源的伏安特性曲线1.定义电源的输出电压与输出电流的变化关系图线。由U=E-Ir可画出U-I关系图线如图所示。2.规律

3、(1)当电路断路即I=0时,纵轴上截距为;(2)当电路短路即U=0时,横轴上的截距为;(3)图线斜率的绝对值为电源的;(4)图线上任一点对应的U、I比值为相应外电路的电阻。答案：(1)电动势(2)短路电流(3)内电阻按Esc键退出返回目录核心理解深化核心理解深化拓展升华思维的加油站拓展升华思维的加油站一、两个UI图象的比较【自主探究1】在如图所示的UI图象中,直线为某一电源的路端电压与电流的关系图象,直线为某一电阻R的UI性曲线。用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路,由图象可知()。A.电源的电动势为3V,内阻为0.5B.电阻R的阻值为1C.电源的输出功率为4WD.电源的效率为50%答案：解析

4、:由图线可知,电源的电动势为3V,内阻为r=0.5,由图线可知,电阻R的阻值为1,与电阻R相连组成闭合电路的电流为I=2A,路端电压U=IR=2V(可由图读出),电源的输出功率为P=UI=4W,电源的效率为=%=66.7%,故选项A、B、C正确,D错误。归纳要点;甲图为某一电源的路端电压与电流的关系图象,乙图为某一电阻R的UI性曲线。两种图线的比较:图象上特征物理意义电源UI图象电阻UI图象图象表述的物理量变化关系电源的路端电压随电路电流的变化关系电阻的电流随电阻两端电压的变化关系图线与坐标轴交点与纵轴交点表示电源电动势,与横轴交点表示电源短路电流过坐标轴原点,表示没有电压时通过电阻的电流为零

5、图线上每一点坐标的乘积UI表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率图线上每一点对应的U、I比值表示外电阻的大小,不同点对应的外电阻大小不同每一点对应的比值均相等,表示此电阻的大小图线的斜率内电阻r的相反数表示电阻大小二、电源的功率与效率【自主探究2】如图所示,E=6V,r=4,R1=2,R2的变化范围是010。求:(1)R2等于多少时,电源的输出功率最大,此时电源的最大输出功率是多少?(2)R1上消耗的最大功率;(3)R2上消耗的最大功率。答案:(1)2.25W(2)2W(3)1.5W解析:(1)R2=2时,外电阻等于内电阻,电源输出功率最大为Pm=2.25W。(2)R1是定值电阻,电流越大功率越

6、大,所以R2=0时R1上消耗的功率最大为P1=R1=2W。(3)把R1也看成电源的一部分,等效电源的内阻为6,所以,当R2=6时,R2上消耗的功率最大为P2=R2=1.5W。归纳要点1.总功率:P总=EI=U外I+U内I=UI+I2r。2.输出功率:P出=IU=IE-I2r。对于外电路是纯电阻的电路,电源输出功率P=UI=I2R=R=R。3.电源输出功率随外电路电阻变化关系如图所示(1)R=r时,输出功率有极大值,Pmax=。4.电源的效率:=%=%=%。请你判断下列表述的正确与否,对不正确的,请予以更正。1.因为电动势和电压单位一样,所以电动势就是电压。2.电压表接在电源正负极间,测的是电源

7、的内电压。3.含有电容器的电路在电路稳定时,电容器位置处于断路状态。易错辨析4.电源的UI图线与横轴上的截距总是短路电流。5.电源相同时,并联的电路越多,总电阻越小,消耗电功率越大。按Esc键退出返回目录4.错误,只有外电压为零时,电源的UI图线与横轴上的截距才是短路电流。5.正确。答案:1.错误,电源的电动势是表征电源非静电力做功的本领,电压表征电场力做功的本领。2.错误,电压表接在电源正负极间,测的是电源的外电压(路端电压)。3.正确。按Esc键退出返回目录方法探究突破方法探究突破提升应用技巧的突破口提升应用技巧的突破口【例1】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

8、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()。命题研究一、闭合电路的动态分析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减小思路点拨:滑动变阻器的阻值变化引起总电阻的变化,干路电流和路端电压随之变化,再回到部分或支路,电压和电流也会变化,用由局部到整体再到局部的思路逐步分析即可。答案：B解析:R2的滑片向b端移动,R2的接入电路中的电阻减小,总电阻减小;由闭合电路欧姆定律可知干路电流I增大,内电压

9、U内=Ir增大,外电压U外=E-U内减小,即电压表的读数减小;R3两端的电压增大,并联电路电压减小;通过R1的电流减小,R2的电流增大,故选项B正确。规律总结:对电路动态分析问题,首先要弄清一点,不论电路如何变化,电源的电动势、电源的内阻不变。处理这类题目时,必须认清外电路电阻是自变量,根据闭合电路欧姆定律,判断电压、电流的变化。常见的方法如下:1.程序法:基本思路是“局部整体局部”,即从阻值变化的部分入手,由串、并联规律判断总电阻的变化情况,再由闭合电路欧姆定律分析总电流I和路端电压U的变化情况,最后由部分电路欧姆定律判断各部分电路物理量的变化情况,分析解答这类习题的一般步骤是:(1)确定外

10、电路电阻R如何变化,根据闭合电路欧姆定律I=,确定电路的总电流如何变化。(2)由U内=Ir,确定电源的内电压如何变化。(3)由U=E-Ir,确定路端电压如何变化。(4)由部分电路欧姆定律、串联电路的分压规律和并联电路的分流规律确定某一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.此类题目还可用“串反并同”规律判断。所谓“串反”,即某一电阻增大(减小)时,与它串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(增大)。所谓“并同”,即某一电阻增大(减小)时,与它并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(减小)。3.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

11、个极限去讨论。拓展链接1在如图所示电路中,当滑动变阻器滑片P向下移动时,则()。A.A灯变亮、B灯变亮、C灯变亮B.A灯变亮、B灯变亮、C灯变暗C.A灯变亮、B灯变暗、C灯变暗D.A灯变亮、B灯变暗、C灯变亮答案：D按Esc键退出返回目录解析:滑片P向下移动,变阻器电阻减小,外电路总电阻减小,根据I=知,电路电流增大,灯A两端电压UA增大而变亮,根据U=E-Ir,路端电压变小,U=UA+UB,所以UB减小,灯B电阻不变,所以通过灯B电流IB减小,灯B变暗。干路电流I=IB+IC,因为I增大、IB减小,所以IC增大,灯C应变亮,选项D是正确的。命题研究二、含电容器电路的分析与计算【例2】如图所示

12、,电源电动势E=6V,内阻r=1,外电路中电阻R1=2,R2=3,R3=7.5,电容器的电容C=4pF。开始时开关S断开,从开关合上到电路稳定的过程中,通过电流表的电荷量是多少?思路点拨:画出闭合前后电流的流向图,找到电容器电压与电路中哪部分电压相等,分析极板带电性是解题的要点。解析:开关S断开时,电容器并联在电阻R2两端;开关S合上后,电容器并联在电阻R1两端。开关S断开时,由串联分压得电容器的电压UC=U2=3V电容器所带的电荷量为Q1=CUC=1.210-11C,其极性是上板为正极,下板为负极。开关S合上后,外电路的总电阻和路端电压分别为R=3,U=R=4.5V由串联分压得电容器的电压U

13、C=U1=U=1.8V电容器充电后所带的电荷量为Q2=CUC=7.210-12C,其极性上负下正故开关断开到合上后电路稳定的过程中,通过电流表的电荷量为Q=Q1+Q2=1.9210-11C。答案:1.9210-5C规律总结:在直流电路中,当电容器充、放电时,电路中有充、放电电流,一旦电路达到稳定状态,电容器在电路中相当于一个电阻无穷大的元件,电容器所在支路可认为是断路,简化电路时可把电容器去掉。分析和计算含有电容器的直流电路时应注意以下几点:(1)电容器跟与它并联的用电器的电压相等。(2)在计算出电容器的带电荷量后,必须同时判定两板的极性,并标在图上。(3)在充、放电时,电容器两根引线上的电流

14、方向总是相同的,所以要根据正极板电荷变化情况来判断电流方向。命题研究三、闭合电路中的功率问题【例3】如图所示,RB=4,A、C、D是额定电压和额定功率相同的3个用电器,电源内阻是1,S闭合后,当变阻器的电阻调为5时,各用电器均正常工作。(1)S断开后,若仍要各用电器正常工作,变阻器电阻R应调为多少?(2)S闭合和断开时,RB上的电功率之比为多少?变阻器上消耗的功率之比为多少?解析:(1)在题图所示电路中,A、C、D三个用电器是并联的,且正常工作,其额定功率相等,说明三个用电器的电流均相等,设每个用电器的额定电流为I,若S闭合,有3I=若S断开,则有2I=由解得Rx=10。(2)在S闭合和断开两

15、种情况下,电阻RB上消耗的电功率之比应为其通过电流的平方比=变阻器上消耗的功率之比应等于通过的电流平方与电阻乘积之比=。规律总结分析闭合电路中的功率问题时应注意:(1)电流发生变化时,路端电压发生变化,比较与计算功率时不要忘记这一点。(2)利用当外电阻等于内阻时输出功率最大这一结论,必要时可将某一部分电阻视为电源的一部分,作等效电源处理。答案:(1)10(2)9498拓展链接2如图所示的电路中,电源的电动势为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.电源内部消耗的功率变大答案：B解析:开关S

16、1由位置1切换到位置2后,电路总电阻R减小,总电流I=增大,则电源内部消耗的功率Pr=I2r增大,选项B正确;路端电压U=E-Ir减小,因此电压表示数减小,选项A错误;电阻R2两端电压由U2=变为U2=U2,故电阻R2两端的电压变小,选项C错误;电源的效率=100%=100%,由于U减小,故减小,选项D错误。C.电阻R2两端的电压变大D.电源的效率变大【例4】如图所示,电源电动势为6V,当开关接通时,灯泡L1和L2都不亮,用电压表测得各部分电压分别为Uad=0,Uab=6V,Ucd=6V,由此可以判定()。命题研究四、电路故障分析A.L1和L2的灯丝都断了B.L1的灯丝断了C.L2的灯丝断了D

17、.变阻器R断路解析:由题给条件可知,电路中有的地方没有电压,由Uad=0,Uab=6V可知电路是断路,由Uab=6V,Ucd=6V可知,内电路与a、b之间没有断点,外电路中的a、b和c、d之间有断点,取其公共部分可知灯L2断路。由电灯L2两端电压不为零,可知灯L1与变阻器R是导通的,选项C正确。规律总结:故障分析的方法是:一般检测故障用电压表。如果电压表示数为零,说明电压表上无电流通过,可能在并联路段之外有断路,或并联路段有短路;如果电压表有示数,说明电压表有电流通过,则在并联路段之外无断路,或并联路段无短路。答案：C拓展链接3如图所示的电路中,由于某一电阻发生短路或断路,使A灯变暗,B灯变亮

18、,则故障可能是()。A.R1短路B.R2断路C.R3断路D.R4短路答案：BC解析:由于A灯串联于干路中,且故障发生后A灯变暗,可知电路中总电流变小,即电路总电阻变大,由此推知,故障应为某一电阻断路,排除选项A、D。若R2断路,R1和B灯所在支路的电压增大,而R2的断路又使B灯分配的电压增大,故B灯变亮,推理结果与现象相符,故选项B对;若R3断路,也必引起与之并联的支路(即R1所在支路)中电流增大,灯B中分得电流也变大,B灯变亮,故选项C也对。命题研究五、闭合电路的图象问题【例5】如图所示,电源由n个电动势均为1.5V,且内阻相同的电池串联组成,合上开关S,滑动变阻器的滑动触头C从A端滑至B端

19、的过程中,电路中的一些物理量的变化如图甲、乙、丙所示,电表、导线对电路的影响不计。求:(1)组成电源的串联电池的个数。(2)滑动变阻器总阻值。(3)将甲、乙两个图上的a、b、c各点的坐标补齐。(甲图为输出功率与路端电压关系曲线;乙图为路端电压与总电流关系曲线;丙图为电源效率与外电路电阻关系曲线)解析:(1)由题图乙可知Im=,所以r=0.5由题图甲可知Pm=,所以n=4。(2)由题图丙知=,当触头C滑到B端时,电源效率最高,r=nr=40.5=2,所以R=8。(3)当内、外电路的电阻相等时,电源的输出功率最大,有Pm=UI=4.5W,Im=得U=3V,即b的坐标为(3V,4.5W)。当滑动触头C到达B时,电流最小,而路端电压最大,则a点的横坐标I=0.6A,a点的纵坐标Ua=IR=0.68V=4.8V;c点的横坐标Uc=Ua=4.8V,功率Pc=UcI=4.80.6W=2.88W,c点的坐标为(4.8V,2.88W)。答案:(1)4(2)8(3)a(0.6A,4.8V),b(3V,4.5W),c(4.8V,2.88W)规律总结：图象问题的特点是题目的部分已知条件由图象呈现,因此看懂图象,由图象获取对解题有用的信息是关键。本题涉及关于闭合电路的三种图象,熟练掌握这三种图象的特点是解题的必要条件。按Esc键退出返回目录本课结束本课结束本课结束本课结束谢谢观看谢谢观看谢谢观看谢谢观看