13版高中物理《課時講練通》2.7閉合電路的歐姆定律（人教版選修3-1）

1、7 閉合電路的歐姆定律,1.通過閉合電路歐姆定律的理論推導(dǎo)過程，體驗(yàn)?zāi)芰哭D(zhuǎn)化和守恒定律在電路中的具體應(yīng)用，理解內(nèi)、外電路的能量轉(zhuǎn)化。2.理解內(nèi)、外電路的電勢降落，理解閉合電路的歐姆定律。3.會用閉合電路歐姆定律分析路端電壓與負(fù)載的關(guān)系，并能進(jìn)行相關(guān)的電路分析和計(jì)算。,重點(diǎn)：1.能理論推導(dǎo)閉合電路歐姆定律，并會應(yīng)用閉合電路 歐姆定律分析、計(jì)算有關(guān)電路問題。 2.理解路端電壓與負(fù)載的關(guān)系。難點(diǎn)：1.內(nèi)電路

2、的電阻、電勢降落的理解。 2.分析路端電壓隨負(fù)載變化的關(guān)系。,一、閉合電路的歐姆定律1.閉合電路的組成(1)外電路：_________的電路，在外電路中，沿電流方向電勢_____。(2)內(nèi)電路：_________的電路，在內(nèi)電路中，沿電流方向電勢_____。2.閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化根據(jù)能量守恒定律，_____________等于內(nèi)外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的總和。,電源外部,降低,電源內(nèi)部,升高,非靜電力

3、做功,3.閉合電路歐姆定律(1)內(nèi)容：閉合電路的電流跟電源的_______成正比，跟內(nèi)、外電路的_____之和成反比。(2)公式：I=_____。(3)適用范圍：_______電路。(4)常用的變形公式及適用范圍①公式：E= ________或U=_____。②適用范圍：任何閉合電路。,電動勢,電阻,純電阻,U外+U內(nèi),E-Ir,二、路端電壓與負(fù)載的關(guān)系(1)外電阻R增大 電流I_____ 路

4、端電壓U_____外電阻R增大到無限大(斷路) 電流I=__ 路端電壓U=__(2)外電阻R減小 電流I_____ 路端電壓U_____外電阻R=0(短路) 電流 路端電壓U=__,減小,增大,0,E,增大,減小,0,【判一判】(1)閉合電路中，沿電流方向電勢降低。( )(2)公式E=I(R+r)適用于任何電路。( )

5、(3)在閉合電路中，電源短路時，放電電流為無限大。( )(4)在閉合電路中，路端電壓隨外電阻的增大而增大。( ),提示：(1)在外電路中，沿電流方向電勢降低，在內(nèi)電路中，沿電流方向電勢升高，故(1)錯；(2)公式E=I(R+r)只適用于外電路為純電阻電路的閉合電路，故(2)錯；(3)電源短路時，由于電源內(nèi)阻較小，所以放電電流很大，但不是無限大，故(3)錯；(4)根據(jù) 和U=E-Ir知，路端電壓隨外電阻

6、的增大而增大，故(4)對。,閉合電路的歐姆定律1.探究閉合電路中電勢的變化(1)在外電路中，沿電流方向，電勢如何變化？為什么？提示：沿電流方向電勢降低。因?yàn)檎姾傻囊苿臃较蚓褪请娏鞣较?，在外電路中，正電荷受靜電力作用，從高電勢向低電勢運(yùn)動。(2)在內(nèi)電路中，沿電流方向，電勢如何變化？為什么？提示：沿電流方向電勢升高。因?yàn)殡娫磧?nèi)部，非靜電力將正電荷從電勢低處移到電勢高處。,2.探究閉合電路歐姆定律(1)結(jié)合下圖，根據(jù)能量轉(zhuǎn)化

7、與守恒定律推導(dǎo)純電阻電路的閉合電路歐姆定律。 提示：根據(jù)能量守恒定律，W=Q外+Q內(nèi),即EIt=I2Rt+I2rt,則有E=IR+Ir或者,EIt,內(nèi)能,I2Rt,I2rt,(2)電源的電動勢和內(nèi)外電路上的電壓關(guān)系是怎樣的？試推導(dǎo)此關(guān)系。提示：根據(jù)歐姆定律，外電路兩端的電勢降落U外=IR，習(xí)慣上稱為路端電壓，內(nèi)電路的電勢降落U內(nèi)=Ir，習(xí)慣上稱為內(nèi)電壓，代入E=IR+Ir，得E=U外+U內(nèi)，此式表明，電源的電動勢等于內(nèi)

8、外電路電勢降落之和。,【知識點(diǎn)撥】閉合電路歐姆定律三個表達(dá)式的適用條件(1)E=IR+Ir或者 的適用條件：外電路是純電阻電路。(2)E=U外+U內(nèi)或U=E-Ir對任何閉合電路都成立。,【規(guī)律方法】閉合電路中的電功率和電源的效率(1)電源的總功率：P=EI=(U+U′)I若外電路是純電阻電路，還有P=I2(R+r)= (2)電源內(nèi)部消耗的功率： P內(nèi)=I2r=U′I=(3)電源的輸出功率：P出=P總-P內(nèi)=

9、EI-I2r=UI若外電路為純電阻電路，還有P出=I2R。(4)電源的效率：,(最后一個等號只適用于純電阻電路)電源的輸出功率 ≤ 當(dāng)內(nèi)外電阻相等時，電源的輸出功率最大，為,【探究歸納】閉合電路的歐姆定律1.在外電路中，沿電流方向電勢降低。在內(nèi)電路中，沿電流方向電勢升高。2.三個表達(dá)式(1) E=IR+Ir。(2) (3) E=U外+U內(nèi)。,【典例1】(2012

10、83;西安高二檢測)如圖所示，電阻R1＝12 Ω，R2＝8 Ω，當(dāng)開關(guān)S斷開時，電流表A的示數(shù)為0.5 A；當(dāng)S閉合時，A的示數(shù)為0.75 A。試求：(1)電源的電動勢和內(nèi)電阻分別是多少?(2)S閉合時，電源的效率是多大？【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律列式求解。(2)利用電源效率的計(jì)算式求解。,【解析】(1)當(dāng)S斷開時，由閉合電路歐姆定律有：E=0.5(R1+R2+r)

11、 ①當(dāng)S閉合時，R2 被短路，同理有：E=0.75(R1+r) ②聯(lián)立①②并代入已知數(shù)據(jù)解得：E=12 V，r=4 Ω(2)S閉合時，電源的效率為：答案：(1)12 V 4 Ω (2)75%,【變式訓(xùn)練】當(dāng)外電路的電阻分別為8 Ω和2 Ω時，單位時間內(nèi)在外電路上產(chǎn)生的熱量正好相等，則該電源的內(nèi)電阻是( )A．1 Ω B．2 Ω

12、 C．4 Ω D．6 Ω【解析】選C。由 代入數(shù)據(jù)解得r＝4Ω， C正確。,路端電壓與負(fù)載的關(guān)系1.探究討論下列情況中路端電壓與外電阻的關(guān)系。(1)就某個電源來說，電動勢E和內(nèi)阻r是一定的，當(dāng)外電阻R增大時，路端電壓如何變化？ 當(dāng)外電阻R減小時，路端電壓又如何變化？【思路分析】本探究問題可按如下思路分析：外電阻變化→電流變化→內(nèi)電壓變化→路端電壓變化提示：當(dāng)外

13、電阻R增大時，根據(jù) 可知電流I減小，內(nèi)電壓U內(nèi)=Ir減小，由U=E-Ir知，路端電壓增大。同理當(dāng)外電阻R減小時，路端電壓減小。,(2)特殊地，當(dāng)外電阻減小到零，即外電路短路時，路端電壓、電路中的電流有何特點(diǎn)？ 當(dāng)外電阻增大到無窮大，即外電路斷路時，路端電壓又有何特點(diǎn)？提示：外電路短路時，R=0，U外=IR=0，此時E=Ir，則(短路電流)。由于r較小，故短路電流很大，容易燒毀電源。外電路斷路時，R=∞，根據(jù)

14、 可知電流I=0，則U內(nèi)=Ir=0，所以U=E。,2.如圖，以電路的電流為橫軸，路端電壓為縱軸，建立路端電壓U與電流I的U-I圖象，請思考，圖線與縱軸的交點(diǎn)表示的物理意義是什么？縱坐標(biāo)從零開始時，圖線與橫軸的交點(diǎn)表示的物理意義是什么？直線的斜率的絕對值表示的物理意義又是什么？提示：圖線與縱軸的交點(diǎn)表示電源的電動勢；圖線與橫軸的交點(diǎn)表示短路電流；圖線斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻，即,【規(guī)律方法】動態(tài)電路的分析方法—

15、—程序法基本思路是“局部→整體→局部”。分析步驟詳解如下：(1)明確局部電路變化時所引起的局部電路電阻的變化。(2)根據(jù)局部電阻的變化，確定電路的外電阻R外總?cè)绾巫兓?3)根據(jù)閉合電路歐姆定律 確定電路的總電流如何變化。,(4)由U內(nèi)=I總r，確定電源的內(nèi)電壓如何變化。(5)由U外=E-U內(nèi)，確定電源的外電壓如何變化。(6)由部分電路歐姆定律確定干路上某定值電阻兩端的電壓如何變化。(7)確定支路兩

16、端的電壓如何變化以及通過各支路的電流如何變化。,【探究歸納】路端電壓與負(fù)載的關(guān)系1.路端電壓隨著外電阻的增大而增大，隨著外電阻的減小而減小，但不呈線性變化。2.路端電壓與電流的關(guān)系式為U=E-Ir，其U-I圖線是一條傾斜的直線。,【典例2】(2011·北京高考)如圖所示電路，電源內(nèi)阻不可忽略。開關(guān)S閉合后，在變阻器R0的滑動端向下滑動的過程中 ( )

17、A.電壓表與電流表的示數(shù)都減小B.電壓表與電流表的示數(shù)都增大C.電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)減小D.電壓表的示數(shù)減小，電流表的示數(shù)增大,【思路點(diǎn)撥】解答本題時可按以下思路分析：局部電阻變化→總電阻變化→干路電流變化→內(nèi)壓降變化→路端電壓變化→各支路電壓、電流變化【解析】選A。在變阻器R0的滑動端向下滑動的過程中，滑動變阻器R0的電阻減小，電路總電阻減小，干路電流增大，內(nèi)壓降增加，路端電壓減小，電壓表的示數(shù)減小，同時，定值

18、電阻R1上的電壓也增加，使得定值電阻R2兩端電壓降低，導(dǎo)致電流表的示數(shù)減小，所以A正確。,【規(guī)律方法】動態(tài)電路分析的方法：極限法和口訣法(1)極限法：因變阻器的滑片滑動而引起的電路變化問題，可以將變阻器的滑片分別移動到兩個極端去討論，此時要注意是否出現(xiàn)極值情況，即變化是否為單調(diào)變化。,(2)口訣法：由該類型的題目可以總結(jié)出“并同串反”的實(shí)用技巧。所謂“并同”指，當(dāng)某一個電阻變大時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率隨

19、之增大；反之亦然。所謂“串反”指，當(dāng)某一個電阻變大時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率反而減??；反之亦然。,【變式訓(xùn)練】(2012·東營高二檢測)在如圖所示的電路中，R1=10 Ω，R2=20 Ω，滑動變阻器R的阻值為0～50 Ω，當(dāng)滑動觸頭P由a向b滑動的過程中，燈泡L的亮度變化情況是( )A.逐漸變亮 B.逐漸變暗C.先變亮后變暗

20、 D.先變暗后變亮,【解析】選B。燈泡的亮度由燈的實(shí)際功率大小決定。電燈燈絲電阻不變，研究通過燈絲電流的大小可知燈的亮度。當(dāng)滑動觸頭P由a向b滑動過程中，滑動變阻器連入電路部分的電阻增大，總電阻增大，總電流 減小，即流過燈泡的電流I1減小，燈泡的實(shí)際功率PL=I12RL減小，燈泡變暗，B正確。,【溫馨提示】閉合電路歐姆定律是本章的重點(diǎn)，它是理解電學(xué)實(shí)驗(yàn)測電源的電動勢和內(nèi)阻的基礎(chǔ)，同時，它涉及串并聯(lián)電路問題，

21、電壓、電流、功率的計(jì)算問題，綜合性強(qiáng)。,【典例】如圖所示的電路中，電池的電動勢E=9.0 V，內(nèi)電阻r=2.0 Ω，固定電阻R1=1.0 Ω，R2為可變電阻，其阻值在0～10 Ω范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，問：(1)取R2=________時，R1消耗的電功率最大；(2)取R2=________時，R2消耗的電功率最大，此時電源的效率為________。,【思路點(diǎn)撥】解答本題需要把握以下三點(diǎn)：(1)閉合電路歐姆定律的內(nèi)容及表達(dá)式。(2)閉

22、合電路中各種功率及電源效率的公式。(3)輸出功率達(dá)到最大值的條件。,【解析】R1是定值電阻，R1消耗的功率當(dāng)R2=0時，R1消耗的電功率最大。將R1等效為內(nèi)阻的一部分，則總內(nèi)阻為R1+r=3.0 Ω。當(dāng)R2=3.0 Ω時，R2消耗的功率最大，此時電路中的電流 電源的總功率 P總=EI=9.0×1.5 W=13.5 W，電源的輸出功率P出=I