4.1 闭合电路欧姆定律 —鲁科版高中物理选修3-1课件(共29张PPT)

(共29张PPT)
4.1
闭合电路欧姆定律
其它形式能转化为电能
其它形式能转化为重力势能
从低电势到达高电势
从低处到达高处
电能转化为其它形式能
重力势能转化为其它形式能
由高电势到低电势
由高处运行到低处
提供一个力作用于正电荷
电源
提供一个力作用于人
传送装置
在电场力作用下
正电荷
在重力作用下
人
导线
轨道
情境
电路中
情境
滑梯中
电
源
电源:是一种把其它形式能转化为电能的装置
电源在电路中的作用：将其它形式的能转变为电能；保持导体两端有持续的电压。
不同类型的电源，把其它形式能转化为电能的本领也不一样
1.电动势
不接用电器时，电源两极间电压的大小是由电源本身的性质决定的。为了表征这种特性，物理学中引入电动势概念。
意义：描述电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量
电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。
电动势符号
E
电动势单位
伏特（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？
闭合电路
1．电路的组成和基本物理量
(1)内电路、内电阻、内电压U内．
外电路
内电路
内电阻有电压
内电路有电阻
外电路有电阻
外电阻有电压
(2)外电路、外电阻、外电压U外
(3)思考：内电压U内、外电压U外与电源的电动势E关系如何？
电动势等于内电压和外电压之和
例1
:如图所示，R1
=
8.0
Ω，R2
=
5.0
Ω
，当单刀双掷开关
S
扳到位置
1
时，测得的电流
I1
=
0.2
A；当S
扳到位置
2
时，测得电流
I
2
=
0.3
A。求电源电动势E
和内电阻r。
答案：r=1.0
Ω，E=1.80V
1．一块太阳能电池，测得它的开路电压为800
mV，短路电流为40
mA，若将该电池与一阻值为20
Ω的电阻器构成一闭合电路，则它的路端电压是(　　)
A．0.10
V　　　B．0.20
V
C．0.30
V
D．0.40
V
外电路开路，电源两端的电压等于电动势大小
路端电压就是外电阻两端的电压U＝IR＝400
mV＝0.40
V
3、路端电压跟负载的关系
路端电压与外电阻的关系
①当R外增大时，
U外也随之增大
②当外电路断开时,
R外=∞,
U外=E
③当外电路短路时,
R外=0,
U外=0,I短=
很大，一般情况下不允许外电路短路。
讨论：在电源末接入电路的情况下，用电压表直接测量电池两极所得到的数值，近似等于电源电动势的大小
路端电压随电流变化的U-I图像
①图线与纵坐标交点表示电路断开情况，交点的纵坐标为电源电动势E.
②图线与横坐标交点表示外电路短路情况，交点横坐标为短路电流I短=E/r.
③图线斜率值(tan?)表示电源的内电阻r=△U/△I.
【注意】若纵轴的原点不在两轴交点时，此结论不成立
U
=
E
—
I
r
知:
U是I
的一次函数
例2：如图所示的电路中,电源的电动势E和内电阻r恒定不变,电灯L恰能正常发光.如果变阻器的滑片向b端滑动,则(
)
A.电灯L更亮,安培表的示数减小
B.电灯L更亮,安培表的示数增大
C.电灯L变暗,安培表的示数减小
D.电灯L变暗,安培表的示数增大
答案：A
①R1电阻变大
②线路中电流变小，A示数变小
③内电压变小
④外电压变大，L两端电压变大，灯变亮
总结：恒定电流电路的动态分析：
闭合电路动态分析的步骤:
(1)判断动态源及动态源总电阻的变化,判断全电路总电阻的变化情况．
(2)判断闭合电路干路电流的变化情况．
(3)依据U=E-Ir，判断外电路电压(路端电压)的变化情况．
(4)依据分压、分流原理判断动态部分的物理量的变化
2.在如图的闭合电路中，当滑片P向右移动时，两电表读数的变化是(　　)
A．A变大，V变大
B．A变小，V变大
C．A变大，V变小
D．A变小，V变小
滑片P向右移动滑动
变阻器接入电路的电阻变大
总电阻也变大
电流表示数变小
回路中电流减小
R0两端电压减小
滑动变阻器两端电压升高，电压表示数变大
B
闭合电路中变量分析
(1)保持不变的量只有电源的电动势和内电阻，电流、电压、电功率等都随外电阻的改变而改变
(2)I、U、P公式：
电流I=E/(R外+r).
内电压U内＝Ir=Er/(R外+r).
外电压U外＝I
R外＝E-Ir.
总功率P总＝IE.
例题：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
解：滑动变阻器的触片P从右
端滑到左端，总电阻减小，总
电流增大，路端电压减小。
与电阻串联的灯泡L1、
L2电流增大，变亮，与电阻并
联的灯泡L3电压降低，变暗。
U1减小，U2增大，而路端电压U=
U1+
U2减小，
所以U1的变化量大于
U2的变化量，
B、D
电源的三个功率以及关系
电源的输出功率随外电阻变化的讨论
①电源的总功率P总=IE
②内耗功率：P内=I2r
③输出功率：P出=P-
P内=IE-
I2r=I
U外=
I2
R外
当外电阻为纯电阻电路时
例题：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。
①
2.25W；②
2W；③
1.5W。
例题：如图所示，图线a是某一蓄电池组的伏安特
性曲线，图线b是一只某种型号的定值电阻的伏安特
性曲线．若已知该蓄电池组的内阻为2.0Ω，则这只
定值电阻的阻值为______Ω。现有4只这种规格的定
值电阻，可任意选取其中的若干只进行组合，作为
该蓄电池组的外电路，则所组成的这些外电路中，
输出功率最大时是_______W。
解：由图象可知蓄电池的电动势为20V。
由斜率关系知外电阻阻值为6Ω。
用3只这种电阻并联作为外电阻，外电阻等于2Ω，因此输出功率最大为50W。
闭合电路的U-I图象
1）右图中a为闭合电路的U-I图象
b为部分电路(外电阻)的U-I图象
2）两者的交点坐标表示该电阻
接入电路时的路端电压与电流.
3）a的斜率的绝对值表示电源内
阻的大小、b的斜率的绝对值表
示接入电路中外电阻的的大小
4）图中虚线矩形的面积表示接入该电阻时的输出功率。
当两个斜率相等时（即内、外电阻相等）图中矩
形面积最大，即输出功率最大。
例、在所示的电路中，R1=14.0Ω，R2=9.0Ω，　当开关S扳到位置1时，电流表的示数为I1=0.20A；当开关S扳到位置2时，电流表的示数为I2=0.30A，求电流的电动势和内电阻。
一种测量电源电动势和内电阻的方法
　如果没有电流表，只有电压表，如何设计实验测量电源的内阻和电动势