4.1 闭合电路欧姆定律 课件(共34张PPT)

(共34张PPT)
4.1 闭合电路欧姆定律
第4章 闭合电路欧姆定律与科学用电
鲁科版 （2019版） 必修3
1
电动势
1.1 闭合回路
用导线把电源、用电器连成一个闭合电路
外电路:电源外部的用电器和导线构成外电路.
内电路:电源内部是内电路.
部分电路
r
E
R
K
外电阻R
内电阻r
1
电动势
1.2 电源
把其它形式的能转换成电能的装置。
区别：电容器
电源的两个重要物理量：
电动势E、内阻r
（一般认为它们是不变的）
1.3 电动势
①定义：在电源内部非静电力把单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功。
③意义：电动势是反映电源将其他形式的能转化为电能本领的物理量。
干电池 蓄电池 锂电池 太阳能电池板
闭合电路的电流方向：外电路：+到-；内电路：-到+
②符号：E 单位：伏特（V）
④标量，但是有方向，规定电源内部的电流方向，即电源的负极指向正极；
⑤大小：在数值上等于将单位正电荷在电源内部从负极移到正极非静电力所做的功；
1
电动势
⑥电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。
×
V
思考：当开关打开时，伏特表读数与电源电动势有什么关
系？当开关闭合时，两者还相等吗？
例如干电池电动势都是1.5 V，电动车蓄电池电动势有的是9 V，与体积大小无关．这两种电池的电动势不同，表明电池把化学能转化为电能的本领不同．
2
闭合电路欧姆定律
b
d
a
c
a
b
c
d
a
b
①电路中电势变化问题
2
闭合电路欧姆定律
U外= IR
U内= I r
E = U外 + U内
②电动势和内、外电压的关系
对纯电阻电路
E = I R + I r
③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
r
I 流过电源的电流；干路电流；
R 外电路的总电阻
2
闭合电路欧姆定律
1、 如图所示，电源电动势为6 V，内阻为1 Ω，R1＝5 Ω，R2＝10 Ω，滑动变阻器R3阻值变化范围为0～10 Ω，求:
(1)电路中的总电流范围;
**(2)流过电阻R2的电流范围；
并联
串联
6V，1Ω
3
路端电压和外电阻关系
3.1 路端电压
外电路的电势降落，即外电路路端的电压（电源路端的电压），符合：U
3.2 路端电压与电流的关系
U外用U表示，U内= I r
E = U外 + U内
3.2.1 表达式：U = E -Ir
3.2.3 图像：
I
U
O
3
路端电压和外电阻关系
3.2.3 （2）外电路短路时
3.2.3 （1）外电路断路时
特例：又叫“开路电压”
又叫“短路电流”，是一个电源的最大电流（符号：Imax）
I
U
0
开路电压
短路电流
斜率的绝对值等于内阻r
3
路端电压和外电阻关系
I
U
0
短路电流
斜率的绝对值等于内阻r
3.2.4 含义分析
开路电压
①纵截距 开路电压等于电动势
②横截距 短路电流
③斜率的绝对值 电源内阻r
④外电阻增大，电流I减小，路端电压增大；
外电阻减小，电流I增大，路端电压减小；
⑤某点的横坐标、纵坐标的乘积是电源的输出功率
（I，U）
2、如图所示为某一电源的U—I图象，由图可知(　　)
A．电源电动势为2 V
B．电源内阻为1/3Ω
C．电源短路时电流为6A
D．电路路端电压为1 V时，
电路中电流为5 A
E＝2V
△U
△I
不是短路电流
当U＝1 V时
AD
3
路端电压和外电阻关系
根据
电动势
短路电流
E1＝E2
I1＞I2
AD
3
路端电压和外电阻关系
3、 如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U—I图象，则下列说法中正确的是(　　)
A．电动势E1＝E2，短路电流I1>I2
B．电动势E1＝E2，内阻r1>r2
C．电动势E1>E2，内阻r1D．当两电源的工作电流变化量相同时,电源2的路端电压变化较大
3
路端电压和外电阻关系
3.3 路端电压与外电阻的关系
R
U
0
E
3
路端电压和外电阻关系
4、对于电动势和内阻确定的电源的路端电压，下列说法正确的是(I、U、R分别表示干路电流、路端电压和外电阻)(　　)
A．U随R的增大而减小 B．当R＝0时，U＝0
C．当电路断开时，I＝0，U＝0 D．当R增大时，U也会增大
R＝0
U＝0
R总＝∞
U＝E
BD
3
路端电压和外电阻关系
5、 如图，Ｒ1=14Ω,Ｒ2=9Ω,当开关处于位置1时,电流表读数I1=0.2A；当开关处于位置2时,电流表读数I2=0.3A求电源的电动势E和内电阻r。
1
A
R1
R2
2
E
r
E = 3V
r = 1Ω
3
路端电压和外电阻关系
6.如图所示为某电源的U-I图线,则下列结论正确的是(　　)
A.电源的电动势为6.0 V
B.电源的内阻为12 Ω
C.电流为0.2 A时的外电阻是18.0 Ω
D.电源的短路电流为0.5 A
A
4
闭合电路的动态分析
结论：外电阻增大，电流I减小，路端电压增大；
外电阻减小，电流I增大，路端电压减小；
A
V
串反并同
4
闭合电路的动态分析
串反并同
7. 如图所示的电路，闭合开关S后，a、b、c三盏灯均能发光，电源电动势E恒定且内阻r不可忽略。现将变阻器
R的滑片稍向上滑动一些，三盏灯亮度变化的情况是(　　)
A．a灯变亮，b灯和c灯变暗；
B．a灯和c灯变亮，b灯变暗；
C．a灯和c灯变暗，b灯变亮；
D．a灯和b灯变暗，c灯变亮；
B
问：S1闭合，a、b、c三灯亮度变化情况？
S1
d
4
闭合电路的动态分析
串反并同
8.如图所示电路,当滑动变阻器的滑片P向上移动时,判断电路中的电压表、电流表的示数如何变化
V1示数增大
V2示数增大
A示数减小
4
闭合电路的动态分析
串反并同
9、 如图所示，电源电动势为E，内电阻为r．当滑动变阻器的触片P从右端滑到左端时，发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为ΔU1和ΔU2，下列说法中正确的是 ( )
A.小灯泡L1、L3变暗，L2变亮
B.小灯泡L3变暗，L1、L2变亮
C.ΔU1<ΔU2
D.ΔU1>ΔU2
V2
V1
L1
L2
L3
P
B D
5
电源的功率问题
5.1 总功率
P总=E I
5.2 热功率
P热=I2 r
5.3 输出功率
方法1：P出=E I-I2 r
方法2：P出=I2 R
当R=r时，输出功率最大，为E2/4r;
5
电源功率问题
输出功率P出随外电阻R变化曲线
②当R>r时，随着R的增大输出功率减小。
③当R④某一输出功率(非最大值)可以有两个不同的外电阻R1和R2，且有r2＝R1·R2
①当R=r时，输出功率最大，为E2/4r;
5
电源功率问题
5.4 电源效率
结论：外电阻R越大，效率越大；（图像如图）
讨论：输出功率最大，效率一定最大吗？
R

0
1
5
电源功率问题
如图所示，R1＝8 Ω，电源的电动势E＝8 V，内阻r＝2 Ω.R2为变阻器，最大值是30 Ω ，问：
(1)要使R1得到最大的电功率，R2的取值多大？R1的最大功率多大？这时电源的效率是多少？
(2)要使变阻器获得的电功率最大，R2的值应是多大？这时R2的功率多大？
5
电源功率问题
练习：已知如图，E =6V，r =4Ω，R1=2Ω，R2的变化范围是0－10Ω。求：
①电源的最大输出功率；
②R1上消耗的最大功率；
③R2上消耗的最大功率。
E r
R2
R1
① 2.25W；② 2W；③ 1.5W。
5
电源功率问题
练习:直线OAC为某一直流电源的总功率P总随电流I变化的图线,抛物线OBC为同一直流电源内部热功率Pr随电流I变化的图线,若A、B对应的横坐标为2A,那么线段AB表示的功率为 W, I=2A对应的外电阻是 Ω.
P/W
I/A
O
1
2
3
A
B
C
9
6
含电容器电路
10、如图所示，电源电动势E=12伏，内阻r=1 Ω ，电阻R1=3 Ω ，R2=2 Ω ，R3=5 Ω ，电容器的电容量C1=4μF,C2=1μF,求C1、C2所带电量。
Q1=1.6×10-5C
Q2=10-5C
6
含电容器电路
11、已知如图，电源内阻不计。为使电容器的带电量增大，可采取以下那些方法：（ ）
A.增大R1
B.增大R2
C.增大R3
D.减小R1
R1 R3
R2
E
C
A B B
C C C
R1
R2
R3
CD
7
故障分析
电路故障的原因分析
1 、断路的特点
电流为零，断点的同侧无电势差，若只有一个断点，断点的两端有电势差
造成的结果
电路中的总电阻增大，干路上的电流减小，与其并联的用电器两端的电压增大
7
故障分析
短路的特点
被短路的用电器两端无电压，用电器无电流流过
电路中总电阻减小，干路电流增大，被短路用电器不工作，与其串联的用电器两端电压增大
造成的结果
7
故障分析
1、如图所示的电路中，闭合电键，灯L1、L2正常发光，由于电路出现故障，突然发现灯L1变亮，灯L2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是：（ ）
A、R1断路
B、R2断路
C、R3短路
D、R4短路
A
7
故障分析
2、如图所示的电路中，闭合电键k后，灯a和b都正常发光， 后来由于某种故障使灯b突然变亮，电压表读数增加，由此推 断这故障可能是 （ ）
A．a灯灯丝烧断
B．电阻R2断
C．电阻R2短路
D．电容被击穿短路
B
总电流与外电阻的关系
路端电压与总电流的关系
路端电压与外电阻的关系
三个常用公式
8
小结
电源的总功率
电源的热功率
电源的输出功率
电源的效率
电动机的输入功率
电动机的热功率
电动机的输出功率
◆闭合电路的动态分析
◆闭合电路的含电容器电路
◆闭合电路的故障分析
8
小结