1、2.7 闭合电路的规律【基本内容】一、电动势1电源:能将其它能转换成电能的装置。2电动势:电动势(E)是电源内非静电力移动单位电荷量从一个极到另一个极所做的功。实质上是表示其它能转化为电能本领的物理量。其中EW非/q是E的通式。3电压:电压U是表示电场力将单位电荷从电路中某一点移到另一点所做的功。实质上是表示电能转化为其他能本领的物理量。U=W电/q是电压的定义式。其中电场力在外电路的做功本领称为“外电压”;电场力在内电路的做功本领称为“内电压”。4电源电动势的大小:等于电源断路时两电极间的电压。二、闭合电路的欧姆定律5内容:闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比。
2、6表达式:7实质:闭合电路欧姆定律实质上是电路中能量守恒定律的具体体现:U当外电路为纯电阻R时,。8适用条件:纯电阻电路。三、路端电压9路端电压:是指外电路两端的电压。10表达式:U=E-U,=E-Ir11路端电压与外电阻的关系:(1)函数关系(2)函数图像(如图)(3)图像特征:以(-r,E)为对称中心、以“R=-r”和“U=E”为渐近线的双曲线一支的一部分。IUO(4)函数特征:U 随着 R 的增大而单调增大。(5)当外电路断开时,U=E,当外电路短路时,U=012路端电压与电流的关系:(1)函数关系:U=E-Ir(2)函数图像(如图)(3)图线与纵轴截距的意义:电动势。图线与横轴截距的意
3、义外电路短路电流。图像斜率的意义:电源内电阻。四、电源的功率与效率(当外电路是纯电阻电路时)13电源的总功率:14电源的输出功率(外电路消耗功率):15电源内部消耗功率:16最大输出功率:17电源效率表达式:【典例分析】例1如图所示的电路中,当S闭合时,电压表和电流表(均为理想电表)的示数各为1.6V和0.4A,当S断开时,它们的示数各改变0.1V和0.1A,求电源的电动势和内阻。【解析】IUO方法一:当S闭合时,、并联接入电路,由闭合回路欧姆定律得: 当S断开时,只有接入电路,得: 由、可得:V,方法二:利用U-I图象,如图,由于图线的斜率,由闭合回路欧姆定律=2V。注意:闭合电路欧姆定律的
4、应用计算通常有二种方法:一是充分利用题目的已知条件,结合欧姆定律列方程求解,有时求电流I是关键,I是联系内、外电路的桥梁;二是根据具体问题利用图象法,会带来更多方便。例2 如图所示的电路中,当滑动变阻器的滑动头向上移动时,下列结论正确的是( )A电压表的示数增大,电流表的示数减小B电压表和电流表的示数都增大C电压表的示数减小,电流表的示数增大D电压表和电流表的示数都减小解析(1)电路由两部分串联而成,一部分是,阻值不变,另一部分是由、并联而成。(2)变阻器的滑动头向上移动,使增大,导致整个外电路的电阻增大。则由可知:R增大,I减小。(3)由得U升高,即电压表示数增大。由可知减小;由可知升高;由
5、得增大;由得减小,即电流表示数减小。(4)正确选项为A。注意:在讨论电路中电阻发生变化后引起电流、电压发生变化的问题时,要善于把部分电路和全电路结合起来,注意按部分整体部分的顺序,使得出的每一个结论都有依据,这样才能得出正确的判断。例3如图所示,电源的电动势,内阻,为变阻器,问:(1)要使变阻器获得的电功率最大,的值应是多大?这时的功率多大?(2)要使得到最大的电功率,的取值多大?的最大功率多大?这时电源的效率多大?(3)调节的阻值,能否使电源有最大的功率输出?为什么?解析(1)把看成是电源内阻的一部分,这样内电阻就是。利用电源输出功率最大的条件(R外=R内),可以求出:当时,有最大的功率:(
6、2)因为是定值电阻,所以流过的电流越大,的功率就越大。当时,电路中有最大电流:有最大功率是:些时电源的效率是:(3)不可能,因为即使,外电路电阻也大于所以电源不可能有的功率输出。注意:定值电阻的功率的极值一般可根据来求解,为使功率最大,应使流过R的电流达到最大;而可变电阻的功率的极值可根据等效电源法来求解,将可变电阻看成是外电路,其它部分均看成内电路,当内外电路电阻相等时,可变电阻的功率最大。【知识检测】1下列说法正确的是 ( ) A电源被短路时,放电电流无穷大 B外电路断路时,路端电压最高 C外电路电阻减小时,路端电压升高D不管外电路电阻怎样变化,其电源的内、外电压之和保持不变2直流电池组的
7、电动势为E,内电阻为r,用它给电阻为R的直流电动机供电,当电动机正常工作时,电动机两端的电压为U,通过电动机的电流是I,下列说法中正确的是 ( )A电动机输出的机械功率是UI B电动机电枢上发热功率为I2RC电源消耗的化学能功率为EI D电源的输出功率为EI-I2r3在如图所示的电路里,r是电源的内阻,R1和R2是外电路中的电阻,如果用Pr、P1和P2分别表示电阻r、R1和R2上所消耗的功率,当R1=R2=r时,PrP1P2等于:( )A111 B211 C144 D4114一电源当它和一标有“6V、3W”的小灯泡构成闭合回路时,小灯泡恰好正常发光。如果该电源与一标有“6V、6W”的小灯泡构成
8、一闭合回路,则该灯泡( )A.正常发光B.比正常发光暗C.比正常发光亮D.因不知电源内阻的大小,故无法确定5如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图象,则下列说法中正确的是()A.电动势E1=E2,短路电流I1I2B.电动势E1=E2.内阻r1r2C.电动势E1E2,内阻r1r2D.当两电源的工作电流变量相同时,电源2的路端电压变化较大6如图E=10V,R1=4,R2=6,C=30F,电池内阻可忽略。(1)闭合电键K,求稳定后通过R1的电流。(2)然后将电键K断开,求这以后流过R1的总电量。7如图,已知变阻器最大阻值为100,R1=15,电源内阻r=4,当开关S闭合,变阻器触头在中点
9、位置处时电源消耗总功率为16W,输出功率为12W,此时灯泡L正常发光,求(1)灯泡的阻值为多少?(2)当S断开时,要使电灯仍正常发光,变阻器的电阻应为多少?8如图所示电路中, R1=3,R2=6,R3=1.5,C=20F当开关S断开时,电源所释放的总功率为2W;当开关S闭合时,电源所释放的总功率为4W,求:(1)电源的电动势和内电阻;(2)闭合S时,电源的输出功率;(3)S断开和闭合时,电容器所带的电荷量各是多少? 答案1.BD 2.BCD 3.D 4.B 5.AD 6. (1)1A;(2)1.210-4C7.(1)10;(2)66 8. (1)4V;0.5 (2)3.5W (3)610-5C
10、 ; 0【课外阅读】中学教师欧姆欧姆(17871854)出生在德国巴伐利亚州的埃尔兰根。父亲是个锁匠,爱好物理和数学。欧姆自幼受到父亲的教导,在科学和技术方面得到了不少的启迪。在大学期间,因生活困难,不得不退学去做家庭教师。但他仍然坚持学习,终于完成了学业,获得了博士学位。他曾在几所中学任教,并在繁重的工作之余,坚持进行科学研究。欧姆所处的年代,正是在电学飞速发展的时期,新的电学成果不断地涌现,其他科学家的发现激励着他去进一步探索一个重要的问题:使用伏打电池的电路中,电流强度可能随电池数目的增多而增大,但是,这中间到底存在什么规律呢?他决心通过实验寻找答案并得到很多有用的结论。但是他曾一度遇到挫折,科学界不承认欧姆的科学发现,许多人对他还抱有成见,甚至认为定律太简单,不足为信。这一切使欧姆也感到万分痛苦和失望。但是,真理之光终究会放射出来的。1831年有位叫波利特的科学家发表了一篇论文,得到的是与欧姆同样的结果,这才引起科学界对欧姆的重新注意。1841年,英国皇家学会授予他科普利金质奖章,并且宣称欧姆定律是“在精密实验领域中最突出的发现”。他得到了应有的荣誉。1854年欧姆与世长辞。十年之后英国科学促进会为了纪念他,决定用欧姆的名字作为电阻单位的名称。人们每当使用这个术语时,总会想起这位勤奋顽强、卓有才能的中学教师。