【同步推荐】人教版物理课件：选修3-1第2章 第7节　闭合电路的欧姆定律

(共43张PPT)
第七节　闭合电路的欧姆定律
思考感悟
学习目标：1.能够推导出闭合电路的欧姆定律及其公式，知道电源的电动势等于内、外
电路上电势降落之和．
2．理解路端电压与负载的关系，并能用欧姆定律进行电路的分析和计算．
3．掌握电源的功率、输出功率及内阻的消耗功率，并能熟练地用能的观点来
解决闭合电路的有关问题．
重点难点：闭合电路欧姆定律的理解和应用．
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
第七节　闭合电路的欧姆定律
课前自主学案
课前自主学案
一、闭合电路的欧姆定律
1．闭合电路组成
(1)外电路：是指电源外部的电路，在外电路中，沿电流方向电势_____．
(2)内电路：是指电源内部的电路，在内电路中，沿电流方向电势_____．
降低
升高
2．闭合电路中的能量转化
如图2－7－1所示，电路中电流为I，在时间t内，非静电力所做的功等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和，即EIt＝_________.
I2Rt＋I2rt
图2－7－1
3．闭合电路的欧姆定律
(1)内容：闭合电路里的电流，跟电源的电动势成______，跟内、外电路的电阻之和成_____．
(2)公式：I＝______.
(3)适用范围：________电路．
(4)常用的变形公式及适用范围
①公式：E＝____＋U内或U＝______.
②适用范围：任何闭合电路．
正比
反比
纯电阻
U外
E－Ir
二、路端电压与负载的关系
1．路端电压与电流的关系
(1)公式：U＝______.
(2)图象(U－I图象)：如图2－7－2所示是一条倾斜的直线，该直线与纵轴交点的坐标表示_______，斜率的绝对值表示______．
E－Ir
电动势
内阻
图2－7－2
2．路端电压随外电阻的变化规律
(1)外电阻R增大时，电流I_____，外电压U_____，当R增大到无限大(断路)时，I＝___，U＝___.
(2)外电阻R减小时，电流I_____，外电压U_____，当R减小到零时，I＝____，U＝___.
减小
增大
0
E
增大
减小
E/r
0
核心要点突破
一、闭合电路的动态分析问题
1．闭合电路的动态分析的具体步骤大体如下：
(1)根据局部某一电阻的变化，进而确定闭合电路总电阻的变化情况．
(2)依据I＝E/(R＋r)，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．闭合电路的动态分析的常用方法
(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)．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．如图2－7－3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变亮，安培表的示数减小
B．电灯L变亮，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
图2－7－3
解析：选A.变阻器的滑片P向b端滑动，R1接入电路的有效电阻增大，外电阻R外增大，干路电流I减小，安培表的示数减小，路端电压U增大，电灯两端电压增大，电灯L变亮．A正确，B、C、D错误．
二、闭合电路中的几种功率和电源的效率
1．电源向整个电路提供的总电功率P总＝EI，随电流变化而变化．
2．电源内部的发热功率P内＝I2r.
3．电源的输出功率即外电路消耗的电功率：
P外＝P出＝IU外＝P总－P内＝IE＝I2r.
以上三式普遍适用．
图2－7－4
特别提醒：(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，定值电阻的电流最大时，消耗功率最大．
(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作内阻．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2.如图2－7－5所示，R1为定值电阻，R2为可变电阻，E为电源的电动势，r为电源内阻，以下说法中正确的是(　　)
A．当R2＝R1＋r时，R2上获得最大功率
B．当R1＝R2＋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
答案：AC
图2－7－5
三、含电容器电路的分析与计算
1．分析和计算含有电容器的直流电路时，注意以下三个方面
(1)电路稳定后，电容器所在支路相当于断路．因此，该支路上的电阻两端无电压，该电阻相当于导线．
(2)当电容器与电阻并联后接入电路时，电容器两端的电压与并联电阻两端的电压相等．
(3)电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充放电，如果电容器两端的电压升高，电容器将充电，反之电容器放电．通过与电容器串联的电阻的电量等于电容器带电量的变化．
2．解答含电容电路问题的步骤
(1)应用电路的有关规律分析出电容器两极板间的电压及其变化情况．
(2)根据平行板电容器的相关知识进行分析求解．
特别提醒：(1)当电容器充电或放电时，有电容器的支路有充、放电电流．
(2)当电路稳定时，电容器在电路中相当于一个阻值无限大的元件，在电容器处电路看做是断路状态，画等效电路时，可将有电容器的支路去掉．
课堂互动讲练
动态电路分析
例1
(2011年天津一百中学期中)在如图2－7－6所示的电路中，电源电动势为E、内电阻为r，C为电容器，R0为定值电阻，R为滑动变阻器．开关闭合后，灯泡L能正常发光．当滑动变阻器的滑片向右移动时，下列判断正确的是(　　)
图2－7－6
A．灯泡L将变暗
B．灯泡L将变亮
C．电容器C的电荷量将减小
D．电容器C的电荷量将增大
【思路点拨】　可变电阻R是动态源，当该电阻增大时，会引起总电阻增大，该电阻减小时，会引起总电阻减小．
【答案】　AD
【题后反思】　当电路中某一部分电阻变化时，整个电路各处的电压、电流都会受到影响，分析时，应抓住全电路中电源电动势和内阻不变的特点，从总电流的变化顺次推理，借助串、并联电路规律去分析各部分电路中相关物理量的变化．
变式训练1　电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R3连接成如图2－7－7所示的电路，当滑动变阻器的触头由中点滑向a端时，下列说法正确的是(　　)
A．电压表和电流表读数都增大
B．电压表和电流表读数都减小
C．电压表读数增大，电流表读数减小
D．电压表读数减小，电流表读数增大
图2－7－7
如图2－7－8所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)
的示数各为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，求电源的电动势及内阻．
【思路点拨】　分别对S闭合和S断开两种状态下进行分析，根据闭合电路欧姆定律列出方程，联立求解．
应用闭合电路的欧姆定律求电动势和内阻
例2
图2－7－8
【精讲精析】　当S闭合时，R1、R2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得：
U1＝E－I1r即E＝1.6＋0.4r①
当S断开时，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得：
U2＝E－I2r即E＝(1.6＋0.1)＋(0.4－0.1)r②
由①②得：E＝2 V，r＝1 Ω.
【答案】　2 V　1 Ω
【规律总结】　解此类题时，一定要先弄清电路的连接方式，以及电流表、电压表所测电流、电压的范围；理解电压表和电流表均为理想电表的含义．
变式训练2　如图2－7－9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2－7－9
答案：2 V　0.5 Ω
电路图如图2－7－10甲所示 ，图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.
电路中的功率问题
例3
图2－7－10
(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？
【思路点拨】　求解本题应把握以下三点
(1)由U－I图象求电源的电动势和内阻．
(2)电路中的电流最大时，R0消耗的功率最大．
(3)利用电源有最大输出功率的条件，求电源的最大输出功率．
【答案】　(1)0　10.9 W　(2)4.5 Ω　13.3 W
变式训练3　如图2－7－11所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图线；直线B为电源b的路端电压与电流的关系图线；直线C为一个电阻R两端电压与电流的关系图线．将这个电阻分别接到a、b两电源上，那么(　　)
图2－7－11
A．R接到b电源上时电源的效率高
B．R接到b电源上时电源的输出功率较大
C．R接到a电源上时电源输出功率较大，但电源效率较低
D．R接到a电源上时电阻的发热功率较大，电源效率也较高
如图2－7－12所示，电路中E＝10 V，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF.电池内阻可忽略．
(1)闭合开关S，求稳定后通过R1的电流．
(2)然后将开关S断开，求这以后通过R1的总电量．
含容电路的计算
例4
图2－7－12
【答案】　(1)1 A　(2)1.2×10－4 C
【规律总结】　处于稳定状态时，电容器相当于断路，与之串联的电阻不降压；电容器两极的电压等于与之并联电路两端的电压．
变式训练4　如图2－7－13所示电路中，电源电动势为E，内电阻为r，在平行板电容器C中恰好有一带电粒子处于悬空静止状态，当变阻器R0的滑动端向左移动时，带电粒子将(　　)
A．向上运动　　　B．向下运动
C．静止不动 D．不能确定运动状态的变化
图2－7－13
解析：选B.当滑动触头向左移动时R0变大，则总电流变小，R两端的电压变小，电容器中的场强变小，所以粒子将向下运动，故B正确．
知能优化训练
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