鲁科版物理选修3- 1 4.1 闭合电路欧姆定律 课件 （共46张PPT）

课件46张PPT。第1节 闭合电路欧姆定律一、电源电动势及内电阻
1．电源：通过________做功把其它形式的能转化为电能的装置．
2．电动势：在电源内部非静电力把1 C ______由____移到_____所做的功，即
3．内电阻：电源内部导体的电阻．
新知梳理非静电力正电荷负极正极．二、闭合电路的欧姆定律
1．内、外电路
(1)概念：内电路是电源内部电路，外电路是电源外部电路．
(2)特点：外电路中电流由电源____流向____，沿电流方向电势____，内电路中电流由电源____流向____，沿电流方向电势____．
2．闭合电路的能量转化
非静电力做功等于内、外电路电能转化为其他形式能的总和，即：EIt＝________.
正极负极负极降低正极升高UIt＋I2rt3．闭合电路的欧姆定律
(1)内容：流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成____，跟电路中内、外电阻之和成____．
(2)公式：I＝ ①
或E＝_______ ②
或E＝_____ ③
(3)适用条件：①、②适于外电路为_______电路，③适于一切电路．
正比反比I(R＋r) U＋Ir 纯电阻三、路端电压与负载的关系
1．路端电压与电流的关系：U＝_____，物理意义表示路端电压随_______的变化关系．
2．U－I图象如图4－1－1所示，图4－1－1图象能反映的信息有
(1)横轴上截距[坐标原点为(0,0)时]：表示_________．
(2)纵轴上截距：表示______．
(3)斜率的绝对值：表示_______．E－Ir干路电流短路电流电动势内电阻3．路端电压与R的关系
(1)当外电阻R增大时，电流I减小，内电压Ir减小，路端电压____．
(2)当外电阻R减小时，电流I增大，内电压Ir增大，路端电压____．
(3)两个特例：
外电路断开时，R→∞，I＝__，U＝__，据此特点可测电源电动势．
外电路短路时，R＝0，I＝__，U＝__，据此特点可以理解不允许将电源两端用导线直接连接的原因．
增大减小0E∞0电动势与电压的区别及联系
1．下面对电源电动势概念的认识正确的是 (　　)
A．电源电动势等于电源两极间的电压
B．在闭合电路中，电动势等于内、外电压之和
C．电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领，电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势就越大
D．电动势、电压和电势差虽名称不同，但物理意义相同，所以单位也相同
解析：电源电动势等于电源开路时正、负极间的电压，若电路闭合时由于存在内电压，此时电源两极间的电压小于电源电动势，故A项错．电源电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量，即在电路中通过一定电量时，电源提供的电能越多，电动势就越大，并不是电源把其他形式能转化为电能越多，电动势就越大，因为转化的能量除与电动势有关外，还与所经历的时间、用电情况有关，故C项错．电动势和电势差意义不同，电势差是表示电能转化为其他形式能的本领的物理量，故D项错．
答案：B
路端电压与U－I图象
1．路端电压
U＝E－Ir
对于一个电源，其路端电压随电路中电流的增大而减小，随电流的减小而增大．
2．U－I图象(如图4－1－2所示)
图4－1－2(注：图象的横坐标与纵坐标均从零开始)
(1)电源的U－I图象是一条倾斜的直线．
(2)图线与纵轴的交点表示电源电动势E.
(3)图线与横轴的交点表示短路电流I0.
(4)图线斜率的绝对值表示电源内阻．
温馨提示：图象的纵坐标不从零开始时，图线与纵轴的交点仍表示电源电动势E，但图线与横轴的交点不表示短路电流．
2．如图4－1－3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r1B．电动势E1＝E2，内阻r1>r2
C．电动势E1＝E2，发生短路时图4－1－3的电流I1>I2
D．当两电源的工作电流变化相同时，电源2的路端电压变化较大解析：电源的电动势和内阻的测定可以通过U－I图象来完成，由题干图象可知，E1＝E2，两电源的短路电流I1>I2(图象的横截距)，故内阻r＝E/I，r1ΔU1，选项D正确．
答案：ACD
闭合电路的动态分析问题
1．电路分析的基本思路：局部→整体→局部
2．电路分析的基本步骤
(1)明确各部分电路的串并联关系，特别要注意电流表或电压表测量的是哪部分电路的电流或电压．
(2)由局部电路电阻的变化确定外电路总电阻的变化．
温馨提示：(1)理想电流表可以认为短路，理想电压表可以认为断路．
(2)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)．
(3)增加并联电阻个数总电阻减小，反之增大．
(4)含电容的支路电压稳定时可认为断路，电容两端的电压等于与电容器并联的那部分电阻两端的电压．
3．如图4－1－4所示是一实验电路图．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4－1－4答案：A
闭合电路中的几种功率
1．各部分功率关系分析
由EIt＝I2Rt＋I2rt知，EI＝I2R＋I2r
其中EI为电源的总功率，I2r为电源内耗功率，I2R为外电路消耗功率，也是电源的输出功率．
2．电源的最大输出功率讨论
当外电路为纯电阻电路时讨论如下：
(1)电源的输出功率
(2)P出与外电阻R的函数关系图象
图4－1－5温馨提示：(1)要注意电源的最大输出功率与某一个定值电阻消耗功率最大的区别，定值电阻消耗功率最大是当通过它的电流最大的时候．
(2)判断可变电阻的功率变化时，可将可变电阻以外的其他电阻均看做内阻．
4．电路图如图4－1－6甲所示，图4－1－6乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图象，滑动变阻器的最大阻值为15 Ω，定值电阻R0＝3 Ω.
图4－1－6(1)当R为何值时，R0消耗的功率最大，最大值为多少？
(2)当R为何值时，电源的输出功率最大，最大值为多少？
解析：(1)由题干乙图知电源的电动势和内阻为：E＝20 V，r＝7.5 Ω
由题图甲分析知道，当R＝0时，R0消耗的功率最大，
答案：(1)10.9 W　(3)13.3 W
【例1】 一太阳能电池板，测得它的开路电压为800 mV，短路电流为40 mA，若将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是 (　　)
?A．0.10 V B．0.20 V C．0.30 V D．0.40 V
闭合电路欧姆定律的应用答案：D
反思领悟：对闭合电路首先要明确内电路和外电路，其次要知道电源断路和短路两种特殊情况，同时还要掌握闭合电路欧姆定律适用于纯电阻电路，分析电路结构也是非常重要的环节．
如图4－1－7所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数分别为1.6 V和0.4 A．当S断开时，它们的示数各改变0.1 V和0.1 A，求电源的电动势和内电阻．
图4－1－7解析：当S闭合时，R1、R2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得：
U＝E－Ir即E＝1.6＋0.4 r ①
当S断开时，只有R1接入电路，
由闭合电路欧姆定律
U′＝E－I′，即E＝(1.6＋0.1)＋(0.4－0.1)r ②
由①②得：E＝2 V，r＝1 Ω.
答案：2 V　1 Ω
图象问题分析和应用【例2】 在如图4－1－8所示的U－I图象中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图象，直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线，用该电源与电阻R组成闭合电路．则由图象可知 (　　)
A．电源的电动势为3 V，内阻为0.5 Ω
B．电阻R的阻值为1 Ω
C．电源的输出功率为4 W
D．电源的效率约为66.7%
图4－1－8解析：
答案：ABCD
反思领悟：图象问题首先要明确坐标原点是否为零，其次把握住图线与纵横轴交点、图象斜率的意义．
如图4－1－9所示，甲、乙为两个独立电源的路端电压U与通过它们的电流I的关系图象，下列说法中正确的是 (　　)
A．路端电压都为U0时，它们的图4－1－9外电阻相等
B．电流都是I0时，两电源的内电压相等
C．电源甲的电动势大于电源乙的电动势
D．电源甲的内阻小于电源乙的内阻
答案：AC 电路的动态分析问题【例3】 如图4－1－10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，电流表示图4－1－10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，电流表示数变小答案：B
反思领悟：当闭合电路中只有一部分电阻增大(或减小)时，将引起总电阻的增大(或减小)，干路电流减小(或增大)，路端电压增大(或减小)．
在图4－1－11所示的电路中，电源电动势E和内电阻r恒定不变，电灯L恰好能正常发光，如果变阻器R1的滑片向b端滑动，则 (　　)
A．电灯L更亮，电流表的示数减小图4－1－11B．电灯L更亮，电流表的示数增大
C．电灯L变暗，电流表的示数减小
D．电灯L变暗，电流表的示数增大答案：A
闭合电路的功率问题【例4】 如图4－1－12所示的电路中，电池的电动势E＝5 V，内电阻r＝10 Ω，固定电阻R＝90 Ω，R0是可变电阻．在R0由0增加到400 Ω的过程，求：
(1)可变电阻R0上消耗热功率最大的图4－1－12条件和最大热功率．
(2)电池的内电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和．
如图4－1－13所示，直线OAC为某一直流电源的总功率随电流I变化的图线，曲线OBC表示同一直流电源内部的热功率随电流I变化的图线．若A、图4－1－13B点的横坐标均为1 A，那么AB线段表示的功率为 (　　)
A．1 W B．6 W C．2 W D．2.5 W
答案：C
非理想电表的处理方法
非理想电表对电路的影响关键是搞清楚电表的内部构造．对非理想电压表可视为一阻值较大的电阻．其读数就是这个电阻两端的电压值，对非理想电流表可视为一阻值较小的电阻，其读数就是通过这个电阻的电流值．
创新拓展【例5】 有两只电压表V1和V2量程已知，内阻不知，另有一干电池，内阻不能忽略．试用这两只电压表、开关和一些导线能通过测量计算出这个电池的电动势(已知电动势不超过电压表量程)．
(1)画出测量用的电路图；
(2)推导出计算电动势的表达式．
解析：本题中的电压表不是理想电表，在电路中要把它们作为电阻对待．
(1)电路图如图所示．
答案：见解析