2012《优化课堂》课件：物理粤教版选修3-1 第二章 第三节 研究闭合电路

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第三节　研究闭合电路
1．闭合电路：由内电路和外电路组成．
(1)内电路：电源________的电路，其电阻称为________，
内 电 阻 所 降 落 的 电 压 称 为 ________ ． 在内电路里电流从
________极流向________极．
(2) 外 电 路 ： 电 源 ________ 的 电 路 ， 其 两 端 电 压 称 为
________．在外电路中电流方向为从_______极流向_______极．
(3)内、外电压的关系：_____________________________.
内部
内电阻
内电压
负
正
外部
路端电压
正
负
内、外电压之和等于电源电动势
2．闭合电路的欧姆定律
(1)内容：闭合电路中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：____________.
(3)适用条件：外电路为________电路．
(4)常用的变形公式：E＝__________；E＝________.
正比
反比
纯电阻
U外＋U内
U外＋Ir
3．关于闭合电路，以下说法正确的是(　　)
D
A．电流总是从电势高的地方流向电势低的地方
B．闭合电路中，路端电压越大，内电压也越大
C．闭合电路中，电源的电动势等于外电路的路端电压
D．当外电路断开时，路端电压的大小等于电动势
4．电动势为 3 V 的电池，输出电流为 3 A，由此可知(　　)
A．内、外电阻相差 1 Ω
B．内、外电阻之和为 1 Ω
C．外电阻为 1 Ω
D．内电阻为 1 Ω
B
知识点 1 闭合电路欧姆定律的理解与应用
1．闭合电路欧姆定律的公式：I＝________.在闭合电路中
同一个电源的__________和______一般是不变的，但电源产生
的______则会随外电路电阻的变化而变化；外电路电阻变大，
电源产生的电流会________，外电路电阻变小，电源产生的电
流会________．
电动势
内阻
电流
减小
增大
2．如图 2－3－1 所示的电路，当开关 S 断开时，理想电压
表的读数为 3.0 V；当开关 S 闭合且变阻器电阻调到 4 Ω时，电
压表的读数为 2.4 V ．则电源的电动势 E ＝______，内阻 r ＝
________.
图 2－3－1
答案：3 V　1 Ω
1．闭合电路欧姆定律：闭合电路中的电流跟电源的电动势
成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比．
2．表达式：I＝
E
R＋r
.其中 R 为外电路的等效电阻，r 为内
电阻，E 为电源的电动势．E 表征电源把其他形式的能转化为
电能本领的物理量，数值上等于不接用电器时电源两极间的电
压．E、r 大小由电源确定．
3．变形式：E＝U 外＋U 内，E＝U 外＋Ir.
4．公式的适用范围
(1)I＝
E
R＋r
只适用于外电路为纯电阻的闭合回路．
(2)E＝U 外＋U 内与 E＝U 外＋Ir 适用于任何闭合电路．
【例 1】下列关于电源的说法，正确的是(　　)
A．电源向外提供的电能越多，表示电动势越大
B．电动势就是电源两端的电压
C．电源的电动势与外电路有关，外电路电阻越大，电动
势就越大
D．电动势越大的电源，将其他形式的能转化为电能的本
领越大
解析：电源向外提供的电能除与电动势有关之外，还与输
出的电流、通电时间有关，故 A 错误；只有当外电路断路时，
电动势才等于电源两端的电压，故 B 错误；电源的电动势由电
源自身的性质决定，与有无外电路无关，故选项 C 错误；电动
势是反映电源把其他形式能转化为电能本领的物理量，故选项
D 正确．
答案：D
题外拓展：(1)电动势和电压在数值上有时相等，但两者是
不同的概念．(2)当电路开路时，可以直接用电压表粗略地测出
电源的电动势．
【触类旁通】
1．关于闭合电路与电动势，下列说法正确的是(　　)
A．电源短路时，闭合电路电流为无限大
B．电源短路时，电源内电压等于电源电动势
C．电动势 E 的单位与电势、电势差的单位都是伏特，故
三者本质上一样
D．把电压表直接和电源连接时，电压表的示数总是等于
电源电动势
数值上才等于电源的电动势，D错．电源短路时电流为 ，A错．
解析：电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能的本
领大小的物理量，而电压是电场中两点间的电势差，电动势与
电压有着本质的区别，C 错．当电源开路时，两极间的电压在
E
r
答案：B
【例 2】如图 2－3－2 所示电路中，R1＝R2＝R3＝1 Ω，电
压表内阻很大．当 S 断开时，电压表示数为 0.8 V，当 S 闭合时，
电压表示数为 1 V，求电源的电动势与内阻．
图 2－3－2
【触类旁通】
2．某电池当外电路断开时的路端电压为 3 V，接上 8 Ω的
负载电阻后其路端电压变为为 2.4 V，则可以判定该电池的电动
势 E 和内电阻 r 为(　　)
A．E＝2.4 V，r＝1 Ω
C．E＝2.4 V，r＝2 Ω
B．E＝3.0 V，r＝2 Ω
D．E＝3.0 V，r＝1 Ω
解析：当电路断开时的路端电压等于电源电动势大小，即
E＝3 V．再由题意知，当 R＝8 Ω时，U 外＝2.4 V，即回路电流
为 I＝
2.4
8
A＝0.3 A．E＝U 内＋U 外＝U 外＋Ir，解得 r＝2 Ω.
B
知识点 2 路端电压的变化规律
1．闭合电路中外电路两端的电压叫________或_________；
根据 U＝E－Ir＝E－
Er
R＋r
可知：当外电阻 R 增大时，U______；
当外电阻 R 减小时，U________.
外电压
路端电压
增大
减小
2．“当外电路是纯电阻时，根据外电压 U＝IR(R 为外电路
的等效电阻)得出电流 I 越大，外电压 U 也越大；根据 U＝E－
Ir 得出电流 I 越大，外电压 U 越小”．为什么得出的结论不同？
究竟应如何理解外电压 U 与电流 I 的关系？
答案：当外电路是纯电阻时，外电压 U＝IR，但当 R 变化
时，I 也变化，且 R 增大，I 减小，所以不能用 U＝IR 来判断 U
的变化，而应根据 U＝IR＝E－Ir 来分析，即 R 增大，I 减小，
U 增大．
【例 3】(双选)如图 2－3－4 所示的是两个闭合电路中两个
电源的 U－I 图象，下列说法正确的是(　　)
A．电动势 E1＝E2，内阻 r1＜r2
B．电动势 E1＝E2，内阻 r1＞r2
C．电动势 E1＝E2，发生短路时的电流
I1＞I2
D．当两电源的工作电流变化相同时，电源 1 的路端电压
变化较大
图 2－3－4
答案：AC
【触类旁通】
3．对闭合电路的说法中，错误的是(　　)
A．电源短路时，路端电压等于电动势
B．电源短路时，路端电压为零
C．电源断路时，路端电压最大
D．外电路的电阻增大时，路端电压也增大
A
【例 4】(双选)如图 2－3－6 所示，R1 为定值电阻，R2 为可
变电阻，E 为电源电动势，r 为电源内阻，下列说法正确的是
(　　)
A．当 R2＝R1＋r 时，R2 上获得最大功率
B．当 R2＝R1＋r 时，R1 上获得最大功率
C．当 R2＝0 时，R1 上获得最大功率
D．当 R2＝0 时，电源的输出功率最大
图 2－3－6
解析：求 R2 的电功率时，可将 R1 视为电源内阻的一部分，
如图 2－3－7 所示．R2 的电功率是等效电源的输出功率，当
R2 ＝R1＋r 时，R2 获得的电功率最大，A 正确．而 R1 的电功率
P1 ＝I2R1，且
I＝
E
R1＋R2＋r
，可知，R2＝0 时，R1 获得的电功率
最大，故 B 错误，C 正确．在讨论电源的输出功率时，(R1＋R2)
为外电阻，内电阻 r 恒定，由于题目中没有
给出 R1 和 r 的具体数值，所以当 R2＝0 时，
电源的输出功率并不一定最大，D 错误．
答案：AC
图 2－3－7
【触类旁通】
4．如图 2－3－8 所示的闭合电路，电源内阻不为零，闭合
开关调节滑动变阻器的阻值，以下分析正确的是(　　)
A．滑动变阻器的阻值越大，电源的输出功率越大
B．滑动变阻器的阻值越大，电源的总功率越大
C．滑动变阻器的阻值越小，电源的输出
功率越大
D．滑动变阻器的阻值越小，电源内阻消
耗的功率也越大
图 2－3－8
解析：当滑动变阻器的阻值 R 与内阻 r 相等时，输出功率
最大，AC 错；滑动变阻器的阻值越大，I 越小，电源的总功率
P 总＝EI 越小，B 错．由 P 内＝I2r 知，P 内随 I 增大而增大，D 对．
答案：D
判断总电流的变化．
2．闭合电路的动态问题分析
(1)闭合电路的动态分析步骤．
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＝
E
R＋r
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．
姆定律I＝ 分析．讨论变化电阻R上的电压或电流变化时，不
能用I＝ 进行分析，这时应根据总电压和部分电压的关系或干
(2)闭合电路的动态分析方法．
①任一电阻增大(减小)，则电路的总电阻增大(减小)．
②任一电阻增大(减小)，则该电阻两端的电压一定会增大
(减小)，而通过该电阻的电流会减小(增大)．
③讨论定值电阻上的电压或电流变化时，可用部分电路欧
U
R
U
R
路电流与各支路电流的关系进行判断．
【例 5】在如图 2－3－9 所示电路中，当变阻器 R3 的滑片
P 向 b 端移动时(　　)
A．电压表示数变大，电流表示数变小
B．电压表示数变小，电流表示数变大
C．电压表示数变大，电流表示数变大
D．电压表示数变小，电流表示数变小
图 2－3－9
解析：当 R3 的滑片 P 向 b 端移动时，R 外↓→I↑→U 外＝
(E－Ir)↓，故电压表示数减小，R1 两端的电压 U1＝IR1↑，R2 两
端的电压 U2＝(U外－U1)减小，通过 R2 的电流 I2＝
U2
R2
减小，通
答案：B
总结：电路的动态分析应该先局部后整体，整体后再局部．
先局部是看由于局部的电阻变化而引起的总电阻的变化，然后
看整体的干路电流和路端电压的变化情况，结合它们的变化情
况再分析需要求解的物理量的变化．
过 R3 的电流 I3＝(I－I2)增大，故电流表示数增大，故 B 正确．
【触类旁通】
5．如图 2－3－10 所示的电路．在滑动触头由 a 端滑向 b
端的过程中，下列表述正确的是(　　)
A．路端电压变小
B．电流表的示数变大
C．电源内阻消耗的功率变小
D．电路的总电阻变大
图 2－3－10
解析：滑动触头由 a 到 b，R1 电阻值减小，总电阻变小，
总电流增大，内电压增大，路端电压减小，A 正确，D 错误．
再结合欧姆定律知电流表的示数变小，B 错误．由P 内＝I 2r 知
电源内阻消耗的功率变大，C 错误．
答案：A