3.闭合电路的“三功率”、“一效率”讲义
高中物理选修3-1-闭合电路欧姆定律ppt课件
两电路电阻相等
②
表达式：I =
E R+r
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问题与思考
选修 3-1 恒定电流
例1 如图所示电路，电源电动势为
1.5V，内阻为0.12Ω ，外电路
的电阻为 1.38Ω ，求电路中的
电流和路端电压。
I = 1.0A
sR Er
U = 1.38V
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选修 3-1 恒定电流
读数 I2 = 0.3A. 求电源的电动势 E
和内电阻r.
1 R1
E = 3V r = 1Ω
s
2 R2 A Er
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选修 3-1 恒定电流
例4 如图所示电路中，R1=0.8Ω，R3 = 6Ω，滑动变阻器的全值电阻R2=12 Ω，电源电动势E=6 V，内阻 r = 0.2 Ω，当滑动变阻器的滑片在变阻器中 央位置时，闭合开关S，电路中的电流 表和电压表的读数各是多少?
A1为1.5 A A2为0.75 A V1为5.7 V V2为4.5 V
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闭合电路伏安曲线
1 实验数据采集
选修 3-1 恒定电流
A V
U/V I/A
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选修 3-1 恒定电流
2 描绘图线
U/V E
◎外电路断路时
R→∞ I = 0，U = E
2 理论探究
电源本质是：
能量转化装置
IR Er
① 闭合开关 S 后，电源内部非静电力做
了多少功？W非 = ___q_E__
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选修 3-1 恒定电流
物理：2.7《闭合电路的欧姆定律》基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)
(3)适用范围： 纯电阻 电路． 适用范围： 电路． 适用范围 (4)常用的变形公式及适用范围 常用的变形公式及适用范围 U ①公式：E＝ 外 ＋U内或U＝ E－Ir . 公式： ＝ ＝ － ②适用范围：任何闭合电路． 适用范围：任何闭合电路．
二、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＝ E－Ir 公式： ＝ － 公式 .
三、闭合电路中的功率和效率 1．各部分功率关系分析 ． 由EIt＝I2Rt＋I2rt知，EI＝I2R＋I2r ＝ ＋ 知 ＝ ＋ 其中EI为电源的总功率，I2r为电源内耗功率，I2R 为电源内耗功率， 其中 为电源的总功率， 为电源内耗功率 为电源的总功率 为外电路消耗功率，也是电源的输出功率． 为外电路消耗功率，也是电源的输出功率．
(3)由 由
判断总电流的变化； 判断总电流的变化；
(4)据U＝E－Ir判断路端电压的变化； 据 ＝ － 判断路端电压的变化 判断路端电压的变化； (5)由欧姆定律及串、 并联电路的规律判断各部分 由欧姆定律及串、 由欧姆定律及串 电路电压及电流的变化． 电路电压及电流的变化．
1．在闭合电路中，任何一个电阻的增大 或减小 ， ． 在闭合电路中，任何一个电阻的增大(或减小 或减小)， 将引起电路总电阻的增大(或减小 ， 将引起电路总电阻的增大 或减小)，该电阻两端的电压 或减小 一定会增大(或减小 ，通过该电阻的电流一定会减小(或 一定会增大 或减小)，通过该电阻的电流一定会减小 或 或减小 增大)． 增大 ． 2．讨论定值电阻上电压 电流 的变化时 ， 可用部 ． 讨论定值电阻上电压(电流 的变化时， 电流)的变化时 分电路欧姆定律分析，当讨论可变电阻 上的电压 电流) 上的电压(电流 分电路欧姆定律分析，当讨论可变电阻R上的电压 电流 变化时，不能再用 ＝ 分析，因它的电阻变化， 变化时，不能再用I＝ 分析，因它的电阻变化，电压也 变化， 不好确定 只能从串、并联的特点进行分析． 不好确定， 变化，I不好确定，只能从串、并联的特点进行分析．
高中物理人教必修三第11章第5节电路中的能量转化 讲义
1 电路中的能量转化1.理解电功、电功率、电热、热功率及它们之间的关系.2.应用焦耳定律解决相关问题.3.区分电功和电热，会在非纯电阻电路中正确计算电功和电热．一、电功和电功率 1．电功(1)电功是指电路中静电力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程． (2)电功的计算公式：W ＝UIt . 单位：焦耳，符号为J.常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h ＝3.6×106 J. 2．电功率(1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比． (2)公式：P ＝Wt ＝UI .(3)单位：瓦特，符号为W. (4)意义：表示电流做功的快慢． 二、焦耳定律 1．焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比． (2)表达式：Q ＝I 2Rt . 2．热功率(1)定义：单位时间内的发热量称为热功率． (2)表达式：P 热＝I 2R .(3)物理意义：表示电流发热快慢的物理量． 三、电路中的能量转化从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能，即P电＝P 机＋P 损，其中P 电＝UI ，P 损＝I 2R .一、电功和电热 1．电功和电功率W ＝UIt 是电功的计算式，P ＝UI 是电功率的计算式，适用于任何电路． 2．电热和热功率Q ＝I 2Rt 是电热的计算式，P 热＝I 2R 是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率． 3．串、并联电路的功率分配关系(1)串联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成正比，即P 1R 1＝P 2R 2＝…＝P nR n＝I 2.(2)并联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成反比，即P 1R 1＝P 2R 2＝…＝P n R n ＝U 2. (3)无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于电路中各电阻消耗的功率之和． 4．额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗的功率叫作额定功率．当用电器两端电压达到额定电压U 额时，电流达到额定电流I 额，电功率也达到额定功率P 额．且P 额＝U 额I 额．(2)用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率．为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率． 二、电路中的能量转化 1．纯电阻电路与非纯电阻电路(1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能．(2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路．在非纯电阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能．例如电动机P 总＝P 出＋P 热． 2．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较W ＝Q W ＝Q ＋E1．随着我国人民生活水平的不断提高，家庭中使用的电器越来越多。
2022年新教材高中物理12-2闭合电路的欧姆定律讲义新人教版必修第三册
2 闭合电路的欧姆定律1．理解闭合电路欧姆定律及其表达式并能熟练地用来解决有关的电路问题； 2．理解路端电压与负载的关系。
1．静电力做功与非静电力做功的区别。
2．电动势的定义及理解。
3．理解闭合电路的欧姆定律。
4．分析闭合电路的动态变化问题。
一、电动势1．闭合电路：由导线、电源和用电器连成的电路。
用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路。
2．非静电力：在电源内部把正电荷从负极搬运到正极的力。
3．电源：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。
4．电动势(1)物理意义：表征电源把其他形式的能转化为电势能的本领。
(2)定义：非静电力所做的功与所移动的电荷量之比。
(3)定义式：E ＝W q。
(4)单位：伏特，符号是V 。
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析1．部分电路欧姆定律：I ＝U R。
2．内电阻：电源内电路中的电阻。
3．闭合电路中的能量转化：如图所示，A 为电源正极，B 为电源负极，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EIt ＝I 2Rt ＋I 2rt 。
4．闭合电路的欧姆定律(1)内容：闭合电路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)表达式：I ＝ER ＋r。
(3)常见的变形公式：E ＝U 外＋U 内。
三、路端电压与负载的关系1．负载：外电路中的用电器。
2．路端电压：外电路的电势降落。
3．路端电压与电流的关系 (1)公式：U ＝E －Ir 。
(2)结论：①外电阻R 减小→I 增大→U 减小。
②外电路断路→I ＝0→U ＝E 。
③外电路短路→I ＝E r→U ＝0。
(3)电源的U I 图像知识点一 对电动势的理解1．概念理解(1)电源的种类不同，电源提供的非静电力性质不同，一般有化学力、磁场力(洛伦兹力)、涡旋电场力等。
(2)不同电源把其他形式的能转化为电能的本领是不同的。
高中物理必修三 新教材 讲义 专题提升五 闭合电路欧姆定律的应用
专题提升五 闭合电路欧姆定律的应用[学习目标] 1.能够应用闭合电路欧姆定律与串并、联电路的特点对闭合电路进行动态分析。
2.能熟练进行闭合电路有关功率、效率的计算。
3.掌握含电容器电路问题的分析思路和方法。
提升1 闭合电路的动态分析1.引起电路特性发生变化的三种情况(1)滑动变阻器滑片位置的改变，使电路的电阻发生变化。
(2)开关的闭合、断开或换向(双掷开关)使电路结构发生变化。
(3)非理想电表的接入使电路的结构发生变化。
2.分析方法(1)程序法：“部分→整体→部分” ①由局部电阻变化判断总电阻的变化。
②由I ＝ER ＋r判断总电流的变化。
③根据U 外＝E －Ir 判断路端电压的变化。
④由欧姆定律及串、并联电路的规律判断电路各部分电压及电流的变化。
以上分析可形象表示为：R 局⎩⎨⎧增大减小→R 总⎩⎨⎧增大减小→I 总⎩⎨⎧减小增大→U 外⎩⎨⎧增大减小⇒⎩⎨⎧I 部分U 部分(2)结论法——“串反并同”“串反”：是指某一电阻增大时，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。
“并同”：是指某一电阻增大时，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。
【例1】 电动势为E 、内阻为r 的电源与定值电阻R 1、R 2及滑动变阻器R 连接成如图所示的电路。
电流表和电压表均为理想电表，当滑动变阻器的滑片由中点滑向b端时，下列说法正确的是()A.电压表和电流表示数都增大B.电压表和电流表示数都减小C.电压表示数增大，电流表A1示数减小，A2读数增大D.电压表示数减小，电流表A1示数增大，A2读数减小答案C解析由题图可知滑动变阻器的滑片由中点滑向b端时，滑动变阻器连入电路中的阻值增大，则外电路的总阻值R总增大，干路电流I＝E减小，故电流表R总＋rA1示数减小；路端电压U＝E－Ir，因I减小，所以U增大，即电压表的示数增知，I2增大；R2两端电压U2＝E－I(R1＋r)，因I减小，所以U2增大，由I2＝U2R2大，即电流表A2的示数增大，故选项C正确，A、B、D错误。
高中物理必修三 讲义 05 C闭合电路的欧姆定律 提升版
闭合电路的欧姆定律 考点一 闭合电路的分析与计算闭合电路的欧姆定律(1)内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电阻之和成反比； (2)公式：I ＝E R ＋r(只适用于纯电阻电路)； E ＝U 外＋U 内或E ＝U 外＋Ir (适用于任意电路)． 技巧点拨1．路端电压与外电阻的关系(1)一般情况：U ＝IR ＝E R ＋r·R ＝E1＋r R ，当R 增大时，U 增大；(2)特殊情况：①当外电路断路时，I ＝0，U ＝E ； ②当外电路短路时，I 短＝Er ，U ＝0.2．动态分析常用方法(1)程序法：遵循“局部—整体—局部”的思路，按以下步骤分析：(2)结论法：“串反并同”，应用条件为电源内阻不为零．①所谓“串反”，即某一电阻的阻值增大时，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，反之则增大．②所谓“并同”，即某一电阻的阻值增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大，反之则减小． 例题精练1．关于电源电动势E ，下列说法中错误的是( )A ．电动势E 的单位与电势、电势差的单位相同，都是伏特VB ．干电池和铅蓄电池的电动势是不同的C ．电动势E 可表示为E ＝Wq ，可知电源内非静电力做功越多，电动势越大D ．电动势较大，表示电源内部将其他形式能转化为电能的本领越大2.如图1，E 为内阻不能忽略的电池，R 1、R 2、R 3为定值电阻，S 0、S 为开关，V 与A 分别为电压表与电流表．初始时S 0与S 均闭合，现将S 断开，则( )图1A ．V 的读数变大，A 的读数变小B ．V 的读数变大，A 的读数变大C ．V 的读数变小，A 的读数变小D ．V 的读数变小，A 的读数变大3．(多选)在如图2所示电路中，闭合开关S ，当滑动变阻器的滑片P 向下滑动时，各电表的示数分别用I 、U 1、U 2和U 3表示，电表示数变化量的大小分别用ΔI 、ΔU 1、ΔU 2和ΔU 3表示．下列说法正确的是( )图2A.U 1I 不变，ΔU 1ΔI 不变B.U 2I 变大，ΔU 2ΔI 变大C.U 2I 变大，ΔU 2ΔI 不变D.U 3I 变大，ΔU 3ΔI不变 考点二 电路的功率及效率问题1．电源的总功率(1)任意电路：P 总＝IE ＝IU 外＋IU 内＝P 出＋P 内．(2)纯电阻电路：P 总＝I 2(R ＋r )＝E 2R ＋r.2．电源内部消耗的功率 P 内＝I 2r ＝IU 内＝P 总－P 出． 3．电源的输出功率(1)任意电路：P 出＝IU ＝IE －I 2r ＝P 总－P 内． (2)纯电阻电路：P 出＝I 2R ＝E 2R(R ＋r )2. 4．电源的效率任意电路：η＝P 出P 总×100%＝UE ×100%纯电阻电路：η＝RR ＋r ×100%技巧点拨1．纯电阻电路中电源的最大输出功率(如图3) P 出＝UI ＝I 2R ＝E 2(R ＋r )2R ＝E 2R (R －r )2＋4Rr ＝E 2(R －r )2R＋4r 当R ＝r 时，电源的输出功率最大为P m ＝E 24r.图32．提高纯电阻电路效率的方法η＝P 出P 总×100%＝R R ＋r×100%＝11＋r R ×100%，R 增大，η提高．例题精练4．(多选)某同学将一直流电源的总功率P E 、电源内部的发热功率P r 和输出功率P R 随电流I 变化的图线画在了同一坐标系中，如图4中的a 、b 、c 所示．以下判断正确的是( )图4A．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P A＝P B＋P CB．b、c图线的交点与a、b图线的交点的横坐标之比一定为1∶2，纵坐标之比一定为1∶4 C．电源的最大输出功率P m＝9 WD．电源的电动势E＝3 V，内电阻r＝1 Ω考点三电源的U－I图象两类U－I图象的比较例题精练5．(多选)两位同学在实验室中利用如图5(a)所示的电路进行实验，将滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，一位同学记录电流表A和电压表V1的测量数据，另一位同学记录电流表A和电压表V2的测量数据．两位同学根据记录的数据描绘出如图(b)所示的两条U－I 图线，则图象中两图线的交点表示的物理意义是()图5A．滑动变阻器的滑动触头P滑到了最右端B．电源的输出功率最大C．定值电阻R0消耗的功率为0.5 WD．电源的效率达到最大值考点四含容电路的分析1．电路简化把电容器所在的支路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上．2．电容器的电压(1)电容器所在的支路中没有电流，与之串联的电阻两端无电压，相当于导线．(2)电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压．3．电容器的电荷量及变化(1)电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电．若电容器两端电压升高，电容器将充电；若电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电．(2)如果变化前后极板带电的电性相同，通过所连导线的电荷量为|Q1－Q2|；(3)如果变化前后极板带电的电性相反，通过所连导线的电荷量为Q1＋Q2.例题精练6．(多选)如图6所示，电源电动势为E，内阻为r.电路中的R2、R3均为总阻值一定的滑动变阻器，R0为定值电阻，R1为光敏电阻(其电阻随光照强度增大而减小)．当电键S闭合时，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态．有关下列说法中正确的是()图6A．只逐渐增大R1的光照强度，电阻R0消耗的电功率变大，电阻R3中有向上的电流B．只调节滑动变阻器R3的滑动端P2向上端移动时，电源消耗的功率变大，电阻R3中有向上的电流C．只调节滑动变阻器R2的滑动端P1向下端移动时，电压表示数变大，带电微粒向下运动D．若断开电键S，带电微粒向下运动考点五电路故障分析1．故障特点(1)断路特点：表现为路端电压不为零而电流为零；(2)短路特点：用电器或电阻发生短路，表现为有电流通过电路但用电器或电阻两端电压为零．2．检测方法(1)电压表检测：如果电压表示数为零，则说明可能在并联路段之外有断路，或并联部分短路；(2)电流表检测：当电路中接有电源时，可用电流表测量各部分电路上的电流，通过对电流值的分析，可以确定故障的位置．在运用电流表检测时，一定要注意电流表的极性和量程；(3)欧姆表检测：当测量值很大时，表示该处断路；当测量值很小或为零时，表示该处短路．在用欧姆表检测时，应断开电源．例题精练7．(电路故障分析)如图7所示的电路中，电源的电动势为6 V，当开关S闭合后，灯泡L1和L2都不亮，用电压表测得各部分的电压分别为U ab＝6 V，U ad＝0 V，U cd＝6 V，由此可断定()图7A．L1和L2的灯丝都烧断了B．L1的灯丝烧断了C．L2的灯丝烧断了D．滑动变阻器R断路综合练习一．选择题（共12小题）1．（闵行区二模）某扫地机器人电池容量2000mA•h，额定工作电压15V，额定功率30W，则下列说法正确的是（）A．扫地机器人的电阻是7.5ΩB．题中mA•h是能量的单位C．扫地机器人正常工作时的电流是2AD．扫地机器人充满电后一次工作时间约为4h2．（静宁县校级期末）如图（a）电路，当变阻器的滑动片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的示数随电流的变化情况如图（b）U﹣I图象中的AC、BC两直线所示，不考虑电表对电路的影响。
人教版高二物理选修3-1第二章恒定电流第7节闭合电路的欧姆定律专题电源的功率课件 29张PPT
（2）滑动变阻器R2的阻值为多大时，电源内阻消耗的功率 最大，最大值是多少；
（3）滑动变阻器R2的阻值为多大时，电源的输出功率最大， 最大值是多少；
（4）滑动变阻器R2的阻值为多大时，R1上消耗的功率最大， 最大值是多少；
（5）滑动变阻器R2的阻值为多大时，R2上消耗的功率最大， 最大值是多少。
电流I1=E/2r=I短/2，电源的输出功 率PR最大，电源内部的发热功率Pr与 电源的输出功率PR相等，电源的总功 率PE=PR+Pr=2PR=2Pr 3.当电路中的电流为任意值I2时，电源的功率关系为PE=PR+Pr
【典例试做】
1.如图所示的电路中，电源的电动势E=12V，内电阻r=4Ω， 定值电阻R1=2Ω，滑动变阻器R2的阻值变化范围是0—10Ω。 试回答以下问题：
9.如图所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图象； 直线B为电源b的路端电压与电流的关系图象；直线C为一个 电阻R的两端电压与电流的关系图象。如果将这个电阻R分 别接到a、b两电源上，那么有（ ABC ） A.R接到a电源上，电源的效率较低
B.R接到b电源上，电源的输出功率较小
C.R接到a电源上，电源的总功率较大
【解析】
（1）电源的释放功率PE=EI=E2/(R1+R2+r)，当滑动变阻器 R2=0时，电路中的电流最大，电源的释放功率PE最大，且最大 值为PE=24W。
（2）电源内阻消耗的功率Pr=I2r=E2r/(R1+R2+r)2，滑动变阻 器R2=0时，电路中的电流最大，电源内阻消耗的功率Pr也最大， 且最大值为Pr=16W。
B．r1＜r2，P1＜P2
专题四 闭合电路电源效率和功率
专题四、闭合电路电源的三种功率、效率和最大输出功率1．电源的三种功率(以如图8-4-1所示闭合电路为例)：(1)电源总功率：P 总 = EI(2)电源内部消耗功率：P 内 = I 2r (3)电源输出功率：P 出 = UI = I 2R 若外电路是纯电阻电路：则有P 出 = I 2R = r Rr R E R r R E 4)()(2222+-=+。
由上式并绘出P 出－R 图像如图8-4-2所示：①当R ＝r 时，电源的输出功率最大为P m = E 24r；②当R ＞r 时，随着R 的增大输出功率越来越小； ③当R ＜r 时，随着R 的增大输出功率越来越大； 2.电源效率：Η = P 出P 总 = U E = R R ＋r，R 越大，电源效率η越大；当R ＝r 时，电源输出功率最大，而效率仅为50%不是最大。
例1．如图8-4-3所示，已知电阻r = 2Ω，定值电阻R 1 = 0.5Ω，电动势E = 4V 。
求： （1）当滑动变阻器R 2为多大时电源输出功率最大？最大为多少？（2）当滑动变阻器R 2为多大时R 2上消耗的功率最大？最大为多少？（3）当滑动变阻器R 2为多大时R 1上消耗的功率最大？最大为多少？例2．如图8-4-4所示的电路中，电路消耗的总功率为40W ，电阻R 1为4Ω，R 2为6Ω，电源内阻r 为0.6Ω，电源的效率为94%，求：（1）ab 两点间的电压；（2）电源的电动势。
3.利用电源U-I 特性图线，电阻U-I 特性图线求电源输出功率和效率。
例3．如图8-4-6所示的U ~I 图像中，直线I 为某电源的路端电压与电流的关系，直线Ⅱ为某一电阻R 的伏安特性曲线，用该电源直接与电阻R 连接成闭合电路，由图像可知( )A ．R 的阻值为1.5ΩB ．电源电动势为3V ，内阻为0.5ΩC ．电源的输出功率为3.0WD ．电源内部消耗功率为1.5W图8-4-1图8-4-3图8-4-6 图8-4-4例4．如图8-4-7所示，直线A 为电源a 的路端电压与电流的关系图象；直线B 为电源b 的路端电压与电流的关系图象;直线C 为一个电阻R 的两端电压与电流关系的图象。
闭合电路的功率与效率及动态分析课件-高二上学期物理人教版(2019)必修第三册
（2）当
=0
电流 =
称为短路电流
2.路端电压随电流变化的U-I图像
= −
U E
在纵轴上的截距：表示电源的电动势E
在横轴上的截距：表示电源的短路电流
I短 I
图像斜率的绝对值：表示电源的内阻。内阻越大，图线越陡。
综上所述：这个图象反映的是电源的信息
思考:这个图象和之前学过的 − 图象有什么区别？
A．电源1和电源2的内阻之比是1：1
B．电源1和电源2的电动势之比是1：1
C．在这两种连接状态下，小灯泡消耗的
功率之比约为1：2
D．在这两种连接状态下，小灯泡电源的功率和效率
1.电源总功率: 闭合电路整体消耗电能总功率
P总=IE（普遍适用）
外电路为纯电阻电路，电源的总功率还可怎样表达？
Ucd＝6 V，由此可断定
( C )
A．L1和L2的灯丝都烧断了
B．L1的灯丝烧断了
C．L2的灯丝烧断了
D．变阻器R断路
4.电路图如图甲所示，图乙是电路中的电源的路端电压随电流变化的
关系图象，滑动变阻器的最大阻值为15Ω，定值电阻R0＝2.5Ω。
⑴当R为何值时，R0消耗的功率最大？最大值为多少？
⑵当R为何值时，电源的输出功率最大？最大值为多少？
④图中虚线矩形的面积表示接入该电阻时的输出功率。
当两个斜率相等时（即内、外电阻相等）图中矩
形面积最大，即输出功率最大。
练一练：如图所示，直线I、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流
变化的图像，曲线Ⅲ是一个小灯泡的伏安特性曲线，如果把该小灯泡先后
分别与电源1和电源2单独连接，下列说法正确的是（ BCD）
闭合电路欧姆定律功率和效率课件
Er
② R2的阻值调到多少时， R1上消耗的功率 最大？
7
如图，E =6V，r =4Ω，R1=2Ω，R2的变化范围是0－ 10Ω。求:
R2 R1
Er
③ R2的阻值调到多少时， R2上消耗的 功率最大？
8
结论:
①对于定值电阻,当I最大时(即总电 阻尽可能小)它消耗的功率最大.
②对于可变电阻,当它自身电阻值和 其他所有电阻之和相等(或最接近 时),它消耗的功率最大.
闭合电路欧姆定律
习题课
功率和效率
1
一.关于电源的功率问题 闭合电路中的能量转化
电源提 供电能
外电路消 耗的能量
内电路消 耗的电能
2
电源的三个功率以及关系
(a)电源总功率：P总 I E
(b)外电路功率：P出
I
U
E2 R (R r)2
(c)内电阻功率：P内 I U内 I2 r (d )三个功率关系：P总＝P出＋P内
3
电源的工作(输出)效率
P出 100% U外 100%
P总
E
对纯电阻电路，电源的效率为：
I2R I2(R
r)
100%
R (R
r)
100%
1 1
r
100%
R
结论: 电源的效率随外电阻的增大而增大 4
电源最大输出功率
P
IU
I 2R
E2R (R r)2
EE22 (RR+2rr)+2 r2/4Rr
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
练习
第1小题 第6小题 例题1 第2小题 第7小题
13
A.一直增大.
B.一直减小.
C.先增大后减小. D.先减小后增大.
物理闭合电路欧姆定律课件新人教版选修31
2、 U内 是Ir内电路上的电势降落， 习惯上叫内电压.
3、 EIRIr E =U 内 +U 外
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二、路端电压跟负载的关系 外电路两端的电压叫路端电压．
１、如图电路：
R增大，电流减小，路端电压增大 R减小，电流增大，路端电压减小
路端电压: UEIr
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２、两个特例：
（1）外电路断路时
内电路与外电路中的总电流是相同的。
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3、电路中的电势变化情况
（1）在外电路中，沿电流方向电势降低。 （2）在内电路中，一方面，存在内阻，沿 电流方向电势也降低；另一方面，沿电流 方向存在电势“跃升”。
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ab
adc b
a c
d b
讨论
1、若外电路中的用电器都是纯电阻R，在时间t内外 电路中有多少电能转化为内能？
W=E外+E内 即：EIt=I2Rt+I2rt
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闭合电路欧姆定律
１、对纯电阻电路
EI R I r即I E Rr
２、表述：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．
I
E
Rr
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闭合电路欧姆定律：
EIRIr I E
说明：
Rr
1、 U外 是IR外电路上总的电势降落， 习惯上叫路端电压.
对于纯电阻电路 W=IUt=I2Rt=U2 t R
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各 种 电 池
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分析:在闭合电路中,内外电路的能量转 化关系?
1、闭合电路的组成： 电源．用电器．导线
人教版高中物理选修3-1讲义 51知识讲解 闭合电路欧姆定律的应用(基础)
闭合电路欧姆定律的应用编稿： 审稿：【学习目标】1．进一步加深对闭合电路各量及其关系的理解。
2．熟练地运用闭合电路欧姆定律对电路进行分析与计算。
3．能够综合运用电路有关知识（串、并联电路特点、部分电路欧姆定律等）对闭合电路进行动态分析和计算；如，路端电压、电压的输出功率、电源的效率等随外电阻的变化。
4．能够熟练地运用能的转化和守恒的知识解决非纯电阻电路问题（如电动机电路等）。
5．综合运用电路知识解决闭合电路问题。
6．电路的等效、简化和电路的极值问题 7．电路故障的判断等。
【要点梳理】要点一、关于闭合电路欧姆定律 1．闭合电路欧姆定律（1）已知电动势为E 、内电阻为r 的电源和电阻R 组成闭合回路，如图，电路中有电流I 通过，根据欧姆定律U IR =外，U Ir =内和E U U =+外内得E IR Ir =+，即E I R r=+． （2）闭合电路的电流，跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比。
2、对闭合电路欧姆定律的理解 公式的适用对象○1UI R =适用于纯电阻电路。
○2EI R r=+适用于纯电阻电路。
○3E U U =+外内适用于各种电路，U E Ir =外－与E U U =+外内相同。
要点二、闭合电路欧姆定律应用1．路端电压随负载的变化分析负载即用电器，而R 是由负载的结构决定的，当R 变化时，路端电压U 、电流I 随之变化，由E Ir U =+得 1ER EU E Ir r R r R=-==++． 可见：（1）U 随R 的增大而增大，随R 的减小而减小，U I -曲线如图所示。
（2）当0R →（短路）时，0U =，此时EI r=最大，会引起火灾。
（3）当R →∞（断路）时，U E =。
2.功率与电流之间的关系（如图）○1直线表示电源的总功率 P EI =总.○2曲线表示电源的输出功率 2P UI EI I r ==-出． ○3曲线表示电源内部消耗的功率 2r P I r =．3．电源做功、功率和输出功率及效率问题的分析（1）电源做功：W EIt = 电源的总功率：P EI = （2）电源的输出功率为2222222=()()4()4E E R E P I R R r R R r Rr R r r R=⋅==+-+-+出， 当R r =时，P 出有最大值2244m E E P R r==．P 出与外电阻R 的这种函数关系可用如图的图象定性地表示。
高中物理选修3-1闭合电路讲义有答案
闭合电路中的几种电功率闭合电路的欧姆定律就是能的转化和守恒定律在闭合电路中的反映. 由E =U ＋U ′可得EI =UI +U ′I 或 EIt = UIt +U ′It （1）电源的总功率：P = EI =I （U +U ′）若外电路是纯电阻电路，还有P =I 2（R +r ）=rR E +2（2）电源内部消耗的功率：P 内=rU I U r I 22'='=（3）电源的输出功率：P 出= P 总－P 内= EI －I 2r = UI若外电路为纯电阻电路，还有P 出=I 2R . ●疑难突破电源的输出功率为P 出=I 2R =R R r E 22)(+=Rr r R R E 4)(22+-=rR r R E 4/)(22+-，当R =r时，P 出有最大值，即P m =R E 42=rE 42.P 出与外电阻R 的这种函数关系可用如图10－2－2的图象定性地表示.由图象还可知，对应于电源的非最大输出功率P 可以有两个不同的外电阻R 1和R 2.由图象还可知：当R ＜r 时，若R 增加，则P 出增大；当R ＞r 时，若R 增大，则P 出减小.值得注意的是，上面的结论都是在电源的电动势和内电阻r 不变的情况下适用.rP R 12 出R P RO 图10－2－2电源的效率η=)(22r R I R I +=rR R+=Rr +11，所以当R 增大时，效率η提高.当R =r ，电源有最大输出功率时，效率仅为50%，效率并不高.【例1】 在如图10－2－3所示的电路中R 1、R 2、R 3和R 4皆为定值电阻，R 5为可变电阻，电源的电动势为E ，内阻为r 0.设电流表A 的读数为I ，电压表V 的读数为U .当R 5的滑动触点向图中a 端移动时15342VAE,rR abR R R R图10－2－3A.I 变大，U 变小B. I 变大，U 变大C.I 变小，U 变大D.I 变小，U 变小剖析：当滑动头向a 移动时，R 5的阻值变小，使R 2、R 4、R 5的总阻值R ab 变小，从而引起总的外阻R 外变小.由I 总=r R E外知 I 总变大.由U =E －I 总·r 0得U 变小.因U =U 1+U 3+U ab =I 总R 1+I 总R 3+U ab 得到U ab 变小，所以的数值变小.答案：D说明：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，应根据电路的结构，由局部到整体的思路，得到总电流的变化情况，然后再由局部分析出电压和支路电流的变化情况.【例2】 如图10－2－4所示的电路中，闭合电键，灯L 1、L 2正常发光.由于电路出现故障，突然发现灯L 1变亮，灯L 2正变暗，电流表的读数变小.根据分析，发生的故障可能是112342R R RR L ESL A图10－2－4A.R 1断路B.R 2断路C.R 3短路D.R 4短路剖析：等效电路如图10－2－5所示.若R 1断路，总外电阻变大，总电流减小，路端电压变大，L 1两端电压变大，L 1正变亮；ab 部分电路结构没变，电流仍按原比例分配，总电流减小，通过L 2正、电流表的电流都减小，故A 选项正确.若R 2断路，总外电阻变大，总电流减小，ac 部分电路结构没变，电流仍按原比例分配，R 1、L 1中电流都减小，与题意相矛盾，故B 选项错.若R 3短路或R 4短路，总外电阻减小，总电流增大，A 中电流变大，与题意相矛盾，故C 、D 选项错，正确选项只有A.ab112342R R R R L ESL A c图10－2－5答案：A说明：当原电路图中各元件的连接情况不清晰时，可作出等效电路图，以便顺利求解.【例3】 如图10－2－6电路中，电阻R 1=9 Ω，R 2=15 Ω，电源电动势E =12 V ，内电阻r =1 Ω.求：132E r R R SRA图10－2－6（1）当电流表示数为0.4 A 时，变阻器R 3的阻值多大? （2）R 3阻值多大时，它消耗的电功率最大? （3）R 3阻值多大时，电源的输出功率最大?剖析：（1）设干路电流为I ，根据并联电路的分流原理：I 2=323R R R +·I ①外电路的总电阻R =R 1+3232R R R R +⋅②由全电路欧姆定律I =rR E+③由①②③式求得R 3=30 Ω.（2）设阻值为R 3′时，它消耗的功率最大为P 3，此时电路总外电阻为R ′=R 1+'+'3232R R R R①干路电流I ′=rR E+'②I 3′=322R R R +·I ′③ P 3=I 3′2·R 3′④由①②③④得P 3=)3612(253632332+'+''⋅R R R=)1236(2536332+'+'R R .当'336R =R 3′时消耗的功率最大，则R 3′=6 Ω. （3）设阻值为R 3″时，电源输出功率最大为P m ，P m =（rR E+）2R . 当外电路的总电阻R =r 时，电源输出功率最大，因R ＞r ，所以，当R 越接近r 时输出功率最大.则只有当R 3″=0时，R 接近r ，此时电源输出功率最大.说明：此题重点考查电阻上消耗的功率、电源输出功率等概念以及电源输出功率随外电阻变化而变化的规律，同时还考查用数学知识解决物理问题的能力.【例4】 如图10－2－7所示电路，将电动势E =1.5 V 、内阻r =0.5 Ω的电源与一粗细均匀的电阻丝相连，电阻丝的长度l =0.3 m ，电阻R =100 Ω.当滑动触头以v =5×10－3 m/s 的速度向右滑动时，电流表G 的读数为多少?并指出电流表的正负极.已知电容器的电容C =2 μF.ABCE rP R G图10－2－7剖析：根据全电路欧姆定律，电阻丝上的电压U AB =rR E+R .设电阻丝单位长度上的降压为ΔU ，则ΔU =lU AB =l r R ER )(+. 设在时间Δt 内滑动触头P 向右移动的距离Δl =v Δt . 所以，时间Δt 内电容器两端的电压减少量为 ΔU =U AB Δl =l r R l ER )(+∆=lr R tERv )(+∆.时间Δt 内电容器上的带电荷量减少量为： ΔQ =C ΔU =lr R tCERv )(+∆.则流过电流表G 的电流为：I =t Q ∆∆=tl r R tCERv ∆+∆)( =3.0)5.0100(1051005.110236⨯+⨯⨯⨯⨯⨯-- A=4.9×10－8 A.电流表左边接负极，右边接正极，通过电流表的电流方向是由右向左. 1．如图所示，是两个电阻R 1、R 2的I －U 图线，将R 1、R 2并联后的电阻为R ，则电阻R 的I －U 图线在图中 ( )A.区域ⅠB．区域ⅡC．区域ⅢD．不能确定【解析】电阻并联后阻值变小，R<R1，R<R2，又I－U图象中斜率表示电阻的倒数，故选项A对．【答案】 A2．下表列出了不同品牌电冰箱和电风扇铭牌上的主要项目.容声冰箱BCD－208B/HC格力电风扇KYTA－30A总有效容积：208L 冷冻室有效容积：97L 冷冻能力：5.25kg/24h电源：220V/50Hz 额定输入功率：140W 耗电量：1.00kW·h/24h 净重：58kg额定电压：220V工作频率：50Hz扇叶直径：300mm 输出风量：>50m3/min 功率：50W净重：4.0kg毛重：5kg根据铭牌上提供的信息，可以判断()A．一天内连续运转的电风扇比正常工作的电冰箱消耗的电能多B．一天内正常工作的电冰箱比连续运转的电风扇消耗的电能多C．电风扇额定电流比电冰箱大D．电风扇额定电流比电冰箱小【解析】电风扇一天耗电为W＝50×10－3kW×24h＝1.2度，而冰箱一天耗电为1度，选项A正确．由P＝UI知I＝PU，U相同，P大的I大，选项D对．【答案】AD3．电吹风机中有电动机和电热丝两部分，已知电动机线圈的电阻为R1，它和阻值为R2的电热丝串联．设电吹风机工作时两端的电压为U，通过线圈的电流为I，消耗的电功率为P，则下列关系式正确的是()A．P>UI B．P＝I2(R1＋R2)C．U＝I(R1＋R2) D．P>I2(R1＋R2)【解析】由于电吹风机中有电动机，不是纯电阻电路，电流做功的功率与热功率不相等，电功率P＝UI；电流做功分为两部分，一是转化为机械能(让电吹风机转动)，另一个是发热，而热功率则是电阻部分消耗的功率：P热＝I2(R1＋R2)，由此可知选项A、B是不正确的；P>P热，选项D是正确的；同理，两电阻两端的电压也小于电吹风机两端的总电压，选项C是错误的．【答案】 D4．有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I.设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q，此时电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为()A．n v S B．n vΔt C.IΔtq D.IΔtSq【解析】根据电流的定义式可知，在Δt内通过导线横截面的电荷量Q＝IΔt 所以在这段时间内通过的自由电子数为N＝Qq＝IΔtq所以C项正确，D项错．由于自由电子定向移动的速率是v，因此在时间Δt内，位于以横截面积S 为底、长l＝vΔt的这段导线内的自由电子都能通过横截面(如右图所示)，这段导线的体积V＝Sl＝S vΔt，所以Δt内通过横截面S的自由电子数为N＝nV＝nS vΔt，所以A、B错．【答案】 C5．如图所示，一段长为a、宽为b、高为c(a>b>c)的导体，将其中的两个对立面接入电路中时，最大的电阻为R，则最小的电阻为()A.c2a2R B.c2ab RC.a2bc R D．R【解析】同种材料的电阻，R＝ρlS，若电阻最大，应该是S最小，l最大，最大电阻的表达式为R＝ρabc.若电阻最小，应该是S最大，l最小，最小电阻的表达式应是R′＝ρcab，故R′R＝c2a2，即R′＝c2a2R.【答案】 A6．如图所示，电阻R1＝20Ω，电动机的内阻R2＝10Ω.当开关打开时，电流表的示数是0.5A，当开关合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是()A．I＝1.5A B．I<1.5AC．P＝15W D．P<15W【解析】 当开关打开时，可据U ＝IR 算出电源电压为10V ，合上开关后，电阻R 1中的电流没变，电动机两端的电压也为10V ，此电压不可能全部降在电动机的内阻上，故电动机的电流不可能达到1A ，所以总电流小于1.5A ，据P ＝UI 可知，电路消耗的功率也小于15W.【答案】 BD7．一根粗细均匀的金属导线，两端加上恒定电压U 时，通过金属导线的电流为I ，金属导线中自由电子定向移动的平均速度为v ，若将金属导线均匀拉长，使其长度变为原来的2倍，仍给它两端加上恒定电压U ，则此时 ( )A ．通过金属导线的电流为I2B ．通过金属导线的电流为I4C ．自由电子定向移动的平均速率为v2D ．自由电子定向移动的平均速率为v4【解析】 金属导线均匀拉长，使其长度变为原来的2倍，横截面积变为原来的12，电阻变为原来的4倍，两端加上恒定电压U ，通过金属导线的电流为I 4，B 正确．根据I ＝neS v 可知自由电子定向移动的平均速率为v2，C 正确．【答案】 BC8．电子产品制作车间里常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件，技术工人常将电烙铁和一个白炽灯串联使用，电灯还和一只开关并联，然后再接到市电上(如图所示)，下列说法正确的是 ( )A ．开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大B ．开关接通时，电灯熄灭，只有电烙铁通电，可使消耗的电功率减小C ．开关断开时，电灯发光，电烙铁也通电，消耗的总功率增大，但电烙铁发热较少D ．开关断开时，电灯发光，可供在焊接时照明使用，消耗总功率不变 【解析】 开关接通时，电灯被短路，电灯熄灭，电路的总电阻变小，电路的总功率P ＝U 2R 变大，电烙铁的功率变大，A 正确，B 、C 、D 不正确．【答案】 A9．夏天空调器正常工作时，制冷状态与送风状态交替运行．一空调器在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图所示，此空调器运转1小时用电 ( )A ．1.0度B ．1.5度C ．2.0度D ．2.5度【解析】 W ＝4×(P 1t 1＋P 2t 2)＝4×(0.5kW ×560h ＋2kW ×1060h)＝1.5度，所以B 选项正确．【答案】 B。
高中物理人教版选修3-1闭合电路的基本规律
闭合电路的基本规律知识要点：1、电动势：电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量。
定义式为：。
要注意理解：（1）是由电源本身所决定的，跟外电路的情况无关。
（2）的物理意义：电动势在数值上等于电路中通过1库仑电量时电源所提供的电能或理解为在把1 库仑正电荷从负极（经电源内部）搬送到正极的过程中，非静电力所做的功。
（3）注意区别电动势和电压的概念。
电动势是描述其他形式的能转化成电能的物理量，是反映非静电力做功的特性。
电压是描述电能转化为其他形式的能的物理量，是反映电场力做功的特性。
2、闭合电路的欧姆定律：（1）意义：描述了包括电源在内的全电路中，电流强度与电动势及电路总电阻之间的关系。
（2）公式：；常用表达式还有：。
闭合电路中的总电流是由电源和电路电阻决定，对一定的电源，，r视为不变，因此，的变化总是由外电路的电阻变化引起的。
根据，画出U——R图像，能清楚看出路端电压随外电阻变化的情形。
还可将路端电压表达为，以，r为参量，画出U——I图像。
这是一条直线，纵坐标上的截距对应于电源电动势，横坐标上的截距为电源短路时的短路电流，直线的斜率大小等于电源的内电阻，即。
4、在电源负载为纯电阻时，电源的输出功率与外电路电阻的关系是：。
由此式可以看出：当外电阻等于内电阻，即R = r时，电源的输出功率最大，最大输出功率为，电源输出功率与外电阻的关系可用P——R图像表示。
电源输出功率与电路总电流的关系是：。
显然，当时，电源输出功率最大，且最大输出功率为：。
P——I图像如图所示。
选择路端电压为自变量，电源输出功率与路端电压的关系是：显然，当时，。
P——U图像如图所示。
综上所述，恒定电源输出最大功率的三个等效条件是：（1）外电阻等于内电阻，即。
（2）路端电压等于电源电动势的一半，即。
（3）输出电流等于短路电流的一半，即。
除去最大输出功率外，同一个输出功率值对应着两种负载的情况。
一种情况是负载电阻大于内电阻，另一种情况是负载电阻小于内电阻。
高中物理 第二章 电路 闭合电路欧姆定律的应用 电功率课件 粤教版选修31
学案9 习题课：闭合电路欧姆定律的应用电功率1．闭合电路欧姆定律有三种表达形式，其表达式和适用范围分别为：(1)I＝ER＋r(外电路为纯电阻电路)(2)E＝IR＋Ir(外电路为纯电阻电路)(3)E＝U外＋U内(任何电路)2．电流通过一段导体时，电流做功的计算公式为W＝UIt，电功率的计算公式为P＝UI. 3．电流通过电阻元件时产生热量的计算公式为Q＝I2Rt，热功率的计算公式为P＝I2R. 4．纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能．W＝Q＝UIt＝I2Rt＝U2R t；P＝P热＝UI＝I2R＝U2R.5．非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路．W＝UIt>Q＝I2Rt；P＝UI>P热＝I2R.6．闭合电路的能量转化关系：EI＝U外I＋U内I.一、闭合电路的动态分析1．特点：断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动，使闭合电路的总电阻增大或减小，引起闭合电路的电流发生变化，致使外电压、部分电路的电压和部分电路的电流、功率等发生变化．是一系列的“牵一发而动全身”的连锁反应．2．思维流程：例1(单选)在如图1所示的电路中，R1、R2和R3皆为定值电阻，R4为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r，设电流表的读数为I，电压表的读数为U，当R4的滑动触头向图中a端移动时()图1A．I变大，U变小B．I变大，U变大C．I变小，U变大D．I变小，U变小解析当R4的滑动触头向a端移动时，R4接入电路的电阻变小，外电路的总电阻就变小，总电流变大，路端电压变小，即电压表的读数U变小；由于总电流变大，使得R1、R3两端电压都变大，而路端电压又变小，因此，R2和R4并联两端电压变小，则电流表的读数I变小，故选D.答案 D针对训练1(单选)如图2所示的电路，闭合电键S，待电路中的电流稳定后，减小R的阻值．则()图2A．电流表的示数减小B．电压表的示数减小C．电阻R2两端的电压减小D．路端电压增大答案 B解析题图中的电路结构是R1与R先并联，再与R2串联，故R↓→R总↓→I干↑→U内↑→U 外↓.R2两端电压U2＝I干R2，U2增大，所以R与R1的并联电压减小，读数减小，A、C、D错误，B项正确．二、闭合电路的功率1．电源的总功率：P总＝EI；电源内电阻消耗的功率P内＝U内I＝I2r；电源输出功率P 出＝U外I.2.对于纯电阻电路，电源的输出功率P出＝I2R＝[E/(R＋r)]2R＝E2R－r2R＋4r，当R＝r时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为Pm＝E24r.电源输出功率随外电阻变化曲线如图3所示．图33．电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即η＝P出/P总＝IU/IE＝U/E.对于纯电阻电路，电源的效率η＝I2RI2R＋r ＝RR＋r＝1/(1＋rR) ，所以当R增大时，效率η提高．当R＝r(电源有最大输出功率)时，效率仅为50%，效率并不高．例2如图4所示，电路中E＝3 V，r＝0.5 Ω，R0＝1.5 Ω，变阻器R的最大阻值为10 Ω.图4(1)在变阻器的阻值R为多大时，变阻器上消耗的功率最大？最大为多大？(2)在变阻器的阻值R为多大时，定值电阻R0上消耗的功率最大？最大为多大？解析(1)此种情况可以把R0归入电源内电阻，这样变阻器上消耗的功率，也就是电源的输出功率．即当R＝r＋R0＝2 Ω时，R消耗功率最大为：Pm＝E24R＝324×2W＝98W.(2)定值电阻R0上消耗的功率可以表达为：P＝I2R0，因为R0不变，当电流最大时功率最大，此时应有电路中电阻最小，即当R＝0时R0上消耗的功率最大：Pm′＝E2R0＋r2R0＝321.5＋0.52×1.5 W＝278W.答案(1)2 Ω98W(2)0278W三、含电容器电路的分析与计算方法在直流电路中，当电容器充、放电时，电路里有充、放电电流．一旦电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑电容器是理想的不漏电的情况)的元件，电容器处电路可看做是断路，简化电路时可去掉它．分析和计算含有电容器的直流电路时，需注意以下几点：1．电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压降低，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压．2．当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等．3．电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充(放)电．如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电．例3如图5所示，电源电动势E＝10 V，内阻可忽略，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF，求：图5(1)S闭合后，稳定时通过R1的电流；(2)S原来闭合，然后断开，这个过程中流过R1的总电荷量．解析(1)电路稳定时，R1、R2串联，易求I＝ER1＋R2＝1 A.(2)S闭合时，电容器两端电压UC＝U2＝I·R2＝6 V，储存的电荷量Q＝C·UC.S断开至达到稳定后，UC′＝E ，储存的电荷量Q′＝C·UC′.很显然电容器上的电荷量增加了ΔQ ＝Q′－Q ＝CUC′－CUC ＝1.2×10－4 C ．电容器上电荷量的增加是在S 断开以后才产生的，这只有通过R1这条电路实现，所以在这个过程中流过R1的总电荷量就是电容器带电荷量的增加量． 答案 (1)1 A (2)1.2×10－4 C针对训练2 如图6所示电路中，电源电动势E ＝9 V ，内阻r ＝2 Ω，定值电阻R1＝6 Ω，R2＝10 Ω，R3＝6 Ω，电容器的电容C ＝10 μF.图6(1)保持开关S1、S2闭合，求电容器所带的电荷量．(2)保持开关S1闭合，将开关S2断开，求断开开关S2后流过电阻R2的电荷量． 答案 (1)3×10－5 C (2)6×10－5C解析 保持开关S1、S2闭合，则电容器两端的电压UC ＝UR1＝E R1＋R2＋r R1＝96＋10＋2×6V ＝3 V .电容器所带的电荷量为Q ＝CUC ＝10×10－6×3 C ＝3×10－5C.(2)保持开关S1闭合，将开关S2断开后，电路稳定时电容器两端的电压等于电源电动势，此时电容器上的电荷量Q′＝CE ＝10×10－6×9 C ＝9×10－5C ，而流过R2的电荷量等于电容器C 上电荷量的增加量QR2＝ΔQ ＝Q′－Q ＝9×10－5C －3×10－5C ＝6×10－5 C.1.(闭合电路的动态分析)(单选)在如图7所示电路中，当滑动变阻器滑片P 向下移动时，则( )图7A ．A 灯变亮、B 灯变亮、C 灯变亮 B ．A 灯变亮、B 灯变亮、C 灯变暗 C ．A 灯变亮、B 灯变暗、C 灯变暗D ．A 灯变亮、B 灯变暗、C 灯变亮 答案 D解析 滑片P 向下移动，变阻器电阻减小，外电路总电阻减小，根据I ＝ER ＋r 知，电路电流增大，灯A 两端电压UA 增大变亮，根据U ＝E －Ir ，路端电压变小，U ＝UA ＋UB ，所以UB 减小，灯B 电阻不变，所以灯B 电流IB 减小，灯B 变暗．干路电流I ＝IB ＋IC ，因为I 增大、IB 减小，所以IC 增大，灯C 应变亮，选项D 是正确的．2．(含电容器电路的分析与计算)(单选)如图8所示，已知C ＝6 μF ，R1＝5 Ω，R2＝6 Ω，E ＝6 V ，r ＝1 Ω，电表均为理想电表，开关S 原来处于断开状态，下列说法中正确的是( )图8A ．开关S 闭合瞬间，电流表的读数为0.5 AB ．开关S 闭合瞬间，电压表的读数为5.5 VC ．开关S 闭合后经过一段时间，再将开关S 迅速断开，则S 断开后，通过R2的电荷量为1.8×10－5 CD ．以上说法都不对 答案 C解析 开关S 闭合瞬间，电容器充电，接近于短路状态，I ＝E R1＋r ＝65＋1 A ＝1 A ，A 错误；电压表的读数U ＝IR1＝1×5 V ＝5 V ，B 错误；开关闭合一段时间后，电容器相当于断路，I′＝E R1＋R2＋r ＝65＋6＋1A ＝0.5 A ．此时电容器上电荷量Q ＝CU2＝CI′R2＝6×10－6×0.5×6 C ＝1.8×10－5 C ，断开开关S 后，电荷量Q 经R2释放，故C 正确． 3．(闭合电路的功率和效率)(单选)电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比，如图9所示，直线A 为电源a 的路端电压与电流的关系图线，直线B 为电源b 的路端电压与电流的关系图线．直线C 为电阻R 两端的电压与电流的关系图线，将这个电阻R 分别接到a 、b 两电源上，那么( )图9A ．R 接到电源a 上，电源的效率较低B ．R 接到电源b 上，电源的输出功率较大C ．R 接到电源a 上，电源的输出功率较大，电源效率较高D ．R 接到电源b 上，电源的输出功率较小，电源效率较高 答案 C解析 电源的效率η＝UI EI ＝UE ，由题中图线可知A 与C 交点处电压大于B 与C 交点处电压，则R 接在电源a 上效率较高；电源输出功率P ＝UI ，由题中图线易得R 接在电源a 上输出功率较大，A 、B 、D 错误，C 正确．4．(闭合电路的功率)(双选)将阻值为4 Ω和10 Ω的两个电阻R1、R2分别接在同一电源上，结果R2上消耗的功率P2比R1上消耗的功率P1大，则()A．电源内阻一定小于4 ΩB．两电阻串联后接此电源，外电路消耗的总功率一定大于只接R2时消耗的功率C．两电阻并联后接此电源，外电路消耗的总功率一定小于只接R1时消耗的功率D．只接R1时电源消耗的功率一定大于只接R2时消耗的功率答案CD解析电源输出功率随外电阻的变化关系曲线如图所示．因为R2消耗的功率P2比R1消耗的功率P1大．所以有R1<R2<R3且r>R1＝4 Ω.A错误．只接R1时，电路中的电流大于只接R2时的电流，所以D项正确．R1与R2的并联电阻一定小于R1的电阻．由电源的输出功率曲线可知外电路总功率一定小于只接R1时消耗的功率，C选项正确．若R1与R2串联，其电阻大于R2的电阻．外电路消耗的总功率不一定大于只接R2时消耗的功率，B选项错误．题组一闭合电路的动态分析1．(单选)如图1所示的电路，三只相同的灯泡L1、L2、L3，当滑动变阻器的滑动触点向b 端移动时()图1A．L1变亮，L2、L3变暗B．L1、L2变亮，L3变暗C．L1、L3变暗，L2变亮D．L1、L3变亮，L2变暗答案 B解析无论是计算出灯的电压还是电流，都可判断灯的亮暗变化．而计算电压还是电流的原则一般为：串联部分分析电流，并联部分分析电压．用灯泡来代替普通电阻，此时现象可通过灯泡的亮暗变化直接表现，电路中就不再需要电表．没有电表的灯泡电路，要计算电压还是电流要靠自已去选择，这就使求解更为灵活．变阻器触点向b端移动，电阻变小，总电阻变小，I1(I1是通过L1的电流)变大，U3变小，I3变小，I2＝I1－I3(I2、I3分别为流过L2、L3的电流)，可知I2变大，L2变亮．2．(双选)如图2所示的电路中，电源的内阻r≠0，R1和R2是两个定值电阻．当滑动变阻器R的滑片向a移动时，电路中的电流I1、I2的变化情况是()图2A．I1不变B．I1变小C．I2变大D．I2变小答案BC解析当滑动变阻器R的滑片向a移动时，滑动变阻器连入电路的电阻变小，整个回路的总电阻变小，根据闭合电路欧姆定律可知，干路电流I＝ER外＋r变大，路端电压U＝E－Ir变小，I1变小，A错误，B正确；又I＝I1＋I2，所以I2变大，C正确，D错误．3．(单选)某实物投影机有10个相同的强光灯L1～L10(24 V，220 W)和10个相同的指示灯X1～X10(220 V,2 W)，将其连接在220 V的交流电源上，电路如图3所示，若工作一段时间后L2灯丝烧断，则()图3A．X1的功率减小，L1的功率增大B．X1的功率增大，L1的功率增大C．X2的功率增大，其他指示灯的功率减小D．X2的功率减小，其他指示灯的功率增大答案 C解析由串、并联电路的知识知，若L2灯丝烧断，电路的电阻值变大，电流变小，除X2两端电压变大外，其他电压变小，故选C.4．(单选)如图4所示，电动势为E、内阻不计的电源与三个灯泡和三个电阻相连接．只合上开关S1，三个灯泡都能正常工作．如果再合上S2，则下列表述正确的是()图4A．电源输出功率减小B．L1上消耗的功率增大C．通过R1的电流增大D．通过R3的电流增大答案 C解析合上S2之前，R3与L3串联后与L1、L2并联，最后与R1串联．合上S2之后，在并联电路部分又增加了一个并联的支路，电路的总阻值减小，电路的总电流即流过R1的电流增大，C正确．因电源的内阻不计，则电源的输出功率P＝IE增大，A错误．通过R1中的电流增大时R1两端电压升高，则并联电路部分的两端电压降低，L1消耗的功率降低，通过R3与L3的电流减小，B、D错误．题组二闭合电路的功率和效率5．(单选)如图5所示，直线OAC为某一直流电源的总功率P随电流I变化的图线，曲线OBC表示同一直流电源内部的热功率P随电流I变化的图线．若A、B点的横坐标均为1 A，那么AB线段表示的功率为()图5A ．1 WB ．6 WC ．2 WD ．2.5 W 答案 C解析 由题图不难看出，在C 点，电源的总功率等于电源内部的热功率，所以电源的电动势为E ＝3 V ，短路电流为I ＝3 A ，所以电源的内阻为r ＝EI ＝1 Ω.题图上AB 线段表示的功率为PAB ＝P 总－I2r ＝(1×3－12×1) W ＝2 W ．故正确选项为C.6．(双选)如图6所示，曲线C1、C2分别是纯电阻直流电路中，内、外电路消耗的电功率随电流变化的图线．由该图可知下列说法中正确的是( )图6A ．电源的电动势为2 VB ．电源的内电阻为1 ΩC ．电源输出功率最大值为8 WD ．电源被短路时，电源消耗的最大功率可达16 W 答案 BD解析 由图线的交点和PR ＝I2R ，Pr ＝I2r 得R ＝r ＝1 Ω E ＝I(R ＋r)＝4 V电源被短路时，Pr′＝E2/r ＝16 W电源输出的最大功率为Pm ＝E2/4r ＝4 W7．(单选)如图7所示为小灯泡的U －I 图线，若将该小灯泡与一节电动势E ＝1.5 V 、内阻r ＝0.75 Ω的干电池组成闭合电路时，电源的总功率和小灯泡的实际电功率分别接近以下哪一组数据( )图7A ．1.5 W 1.0 WB ．0.75 W 0.5 WC ．0.75 W 0.75 WD ．1.5 W 0.75 W 答案 D解析 在题图中作出电源的外电压和电流的关系图象，即U ＝1.5－0.75I 的图象，两图象的交点就是电源和小灯泡构成闭合回路时的路端电压和电流．图象交点坐标是(1.0,0.75)，电源的总功率P 总＝IE ＝1×1.5 W ＝1.5 W ，灯泡的实际功率P 灯＝UI ＝0.75 W.题组三 含电容器电路的分析与计算 8．(双选)如图8所示的电路中，电源电动势E ＝6 V ，内阻r ＝1 Ω，电阻R1＝6 Ω，R2＝5 Ω，R3＝3 Ω，电容器的电容C ＝2×10－5 F ．若将开关S 闭合，电路稳定时通过R2的电流为I ；断开开关S 后，通过R1的电荷量为q.则( )图8A ．I ＝0.75 AB ．I ＝0.5 AC ．q ＝2×10－5 CD ．q ＝1×10－5 C答案 AD解析 开关S 闭合时，I ＝Er ＋R 并＋R2＝0.75 A ，选项A 对，B 错；此时UC ＝UR 并＝1.5 V ，QC ＝C·UC ＝3×10－5 C ，若将开关断开，则电容器上所带的电荷量通过R1、R3放掉，因I1∶I3＝R3∶R1＝1∶2，根据q ＝It 可知，通过R1的电荷量q ＝13QC ＝1×10－5 C ，选项C错，D 对．9．(双选)平行板电容器C 与三个可变电阻R1、R2、R3以及电源连成如图9所示的电路．闭合开关S ，待电路稳定后，电容器C 两极板带有一定的电荷．要使电容器所带电荷量增加，以下方法中可行的是( )图9A ．只增大R1，其他不变B ．只增大R2，其他不变C ．只减小R3，其他不变D ．只减小a 、b 两极板间的距离，其他不变 答案 BD解析 电容器两端电压等于电阻R2两端的电压，只增大R1时，电容器两端的电压减小，电容器所带电荷量减小，选项A 错误；只增大R2时，电容器两端的电压增大，电容器所带电荷量增大，选项B 正确；只减小R3时，电容器两端的电压不变，电容器所带电荷量不变，选项C 错误；只减小a 、b 两极板间的距离时，电容变大，电容器所带电荷量增大，选项D 正确．10．(单选)在如图10所示的电路中，灯泡L 的电阻大于电源的内阻r ，闭合电键S ，将滑动变阻器滑片P 向左移动一段距离后，下列结论正确的是( )图10A．灯泡L变亮B．电源的输出功率变大C．电容器C上的电荷量增加D．电流表读数变小，电压表读数变小答案 C解析当P向左移动时，电路中总电阻变大，总电流减小，故灯泡变暗，电源输出功率变小，电流表示数变小，电压表示数变大，电容器两端电压增大，电容器C上的电荷量增加，故选项C正确．题组四综合应用11．(单选)竖直放置的一对平行金属板的左极板上，用绝缘细线悬挂了一个带负电的小球，将平行金属板按如图11所示的电路连接，电键闭合后，绝缘细线与左极板间的夹角为θ.当滑动变阻器R的滑片在a位置时，电流表的读数为I1，夹角为θ1；当滑片在b位置时，电流表的读数为I2，夹角为θ2，则()图11A．θ1<θ2，I1<I2 B．θ1>θ2，I1>I2C．θ1＝θ2，I1＝I2 D．θ1<θ2，I1＝I2答案 A解析本题考查电路的动态分析及带电小球在电场中的受力问题，意在考查学生对分压电路的理解和认识，在滑动变阻器的滑片由a位置滑到b位置的过程中，平行金属板两端的电压增大，小球受到的电场力增大，因此夹角θ增大，即θ1<θ2；另外，电路中的总电阻减小，因此总电流增大，即I1<I2，对比各选项可知，答案选A.12．如图12所示的电路中，电源的电动势E为3.2 V，电阻R的阻值为30 Ω，小灯泡L的额定电压为3.0 V，额定功率为4.5 W，当开关S接位置1时，电压表的读数为3.0 V，那么当开关S接位置2时，小灯泡L能正常发光吗？实际功率是多少？图12答案不能 1.28 W解析当开关S接位置1时，回路中的电流为：11 I1＝U R ＝330 A ＝0.1 A. 电源的内阻为：r ＝E －U I1＝ 3.2－3.00.1Ω＝2 Ω. 小灯泡的电阻为：RL ＝U2/P ＝3.024.5Ω＝2 Ω. 当开关S 接位置2时，回路中的电流为：I2＝E r ＋RL ＝ 3.22＋2A ＝0.8 A. 此时小灯泡的实际功率为：P 实＝I22RL ＝0.82×2 W ＝1.28 W.从小灯泡的实际功率来看，小灯泡此时很暗，不能正常工作．13．如图13所示， R 为电阻箱，为理想电压表，当电阻箱读数为R1＝2 Ω时，电压表读数为U1＝4 V ；当电阻箱读数为R2＝5 Ω时，电压表读数为U2＝5 V ．求：图13(1)电源的电动势E 和内阻r.(2)当电阻箱R 读数为多少时，电源的输出功率最大？最大值Pm 为多少？答案 (1)6 V 1 Ω (2)1 Ω 9 W解析 (1)由闭合电路欧姆定律E ＝U1＋U1R1r ① E ＝U2＋U2R2r ② 联立①②并代入数据解得E ＝6 V ，r ＝1 Ω(2)由电功率表达式P ＝E2R ＋r 2R ③ 将③式变形为P ＝E2R －r 2R＋4r ④ 由④式知，R ＝r ＝1 Ω时，P 有最大值Pm ＝E24r＝9 W。
广东省佛山市顺德区第一中学2021届高考物理一轮复习考点强化：闭合电路中的功率和效率问题课件
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备选训练
3、 如图所示电路，电源电动势为E，串联的固定电阻为R2，滑动变阻器的总电阻为R1， 电阻大小关系为R1＝R2＝r，则在滑动触头从a端移动到b端的过程中， 下列描述中正确的是( )．
备选训练
5、 （2017·唐山模拟)(多选)如图所示，电源电动势E＝3 V，小灯泡L标有“2 V 0.4 W”，开关S接1，当滑动变阻器调到R＝4 Ω 时，小灯泡L正常发光。现将开关S接2 ，小灯泡L和电动机M均正常工作。则( )
A．电源内阻为1 Ω B．电动机的内阻为4 Ω C．电动机正常工作电压为1 V D．电源效率约为93.3%
P 出与外电阻 R 的关系
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2.电源的输出功率与外电阻的关系 由 P 出与外电阻 R 的关系图象可知： (1)当 R＝r 时，电源的输出功率最大，最大值 Pmax＝E4r2。 (2)当 R＞r 时，随着 R 的增大，输出功率 P 出越来越小。 (3)当 R＜r 时，随着 R 的增大，输出功率 P 出越来越大。 (4)当 P 出＜Pmax 且不为 0 时，每个输出功率对应两个外电阻 R1 和 R2，且 R1R2＝r2。
在滑动触头从a端移动到b端的过程中,外电阻R1接入电路的电阻先增大后减小,滑动变阻器 R1上消耗的功率先增大后减小,D错误．答案 AB
备选训练
4、 研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电路
。当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时，电流表和电
压表的示数分别为0.5 A和2.0 V。重新调节R使电动机恢复
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考点2 闭合电路中的功率和效率问题
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闭合电路的“三功率”、“一效率”讲义
班级___________姓名___________
一、闭合电路的功率
1、三个功率的表达式
（1）电源提供的功率（电源的总功率）：EI P =总；
（2）电源的输出功率（外电路得到的功率）： R U R I UI P 2
2
===出（R 为纯电阻）； （3）电源内部消耗的功率（内阻上的热功率）：r I I U P 2==内
内。
2、三个功率间的关系： 内
出总P P P +=。
3、电源输出功率随外电阻变化的关系
（1）理论推导电源输出功率随外电阻变化的关系
r R r R E Rr r R R E R r R E R I P 4)(4)()(22
2222
+-=+-=+==出， 对给定的电源，E 、r 为定值，当R=r 时，出P 有最大值，r
E P 42
max =出。
结论：当R=r （外内U U =）时，出P 有最大值，r
E P
42max =出。
（2）用图象表示输出功率随外电阻变化的关系
说明：从图线上可以看出，功率值相等的电阻值有两个，可以证明R 1R 2=r 2。
当r R =时，电源的输出功
率最大；而外电阻R 越接近r 其功率就越大，外电阻R 与r 差距越大其功率就越小。
二、电源的效率
1、电源效率的表达式：%100%100⨯=⨯=E
U P P 总出
η。
2、对纯电阻电路：%100R 11
%100%100)
(22⨯+=⨯+=⨯+=r R R r R I R I η。
结论：1、电源的效率随外电阻的增大而增大。
2、外电路的功率最大时，电源的效率并不最大。
因为当R=r 时，%50=η。
三、用等效电源法求外电路中某个电阻功率的最大值
例：如图，已知E =6V ，r =4Ω，R 1=2Ω， R 2的变化范围是0－10Ω。
求：
（1）R
2上消耗的最大功率，此时R 2的阻值是多少？
（2）R 1上消耗的最大功率？此时R 2的阻值是多少？
（3）电源的最大输出功率？此时R 2的阻值是多少？
解：（1）把R 1归并到电源里去，其等效电源如上图所示；
此等效电源的等效内阻Ω=+=61/R r r 。
则当Ω==62/2R ，r R 即时，2P 最大； 2P 的最大值W W r
E P 5.124364/2max 2===。
（2）要使R 1上消耗的功率最大，必使流过R 1的电流最大，此时R 2=0；
1P 的最大值W R r
R E R I P 2)(12112max 1=+==。
（3）要使电源输出功率最大，必使r R =外，即使r R R =+21，此时Ω=22R ； 电源的最大输出功率W r
E P 25.242max ==。
1、在纯电阻电路中，关于电源的效率的说法，正确的是（ ）
A ．电源效率等于电源外电阻与闭合电路总电阻的比值；
B ．电源的效率等于路端电压U 与电动势E 的比值；
C ．电源效率随外电阻的增大而增大；
D ．电源的输出功率最大时，电源的效率最高。
2、在如图图所示的电路中，若R 1=4Ω，R 3=6Ω，电池内阻r=0.6Ω，则电源产生总功率为40W ，而输出
功率为37.6W ，求电源电动势和电阻R
2？
3、如图所示，R 为电阻箱，V 为理想电压表．当电阻箱读数为R 1=2Ω时，电压表读数为U 1=4V ；当电
阻箱读数为R 2=5Ω时，电压表读数为U 2=5V ．求：
(1)电源的电动势E 和内阻r 。
(2)当电阻箱R 读数为多少时，电源的输出功率最大? 最大值P m 为多少?。