1、第2节 闭合电路欧姆定律及其应用,-2-,知识梳理,考点自诊,一、电源的电动势和内阻 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 将其他形式的能转化为电能 的装置。 2.电动势 (1)定义:电动势在数值上等于非静电力把1 C的 正电荷 在电源内从 负极 移送到 正极 所做的功。,(3)物理意义:反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量。 3.内阻 电源内部也是由导体组成的,也有电阻,叫作电源的 内阻 ,它是电源的另一重要参数。,-3-,知识梳理,考点自诊,二、闭合电路欧姆定律 1.内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成 正比 ,跟内、外电路的电阻之和成
2、反比 。,3.特别提醒:闭合电路欧姆定律是根据能量的转化和守恒推导出来的,因此要注意各表达式的适用条件,如I= 只适用于纯电阻电路,而E=U外+U内适用于任何电路。,-4-,知识梳理,考点自诊,4.路端电压U与电流I的关系 (1)关系式:U= E-Ir 。 (2)U-I图象如图所示。当电路断路,即I=0时,纵坐标的截距为 电源电动势 。 当外电路电压U=0时,横坐标的截距为 短路电流 。 图线的斜率的绝对值为电源的 内阻 。,-5-,知识梳理,考点自诊,1.判断下列说法的正误。 (1)电动势是电源两极间的电压。( ) (2)当外电阻增大时,路端电压也增大。( ) (3)闭合电路中的短路电流无限
3、大。( ) (4)电动势的单位跟电压的单位一致,所以电动势就是电源两极间的电压。( ) (5)非静电力做的功越多,电动势就越大。( ) (6)在闭合电路中,外电阻越大,电源的输出功率越大。( ) (7)在某电池的电路中每通过2 C的电荷量,电池提供的电能是4 J,那么这处电池的电动势是0.5 V。( ) (8)电源的电动势越大,电源所能提供的电能就越多。( ),答案,-6-,知识梳理,考点自诊,2.(2018陕西西安名校联考) 某电路如图所示,已知电池组的总内阻r=1 ,外电路电阻R=5 ,理想电压表的示数U=3.0 V,则电池组的电动势E等于( )A.3.0 V B.3.6 V C.4.0
4、V D.4.2 V,答案,解析,-7-,知识梳理,考点自诊,3.一个电源接8 电阻时,通过电源的电流为0.15 A,接13 电阻时,通过电源的电流为0.10 A,则电源的电动势和内阻分别为( ) A.2 V 1.5 B.1.5 V 2 C.2 V 2 D.1.5 V 1.5 ,答案,解析,-8-,知识梳理,考点自诊,4.如图所示,关于闭合电路,下列说法正确的是( )A.电源正、负极被短路时,电流很大 B.电源正、负极被短路时,电压表示数最大 C.外电路断路时,电压表示数为零 D.外电路电阻增大时,电压表示数减小,答案,解析,-9-,命题点一,命题点二,命题点三,电路的动态分析,一、总电阻变化的
5、特点 (1)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)。 (2)若开关的通、断使串联的用电器增多时,电路的总电阻增大;若开关的通、断使并联的支路增多时,电路的总电阻减小。(3)在如图所示分压电路中,滑动变阻器可视为由两段电阻构成,其中一段R并与用电器并联,另一段R串与并联部分串联。A、B两端的总电阻与R串的变化趋势一致。,-10-,命题点一,命题点二,命题点三,二、电路动态分析的三种常用方法 1.程序法,-11-,命题点一,命题点二,命题点三,2.“串反并同”结论法 (1)所谓“串反”,即某一电阻增大时,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,反
6、之则增大。 (2)所谓“并同”,即某一电阻增大时,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,反之则减小。,3.极限法:因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将变阻器的滑片分别滑至两个极端,让电阻最大或电阻为零去讨论。,-12-,命题点一,命题点二,命题点三,三、比较动态电路中电表变化量的方法2.明确比较方法: 比较动态电路中电表变化量,就要弄清电表所测量的是纯电阻还是非纯电阻,弄清什么量变,什么量不变,然后根据伏安特性特点求解。像即学即练第2题,要看U和I之比的情况,就是看它们的比值是什么,就可判断结果。,-13-,命题点一,命题点二,命题点三,典例1在如图所示的电路中,R1
7、=20 ,R2=40 ,滑动变阻器R的阻值为0100 ,当滑动触头P由a向b滑动的过程中,灯泡L1、L2的亮度变化情况是( ) A.L1逐渐变亮,L2逐渐变暗 B.L1逐渐变暗,L2逐渐变亮 C.L1先变亮后变暗 D.L2先变暗后变亮,答案,解析,-14-,命题点一,命题点二,命题点三,本题考查学生基本电路模型构建、科学推理的核心素养。通过本题要进一步明确处理直流电路动态分析讨论问题常规思维过程是:首先对电路进行分析,然后从阻值变化的部分入手,由串、并联规律判断电路总电阻变化情况(若只有有效工作的一个电阻阻值变化,则不管它处于哪一支路,电路总电阻一定跟随该电阻变化规律而变),再由闭合电路欧姆定
8、律判断电路总电流、路端电压变化情况,最后再根据电路特点和电路中电压、电流分配原则判断各部分电流、电压、电功率的变化情况。同时还要明确此类问题的科学思维方法较多,一般有计算法、极限法、流程图分析法、电压源等效替代法、电流源等效替代法等。,-15-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 1.(多选)(2018广东华南三校联考)如图所示电路,电源内阻不能忽略,R1阻值小于变阻器的总电阻,初态滑片P位于变阻器的中点,P由中点向上移动到顶端的过程中( ) A.电源的内功率先减小后增大 B.电源的效率先减小后增大 C.电流表的示数先减小后增大 D.电压表的示数先增大后减小,答案,解析,-16-,命题点一
9、,命题点二,命题点三,2.(2018陕西咸阳下学期模拟)如图所示,电路中电源电动势为E,内阻为r,C为电容器,L为小灯泡,R为定值电阻,闭合开关,小灯泡能正常发光,现将滑动变阻器滑片向右滑动一段距离,滑动前后理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为U1、U2、U3,理想电流表A示数变化量的绝对值为I,则( ) A.电源的输出功率一定增大 B.灯泡亮度逐渐变暗D.当电路稳定后,断开开关,小灯泡立刻熄灭,答案,解析,-17-,命题点一,命题点二,命题点三,3.(多选)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均为定值电阻,R2为滑动变阻器。当R2的滑动触点在a端时闭合开
10、关S,此时四个由同样表头改装但量程不同的电表A1、A2和V1、 V2的示数分别为I1、I2和U1、U2,其中V1的内阻大于 V2的内阻。现将R2的滑动触点由a向b端移动,当移动到中点的过程中,则下列说法正确的是( ) A.电表A1、A2指针偏角一定相同 B.I1减小,I2增大,U1、U2均减小 C.V1、 V2指针偏角相同 D.U1大于U2,答案,解析,-18-,命题点一,命题点二,命题点三,电路中的功率及电源效 1.电源的功率,-19-,命题点一,命题点二,命题点三,2.纯电阻电路中,P出与外电阻R的关系(2)当Rr时,随着R的增大输出功率越来越小; (3)当Rr时,随着R的增大输出功率越来
11、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R1R2=r2; (5)P出与R的关系如图所示。,-20-,命题点一,命题点二,命题点三,-21-,命题点一,命题点二,命题点三,典例2(多选)如图所示,已知R1=R4= r=0.5 ,R2=6 ,R3的最大阻值为6 。在滑动变阻器R3的滑片P由N向M端滑动过程中,下列说法正确的是( )A.定值电阻R4的功率,电源的总功率均减小 B.电源的输出功率增大 C.滑动变阻器R3的功率先增大后减小 D.MN并联部分的功率先增大后减小,答案,解析,-22-,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨本题是关于电路功率分析问题,要弄清是
12、定值电阻还是可变电阻的最大功率,定值电阻的最大功率用 分析,可变电阻的最大功率可用等效电源法求解。本题考查学生的电源总功率、输出功率、输出最大功率、电源效率的物理观念以及如何应用这些观念进行模型构建、科学推理的核心素养。通过本题要进一步明确三点:一是等效的思维方法;二是解决最大功率问题时,要弄清是定值电阻还是可变电阻的最大功率,定值电阻的最大功率用 分析,可变电阻的最大功率用等效电源法求解;三是电源输出功率最大时,效率不是最大,只有50%。,-23-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 4.(多选)如图所示,电阻R1=1.5 ,R2=0.5 ,小灯 泡L上标有“3 V 1.5 W”字样,电
13、源内阻r=1 ,滑 动变阻器的最大阻值为R0(大小未知)。当触头P 滑动到最上端a时,电流表的读数为1 A,小灯泡L 恰好正常发光,则下列说法正确的是( ) A.当触头P滑动到最上端a时,滑动变阻器的最大阻值R0为6 B.当触头P滑动到最上端a时,流过小灯泡L的电流为1 A C.当触头P滑动到最下端b时,电源的总功率为12 W D.当触头P滑动到最下端b时,电源的输出功率为10 W,答案,解析,-24-,命题点一,命题点二,命题点三,5.如图,电路中三个电阻R1、R2和R3的阻值分别为R、2R和4R。当开关S1断开、S2闭合时,电源输出功率为P0;当S1闭合、S2断开时,电源输出功率也为P0。
14、根据以上信息,你认为下列结论正确的是( )B.该电源内阻为3R C.当S1、S2都断开时,电源的总功率为P0 D.当S1、S2都断开时,电源的总功率为2P0,答案,解析,-25-,命题点一,命题点二,命题点三,6.(多选)(2018海南物理卷)如图,三个电阻R1、R2、R3的阻值均为R,电源的内阻rR,c为滑动变阻器的中点。闭合开关后,将滑动变阻器的滑片由c点向a端滑动,下列说法正确的是( )A.R2消耗的功率变小 B.R3消耗的功率变大 C.电源输出的功率变大 D.电源内阻消耗的功率变大,答案,解析,-26-,命题点一,命题点二,命题点三,含电容器电路的分析 电容器是一个储存电能的元件,在直
15、流电路中,当电容器充、放电时,电路有充电、放电电流,一旦电路达到稳定状态,电容器在电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑电容器是理想不漏电的情况)的元件,在电容器处电路可看作是断路。分析和计算含有电容器的直流电路时,关键是准确地判断和求出电容器两端的电压,具体做法是: 1.确定电容器和哪个电阻并联,该电阻两端电压即为电容器两端电压。 2.当电容器和某一电阻串联后,任何电阻其阻值都应视为零。接在某一电路两端时,此电路两端电压即为电容器两端电压。 3.电路的电流、电压变化时,将会引起电容器的充放电。如果电容器两端电压升高,电容器将充电;如果电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电。电荷量的多少可根据
16、Q=CU计算。,-27-,命题点一,命题点二,命题点三,典例3(多选)(2019安徽江淮十校第一次联考)如图所示,电源电动势为E,内电阻为r,C为电容器,R0为定值电阻,电表均为理想电表,R为滑动变阻器,闭合开关后灯泡正常发光,当滑动变阻器的滑片P向右移动时,下列判断正确的是( ) A.电压表、电流表示数均变大,灯泡L将变暗 B.定值电阻R0中将有从右向左的电流 C.电压表示数改变量与电流表示数改变量之比不变 D.电源输出功率一定变小,答案,解析,-28-,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨本题总体是电路的动态分析问题,但涉及电容器电路。涉及电容器时,要明确稳定时,与电容器串联的电路没有电
17、流,相当于断路;当滑动变阻器的滑片向右移动时,要分析电容器电压变化,然后由Q=CU分析电荷量的变化。在静电场一章平行板电容器的电容物理观念形成的基础上,要进一步明确这一模型如何应用在电路中进行科学推理,解决实际问题。,-29-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 7.(2018安徽淮南二模)如图所示的电路中,R1是光敏电阻,其阻值随光照强度的增强而减小。R2、R3、R4是定值电阻,当开关S闭合且没有光照射时,电容器C不带电。当用强光照射R1且电路稳定时,与无光照射时比较,下列说法中正确的是( ) A.电容器C的下极板带负电 B.R2两端电压降低 C.R4两端电压降低 D.电源提供的总功率变
18、小,答案,解析,-30-,命题点一,命题点二,命题点三,8.(2018山西孝义名校模拟)如图所示的电路中,电源电动势E=8 V,内阻r=2 ,电阻R2=6 ,电容为1 F的平行板电容器水平放置且下极板接地。当滑动变阻器R1的滑片处于b端时,有一带电油滴位于板间正中央P点且恰好处于静止状态。下列说法正确的是( )A.此时P点电势为6 V B.电容器上极板所带电荷量为610-6 C C.若仅将电容器上极板缓慢上移少许,则P点电势不变 D.若仅将滑片P从b端向a端缓慢移动少许,则油滴将向下移动,答案,解析,-31-,命题点一,命题点二,命题点三,9.(多选)(2018江西抚州临川第一中学模拟)在如图
19、所示的电路中,R0为定值电阻,R为光敏电阻(光照减弱时阻值增大),C为电容器,现减弱对光敏电阻R光照的强度,下列说法正确的是 ( ) A.电流表的示数减小 B.电容器C的电荷量增大 C.电压表的示数变小 D.电源内部消耗的功率变大,答案,解析,-32-,两种U-I图象的综合应用 一、电源和电阻U-I图象的比较,-33-,-34-,二、利用两种图象解题的基本方法 利用电源的U-I图象和电阻的U-I图象解题,无论电阻的U-I图象是线性还是非线性,解决此类问题的基本方法是图解法,即把电源和电阻的U-I图线画在同一坐标系中,图线的交点即电阻的“工作点”,电阻的电压和电流可求,其他的量也可求。,-35-
20、,典例(多选)(原创改编)如图甲所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=100 ,R2阻值未知,R3为一滑动变阻器。当其滑片P从左端滑至右端时,测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化的图线如图乙所示,其中A、B两点是滑片P在变阻器的两个不同端点得到的。则下列说法正确的是( )A.该电源的电动势为20 V B.定值电阻R2的阻值为10 C.滑动变阻器的最大阻值为300 D.在滑动变阻器的滑片P从左端滑至右端过程中,该电源的最大输出功率为10 W,答案,解析,-36-,思维点拨解决本题时要明确: (1)电路的连接方式:R1、R3并联,然后与R2串联后接在电源上。 (2)弄清图线AB延长线与
21、坐标轴相交后的纵轴截距、横轴截距、A点、B点坐标及图象斜率的意义;特别是弄清斜率是某点切线的斜率还是该点和原点连线的斜率。在解决图象问题时往往需要搞清图象的物理意义和图象中所给的隐含条件,找出必要的信息,图象问题才可得到突破。在导体伏安特性曲线(非线性元件)中,某点与原点连线的斜率表示该点的电阻大小,而该点切线的斜率没有物理意义。在本题中闭合电路的伏安特性曲线中斜率表示内电阻。,-37-,即学即练 1.(多选)(2018浙江稽阳联谊学校4月联考)如图所示,图甲为一电动机,当滑动变阻器的触头从一端滑到另一端的 过程中,两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示,已知电流表读数在0.2 A以下
22、时,电动机没有发生转动,不考虑电表对电路的影响,以下判断正确的是( )A.电路中的电源电动势为3.4 V B.变阻器向右滑动时,V2读数逐渐减小 C.此电路中,电动机的最大输出功率为0.54 W D.变阻器的最大阻值为30 ,CD,-38-,解析:先确定图线与电压表示数对应的关系。再根据图线求出电源的电动势,并判断V2读数的变化情况。当I=0.3 A时,电动机输出功率最大。由电动机的总功率UI与发热功率I2R之差求解输出功率。变阻器的全部接入电路时,电路中电流最小。由欧姆定律求解变阻器的最大阻值。由电路图甲知,电压表V2测量路端电压,电流增大时,内电压增大,路端电压减小,所以最上面的图线表示V
23、2的电压与电流的关系。此图线的斜率大小等于电源的内阻,-39-,-40-,2.如图所示,直线、分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性曲线,曲线是一个小灯泡的U-I特性曲线,如果把该小灯泡先后分别与电源1和电源2单独连接时,则下列说法正确的是( )A.电源1和电源2的内阻之比是117 B.在这两种连接状态下,电源的效率之比是53 C.在这两种连接状态下,电源输出功率之比是12 D.在这两种连接状态下,小灯泡的电阻之比是12,答案,解析,-41-,3.(多选)(2018湖南株洲质检)某种小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示,三个完全相同的这种小灯泡连接成如图乙所示的电路,电源的内阻为1.0 。现闭合开关S,理想电压表V的示数为4.0 V,则( )A.三个灯泡的总电阻为8.3 B.电源的电动势为5.6 V C.电源消耗的热功率为3.0 W D.电源的效率为89.3%,答案,解析,
