2012届高考物理复习:闭合电路欧姆定律

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第二课时 闭合电路欧姆定律
【要求】
1.认识内电路和外电路,了解电动势与内电阻。
2.理解闭合电路欧姆定律,并用它对全电路进行有关计算。
3.理解路端电压、输出功率与负载的关系。
【知识再现】
一、电动势
1.物理意义:反映不同电源把其他形式的能转化为 本领大小的物理量。
2.大小:等于 断开时的路端电压.也等于把1 C的正电荷从电源负极移到正极时非静电力所做的功.
3.内电阻:电源内部对电流的阻碍阻碍作用。其值由电源本身决定。
议一议:电动势为E,内阻为r的几个电池串联、并联后的总电动势和总内阻分别为多大?
二、闭合电路欧姆定律
1.内容:闭合电路里的电流跟电源的 成正比,跟 的电阻之和成反比,这个结论叫闭合电路的欧姆定律.
2.公式:I= 或者E=U外+Ir=U外+U内。
3.路端电压:外电路两端的电压,即电源的输出电压U=E一Ir
三、电路中的能量
1.电源的总功率:指电源提供的全部电功率.公式为:P总=
2.电源的输出功率:指电源提供给外电路的功率.公式为:P出=
3.电源的内部发热功率:指电源内电阻消耗的功率.公式为:P内=
4.电源的效率:指用电器得到的电功率跟电源的总功率的比值.公式为:η= 。纯电阻电路中η=
知识点一电源电动势与内电阻
电动势与电压的区别与联系
1.电源电动势是表征电源特性的物理量,只与电源有关,与外电路的状况无关;电路中任意两点之间的电压与电源的电动势和电路参数有关.
2.电动势的大小反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领,即非静电力移送单位正电荷从电源负极至正极所做的功;电压的大小表示电场力在电场中两点之间移动单位正电荷做的功,是把电能转化为其他形式的能.
3.两者之间的联系,电路闭合时,E=U内+U外;电路断开时,E=U外.
【应用1】关于电源和电动势,下列说法中正确的是( )
A.在电源内部把正电荷从负极移到正极,非静电力做功,电能增加
B.对于给定的电源,移动正电荷非静电力做功越多,电动势就越大
C.电动势越大,说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位电荷量做功越多
D.电动势越大,说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移到正极移送电荷量越多
导示: 在电源内部把正电荷从负极移到正极,非静电力做功,等于电能增加,A对。且做功越多,电动势就越大,B对。反过来电动势越大,说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位电荷量做功越多,而与移动电荷量无关,C对D错。故选ABC。
知识点二路端电压
1.路端电压与外电阻的关系
2.路端电压与电流强度的关系
根据E=U外+Ir可得U外=E一Ir,由此式可知,U随I的增大而减小,它们的关系图线(也称电源外特性曲线)如图所示.此图象的物理意义是:
(1)图线与纵轴的交点对应的电压为电源的电动势
(2)图线的斜率的绝对值表示电源的内阻.
(3)图线与横轴的交点表示短路电流.
(4)在图线上一点的坐标的乘积为电源的输出功率
【应用2】如图甲所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=100 Ω,R2阻值未知,R3为一滑动变阻器.当其滑片P从左端滑至右端时,测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图线如图乙所示,其中A、B两点是滑片P在变阻器的两个不同端点得到的数据.求;(1)电源的电动势和内阻.(2)定值电阻R2的阻值.(3)滑动变阻器的最大阻值.
导示(1)由图可知:E=20V,r=0.05Ω
(2)滑动片P在变阻器的右端时,对应图乙中的B点,R2+r=4/0.8=5Ω,R2=4.5Ω
(3) 滑动片P在变阻器的右端时,对应图乙中的B点,R外=16/0.2=80Ω
根据串并联总电阻,可求得变阻器的最大电阻R3=300Ω
知识点三电源功率与效率
1.能量形式:Eq=qU外+qU内它反映出移动单位电荷的过程中,非静电力做功与电场力做功量值相等,即其他形式的能量转化为电能,再由电能转化为电阻只及r上的内能.转化过程中,能量守恒得到体现.
2.功率形式:IE=IU外+IU内或IE=IU +I2r
3.电源的输出功率
时,若R增大,则P出增大;当只>r时,若R增大,则P出减小.应注意:对于内外电路上的固定电阻,其消耗的功率仅取决于电路中的电流的大小.
4.电源的效率
对于给定的电源,内阻一定,效率随外电阻的增大而单调增加,当R=r时,η=50%;当R→0时,η→0;当R→∞时,η→100%?
【应用3】如图所示,已知电源内阻 r=2 Ω,定值电阻R1=0.5Ω.求: (1)当滑动变阻器的阻值R2为多大时,电阻R1消耗的功率最大?(2)当变阻器的阻值为多大时,变阻器消耗的功率最大?(3)当变阻器的阻值为多大时,电源输出功率最大?
导示: (1)电阻R1为定值电阻,电流大,功率就大,所以当滑动变阻器的阻值R2为零时,R1消耗的功率最大。
(2)可将R1看作电源的内电阻,所以当R2= R1+r=2.5Ω时,变阻器消耗的功率最大.
(3)当电路内外电阻相等时,R2+R1= r,R2=1.5Ω电源输出功率最大.
等效法是物理解题时常用的一种方法,使用该方法时,要看准如何等效,哪部分可等效成什么等问题。
类型一应用图象解题
1.由P一R图象知:对于E、r一定的电源,外电阻R一定时,输出功率只有唯一的值.输出功率P一定时,一般R有两个值R1、R2与之对应.
2.将电源(E、r)与一个电阻相连,即电源向电阻R供电,在U?I图象中画出电源的伏安特性曲线和导体R的伏安特性曲线,其交点(U,I)的坐标乘积UI为电源的输出功率也就是R的功率.利用上述联系可借助图象解题.
【例1】把一个"10 V,2.0 W”的用电器A(纯电阻)接到某一电动势和内阻都不变的电源上,用电器A实际消耗的功率是2.0W.若换上另一个"10 V,5.0W”的用电器B(纯电阻)接到这一电源上,用电器B实际消耗的功率有没有可能反而小于2.0 W?(设电阻不随温度改变)
导示:电源的输出功率随外电路阻值的变化而变化,如下式所示:
用图象法解题时,首先要明确图象的物理意义,即图象中的每一点、图象中曲线的极值坐标、图象中特殊坐标点等。
类型二等效电源法解题
等效电源法就是把一个较为复杂的电路看做是两部分组成的,其中一部分看做是用电器,另一部分就是既有电动势,又有内电阻的电源.
【例2】如图所示,电源的电动势、内电阻未知,R1、R2的阻值也未知.当在a、b间接入不同的电阻时,电流表有不同的示数,如下表所示,
请完成此表格.
导示: 由于电源的电动势E、内电阻r、以及R1、R2都是未知的,若用常规做法是难以求解的.这时,可采用等效电源法,将除R之外的电路当作等效电源,R是等效电源的外电阻,等效电路图如右图所示,虚框内是等效电源.设等效电源的电动势为E′,内电阻为r′,根据闭合电路的
1.利用如图电路,可以测定电路电动势和内电阻,已知R1=、R2= R3=1Ω,当电键K断开时,电压表读数为0.8 V,当电键K闭合时,电压表的读数为1V,该电源的电动势和内阻分别为 V, Ω
2.如图,AB,CD为两根平行的相同的均匀电阻丝,MN为另一根电阻丝,其电阻为R,它可以在AB,CD上滑动并保持与AB垂直,MN与AB,CD接触良好,图中电压表为理想电压表,电池的电动势和内阻都不变,B,D与电池两极连接的导线的电阻可忽略,当MN处于图中位置时,电压表的读数为U1=4.0V,已知将MN由图中位置向左移动一段距离 L后,电压表的读数变为U2=3.0V。若将MN由图中位置向右移动一段距离 L,电压表的读数U3是多少?
3.(06广州市统考卷)如图所示,电源的电动势E=7.5 V,内阻r=1.0 Ω,定值电阻R2=12 Ω,电动机M的线圈的电阻R=0.50 Ω.闭合开关S,电动机转动稳定后,电压表的示数U1=4 V,电阻R2消耗的电功率P2=3.0 W.求电动机转动稳定后:
(1)电路的路端电压.
(2)通过电动机的电流.
4.(07南京期末调研)如图所示,电解槽 和电炉 并联后接到电源上,电源内阻 ,电炉电阻 ,电解槽电阻 。当S1闭合、S2断开时,电炉消耗功率684W;S1、S2都闭合时电炉消耗功率475W(电炉电阻可看作不变)。试求:(1)电源的电动势;
(2)S1、S2都闭合时,流过电解槽的电流大小;
(3)S1、S2都闭合时,电解槽中电能转化成化学能的功率。
参考答案
1.K断开,I1=U/R E=(R1+R2+r)
K闭合,E=I2(R+r) K断开I1=U/R2=0.8A E=0.8(2+r) K闭合I2=U/R2=1A
E=2V r=0.5Ω
2.回路总电阻为R总,电源电动势为E,移动MN距离为 L时电阻增加或减小 R。ER/R总=U1 ER/(R总+ R)=U2
ER/(R总- R)=U3 U3=6V
3.(1)路端电压等于R2两端的电压,由 得
(2)电源的电动势E = U2+Ir,由此得干路电流
通过R2的电流
通过电动机的电流I1 = I-I2 =(1.5-0.5)A=1.0 A
4.(1)当S1闭合S2断开时电炉功率为
电炉中电流    
电源电动势     
(2)当S1、S2都闭合时电炉功率为
电炉中电流
电源路端电压为           
通过电源的电流为   
通过电解槽的电流为  
(3)电解槽消耗的电功率  
电解槽内热损耗功率
电解槽转化成化学能的功率  


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