1、7闭合电路的欧姆定律素养目标定位理解闭合电路欧姆定律及其公式，并能熟练地用来解决有关的电路问题理解路端电压与电流(或外电阻)的关系，知道这种关系的公式表达和图象表达，并能用来分析、解决有关问题理解闭合电路的功率表达，知道闭合电路欧姆定律是能量转化与守恒的一种表现形式素养思维脉络知识点1闭合电路的欧姆定律1闭合电路组成(1)外电路：电源_外_部由用电器和导线组成的电路，在外电路中，沿电流方向电势_降低_。(2)内电路：电源_内_部的电路，在内电路中，沿电流方向电势_升高_。2闭合电路中的能量转化如图所示，电路中电流为I，在时间t内，_非静电力做功_等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和，即E
2、It_I2RtI2rt_。3闭合电路欧姆定律(1)概念：闭合电路中的电流与_电源的电动势_成正比，与内、外电路中的_电阻之和_成反比。(2)表达式：I_公式中，R表示外电路的总电阻，E表示电源的电动势，r是电源内阻。(3)适用范围：_纯电阻_电路。知识点2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_EIr_。(2)图象(UI)：如图所示是一条倾斜的直线，该直线与纵轴交点的纵坐标表示_电动势_，斜率的绝对值表示电源的_内阻_。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减小，外电压U_增大_，当R增大到无限大(断路)时，I0，U_E_。(2)外电阻R减小时，电流I增大，
3、路端电压U_减小_，当R减小到零时，I，U_0_。 思考辨析判一判(1)闭合电路沿着电流的方向电势一定降低。()(2)闭合电路的电流跟内、外电路电阻之和成反比。()(3)在闭合电路中，外电阻越大，路端电压越大。()(4)电路断开时，电路中的电流为零，路端电压也为零。()(5)外电路短路时，电路中的电流无穷大。()(6)纯电阻电路中电源的输出功率随外电阻R的增大而增大。()选一选一同学将变阻器与一只6 V,68 W的小灯泡L及开关S串联后接在6 V的电源E上，当S闭合时，发现灯泡发光。按此图的接法，当滑片P向右滑动时，灯泡将(B)A变暗B变亮C亮度不变D可能烧坏灯泡解析：由图可知，变阻器接入电路
4、的是PB段的电阻丝，当滑片P向右滑动时，接入电路中的电阻丝变短，电阻减小，灯泡变亮，B选项正确。由于灯泡的额定电压等于电源电压，所以不可能烧坏灯泡。想一想我们有这样的经验，傍晚是每一天用电高峰时段，万家灯火，但是灯光较暗；而夜深人静的时候，灯光特别亮，这是为什么？还有，在家用电器使用中，打开大功率的空调后，你会发现灯泡会变暗，而关掉空调后灯又会马上亮起来，这是为什么？解析：当电路中接入较多的用电器时，由于这些用电器是并联的，其总电阻会变小，干路中的电流就会增大，由于导线有电阻，在导线上就有较大的电压降，造成灯泡两端的电压变小，因此灯泡的亮度就变暗了。探究一对闭合电路的欧姆定律的理解S 1如图是
5、闭合电路中电势升降的一个比喻。图中小男孩就像电路中的正电荷一样，是升降机的作用实现了他的持续运动。两端的高度差相当于内、外电阻两端的电势差，电源就像升降机，升降机升起的高度相当于电源的电动势。根据此比喻请探究一下，闭合电路中电流与电动势、电阻有什么关系？提示：I或EIRIrU外U内G 1闭合电路的欧姆定律的表达形式表达式物理意义适用条件I电流与电源电动势成正比，与电路总电阻成反比纯电阻电路EI(Rr) EU外Ir EU外U内 电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和式适用于纯电阻电路；式普遍适用EItI2RtI2rt WW外W内 电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和式
6、适用于纯电阻电路，式普遍适用2.路端电压U随电流I变化的图象(UI关系图)：(1)UI图象的函数表达式：UEIr。(2)UI图象特点：位于第一象限，与横纵坐标轴相交的倾斜直线，如图所示。(3)几个特点。三个特征量：与纵轴交点表示电动势，与横轴交点表示短路电流，直线斜率的大小表示电源的内阻。两个特殊状态：当外电路断开时(R)，I变为零。Ir0，UE；当电源两端短路时(R0)，此时电流I短(短路电流)。D 典例1 如图所示电路中，R1R2R31 ，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。解题指导：根据电路结构，结合电表示数，列闭合电
7、路欧姆定律方程求解。解析：当S断开时，R1与R2串联组成外电路I1EI1(R1R2r)当S闭合时，R2与R3并联，然后与R1串联组成外电路，且电压表仍测R1两端电压I1EI1(R1r)代入已知数据联立解得E2 V，r0.5 。答案：2 V0.5 对点训练1 (多选)如图所示是某电源的伏安特性曲线，则下列结论正确的是(AC)A电源的电动势为6.0 VB电源的短路电流为0.5 AC电流为0.2 A时的外电阻是28.4 D电源的内阻为12 解析：图线在U轴的截距为电源的电动势，故A对；图线斜率的绝对值为电源的内阻，r 1.6 ，故D错；电流为0.2 A时的外电阻是Rr28.4 ，故C对；电流为0.5
8、 A时的路端电压为5.2 V，此时并非是短路电流，故B错。探究二闭合电路的动态分析方法S 2如图所示的闭合电路中，当滑动变阻器的滑片P向右滑动时，两电表的示数发生变化，这一类问题叫电路的动态分析问题。试问滑片P向右滑动时，两电表的示数怎样变化？提示：P右滑RR总I总U内U外，即电流表示数减小，电压表示数增大。G 1闭合电路动态分析的思路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，分析这类问题的基本思路是：2闭合电路动态分析的三种方法(1)程序法：基本思路是“部分整体部分”，即：R局R总I总U外。(2)结论法“并同串反”。“并同”：指某一电阻增大时，与它
9、并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。“串反”：指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大。(3)特殊值法与极限法：指因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论。一般用于滑动变阻器两部分在电路中都有电流时的讨论。特别提醒：(1)在闭合电路中，任何一个电阻的增大(或减小)，都将引起电路总电阻的增大(或减小)，该电阻两端的电压一定会增大(或减小)。(2)理
10、想电压表可认为是断路，理想电流表可认为是短路。D 典例2 如图所示电路，当R2的滑动片向右移动时，各表的变化情况是(C)AA1、A2读数均变大，V1、V2读数均变小BA1读数变大，A2读数变小，V1读数变大，V2读数变小CA1读数变大，A2读数变小，V1读数变小，V2读数变大DA1、A2读数均变小，V1、V2读数均变大解题指导：本题可用多种方法推论各表的变化情况。用“结论法”解题快捷，但一定要理清各用电器的串、并联关系。解析：方法，程序法：当R2的滑动片向右移动时，变阻器有效电阻减小，则总电阻减小，总电流增大，故A1读数变大； V2测R3两端电压，因为电流增大，所以R3两端电压也增大，即 V2
11、读数变大；电流增大，会使内电压增大，所以路端电压减小，即 V1读数变小；路端电压减小，而 V2增大，则R1和R2的并联电压减小，故通过R1的电流减小，即A2读数变小，所以选项C正确。方法，结论法：“并同”：变阻器R2减小，与R2有并联关系的 V1、A2示数变小，“串反”：变阻器R2减小，与R2有串联关系的 V2、A1示数变大，所以选项C正确。对点训练2 (2019福州市八县(市)协作校高二上学期期末)如图所示电路，电源电动势为E，内阻为r，Rt为光敏电阻(光照强度增加时，其电阻值减小)，现增加光照强度，则下列判断正确的是(B)AB灯变暗，A灯变亮BR0两端电压变大C电源路端电压不变D电源总功率
12、不变解析：由题意，增加光照强度时，Rt减小，外电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律得知干路电流I增大，电源的内电压增大，路端电压U减小，流过A灯的电流IA减小，则A灯变暗；通过R0电流I0IIA，I增大，而IA减小，则I0增大，R0两端电压U0增大，而路端电压减小，则知B的电压减小，所以B灯变暗；故B正确，AC错误。电源的总功率PEI，E不变，I增大，则P增大。故D错误。探究三闭合电路的功率分析S 3在闭合电路中，内外电路都有电阻，当电流通过内外电路时都要做功。请问：外电路的电阻越大，外电路消耗的功率就越大吗？提示：不一定。G 1各部分功率关系分析由EItI2RtI2rt知EII2RI2r2电
13、源输出功率P出即当Rr时，分母最小，即电源输出功率最大。P出与外电阻R的函数关系图象特别提醒：(1)当电源输出功率最大时，机械效率50%。当R时，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，其消耗的功率根据PI2R来判断，与输出功率大小的判断方法不同。D 典例3 在如图所示的电路中，已知电源电动势E3 V，内电阻r1 ，电阻R12 ，滑动变阻器R的阻值可连续增大，问：(1)当R多大时，R消耗的功率最大？最大功率为多少？(2)当R多大时，R1消耗的功率最大？最大功率为多少？(3)当R为多大时，电源的输出功率最大？最大为多少？解题指导：求解本题应把握以下三点：(1)定值电阻
14、消耗功率最大时通过的电流最大。(2)求可变电阻消耗的功率时可将其他电阻等效为电源内阻。(3)结合P出与外电阻间的函数关系分析，求解。解析：(1)把R1视为内电路的一部分，则当RR1r3 时，R消耗的功率最大，其最大值为：P max0.75 W。(2)对固定电阻R1，当电路的电流最大时其消耗的功率最大，此时R0，所以P1I2R1()2R12 W。(3)当rR外时，电源的输出功率最大，但在本题中外电阻最小为2，不能满足以上条件，所以当外电阻和内电阻越接近时越大，即R10时电源的输出功率最大P出I2R12R122 W2 W。答案：(1)0.75 W(2)2 W(3)2 W对点训练3 (多选)(201
15、9宁夏银川一中高二上学期期末)某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标系中，如图中的a、b、c所示。则下列判断正确的是(ABD)A在a、b、c三条图线上分别取横坐标相同的A，B，C三点，这三点的纵坐标一定满足关系PAPBPCB反映Pr变化的图线是cC电源电动势为8 VD当电流为0.5 A时，外电路的电阻为6 解析：电源消耗的总功率等于输出功率PR和电源内部的发热功率Pr之和，所以同一横坐标下，纵坐标一定满足关系PAPBPC，故A正确；内电阻消耗的功率PrI2r，与电流的平方成正比，所以图象应为c，故B正确；电源的总功率PEI，由图可知
16、，I2 A时，P8 W，所以E4 V，故C错误；根据内电阻消耗的功率PrI2r，由图可知，I2 A时，Pr8 W，所以r2 。根据闭合电路欧姆定律I，当I0.5 A时，R6 ，故D正确。含电容器电路的分析与计算分析和计算含有电容器的直流电路时，注意把握以下几个方面：(1)电路稳定时电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件，在电容器处电路看成是断路，画等效电路时，可以先把它去掉。(2)若要求电容器所带电荷量时，可在相应的位置补上，求出电容器两端的电压，根据QCU计算。(3)电路稳定时电容器所在支路断路，与电容器串联的电阻两端无电压，该电阻相当于导线。(4)当电容器与电阻并联后接入电路时，电容器
17、两端的电压与并联电阻两端的电压相等。(5)电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充、放电，有QCU。案例 如图所示，E10 V，r1 ，R1R35 ，R24 ，C100 F。当S断开时，电容器中带电粒子恰好处于静止状态。求：(1)S闭合后，带电粒子加速度的大小和方向；(2)S闭合后流过R3的总电荷量。点拨：解答本题时可按以下思路分析：解析：(1)开始带电粒子恰好处于静止状态，必有qEmg且qE竖直向上。S闭合后，qEmg的平衡关系被打破。S断开，带电粒子恰好处于静止状态，设电容器两极板间距离为d，有UCE4 V，qUC/dmgS闭合后，UCE8 V设带电粒子加速度为a，则qUC/dmgma，解得ag10 m/s2，方向竖直向上。(2)S闭合后，流过R3的总电荷量等于电容器上电荷的增加量，所以QC(UCUC)4104C。答案：(1)10 m/s2，竖直向上(2)4104C
