2011高考物理金牌复习第十章恒定电流§3闭合电路欧姆定律

§3 闭合电路欧姆定律

教学目标：

1．掌握闭合电路欧姆定律，并能应用其解决有关问题；

2．掌握路端电压和外电路电阻的关系，掌握讨论电路结构变化题的一般方法 3．掌握闭合电路的U-I 图象 教学重点：闭合电路欧姆定律及其应用 教学难点：闭合电路欧姆定律的应用 教学方法：讲练结合，计算机辅助教学 教学过程：

一、闭合电路欧姆定律 1.主要物理量。

研究闭合电路，主要物理量有E 、r 、R 、I 、U ，前两个是常量，后三个是变量。 闭合电路欧姆定律的表达形式有： ①E =U 外+U 内

②r

R E

I += （I 、R 间关系）

③U=E-Ir （U 、I 间关系） ④E r

R R

U +=

（U 、R 间关系） 从③式看出：当外电路断开时（I = 0），路端电压等于电动势。而这时用电压表去测量时，读数却应该略小于电动势（有微弱电流）。当外电路短路时（R = 0，因而U = 0）电流最大为I m =E /r （一般不允许出现这种情况，会把电源烧坏）。

2.电源的功率和效率。

⑴功率：①电源的功率（电源的总功率）P E =EI ②电源的输出功率P 出=UI

③电源内部消耗的功率

P r =I 2r

⑵电源的效率：r

R R E U P P E +===η（最后一个等号只适用于纯电阻

R

P

电路）

电源的输出功率()()r

E r E r R Rr

r R R

E P 444222

2

2≤⋅+=

+=

，可见电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示，而当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，为r

E P m 42=。 【例1】已知如图，E =6V ，r =4Ω，R 1=2Ω，R 2的变化范围是0~10Ω。求：①电源的最大输出功率；②R 1上消耗的最大功率；③R 2上消耗的最大功率。

解：①R 2=2Ω时，外电阻等于内电阻，电源输出功率最大为2.25W ；②R 1是定植电阻，电流越大功率越大，所以R 2=0时R 1上消耗的功率最大为2W ；③把R 1也看成电源的一部分，等效电源的内阻为6Ω，所以，当R 2=6Ω时，R 2上消耗的功率最大为1.5W 。

3.变化电路的讨论。

闭合电路中只要有一只电阻的阻值发生变化，就会影响整个电路，使总电路和每一部分的电流、电压都发生变化。讨论依据是：闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、串联电路的电压关系、并联电路的电流关系。以右图电

路为例：设R 1增大，总电阻一定增大；由r

R E I +=，I 一定减小；由U=E-Ir ，

U 一定增大；因此U 4、I 4一定增大；由I 3= I-I 4，I 3、U 3一定减小；由U 2=U-U 3，U 2、I 2一定增大；由I 1=I 3 -I 2，I 1一定减小。总结规律如下：

①总电路上R 增大时总电流I 减小，路端电压U 增大；②变化电阻本身和总电路变化规律相同；③和变化电阻有串联关系（通过变化电阻的电流也通过该电阻）的看电流（即总电流减小时，该电阻的电流、电压都减小）；④和变化电阻有并联关系的（通过变化电阻的电流不通过该电阻）看电压（即路端电压增大时，该电阻的电流、电压都增大）。

【例2】 如图，电源的内阻不可忽略．已知定值电阻R 1=10Ω，R 2=8Ω．当电键S 接位置1时，电流表的示数为0.20A ．那么当电键S 接位置2时，电流表的示数可能是下列的哪些值

A.0.28A

B.0.25A

C.0.22A

D.0.19A

解：电键接2后，电路的总电阻减小，总电流一定增大，所以不可能是0.19A ．电源的路端电压一定减小，原来路端电压为2V ，所以电键接2后路端电压低于2V ，因此电流一定小于0.25A ．所以只能选C 。

【例3】 如图所示，电源电动势为E ，内电阻为r ．当滑动变阻器的触片P 从右端滑到左端时，发现电压表V 1、V 2示数变化的绝对值分别为ΔU 1和ΔU 2，下列说法中正确的是

A.小灯泡L 1、L 3变暗，L 2变亮

B.小灯泡L 3变暗，L 1、L 2变亮

C.ΔU 1<ΔU 2

D.ΔU 1>ΔU 2

解：滑动变阻器的触片P 从右端滑到左端，总电阻减小，总电流增大，路端电压减小。与电阻蝉联串联的灯泡L 1、L 2电流增大，变亮，与电阻并联的灯泡L 3电压降低，变暗。U 1减小，U 2

增大，而路端电压U = U 1+ U 2减小，所以U 1的变化量大于 U 2的变化量，选BD 。

4．电动势与路端电压的比较：

5.闭合电路的U-I 图象。

右图中a 为电源的U-I 图象；b 为外电阻的U-I 图象；两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压；该点和原点之间的矩形的面积表示输出功率；a 的斜率的绝对值表示内阻大小； b 的斜率的绝对值表示外电阻的大小；当两个斜率相等时（即内、外电阻相等时图中矩形面积最

大，即输出功率最大（可以看出当时路端电压是电动势的一半，电流是最大电流的一半）。

【例4】 如图所示，图线a 是某一蓄电池组的伏安特性曲线，图线b 是一只某种型号的定值电阻的伏安特性曲线．若已知该蓄电池组的内阻为2.0Ω，则这只定值电阻的阻值为______Ω。现有4只这种规格的定值电阻，可任意选取其中的若干只进行组合，作为该蓄电池组的外电

路，则所组成的这些外电路中，输出功率最大时是_______W 。

解：由图象可知蓄电池的电动势为20V ，由斜率关系知外电阻阻值为6Ω。用3只这种电阻并联作为外电阻，外电阻等于2Ω

，因此输出

I /A

I

0m