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物理 课件 高三


第二节 电动势 闭合电路的欧姆定律

第 二 节 电 动 势 闭 合 电 路 的 欧 姆 定 律

基础知识梳理

课堂互动讲练

经典题型探究

知能优化演练

基础知识梳理

一、电动势 定义式 方向

W/q E=______ 正极 负极 在电源内部由_____指向______
(1)等于外电路______时电源两端的电 断开 压. (2)等于非静电力把1 C的正电荷从电源 负极 正极 内部的_____移到______所做的功.

大小

二、闭合电路的欧姆定律

1.内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成
正比 反比 ______,跟内、外电路的电阻之和成______.
E IR+Ir 2.公式:I=_______或 E=____________.(只适用于纯 R+r 电阻电路); 常用表达式 E=U 外+U 内 (适用于任何电路).

三、路端电压与外电阻、电流的关系 1.路端电压与外电阻的关系 E E (1)根 据 U= IR= · R= 可知,当 R 增大时 r R+r 1+ R 增大 减小 U_______,R 减小时 U_______. 0 (2)外电路断开时,R 为无限大,I=___,路端电压 U= E _____. E 0 (3)外电路短路时,R=0,U=____,I= (短路电流). r

2.路端电压跟电流的关系
路端电压跟电流的关系是U=E-Ir,用图象表示

如图7-2-1所示.此图象的物理意义是:

图7-2-1

(1)图线与纵轴的交点对应的电压等于电源的 电动势 __________. 内阻 (2)图线斜率大小代表电源的______,路端电压U 随电流I变化的本质原因是由于电源内阻的存在.
E r (3)图中 Im 代表短路电流,Im=___.

课堂互动讲练

一、电源的相关功率和电源的效率 1.正确区分相关电功率的含义
电功率 电源功率 意义 指电源提供的全部电功率 公式 P总=EI

电源输出功率 指电源提供给外电路的功率 P出=UI 电源内部消耗 指电源内电阻消耗的功率 P内=I2r 功率 用电器的额定 指用电器在正常工作条件( P额=U额 I额 功率 即额定电压)下的功率 用电器的实际 指用电器在实际电压下消耗 P实=U实 I实 功率 的功率

应用指导:元件的总功率≥元件的输出功率;元 件的实际功率≤元件的额定功率.
2.电源的输出功率 2 2 E E 2 P 出=I R= R= (输出功率随外电阻 2· 2 ?r+R? ?R-r? +4r R 变化的图线如图 7-2-2 所示).

E2 E2 (1)当 R=r 时,P 出最大= = . 图7-2-2 4r 4R (2)当 P 出<P 出最大时,每个输出功率值对应两个可能的外 电阻 R1 和 R2,且 r= R1· 2 .(请同学们自己证明这一结 R 论) (3)R<r 时,P 出随 R 的增大而增大;R>r 时,P 出随 R 的 增大而减小.

3.电源的效率 IR R 1 η= 2 = = ,η 随着 R 的增大而增大,η r I ?R+r? R+r 1+ R -R 变化规律如图 7-2-3 所示:可见,当 R=r 时, 电源有最大输出功率时,效率仅为 50%.
2

图7-2-3

特别提醒:(1)当电源的输出功率最大时,其效率η =50%,当R→∞时η→100%,但此时P出=0无实际 意义. (2)对于内外电路上的固定电阻,其消耗的功率应根 据P=I2R来判断,与输出功率大小的判断方法不 同.

即时应用(即时突破,小试牛刀) 1.(2011年盐城联合调研)在如图7-2-4甲所示的 电路中,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器.闭合 开关S,将滑动变阻器的滑动触头P从最右端滑到 最左端,两个电压表的示数随电路中电流变化的 完整过程图线如图乙所示.则( )

图7-2-4

A.图线甲是电压表V2示数随电流变化的图线 B.电源内电阻的阻值为10 Ω C.电源的最大输出功率为3.6 W D.滑动变阻器R2的最大功率为0.9 W

解析:选 AD.V1 是定值电阻 R1 两端电压,随电流的增 大而增大,应是乙图线所反映的 U-I 关系,图线甲就 是电压表 V2 示数随电流变化的图线,A 正确;图线甲 4 的斜率表示的是 R1 和电源内阻之和, 电源内阻为 r= 0.4 2 Ω- Ω=5 Ω,所以 B 错误; 0.4

U2 6 2 内外电阻相等时,输出功率最大,Pm= = W=1.8 4r 20 W;可将 R1 和电源内阻之和等效为电源的“内阻”,当 滑动变阻器的电阻等于该“内阻”时,滑动变阻器的功率 U2 62 最大,P′m= = W=0.9 W. 4r′ 4×10

二、闭合电路的动态分析 1.程序法: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, 分析此类问题的基本步骤是: (1)由局部电阻变化判断总电阻的变化; E (2)由 I= 判断总电流的变化; R+r (3)据 U=E-Ir 判断路端电压的变化; (4)由欧姆定律及串并联电路特点判断各部分电流、 电压 变化.

2.极限法:即因变阻器滑片滑动引起电路变化 的问题,可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端 去讨论. 3.特殊值法:对于某些电路问题,可以采取代 入特殊值法判定,从而得出结论. 特别提醒:(1)电路的动态分析问题是指由于电路 中某一电阻的变化造成电路中其他物理量变化, 只要熟练掌握串并联电路的特点及欧姆定律即可 顺利解决问题. (2)该类问题在近几年高考题中经常出现,且常以 选择题考查为主.

即时应用?(即时突破,小试牛刀) 2.(2009年高考广东理科基础卷)如图7-2-5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7-2-5
解析:选A.由a到b,R1值减小,因此总电阻变 小,D错,总电流增大,内电压增大,路端电 压减小,所以A正确,再结合欧姆定律知电流 表的示数变小,B错,由P内=I2r知电源内阻消 耗的功率变大,C错.

三、含容电路的分析和计算 电容器是一个储存电能的元件,在直流电路中, 当电容器充、放电时,电路有充电、放电电流, 一旦电路达到稳定状态,电容器在电路中就相当 于一个阻值无限大(只考虑电容器是理想不漏电的 情况)的元件,在电容器处电路可看作是断路,简 化电路时可去掉它,简化后若要求电容器所带电 荷量时,可在相应的位置补上,分析和计算含有 电容器的直流电路时,关键是准确地判断和求出 电容器两端的电压,具体做法是:

1.确定电容器和哪个电阻并联,该电阻两端电 压即为电容器两端电压. 2.当电容器和某一电阻串联后,接在某一电路 两端时,此电路两端电压即为电容器两端电压. 3.电路的电流、电压变化时,将会引起电容器 的充放电.如果电容器两端电压升高,电容器将 充电;如果电压降低,电容器将通过与它连接的 电路放电.电量的多少可根据ΔQ=C·ΔU计算.

特别提醒:求解含有电容器的电路问题,首先要 弄清楚电路结构,分析出电容器两极板间的电压 如何变化,然后根据串并联电路的特点结合欧姆 定律,确定其他量.

即时应用?(即时突破,小试牛刀) 3.如图7-2-6中电源电动势E=10 V,内阻可忽 略,R1=4 Ω,R2=6 Ω,C=30 μF,求: (1)S闭合后,稳定时通过R1的电流. (2)S原来闭合,然后断开,求这个过程中流过R1 的总电荷量.

图7-2-6

E 解析:(1)电路稳定时,R1、R2 串联,易求 I= = R1+R2 1 A,即为流过 R1 的电流. (2)S 闭合时,电容器两端电压 UC=U2=I· 2=6 V,储 R 存的电荷量 Q=C· C.S 断开至达到稳定后电路中电流 U 为零,此时 UC′=E,储存的电荷量 Q′=CUC′.很显然电 容 器上的 电荷量增 加了 ΔQ= Q′- Q= CU′C - CUC = -4 1.2×10 C.电容器上的电荷量的增加是在 S 断开以后 才产生的,这只有通过 R1 这条途径实现,所以流过 R1 的电荷量就是电容器带电荷量的增加量.

答案:(1)1 A

(2)1.2×10-4C

四、电路故障问题的分析方法

1.故障特点
(1)断路的特点:电路中某一部分发生断路表现为

电源电压不为零,而电流强度为零.
(2)短路的特点:电路中某一部分发生短路,表现

为有电流通过电路而该电路两端电压为零.

2.故障的分析方法
(1)断路故障的判断:用电压表与电源并联,若有

电压时,再逐段与电路并联,若电压表指针偏转,
则该段电路中有断路.

(2)短路故障的判断:用电压表与电源并联,若有

电压时,再逐段与电路并联;若电压表示数为零 ,

则该电路被短路.

即时应用(即时突破,小试牛刀) 4. (2011年宝鸡二检)在如图7-2-7所示的电路中, 电源的电动势E和内阻r恒定,闭合开关S后灯泡 能够发光,经过一段时间后灯泡突然变亮,则出 现这种现象的原因可能是( ) A.电阻R1短路 B.电阻R2断路 C.电阻R2短路 D.电容器C断路

图7-2-7

解析:选AB.若R1短路,则R总变小,I总变大,通

过灯泡L的电流变大,灯泡变亮,A正确;若R2断
路,R总变大,I总变小,U内=I总r变小,U外变大,

U1=I总R1变小,因UL=U外-U1,所以UL变大,
灯泡变亮,故B正确;若R2短路,电流不经过灯

泡,灯泡不亮,C错误;若电容器断路,总电阻
不影响,故灯泡亮度不变,D错误.

经典题型探究

电路的动态分析
例1 (2011年浙江台州模拟)如图7-2-8所示的

电路,闭合开关S,滑动变阻器滑片P向左移动, 下列结论正确的是( )

图7-2-8

A.电流表读数变小,电压表读数变大 B.小灯泡L变暗 C.电容器C上的电荷量减小 D.电源的总功率变大

【解析】 滑动变阻器 R 的滑片 P 向左移, 电路总电阻 E 变大,则由 I= ,可知干路电流变小,即电流表读 R外 +r 数变小,由路端电压 U=E-Ir,可知电压表读数变大, A 正确;由于干路电流变小,所以灯变暗,B 正确;变 阻器两端电压变大, 电容器两端电压变大, 电荷量增加, C 错误;而电源总功率 P=IE,I 减小,所以 P 减小, 即 D 错误.

【答案】

AB

【方法技巧】

电路的动态分析应该先局部后整

体,整体后再局部.先局部是看由于局部的电阻 变化而引起的总电阻的变化,然后看整体的干路 电流和路端电压的变化情况,结合它们的变化情 况再分析需要求解的物理量的变化.

变式训练 (2009年高考广东卷)如图7-2-9所 示,电动势为E、内阻不计的电源与三个灯泡和 三个电阻相接,只合上开关S1,三个灯泡都能正 常工作.如果再合上S2,则下列表述正确的是 ( )

图7-2-9

A.电源输出功率减小
B.L1上消耗的功率增大

C.通过R1上的电流增大
D.通过R3上的电流增大

解析:选 C.电源不计内阻,故电源两端的电压不变,再 合上 S2,实际上就是将电阻 R2 并联入电路中,引起总 电阻减小,干路总电流必然增大,由 P=UI 知,电源的 输出功率应增大,A 错;R1 处于干路中,C 对;由于 R1 两端的电压 U1=IR1,I 增大,故 U1 增大,则 L1 两 U2 端的电压减小,由 P= 知 L1 的功率减小,B 错;L3 R 和 R3 两端的电压减小,通过 R3 的电流必减小,D 错.

闭合电路欧姆定律的应用
例2

(满分样板

17分)(2011年宁波模拟)在如

图7-2-10所示的电路中,R1=2 Ω,R2=R3=4 Ω,当开关S接a时,R2上消耗的电功率为4 W, 当开关S接b时,电压表示数为4.5 V,试求:

图7-2-10

(1)开关S接a时,通过电源的电流和电源两端的电

压;
(2)开关S接b时,电源的电动势和内电阻;

(3)当开关S接c时,通过R2的电流.
【思路点拨】 当开关接不同触点a、b、c时,电

阻R1、R2、R3的连接方式发生了变化,搞清它们
之间的连接方式是解题的前提和关键.

解题样板规范步骤,该得的分一分不丢!
(1)当 S 接 a 时,R1 被短路,外电阻为 R2,根据电功 率公式可得 P 通过电源的电流 I1 = =1 A(2 分) R2 电源两端的电压 U1= PR2 =4 V.(2 分)

(2)当 S 接 a 时,有 E=U1+I1r=4+r①(2 分) 当 S 接 b 时,R1 和 R2 串联,R 外 ′=R1+R2=6 Ω(1 分) U2 通过电源的电流 I2= =0.75 A(1 分) R1+R2 这时有:E=U2+I2r=4.5+0.75 r②(2 分) 解①②式得:E=6 V r=2 Ω.(2 分) (3)当 S 接 c 时,R 总=R1+r+R23=6 Ω(1 分) 总电流 I3=E/R 总 =1 A(2 分) 1 通过 R2 的电流 I′= I3=0.5 A.(2 分) 2

【答案】

(1)1 A

4V

(2)6 V



(3)0.5 A

【易误警示】 (1)不能正确判断本题电路中因开关 S 的触点位置变化导致电阻连接方式的变化是失误 的主要原因. U (2)不能灵活应用一些基本公式,如 P=I R、P= 、 R
2 2

E=U+Ir 等造成计算繁琐.


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