2[1].7 闭合电路的欧姆定律 课件(人教版选修3-1)

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名称 2[1].7 闭合电路的欧姆定律 课件(人教版选修3-1)
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版本资源 人教版(新课程标准)
科目 物理
更新时间 2012-10-14 18:34:17

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(共41张PPT)
7 闭合电路的欧姆定律
1.闭合电路
内部
内电阻
内电压


(1)闭合电路的组成.
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________.在内电路中电流从______
极流向______极.
外部
路端电压


②外电路:电源___________ 的电路,其两端电压称为
____________.在外电路中电流从______极流向______极.
(2) 内、外电压的关系: _____________________________.
内、外电压之和等于电源电动势
2.闭合电路的欧姆定律
正比
反比
(1)内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成________,跟
内、外电路的电阻之和成________.
I=
E
R+r
纯电阻
(2)公式:____________;适用条件: 外电路为________
电路.
E=U 外+U 内
E=U 外+Ir
(3) 常用的变形公式:①E=________________ ; ②E=
___________________.
3.关于闭合电路,以下说法正确的是(
)
D
A.闭合电路中,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
解析:由闭合电路的欧姆定律
故 B 正确.
答案:B
知识点 1 闭合电路的欧姆定律
1.闭合电路、外电路和内电路(图 2-7-1)
图 2-7-1
(1)电源内部的电路叫______________ .内电路的电阻叫
__________ .当电路中有电流通过时,内电路两端的电压叫
__________,用 U 内表示.
内电路
内电阻
内电压
(2)电源外部的电路叫__________.外电路两端的电压习惯
上叫______________,用 U 外表示.
外电路
路端电压
(3)电动势 E、外电压 U 外与内电压 U 内三者之间的关系:
__________________.
E=U 外+U 内
2.闭合电路欧姆定律的推导
(1)外电路中电能转化成内能,E外=____________.
(2)内电路中电能转化成内能,E内=____________.
(3)非静电力做功为 W=EIt,根据能量守恒定律,有 W=E

+E 内,所以 EIt=______________ ,整理得 E=IR+Ir,即 I
=________________.
I2Rt
I2rt
E
R+r
I2Rt+I2rt
闭合电路的欧姆定律
(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 是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.
只适用于外电路为纯电阻的闭合回路.
(3)变形公式:E=U外+U内,E=U外+Ir.
(4)公式的适用范围.
① I=
E
R+r
② E=U 外+U内与 E=U 外+Ir 适用于任何闭合电路(即外
电路为纯电阻电路与非纯电阻电路均成立).
【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,故选项 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,故选项 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
【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I= ,
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
A 错.
答案:B
【例 2】如图 2-7-2 所示电路中,R1=R2=R3=1 Ω,电
压表内阻很大.当开关 S 断开时,电压表示数为 0.8 V,当开关
S 闭合时,电压表示数为 1 V,求电源的电动势与内阻.
图 2-7-2
【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即为电源电动势,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.
答案:B
知识点 2 路端电压与负载的关系
1.路端电压与负载

消耗电能
(1)路端电压 U:是______电路上总的电势降落.
(2)负载 R:电路中______________的元件.
可知:当 R_____时,U 增大,
2.路端电压与外电阻的关系
增大
减小
(1)根据 U=E-Ir、I=
E
R+r
当 R________时,U 减小.
(2)当外电路断开时,R=∞,I=______,U=________;
当电源两端短路时,R=0,I=________,U=________.(不允
许电源短路)
0
E
0
3.“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.”为什么会得出不同的结
论?究竟应如何理解外电压 U 与电流 I 的关系?
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 增大时,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 增大时,I 减小,
U 增大.
增大→Ir 增大→U 减小;当外电路短
1.路端电压与外电阻的关系
由 U=E-Ir,当外电阻 R 增大时→I=
E
R+r
减小→Ir 减小
→U 增大;当外电路断开时,R=∞,I=0,Ir=0,U=E;当
外电阻 R 减小时→I=
E
R+r
路时,R=0,I=
E
r
(称为短路电流),U=0.(由于通常的电源内
阻很小,短路时会形成很大的电流,这就是严禁把电源两极不
经负载直接相接的原因)
2.路端电压与电流的关系
(1)公式:U=E-Ir,路端电压随着电路中电流的增大而减
小.
(2)U-I 图象:一条倾斜的直线,如图 2-7-3 所示.
图 2-7-3
【例 3】(双选)图 2-7-4 所示的是两个闭合电路中两个电
)
源的 U-I 图象,下列说法中正确的是(
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 2-7-4
答案:AC
【触类旁通】
3.对闭合电路的说法中,错误的是(
)
A
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.外电路断开时,路端电压最大
D.外电路的电阻增大时,路端电压也增大
1.闭合回路中的几个功率及其关系
(1)电源的总功率:P总=EI=U外 I+U内 I=P出+P内.
(2)电源内部消耗的功率:P内=I2r=U内 I=P总-P出.
(3)电源的输出功率:P出=U外 I=EI-I2r=P总-P内.
图 2-7-5
②P出与 R 的关系如图 2-7-5 所示.
由上式得:R 越大,η越大;当 R=r 时,电源的输出功率
最大,而此时电源的效率为 50%.
【例 4】(双选)如图 2-7-6 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 2-7-6
图 2-7-7
=I R1,且 I=
解析:求 R2 的电功率时,可将 R1 视为电源内阻的一部分,
如图 2-7-7 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
2
E
R1+R2+r
可知,R2=0 时,R1 获得的电功率最大,
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 R1 和 r 具体数值未知,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
【触类旁通】
4.如图 2-7-8 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
图 2-7-8
D.滑动变阻器的阻值越小,电源内阻消耗的功率也越大
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,A、C 错误;滑动变阻器的阻值越大,I 减小,电源的总功
率 P总=EI 越小,B 错误.P内=I2r 随 I 增大而增大,D 正确.
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具体步骤如下:
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.
(2)闭合电路的动态分析常用方法:
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
能用 I=
U
R
进行分析,这时应根据总电压和部分电压的关系或
干路电流与各支路电流的关系进行判断.
【例 5】在如图 2-7-9 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
图 2-7-9
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
答案:B
思维总结: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.
【触类旁通】
5.如图 2-7-10 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 2-7-10
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=I2r 知
电源内阻消耗的功率变大,C 错误.
答案:A