闭合电路欧姆定律及其应用.ppt
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1、一、闭合电路及其能量转化一、闭合电路及其能量转化闭合电路?闭合电路?外电路外电路:电源外部的用电器和导线构成外电路电源外部的用电器和导线构成外电路.内电路内电路:电源内部是内电路电源内部是内电路.闭合闭合电路电路部分部分电路电路rERK内内电路电路外外电路电路用导线把用导线把电源、用电器电源、用电器连成一个闭合电路。连成一个闭合电路。闭合电路闭合电路 在在外电路外电路中,在中,在电场力作用下电场力作用下电流方向由正极流向负电流方向由正极流向负极,极,在在内电路内电路中,即在电源中,即在电源内内部,通过部,通过非静电力非静电力做功使正做功使正电荷由负极移到正极,所以电流方向为电荷由负极移到正极,
2、所以电流方向为负极流向正极负极流向正极。闭合回路的电流方向闭合回路的电流方向?内内电路与电路与外外电路中的总电流是电路中的总电流是相同相同的的电荷守恒电荷守恒abcd回顾回顾:1 1、电源、电源?:2、电源有两个重要的参数电源有两个重要的参数:电动势电动势E和内电阻和内电阻r意义?意义?把其它形式的能转换成电能的装置。把其它形式的能转换成电能的装置。E=电动势在数值上等于?电动势在数值上等于?W=Eq=ItE电动势电动势E:E:反映电源把反映电源把其它形式的能其它形式的能转化为转化为电能电能本领本领的大小,的大小,数值上数值上等于非静电力把等于非静电力把1C1C的正电的正电荷在电源内部从负极移
3、送到正极荷在电源内部从负极移送到正极所做的功所做的功-转化转化的电能的电能电路(电源)工作时转化(提供)的电路(电源)工作时转化(提供)的总电能总电能为为EqEq=ItEItE电源电源电源电源是一种把其它形式能转化为电能是一种把其它形式能转化为电能的装置的装置电源在电路中的作用电源在电路中的作用:将其它形式的:将其它形式的能转变为电能;保持导体两端有持续能转变为电能;保持导体两端有持续的电压。的电压。问题?:问题?:闭合电路工作时,电路中的能量闭合电路工作时,电路中的能量是是如何转化的?如何转化的?电源提供的电能是如何电源提供的电能是如何在闭合电路中在闭合电路中分配的呢?由此发现哪些分配的呢?
4、由此发现哪些问题?问题?电路工作时,电源提供的电路工作时,电源提供的总电能一部分总电能一部分被被外外电路电路(用电设备不一定为电阻用电设备不一定为电阻)的消耗,)的消耗,一部分被一部分被内电路(电阻)内电路(电阻)消耗,总能量是消耗,总能量是守恒的。即守恒的。即电源转化的总电能(电源转化的总电能(qE)被内被内外电路消耗掉。外电路消耗掉。qE=qU+I2rtE E电电总总=E=E外外耗耗+E+E内内耗耗E E电电总总=W=W外电功外电功+Q+Q内电热内电热ItE=tIU+I2rtItE=tIU+I2rt 能量守恒IE=IU+I2r P总=P外电+P内热E=U+Ir E=U外耗+U内耗电动势电势
5、差数量关系对对所有电路所有电路都适用都适用E E=U U+IrIr E=U E=U外外+U+U内内 电源电源内内耗耗电压电压与提与提供供的的电压电压(路端电压)(路端电压)和和等于其等于其电动势电动势bdacababcd思考:思考:电路中的电势变化情况电路中的电势变化情况?(1 1)在)在外电路外电路中,中,正电荷正电荷受静电力作用,从高电势受静电力作用,从高电势向低电势运动。故向低电势运动。故沿电流沿电流方向电势降低方向电势降低。(2 2)在)在内电路内电路中,中,一方面一方面,由于,由于存在内阻,沿电流方向电势也降低;存在内阻,沿电流方向电势也降低;另一方面另一方面,由于非静电力,由于非静
6、电力把正电荷把正电荷从电势低处移到电势高处,从电势低处移到电势高处,沿电流沿电流方向存在电势方向存在电势“跃升跃升”E-E-IrIr电动势与电势差的电动势与电势差的区别区别 物理意义不同物理意义不同 电动势电动势:W W表示电源搬运电荷(表示电源搬运电荷(内部内部)非静电力做)非静电力做的的正正功,功,电动势电动势搬运单位电荷非静电力做的搬运单位电荷非静电力做的正正功(消耗其他能转化为电能)功(消耗其他能转化为电能)反映电源把反映电源把其它形式能转化为电能其它形式能转化为电能的本领。的本领。电势差电势差:W W表示正电荷在电场力作用下从一点移表示正电荷在电场力作用下从一点移到另一点所做的功,(
7、消耗的电能)到另一点所做的功,(消耗的电能)电势差表示移动单位正电荷消耗的电能。反映把电势差表示移动单位正电荷消耗的电能。反映把电能转化为其它形式能的本领电能转化为其它形式能的本领。电动势表征电源的性质,电势差表征电场的性质。电动势表征电源的性质,电势差表征电场的性质。从电路工作的情况看,电源提供的电能从电路工作的情况看,电源提供的电能(消耗的其他能)通过电场力做功消耗掉,(消耗的其他能)通过电场力做功消耗掉,转化为另外的能量。总能量是守恒的。因转化为另外的能量。总能量是守恒的。因此两者在此两者在数量数量上有联系:上有联系:电源转化的总电电源转化的总电能(能(qE)被内外电路消耗掉被内外电路消
8、耗掉电动势与电势差的电动势与电势差的联系联系E=U+Ir E=U外耗+U内耗讨论路端电压与电源电流的关系讨论路端电压与电源电流的关系 外电路两端的电压叫路端电压外电路两端的电压叫路端电压 电流减小,路端电压增电流减小,路端电压增大大 电流增大,路端电压减电流增大,路端电压减小小路端电压路端电压:对给定的电源,对给定的电源,E E、r r均为定值,均为定值,外电阻变化时,电路中的电流如外电阻变化时,电路中的电流如何变化?路端电压如何变化何变化?路端电压如何变化总总内内外外局部局部思路思路局部局部电路的二种特殊情况电路的二种特殊情况1)外电路断开时:)外电路断开时:R,I=0,U内内=0,U外外=
9、)电源两端短路时:)电源两端短路时:R0,I=/r,U内内=,U=0即断路时,路端电压等于电源电动势即断路时,路端电压等于电源电动势短路电流很大,不允许将电源两端用导线短路电流很大,不允许将电源两端用导线直接连接在一起直接连接在一起三、路端电路与负载的关系三、路端电路与负载的关系外外?、两个特例:、两个特例:(2 2)外电路短路时)外电路短路时(1 1)外电路断路时)外电路断路时、电电源源的的外外特特性性曲曲线线路路端端电电压压U U 随随电电流流I I 变化的图象变化的图象 (1 1)图象的函数表达:)图象的函数表达:UUI I图象图象 I/AI/AU/VU/V(0 0,E E)(E/rE/
10、r,0 0)0 0断断路路I I=0,U=E短短路路R=0,I I=E/r(2 2)图象的物理意义)图象的物理意义 在在纵轴上的截距纵轴上的截距表示电源的表示电源的电动势电动势E E 在在横轴上的截距横轴上的截距表示电源的表示电源的短路电流短路电流图象图象斜率斜率的绝的绝对值表示对值表示电源的电源的内阻内阻,内阻越大,内阻越大,图线倾斜得越厉图线倾斜得越厉害害I/AI/AU/VU/V(0,E0,E)0 0 电源作用电源作用提供电压提供电压,提供的最大电压由,提供的最大电压由电源本身的性质电源本身的性质-电动势决定。(另一电动势决定。(另一种表现)种表现)电源的电源的电动势电动势等于电源没有等于
11、电源没有接入电路时两极接入电路时两极间间的电压(电动势等于电源的的电压(电动势等于电源的开路电压开路电压-电源电源两端接理想电压表时两端接理想电压表时读数读数。(。(数量关系本质不数量关系本质不同同)实验时电压表直接接在电源两端测量可实验时电压表直接接在电源两端测量可粗测粗测电动势电动势E=U+Ir E=U外耗+U内耗 I=0规律:规律:闭合电路中的闭合电路中的电流电流跟电源的跟电源的电动势电动势成成正正比,跟内、外电路的比,跟内、外电路的电阻之和电阻之和成成反反比比思考:思考:对纯电阻电路,能量守恒如何对纯电阻电路,能量守恒如何体现?体现?闭合电路欧姆定律闭合电路欧姆定律IE=IU+I2r
12、P总=P外电+P内热特别:IE=I2R+I2r P总=P外热+P内热纯电阻纯电阻闭合电路电流的闭合电路电流的宏观宏观决定决定说明:说明:闭合电路欧姆定律闭合电路欧姆定律:1 1、是外电路上总的电势降落,习惯是外电路上总的电势降落,习惯上叫上叫路端电压路端电压.2 2、是内电路上的电势降落,习惯是内电路上的电势降落,习惯上叫上叫内电压内电压.3、数量上数量上可认为内外电阻可认为内外电阻串联分串联分电源的电源的电动势电动势闭合电路欧姆定律闭合电路欧姆定律的的理解和应用理解和应用复习提问?复习提问?1.闭合电路工作时闭合电路工作时能量能量如何转化?能量如何转化?能量守恒守恒如何如何体现体现?2.2.
13、闭合电路欧姆定律闭合电路欧姆定律内容内容如何?适用如何?适用条件条件如何?它是如何如何?它是如何体现体现能的转化和能的转化和守恒守恒定律的?定律的?规律:规律:闭合电路工作时,电源转化的闭合电路工作时,电源转化的总电能总电能qE(ItEqE(ItE)一部分被外电路(一部分被外电路(任何用电设备任何用电设备)消耗为)消耗为qU(ItUqU(ItU),一部分被内电路(电阻)消耗为,一部分被内电路(电阻)消耗为I I2 2rt(rt(电热)电热)总能量是守恒的。总能量是守恒的。ItE=tIU+I2rtIE=IU+I2rE=U+IrU=E-IrI=(E-U)/r闭合电路欧姆定律闭合电路欧姆定律:表现表
14、现-数量上数量上内外电阻内外电阻串串联联分分电源的电源的电动势电动势IE=IU+I2r特殊纯电阻纯电阻=I2R+I2r纯电阻纯电阻本质能量守恒体验:1.一电源电动势为E,内阻为r,与一电阻组成闭合电路,测得电路中的电流为I,该阻值为A AI I与与R R形成形成一一对应,一一对应,通过测通过测I I可测可测R R体验:体验:2.2.一电源电动势为一电源电动势为E E,内阻为,内阻为r,r,与一直流电动机(电阻为与一直流电动机(电阻为R R)组成闭)组成闭合电路,电动机合电路,电动机正常工作正常工作时测得电时测得电动机两端的电压为动机两端的电压为U,U,该电路中电流该电路中电流为为A.U/RB.
15、(E-U)/rB.C.E/(R+r)D.(E-U)/R对于电动机:对于电动机:IEIE=IUIU+I I2 2r r ,IUIU=I=I2 2R+PR+P机械机械E=E=IrIr+IR+IR+P P机机/I/IB讨论路端电压与负载电阻的关系讨论路端电压与负载电阻的关系电路动态变化电路动态变化探究:探究:3.3.如图的电路,电源如图的电路,电源E E、r r均为定值,外电阻均为定值,外电阻R R变化时,变化时,电路电路中的电流中的电流(A(A表读数)如何变化?表读数)如何变化?路端电压路端电压(V V表读数)如何变化?表读数)如何变化?注意思路注意思路局部局部局部整体实验验证实验验证U=E-Ir
16、路端电压U与外电阻R的关系(纯电阻)路端电压U与电流I的关系-任何电路ORUEOIUEI短P P出出斜率的负值负值为内阻-k=r化曲为直1/u1/R1/EK=r/E尝试:尝试:如图所示的电路中,当滑动变阻器如图所示的电路中,当滑动变阻器的触点向右动时,各电流表、电压表示数的触点向右动时,各电流表、电压表示数如何变化?如何变化?极限思维极限思维闭合电路工作闭合电路工作规律:规律:闭合电路工作时,电源转化的闭合电路工作时,电源转化的总电能总电能qE(ItEqE(ItE)被外电路消耗被外电路消耗qU(ItUqU(ItU),被内电路(电阻),被内电路(电阻)消耗消耗I I2 2rt(rt(电热)电热)
17、总能量是守恒的。总能量是守恒的。ItE=tIU+I2rtIE=IU+I2rE=U+IrU=E-Ir I=(E-U)/r特别地特别地纯电阻纯电阻:U=IR U=IR(电功等于电热)(电功等于电热)E E=IRIR+IrIr,(R R与与r r串分串分E)E)I=E/(I=E/(R+rR+r)注意上述公式的注意上述公式的逻辑逻辑关系关系电源外压内压测量电源外压内压测量U1+U2=E总结:纯电阻电路分析处理的思路方法采用电流流向法采用电流流向法弄清电路结构,弄清电路结构,采用采用部分部分-整体整体-部分部分逻辑推理法:逻辑推理法:并并 分分串串 分分极限极限思维思维极限思维法:极限思维法:变化变化单
18、调单调时,可让时,可让自变量增大至无穷大(自变量增大至无穷大(断路断路),),减小至无穷小(减小至无穷小(短路短路),分析出),分析出因变量的变化。因变量的变化。B体验:体验:在如图所示的电路中,在如图所示的电路中,R R1 1=10=10,R R2 2=20=20,滑动变阻器滑动变阻器R R 的阻值为的阻值为0-50 0-50,当滑动当滑动触头触头P P 由由a a向向b b滑动的过程中,灯泡滑动的过程中,灯泡L L的亮度变的亮度变化情况是(化情况是()A.A.逐渐变亮逐渐变亮B.B.逐渐变暗逐渐变暗C.C.先变亮后变暗先变亮后变暗D.D.先变暗后变亮先变暗后变亮电路动态分析处理电路动态分析
19、处理电路动态分析处理体验:电动势为电动势为E E、内阻为、内阻为r r的电源与定值电的电源与定值电阻阻R1R1、R2R2及滑动变阻器及滑动变阻器R R连接成如图连接成如图3 3所示的所示的电路,当滑动变阻器的触头由电路,当滑动变阻器的触头由a a滑向滑向b b端时,端时,下列说法正确的是下列说法正确的是A A 读数增大,读数增大,读数减小读数减小B B 读数读数增大增大,读数均读数均增大增大C C 读数变化与读数变化与 读数变化之比是恒定的读数变化之比是恒定的D D 读数与读数与 读数之比读数之比是恒定的是恒定的A1V1A2VA1V1A1A2VAA2V1注意:电压变化与电流变注意:电压变化与电
20、流变化的比值的物理意义化的比值的物理意义ACAC探究:探究:(0909广东)广东)如图如图7 7所示,电动势为所示,电动势为E E、内阻不计内阻不计的电源与三个灯泡和三个的电源与三个灯泡和三个电阻相接。只合上开关电阻相接。只合上开关S1S1,三个灯泡,三个灯泡都能正常工作。如果再合上都能正常工作。如果再合上S2S2,则下,则下列表述正确的是列表述正确的是A A电源电源输出功率输出功率减小减小B BL1L1上消耗的功率增大上消耗的功率增大C C通过通过R1R1上的电流增大上的电流增大D D通过通过R3R3上的电流增大上的电流增大C开关改变电路结构开关改变电路结构电源输出功率电源输出功率四、闭合电
21、路中的功率四、闭合电路中的功率由于闭合电路中内、外电路的由于闭合电路中内、外电路的电流相等电流相等,能量守恒:电源的电源的功率功率:提供的提供的总电总电功率功率):):电源的电源的输出输出功率(功率(外外电电路路得到得到的功的功率)率)电源消耗电源消耗的的电电功率功率PIR=rR=r时,电源的输出功率时,电源的输出功率最大最大电源的输出功率电源的输出功率P任何电路任何电路纯电阻电路纯电阻电路0RPrPMU=E-Ir也可从路端电压与电流的关系图线看出OIUEI短P P出出斜率的斜率的负值负值为内阻为内阻 -k=r-k=r截距为电动势E坐标点与两轴包围的面积为电源输出的瞬时功率P出由几何有:由几何
22、有:I=II=I短短/2/2时内接矩形时内接矩形面积最大面积最大体验:体验:如图的电路电源如图的电路电源E E=6V=6V,r r=4=4,R R1 1=2=2,R R2 2的变化范围是的变化范围是0 01010,在,在R R2 2从从0 0变化到变化到1010时,下列判断正确的有(时,下列判断正确的有()A.A.当电源的输出电压最大时,电源的输出功率当电源的输出电压最大时,电源的输出功率最大最大 B.B.当电源的输出电流最大时,电源的输出功率当电源的输出电流最大时,电源的输出功率最大最大 C.C.当当R R2 2=6=6时时R R2 2消耗消耗 功率最大功率最大 D.D.当当R R2 2=0
23、=0时,时,R R1 1消耗消耗 功率最大功率最大 E rR2R1电源的效率电源的效率.r2r3rOR100%.50%33.3%66.7%电源电动势的测量方法电源电动势的测量方法RE,rVK2K1A探究:探究:1.k11.k1闭合闭合k2k2断开,断开,V V表的表的读数能否测电动势?读数能否测电动势?粗测粗测电动势电动势2.k1 k2k1 k2均闭合,改变均闭合,改变R,R,测出多组测出多组UIUI值,能否测值,能否测电源电动势和内阻?电源电动势和内阻?RE,rVK2K1A=?=?可测可测E E和和r,r,为减小数据处理的为减小数据处理的偶然偶然误差,误差,必须采用必须采用图像图像法法测电池
24、电动势和内阻测电池电动势和内阻A .图图1 1rKR.V01.51.00.80.40.60.21.11.21.31.4UI不考虑不考虑法法1 1:伏安法原理:伏安法原理:A .图图2 2rKR.V图图2 2由于由于A A表分压表分压带来误差带来误差U=E-Ir电路的电路的选择选择测测干干电池一定用电池一定用图图1 1图图1 1由于由于V V表分流表分流带来误差带来误差测测水果水果电池用电池用图图2 2图2A .图2rKR.V图2体验:体验:在在“用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻”的实验中,提供的器材有:的实验中,提供的器材有:A A干电池一节干电池一
25、节 B B流流表(量程表(量程0.6A0.6A)C C电压表(量程电压表(量程3V3V)D.D.电键电键S S和若和若干导线干导线E.E.滑线变阻器滑线变阻器R R1(1(最大阻值最大阻值2020,允许最大电流,允许最大电流2A)2A),F.F.滑线变阻器滑线变阻器R2(R2(最大阻值最大阻值300300,允许最大电流,允许最大电流0.5A)0.5A),G.G.滑线变阻器滑线变阻器R R3(3(最大阻值最大阻值10001000,允许最大,允许最大电流电流0.1A)0.1A)(1).(1).按如图所示电路测量干电池按如图所示电路测量干电池的电动势和内阻的电动势和内阻,滑线变阻器应滑线变阻器应选选
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- 闭合电路 欧姆定律 及其 应用
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