41闭合电路欧姆定律课件01(鲁科版选修3-1)

4.1闭合电路欧姆定律电动势1.基本知识(1)电源是把其它形式的能转化为的装置．(2)电动势的大小等于电源没有接入外电路时两极间的．(3)物理意义：表征电源把其他形式的能量转化为本领的物理量．电能电压电能2．思考判断(1)电动势就是电势差，也叫电压，单位是V.(×)(2)电源提供的电能越多，电源的电动势越大．(×)(3)电池是将化学能转化为电能，光电池是将光能转化为电能．(√)3．探究交流电源的电动势和外接电路的负载有什么关系？【提示】电源的电动势只和电源本身有关，与所接的负载无关.闭合电路欧姆定律1.基本知识(1)内容：流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成正比，跟电路中内、外之和成反比．(2)公式：I＝.(3)适用范围：纯电阻电路．(4)常用的变形公式①公式：E＝或U＝.②适用范围：任何闭合电路．电阻ER＋rU外＋U内E－Ir2．思考判断(1)电源的电动势等于外电路电阻两端的电压．(×)(2)在闭合电路中，电源的电动势等于内、外电路上电压之和，所以电动势实质上就是电压．(×)(3)电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压，接入电路后，电源电动势不会发生变化．(√)3．探究交流闭合电路欧姆定律公式中，E、R、r的物理意义各是什么？【提示】E代表电源电动势，R代表外电路电阻，r代表电源的内阻.路端电压与外电阻的关系1.基本知识(1)路端电压与外电阻的关系由闭合电路欧姆定律得U＝E－，对给定的电源来说，E和r是一定的①当外电阻R增大时，电流I，内电压，路端电压，当外电路断开，即R为无穷大时，I＝，U内＝，U外＝.这就是说，开路时的路端电压电源电动势．Ir减小减小增大00E等于②当外电阻R减小时，电流I，内电压，路端电压．③当电源两端短路时，则电阻R＝，此时电流I＝Er，叫．增大增大减小0短路电流(2)路端电压与电流的关系图像由U＝E－Ir可知，U－I图像是一条向下倾斜的直线．如图4－1－1所示：图4－1－1①图线与纵轴截距的意义：．②图线与横轴截距的意义：．③图线斜率的意义：．电源电动势短路电流电源的内阻2．思考判断(1)当电源两端短路时，路端电压等于电源电动势．(×)(2)电源断路时，路端电压无限大．(×)(3)电源短路时，电流无限大．(×)3．探究交流上述路端电压U与电流I的图像中，UI表示外电阻还是内电阻？【提示】因U为路端电压，UI表示外电阻R的大小，而ΔUΔI表示图线斜率，就是电源内阻的大小．对闭合电路欧姆定律的理解【问题导思】1．用电压表测量闭合电路电源两端的电压，电压表的示数等于电源电动势吗？2．在含有电动机的电路中，能用闭合电路的欧姆定律求电流吗？1．对闭合电路欧姆定律的理解(1)I＝ER＋r或E＝IR＋Ir，只适用于外电路为纯电阻电路的情况，对外电路中含有非纯电阻元件(如电动机、电解槽等)的不适用．(2)E＝U外＋U内＝U外＋Ir，即电源电动势等于内外电路的电压之和．普遍适用于外电路为任意用电器的情况，当外电路断开时，I＝0，内电压U内＝Ir＝0，U外＝E，即只有当外电路断开时，电源两端的电压才等于电动势．(3)将电压表接在电源两极间测得的电压U外是指路端电压，不是内电路两端的电压，也不是电源电动势，所以U外＜E.(4)电动势和路端电压虽然是有相同的单位且有时数值也相同，但二者是本质不同的物理量．电动势反映了电源将其他形式的能转化为电能的本领大小，路端电压反映了外电路中电能转化为其他形式的能的本领大小．2．闭合电路动态分析的步骤闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化的问题分析的基本步骤是：(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．(3)根据闭合电路欧姆定律I＝ER＋r判断电路中总电流如何变化．(4)根据U内＝Ir，判断电源的内电压如何变化．(5)根据U外＝E－U内，判断电源的外电压(路端电压)如何变化．(6)根据串并联电路的特点判断各部分电路的电流或电压如何变化．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R连接成如图4－1－2所示的电路，当滑动变阻器的触头由中点滑向b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4－1－2【解析】由电路图可知，滑动变阻器的触头向b端滑动时，其连入电路的阻值变大，导致整个电路的外电阻R外增大，由U＝ER外＋rR外＝E1＋rR外知路端电压即电压表的读数变大；而R1的分压UR1＝ER外＋rR1减小，故R2两端的电压UR2＝U－UR1增大，再据I＝UR2R2可得通过R2的电流即电流表的读数增大，所以A项正确．【答案】A闭合电路中的功率和效率【问题导思】1．闭合电路的外电阻越大，电源的输出功率越大吗？2．电源的输出功率越大，电源的效率越高吗？1．闭合电路中各部分的功率比较2.电源的输出功率与外电阻R的关系电源的输出功率：P出＝UI＝RE2R＋r2＝E2R－r2R＋4r.图4－1－4由上式可以看出(1)当R＝r时，电源的输出功率最大Pm＝E24r.(2)当Rr时，随着R的增大输出功率越来越小．(3)当Rr时，随着R的增大输出功率越来越大．(4)当P出Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1·R2＝r2.(5)P出与R的关系如图4－1－4所示．3．电源的效率和最大输出功率的关系电源的效率η＝P外P＝IU外IE＝U外E＝IRIR＋r＝RR＋r＝11＋rR，可见，外电阻R越大，电源的效率越高，当电源有最大输出功率时，η＝50%，此时电源的效率并不高．如图4－1－5所示，电路中电池的电动势E＝5V，内电阻r＝10Ω，固定电阻R＝90Ω，R0是可变电阻，在R0从零增加到400Ω的过程中，求：(1)可变电阻R0上消耗功率最大的条件和最大热功率；(2)电池的电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和；(3)R0调到多少时R上消耗的功率最大，最大功率是多少？图4－1－5【解析】(1)可变电阻R0上消耗的热功率：P0＝I2R0＝25R0－1002R0＋400R0－100Ω＝0时，P0最大，其最大值：P大＝25400W＝116W.(2)当电流最小时，电阻r和R消耗的热功率最小，此时R0应调到最大400Ω，内阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和为P小＝(ER0＋R＋r)2(R＋r)＝0.01W.(3)R0＝0时，电路中的总电阻最小，因此电路中的电流最大，此时R上有最大功率即PR＝(ER＋r)2R＝5290＋102×90W＝0.225W.【答案】(1)100Ω116W(2)0.01W(3)00.225W1.如图4－1－6所示，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；(2)R2上消耗的最大功率．图4－1－6【解析】(1)R2＝2Ω时，外电阻等于内电阻，电源输出功率最大，P1＝I2R＝(64＋4)2×4W＝2.25W.(2)把R1也看成电源的一部分，等效电源的内阻为6Ω，所以，当R2＝6Ω时，R2上消耗的功率最大，P3＝I2R2＝(66＋6)2×6W＝1.5W.【答案】(1)2.25W(2)1.5W综合解题方略——U－I图象的应用电源与电阻R组成串联电路，路端电压U随电流的变化图线及电阻R的U－I图线如图4－1－7所示，求：(1)电源的电动势和内阻；(2)电源的路端电压；(3)电源的输出功率．图4－1－7【审题指导】审题时应把握以下两点：(1)明确每一条图线的物理意义．(2)明确两条图线上交点的物理意义．【规范解答】(1)由图象可知电源电动势：E＝4V，短路电流I短＝4A所以电源内阻为：r＝EI短＝1Ω.(2)由图象知：电源与电阻串联后的电流为I＝1A此时对应路端电压为U＝3V.(3)由电阻R的U－I图象可知：R＝3Ω，故P出＝I2R＝3W.【答案】(1)4V1Ω(2)3V(3)3W路端电压的U－I图象表示的是电源的性质，电阻的U－I图象表示的是导体的性质，只有在两图象的交点上才能把两方面知识结合起来．