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第二課時 閉合電路歐姆定律
【要求】
1．認(rèn)識內(nèi)電路和外電路，了解電動勢與內(nèi)電阻。
2．理解閉合電路歐姆定律，并用它對全電路進(jìn)行有關(guān)計算。
3．理解路端電壓、輸出功率與負(fù)載的關(guān)系。
【知識再現(xiàn)】
一、電動勢
1．物理意義：反映不同電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為 本領(lǐng)大小的物理量。
2．大�。旱扔� 斷開時的路端電壓．也等于把1 C的正電荷從電源負(fù)極移到正極時非靜電力所做的功．
3．內(nèi)電阻：電源內(nèi)部對電流的阻礙阻礙作用。其值由電源本身決定。
議一議：電動勢為E，內(nèi)阻為r的幾個電池串聯(lián)、并聯(lián)后的總電動勢和總內(nèi)阻分別為多大?
二、閉合電路歐姆定律
1．內(nèi)容：閉合電路里的電流跟電源的 成正比，跟 的電阻之和成反比，這個結(jié)論叫閉合電路的歐姆定律．
2．公式：I＝ 或者E＝U外+Ir＝U外+U內(nèi)。
3．路端電壓：外電路兩端的電壓，即電源的輸出電壓U＝E一Ir
三、電路中的能量
1．電源的總功率：指電源提供的全部電功率．公式為：P總＝
2．電源的輸出功率：指電源提供給外電路的功率．公式為：P出＝
3．電源的內(nèi)部發(fā)熱功率：指電源內(nèi)電阻消耗的功率．公式為：P內(nèi)＝
4．電源的效率：指用電器得到的電功率跟電源的總功率的比值．公式為：η＝ 。純電阻電路中η＝
知識點(diǎn)一電源電動勢與內(nèi)電阻
電動勢與電壓的區(qū)別與聯(lián)系
1．電源電動勢是表征電源特性的物理量，只與電源有關(guān)，與外電路的狀況無關(guān)；電路中任意兩點(diǎn)之間的電壓與電源的電動勢和電路參數(shù)有關(guān)．
2．電動勢的大小反映了電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)，即非靜電力移送單位正電荷從電源負(fù)極至正極所做的功；電壓的大小表示電場力在電場中兩點(diǎn)之間移動單位正電荷做的功，是把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能．
3．兩者之間的聯(lián)系，電路閉合時，E＝U內(nèi)+U外；電路斷開時，E＝U外．
【應(yīng)用1】關(guān)于電源和電動勢，下列說法中正確的是( )
A．在電源內(nèi)部把正電荷從負(fù)極移到正極，非靜電力做功，電能增加
B．對于給定的電源，移動正電荷非靜電力做功越多，電動勢就越大
C．電動勢越大，說明非靜電力在電源內(nèi)部從負(fù)極向正極移送單位電荷量做功越多
D．電動勢越大，說明非靜電力在電源內(nèi)部把正電荷從負(fù)極移到正極移送電荷量越多
導(dǎo)示: 在電源內(nèi)部把正電荷從負(fù)極移到正極，非靜電力做功，等于電能增加，A對。且做功越多，電動勢就越大，B對。反過來電動勢越大，說明非靜電力在電源內(nèi)部從負(fù)極向正極移送單位電荷量做功越多，而與移動電荷量無關(guān)，C對D錯。故選ABC。
知識點(diǎn)二路端電壓
1．路端電壓與外電阻的關(guān)系
2．路端電壓與電流強(qiáng)度的關(guān)系
根據(jù)E＝U外+Ir可得U外＝E一Ir，由此式可知，U隨I的增大而減小，它們的關(guān)系圖線(也稱電源外特性曲線)如圖所示．此圖象的物理意義是：
(1)圖線與縱軸的交點(diǎn)對應(yīng)的電壓為電源的電動勢
(2)圖線的斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻．
(3)圖線與橫軸的交點(diǎn)表示短路電流．
(4)在圖線上一點(diǎn)的坐標(biāo)的乘積為電源的輸出功率
【應(yīng)用2】如圖甲所示的電路中，R1、R2均為定值電阻，且R1＝100 Ω，R2阻值未知，R3為一滑動變阻器．當(dāng)其滑片P從左端滑至右端時，測得電源的路端電壓隨電源中流過的電流變化圖線如圖乙所示，其中A、B兩點(diǎn)是滑片P在變阻器的兩個不同端點(diǎn)得到的數(shù)據(jù)．求；(1)電源的電動勢和內(nèi)阻．(2)定值電阻R2的阻值．(3)滑動變阻器的最大阻值．
導(dǎo)示(1)由圖可知:E=20V，r=0.05Ω
(2)滑動片P在變阻器的右端時，對應(yīng)圖乙中的B點(diǎn)，R2+r=4/0.8=5Ω，R2=4.5Ω
(3) 滑動片P在變阻器的右端時，對應(yīng)圖乙中的B點(diǎn),R外=16/0.2=80Ω
根據(jù)串并聯(lián)總電阻，可求得變阻器的最大電阻R3=300Ω
知識點(diǎn)三電源功率與效率
1．能量形式：Eq＝qU外+qU內(nèi)它反映出移動單位電荷的過程中，非靜電力做功與電場力做功量值相等，即其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能，再由電能轉(zhuǎn)化為電阻只及r上的內(nèi)能．轉(zhuǎn)化過程中，能量守恒得到體現(xiàn)．
2．功率形式：IE＝IU外+IU內(nèi)或IE＝IU +I2r
3．電源的輸出功率
時，若R增大，則P出增大；當(dāng)只>r時，若R增大，則P出減�。畱�(yīng)注意：對于內(nèi)外電路上的固定電阻，其消耗的功率僅取決于電路中的電流的大�。�
4．電源的效率
對于給定的電源，內(nèi)阻一定，效率隨外電阻的增大而單調(diào)增加，當(dāng)R＝r時，η＝50％；當(dāng)R→0時，η→0；當(dāng)R→∞時，η→100％?
【應(yīng)用3】如圖所示，已知電源內(nèi)阻 r＝2 Ω，定值電阻R1＝0．5Ω．求： (1)當(dāng)滑動變阻器的阻值R2為多大時，電阻R1消耗的功率最大?(2)當(dāng)變阻器的阻值為多大時，變阻器消耗的功率最大?(3)當(dāng)變阻器的阻值為多大時，電源輸出功率最大?
導(dǎo)示: (1)電阻R1為定值電阻，電流大，功率就大，所以當(dāng)滑動變阻器的阻值R2為零時，R1消耗的功率最大。
（2）可將R1看作電源的內(nèi)電阻，所以當(dāng)R2= R1+r=2.5Ω時，變阻器消耗的功率最大.
(3)當(dāng)電路內(nèi)外電阻相等時，R2+R1= r，R2=1.5Ω電源輸出功率最大.
等效法是物理解題時常用的一種方法，使用該方法時，要看準(zhǔn)如何等效，哪部分可等效成什么等問題。
類型一應(yīng)用圖象解題
1．由P一R圖象知：對于E、r一定的電源，外電阻R一定時，輸出功率只有唯一的值．輸出功率P一定時，一般R有兩個值R1、R2與之對應(yīng)．
2．將電源(E、r)與一個電阻相連，即電源向電阻R供電，在U?I圖象中畫出電源的伏安特性曲線和導(dǎo)體R的伏安特性曲線，其交點(diǎn)(U，I)的坐標(biāo)乘積UI為電源的輸出功率也就是R的功率．利用上述聯(lián)系可借助圖象解題．
【例1】把一個"10 V，2.0 W”的用電器A(純電阻)接到某一電動勢和內(nèi)阻都不變的電源上，用電器A實(shí)際消耗的功率是2.0W．若換上另一個"10 V，5.0W”的用電器B(純電阻)接到這一電源上，用電器B實(shí)際消耗的功率有沒有可能反而小于2.0 W?(設(shè)電阻不隨溫度改變)
導(dǎo)示:電源的輸出功率隨外電路阻值的變化而變化，如下式所示：
用圖象法解題時，首先要明確圖象的物理意義，即圖象中的每一點(diǎn)、圖象中曲線的極值坐標(biāo)、圖象中特殊坐標(biāo)點(diǎn)等。
類型二等效電源法解題
等效電源法就是把一個較為復(fù)雜的電路看做是兩部分組成的，其中一部分看做是用電器，另一部分就是既有電動勢，又有內(nèi)電阻的電源．
【例2】如圖所示，電源的電動勢、內(nèi)電阻未知，R1、R2的阻值也未知．當(dāng)在a、b間接入不同的電阻時，電流表有不同的示數(shù)，如下表所示，
請完成此表格．
導(dǎo)示: 由于電源的電動勢E、內(nèi)電阻r、以及R1、R2都是未知的，若用常規(guī)做法是難以求解的．這時，可采用等效電源法，將除R之外的電路當(dāng)作等效電源，R是等效電源的外電阻，等效電路圖如右圖所示，虛框內(nèi)是等效電源．設(shè)等效電源的電動勢為E′，內(nèi)電阻為r′，根據(jù)閉合電路的
1．利用如圖電路，可以測定電路電動勢和內(nèi)電阻，已知R1=、R2= R3=1Ω，當(dāng)電鍵K斷開時，電壓表讀數(shù)為0.8 V，當(dāng)電鍵K閉合時，電壓表的讀數(shù)為1V，該電源的電動勢和內(nèi)阻分別為 V， Ω
2．如圖，AB,CD為兩根平行的相同的均勻電阻絲，MN為另一根電阻絲，其電阻為R，它可以在AB,CD上滑動并保持與AB垂直，MN與AB,CD接觸良好，圖中電壓表為理想電壓表，電池的電動勢和內(nèi)阻都不變，B,D與電池兩極連接的導(dǎo)線的電阻可忽略，當(dāng)MN處于圖中位置時，電壓表的讀數(shù)為U1=4.0V，已知將MN由圖中位置向左移動一段距離 L后，電壓表的讀數(shù)變?yōu)閁2=3.0V。若將MN由圖中位置向右移動一段距離 L，電壓表的讀數(shù)U3是多少？
3．（06廣州市統(tǒng)考卷）如圖所示，電源的電動勢E＝7.5 V，內(nèi)阻r＝1.0 Ω，定值電阻R2＝12 Ω，電動機(jī)M的線圈的電阻R＝0.50 Ω．閉合開關(guān)S，電動機(jī)轉(zhuǎn)動穩(wěn)定后，電壓表的示數(shù)U1＝4 V，電阻R2消耗的電功率P2＝3.0 W．求電動機(jī)轉(zhuǎn)動穩(wěn)定后：
（1）電路的路端電壓.
（2）通過電動機(jī)的電流．
4．（07南京期末調(diào)研）如圖所示，電解槽 和電爐 并聯(lián)后接到電源上，電源內(nèi)阻 ，電爐電阻 ，電解槽電阻 。當(dāng)S1閉合、S2斷開時，電爐消耗功率684W；S1、S2都閉合時電爐消耗功率475W（電爐電阻可看作不變）。試求：（1）電源的電動勢；
（2）S1、S2都閉合時，流過電解槽的電流大��；
（3）S1、S2都閉合時，電解槽中電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的功率。
參考答案
1．K斷開，I1=U/R E=（R1+R2+r）
K閉合，E=I2（R+r） K斷開I1=U/R2=0.8A E=0.8（2+r） K閉合I2=U/R2=1A
E=2V r=0.5Ω
2．回路總電阻為R總，電源電動勢為E，移動MN距離為 L時電阻增加或減小 R。ER/R總=U1 ER/（R總+ R）=U2
ER/（R總- R）=U3 U3=6V
3．（1）路端電壓等于R2兩端的電壓，由 得
（2）電源的電動勢E = U2＋I(xiàn)r，由此得干路電流
通過R2的電流
通過電動機(jī)的電流I1 = I－I2 =（1.5-0.5）A=1.0 A
4．（1）當(dāng)S1閉合S2斷開時電爐功率為
電爐中電流　 　　
電源電動勢　 　　　
（2）當(dāng)S1、S2都閉合時電爐功率為
電爐中電流
電源路端電壓為 　 　　　　 　　　
通過電源的電流為 　　
通過電解槽的電流為　　
（3）電解槽消耗的電功率 　
電解槽內(nèi)熱損耗功率
電解槽轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的功率 　


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