高中物理闭合电路的欧姆定律优质公开课ppt课件
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第2课时 闭合电路的欧姆定律
一、电动势 1.电源是通过非静电力做功把 其它形式 的能转化成
电势能 的装置. 2.电动势:非静电力搬运电荷所做的功跟搬运电荷电
W 量的比值,E= q ,单位:V. 3.电动势的物理含义:电动势表示电源 把其它形 式的能转化成电势能 本领的大小,在数值上等于 电源没有接入电路时两极间的电压. 4.电动势是 标 量,需注意电动势不是电压.
(2)这时要把保护电阻R0与电源内阻r算在一起,根据
以上结论,当R=R0+r,即R=1 Ω+0.5 Ω=1.5 Ω时,
电阻箱消耗的功率最大,最大功率为
PRmax=E2/4(r+R0)=6 W
(3)电阻R0消耗的功率为:P′=E2R0/(r+R+R0)2 因R0是常量,而R是变量.所以R最小时,P′最大,即 R=0时,Pmax′=E2R0/(r+R0)2=8 W. (4)电源内阻消耗的功率为:P=E2r/(r+R+R0)2 其中R为变量,所以R最大时,P最小;R最小时,P最 大;当R=10 Ω时,电源内阻消耗的功率最小,最小 值为Pmin=E2r/(r+R+R0)2=0.27 W 当R=0时,电源内阻消耗的功率最大,最大值为: Pmax=E2r/(r+R+R0)2=16 W
对于外电路是纯电阻的电路,电源的输出功率:
P出=
I 2R
E2R (R r)2
E2 R r)2 / R 4r
电源的输出功率随外电阻的变化关系如图3所示.
图3
(1)当R=r时,P出max= E 2 . 4r
(2)一个输出功率(除最大功率外)P对应于两个不同
的外电阻R1和R2,且r= R1R2 .
答案 C
例3：如图所示,已知保护电阻R0=0.5 Ω , E=6 V,r=1 Ω .求: (1)当电阻箱R读数为多少时,电源输出功率P出最大,并求这个 最大值.
(2)当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R消耗的功率PR最大,并 求这个最大值.
(3)当电阻箱R读数为多少时,保护电阻R0消耗的功率最大,并 求这个最大值.
U内,E=U外+Ir和U外=E-Ir适用于任何闭合电路.
三、路端电压U与外电阻R的关系
根据U=IR=
ER Rr
E 1
r
知,当外电路电阻R增大时,
R
电路的总电流I 减小 ,电源内电压U内 减小,路端电
压U外 增大 .表示为U—R图象如图1所示.
图1
四、U—I关系图 由U=E-Ir可知,路端电压随着电路中电流的增大而 减小 ;U—I关系图线如图2所示.
(4)设电阻箱R的变化范围为0~10 Ω,分别求R的读数为多少 时,电源内阻消耗的功率最大和最小,并求这两个值.
解析 (1)电源的输出功率为
P出
E2 (R外
r)
R外
4r
E2 (R外
r)2
/
R外
当R外=r时大值为:P出max=E2/4r=62/4×1 W=9 W
故障可能是( )
（A）R1断路 （B）R2断路 （C）R3短路 （D）R4短路
答案：A
练习：如图所示的电路中,电源的电动势为6 V,当开关S接 通后,灯泡L1和L2都不亮,用电压表测得各部分的电压是Uab=6 V,Uad=0 V,Ucd=6 V,由此可断定( ) A.L1和L2的灯丝都烧断了 B.L1灯丝烧断了 C.L2的灯丝烧断了 D.变阻器R断路
(3)当R＜r时,R↑→P出↑;当R＞r时,R↑→P出↓.
3.电源的效率: P出 100% R 100%
P总
Rr
例1：如图甲所示,电压表V1、V2串联接入电路中时,示数分别 为6 V和4 V,当只有电压表V2接入电路中时,如图乙所示,示 数为9 V,电源的电动势为( )
A.9.8 V B.10 V
解析 (1)由题图乙可知
Im
nE nr
所以r= E 1.5 Ω 0.5 Ω Im 3
由题图甲可知Pm= (nE)2
4nr
所以n=
4rPm E2
4
0.5 1.52
4.5
个=4个
(2)由题图丙知 R
R r
又有r′=nr=4×0.5 Ω=2 Ω
所以R= r =8 Ω
1
C.10.8 V D.11.2 V
解析 设电源电动势为E,内阻为r,电压表V2的阻值 为U确2′R.2+,由UR全22电·路r,欧解姆得定E=律10,.得8 EV=,UR1r+2U=20+.2,UR故22·选r项;EC=正
答案 C
例2：如图所示的电路中，闭合电键，灯L1、L2正 常发光，由于电路出现故障，突然发现灯L1变亮， 灯L2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的
图2 (1)当电路断路即I=0时,纵坐标的截距为电动势. (2)当外电路电压为U=0时,横坐标的截距为 短路电流.
(3)图线的斜率的绝对值为电源的 内阻 .
热点二 闭合电路的功率计算
1.电源的总功率:P总=EI=U外I+U内I=UI+ I 2.r 2.电源的输出功率:P出=IU=IE- I 2r.
电路中当C滑至B端时
IB
E总 R r
4 1.5 28
A
0.6
A
UB=IBR=0.6×8 V=4.8 V
PB=IBUB=2.88 W 所以c点的坐标为(4.8,2.88)
答案 (1)4个 (2)8 Ω (3)见解析
二、闭合电路欧姆定律 1.定律内容:闭合电路的电流跟电源电动势成 正比 ,
跟内、外电路的电阻之和成 反比 . E
2.定律表达式为:I= R r 3.适用条件: 纯电阻电路
4.闭合电路欧姆定律的两种常用关系式:
(1)E= U外+U内
(2)E= U+Ir
特别提示
I=
E Rr
只适用于纯电阻闭合电路,变式E=U外+
(3)由题图乙求a点的坐标I=
E总 0.6 A R r
U=IR=0.6×8 V=4.8 V
所以a点的坐标为(0.6,4.8)
由图甲求b、c点的坐标
当电源输出功率最大时,外电路电阻与内阻相等,此
时电路电流 I E总 41.5 A 1.5 A
2r 2 2 U′=I′r′=1.5×2 V=3 V 所以b点的坐标为(3,4.5)
练习：如图所示,电源由n个电动势均为1.5 V,且内阻相同的电 池串联组成,合上开关S,滑动变阻器的滑动触头C从A端滑至B端 的过程中,电路中的一些物理量的变化如图甲、乙、丙所示,电 表、导线对电路的影响不计.求:(1)组成电源的串联电池的个 数.(2)滑动变阻器总阻值. (3)将甲、乙、丙三个图上的a、b、c各点的坐标补齐.(甲图为 输出功率与路端电压关系曲线;乙图为路端电压与总电流关系 曲线;丙图为电源效率与外电路电阻关系曲线)
一、电动势 1.电源是通过非静电力做功把 其它形式 的能转化成
电势能 的装置. 2.电动势:非静电力搬运电荷所做的功跟搬运电荷电
W 量的比值,E= q ,单位:V. 3.电动势的物理含义:电动势表示电源 把其它形 式的能转化成电势能 本领的大小,在数值上等于 电源没有接入电路时两极间的电压. 4.电动势是 标 量,需注意电动势不是电压.
(2)这时要把保护电阻R0与电源内阻r算在一起,根据
以上结论,当R=R0+r,即R=1 Ω+0.5 Ω=1.5 Ω时,
电阻箱消耗的功率最大,最大功率为
PRmax=E2/4(r+R0)=6 W
(3)电阻R0消耗的功率为:P′=E2R0/(r+R+R0)2 因R0是常量,而R是变量.所以R最小时,P′最大,即 R=0时,Pmax′=E2R0/(r+R0)2=8 W. (4)电源内阻消耗的功率为:P=E2r/(r+R+R0)2 其中R为变量,所以R最大时,P最小;R最小时,P最 大;当R=10 Ω时,电源内阻消耗的功率最小,最小 值为Pmin=E2r/(r+R+R0)2=0.27 W 当R=0时,电源内阻消耗的功率最大,最大值为: Pmax=E2r/(r+R+R0)2=16 W
对于外电路是纯电阻的电路,电源的输出功率:
P出=
I 2R
E2R (R r)2
E2 R r)2 / R 4r
电源的输出功率随外电阻的变化关系如图3所示.
图3
(1)当R=r时,P出max= E 2 . 4r
(2)一个输出功率(除最大功率外)P对应于两个不同
的外电阻R1和R2,且r= R1R2 .
答案 C
例3：如图所示,已知保护电阻R0=0.5 Ω , E=6 V,r=1 Ω .求: (1)当电阻箱R读数为多少时,电源输出功率P出最大,并求这个 最大值.
(2)当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R消耗的功率PR最大,并 求这个最大值.
(3)当电阻箱R读数为多少时,保护电阻R0消耗的功率最大,并 求这个最大值.
U内,E=U外+Ir和U外=E-Ir适用于任何闭合电路.
三、路端电压U与外电阻R的关系
根据U=IR=
ER Rr
E 1
r
知,当外电路电阻R增大时,
R
电路的总电流I 减小 ,电源内电压U内 减小,路端电
压U外 增大 .表示为U—R图象如图1所示.
图1
四、U—I关系图 由U=E-Ir可知,路端电压随着电路中电流的增大而 减小 ;U—I关系图线如图2所示.
(4)设电阻箱R的变化范围为0~10 Ω,分别求R的读数为多少 时,电源内阻消耗的功率最大和最小,并求这两个值.
解析 (1)电源的输出功率为
P出
E2 (R外
r)
R外
4r
E2 (R外
r)2
/
R外
当R外=r时大值为:P出max=E2/4r=62/4×1 W=9 W
故障可能是( )
（A）R1断路 （B）R2断路 （C）R3短路 （D）R4短路
答案：A
练习：如图所示的电路中,电源的电动势为6 V,当开关S接 通后,灯泡L1和L2都不亮,用电压表测得各部分的电压是Uab=6 V,Uad=0 V,Ucd=6 V,由此可断定( ) A.L1和L2的灯丝都烧断了 B.L1灯丝烧断了 C.L2的灯丝烧断了 D.变阻器R断路
(3)当R＜r时,R↑→P出↑;当R＞r时,R↑→P出↓.
3.电源的效率: P出 100% R 100%
P总
Rr
例1：如图甲所示,电压表V1、V2串联接入电路中时,示数分别 为6 V和4 V,当只有电压表V2接入电路中时,如图乙所示,示 数为9 V,电源的电动势为( )
A.9.8 V B.10 V
解析 (1)由题图乙可知
Im
nE nr
所以r= E 1.5 Ω 0.5 Ω Im 3
由题图甲可知Pm= (nE)2
4nr
所以n=
4rPm E2
4
0.5 1.52
4.5
个=4个
(2)由题图丙知 R
R r
又有r′=nr=4×0.5 Ω=2 Ω
所以R= r =8 Ω
1
C.10.8 V D.11.2 V
解析 设电源电动势为E,内阻为r,电压表V2的阻值 为U确2′R.2+,由UR全22电·路r,欧解姆得定E=律10,.得8 EV=,UR1r+2U=20+.2,UR故22·选r项;EC=正
答案 C
例2：如图所示的电路中，闭合电键，灯L1、L2正 常发光，由于电路出现故障，突然发现灯L1变亮， 灯L2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的
图2 (1)当电路断路即I=0时,纵坐标的截距为电动势. (2)当外电路电压为U=0时,横坐标的截距为 短路电流.
(3)图线的斜率的绝对值为电源的 内阻 .
热点二 闭合电路的功率计算
1.电源的总功率:P总=EI=U外I+U内I=UI+ I 2.r 2.电源的输出功率:P出=IU=IE- I 2r.
电路中当C滑至B端时
IB
E总 R r
4 1.5 28
A
0.6
A
UB=IBR=0.6×8 V=4.8 V
PB=IBUB=2.88 W 所以c点的坐标为(4.8,2.88)
答案 (1)4个 (2)8 Ω (3)见解析
二、闭合电路欧姆定律 1.定律内容:闭合电路的电流跟电源电动势成 正比 ,
跟内、外电路的电阻之和成 反比 . E
2.定律表达式为:I= R r 3.适用条件: 纯电阻电路
4.闭合电路欧姆定律的两种常用关系式:
(1)E= U外+U内
(2)E= U+Ir
特别提示
I=
E Rr
只适用于纯电阻闭合电路,变式E=U外+
(3)由题图乙求a点的坐标I=
E总 0.6 A R r
U=IR=0.6×8 V=4.8 V
所以a点的坐标为(0.6,4.8)
由图甲求b、c点的坐标
当电源输出功率最大时,外电路电阻与内阻相等,此
时电路电流 I E总 41.5 A 1.5 A
2r 2 2 U′=I′r′=1.5×2 V=3 V 所以b点的坐标为(3,4.5)
练习：如图所示,电源由n个电动势均为1.5 V,且内阻相同的电 池串联组成,合上开关S,滑动变阻器的滑动触头C从A端滑至B端 的过程中,电路中的一些物理量的变化如图甲、乙、丙所示,电 表、导线对电路的影响不计.求:(1)组成电源的串联电池的个 数.(2)滑动变阻器总阻值. (3)将甲、乙、丙三个图上的a、b、c各点的坐标补齐.(甲图为 输出功率与路端电压关系曲线;乙图为路端电压与总电流关系 曲线;丙图为电源效率与外电路电阻关系曲线)