第二课时 闭合电路的欧姆定律
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第10页 共 44 页 第10页
2 由欧姆定律得电源电动势E U 2r 8 V, 灯R 1正常发光时
的电压U1 I1R 1 0.8 2.5 V 2 V.当S断开时, 要使R 1正常发光, 必须使R 1两端电压为2 V, 通过的电流I1 0.8 A,内电路电压
I I1 U r Ir I1r 0.8 1 V 0.8 V, R 2
①断点故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压时,再逐段
与电路并联,若电压表指针偏转,则该段电路中有断点.
第26页 共 44 页 第26页
②短路故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压时, 再逐段与电路并联;若电压表示数为零时,该电路被短路,若电
压表示数不为零,则该电路不被短路或不完全被短路.
③用电压表测量,若理想电压表示数为电源电动势,可判断电 路故障为断路;若电压表示数不为零,则电压表两端至电源 部分电路无断点且与电压表并联的电路没被短路;若电压 表示数为零,则电压表两端至电源的部分电路可能有断点,
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 [解析] 由题目给出的条件可知,电路中有的地方有电压,说明
电源是有电压的.由Uab=6 V和Uad=0可知外电路上bcd段
有断点;由Ucd=6 V可知外电路上cL2d段有断点,即L2烧断, 而且除L2外,灯L1和变阻器R都没有与L2同时断开,否则也 不存在Ucd=6 V.这种情况下,Uad=0是情理之中的.故而C选 项正确.
第二课时 闭合电路的欧姆定律
第1页 共 44 页 第1页
第一关:基础关 展望高考 基础知识
第2页 共 44 页 第2页
一､
电动势
知识讲解 (1)非静电力:从低电势处指向高电势处的某种力称为非静电 力.
说明:非静电力的种类很多,例如,化学电源中的化学力､发电
机内由于电磁感应而产生的电磁力.
第3页 共 44 页 第3页
关键是准确地判断和求出电容器两端的电压,其具体方法 是:
第20页 共 44 页 第20页
1.确定电容器和哪个电阻并联,该电阻两端电压即为电容器两 端电压. 2.当电容器和某一电阻串联后接在某一电路两端时,此电路两 端电压即为电容器两端电压,而与电容器串联的电阻看成 导线. 3.对于较复杂电路,需要将电容器两端的电势与基准点的电势 比较后才能确定电容器两端的电压.
[答案] C
第31页 共 44 页 第31页
第三关:训练关 笑对高考 随堂· 训练
第32页 共 44 页 第32页
1.下列关于电源电动势的说法 ①电动势是用来比较电源将其他形式的能转化为电能本领大
小的物理量
②外电路断开时的路端电压等于电源的电动势 ③用内阻较大的电压表直接测量电源正负之间的电压值约等 于电源的电动势 ④外电路的总电阻越小,则路端电压越接近电源的电动势
A.当R2=R1+r时,R2上获得最大功率 B.当R1=R2+r时,R1上获得最大功率
C.当R2=0时,R1上获得最大功率
D.当R2=0时,电源的输出功率最大
第17页 共 44 页 第17页
[解析] 解答该题通常用等效电源法.解题时应根据需要选用 不同的等效方式.在讨论R2的电功率时,可将R1视为电源内 阻的一部分,即将原电路等效为外电阻R2与电动势为E､内 阻为(R1+r)的电源(等效电源)连成的闭合电路(如图1),R2的 电功率是等效电源的输出功率.显然当R2=R1+r时,R2获得
因此UAB=UAC=UDB=18 V.
当S断开时,电容器C1所带电荷量为
第23页 共 44 页 第23页
Q1=C1UAC=C1UDC=6×10-6×18 C=1.08×10-4 C.
当S闭合时,电路R1､R2导通,电容C1两端的电压即电阻R1两端 的电压.由串联电路的电压分配关系得
U′AC
R1 6 U R1 R2 63
第11页 共 44 页 第11页
第二关:技法关 解读高考 解题技法
第12页 共 44 页 第12页
一､
法
电源的最大输出功率和用电器获得最大功率的分析方
技法讲解
1.电源的输出功率:P出
RE 2 E2 UI 2 ( R r )2 (R r) 4r R
由上式可以看出:(1)当R=r时,电源的输出功率最大,
变多少?
第9页 共 44 页 第9页
解析 : 1 在内电路上消耗的功率Pr P总 P I r
2
P总 P 16 12 所以I AA 2 A; r 1 P 12 在外电路上的功率P UI, 所以U V 6V , I 2 U 6 通过R 3的电流I3 A 1.2 A, R3 5 通过R 1的电流I1 I I3 2 A 1.2 A 0.8 A, 1 又U I1 R1 R2 , 代入数据, 解得R 1 2.5 . 2
到找到可能发生的全部故障为止.
第28页 共 44 页 第28页
典例剖析
第29页 共 44 页 第29页
【例3】 如图所示的电路中,电源电动势为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电压是Uab=6 V,Uad=0,Ucd=6 V,由此可判定( )
第30页 共 44 页 第30页
(2)电动势
①定义:非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功跟被移 送的电荷量的比值叫电源的电动势.
②公式
W :E . q
③单位:伏特,用“V”表示. ④物理意义:反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小, 在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极移送
到正极所做的功.
第4页 共 44 页 第4页
故选项B错误,选项C正确,在讨论电源的输出功率时,(R1+R2) 为外电阻,内电阻r恒定,由于题目没有给出R1和r的具体数 值,所以当R2=0时,电源输出功率并不一定最大,故选项D错 误.综上所述,该题的正确答案是A､C.
[答案] AC
第19页 共 44 页 第19页
二､
含有电容器的电路分析方法
或者是与电压表并联的部分电路被短路.
第27页 共 44 页 第27页
(2)假设法:已知电路发生某种故障,寻求故障发生在何处时, 可将整个电路划分为若干部分;然后逐一假设某部分电路 发生故障,运用欧姆定律进行正向推理,推理结果若与题述 物理现象不符合,则故障不是发生在这部分电路;若推理结 果与题述物理现象符合,则故障可能发生在这部分电路;直
技法讲解
电容器是一个储存电能的元件,在直流电路中,当电容器充､放
电时,电路有充电､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 想不漏电的情况)的元件,在电容器处电路可看作是断路,简 化电路时可去掉它,简化后若要求电容器所带电荷量时,可
在相应的位置补上,分析和计算含有电容器的直流电路时,
18 V=12 V
此时电容器C1所带电荷量为 Q′1=C1U′AC=6×10-6×12 C=0.72×10-4 C. 电容器C1所带电荷量的变化量为
ΔQ=Q′1-Q1=-3.6×10-5 C 负号表示减少
[答案] UAB=18 V 减少3.6×10-5 C
第24页 共 44 页 第24页
三､
电路故障的分析方法
两端电压U 2 E U1 U r (8 2 0.8) V 5.2 V, 所以R 2 U 2 5.2 6.5 .故S断开后, 要使灯正常发光, 需使R 2由 I1 0.8 5 调至6.5 .即电阻应增加1.5 .
答案:(1)2.5 Ω (2)增加1.5 Ω
第6页 共 44 页 第6页
(2) 路端电压与电流的关系,即U-I图线 ①因为U=E-Ir,故U随I的增大而减小,它们的关系曲线如图所
示.
②直线斜率的绝对值表示电源内阻r,纵轴的截距为电源的电 动势E,横轴的截距为短路电流.
③U随I变化的本质原因是电源有内阻.
④图线上每一点坐标的乘积为电源在此时的输出功率.
第34页 共 44 页 第34页
2.如图所示电路中,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,发生的故障可能是( )
A.R1断路 C.R3短路
第35页 共 44 页 第35页
B.R2断路 D.R4短路
解析:等效电路如下图所示,若R1断路,总电阻变大,总电流变小 ,内电压变小,外电压变大,L2变暗,电流表读数变小,L1变亮, 故A正确.
第7页 共 44 页 第7页
活学活用
第8页 共 44 页 第8页
如图所示,变阻器R2的最大值为10 Ω,电阻R3=5 Ω,电源内阻 为1 Ω.当开关S闭合时,变阻器的滑片在中点的位置.当电源 的总功率为16 W,输出功率为12 W,此时R1正常工作.求:
(1) 电灯R1的阻值是多少?
(2) 当S断开时,要使电灯正常发光,应使变阻器的使用电阻改
技法讲解
1.故障的特点
(1)断路的特点:电路中发生断路,表现为电源电压不为零而电 流为零;若外电路中某两点之间的电压不为零,则这两点间 有断点,而这两点与电源连结部分无断点. (2)短路的特点:电路中发生短路,表现为有电流通过电路而电
压为零.
第25页 共 44 页 第25页
2.故障的分析方法 (1)仪器检测法
第21页 共 44 页 第21页
典例剖析
第22页 共 44 页 第22页
【例2】 如图所示,电容器C1=6 μF,C2=3 μF,电阻R1=6 Ω,R2=3 Ω.当电键S断开时,A、B两点间的电压UAB等于多 少?当S闭合时,电容器C1的电荷量改变了多少?(已知电压 U=18 V) [解析] 在电路中电容器C1、C2的作用是断路, 当电键S断开时,电路中无电流,B、C等电势,A、D等电势,
2.对用电器获得最大功率的分析通常用等效电源法,如当用电 器还与其他电路串联时,利用电路的等效性,可以将其他串 联电路的电阻R其与电源的内阻r之和看作新的电源内阻, 再利用前面的方法分析.
第15页 共 44 页 第15页
典例剖析
第16页 共 44 页 第16页
【例1】 如图所示,R1为定值电阻,R2为可变电阻,E为电源电 动势,r为电源内电阻,以下说法中正确的是( )
以上说法正确的是(
)
第33页 共 44 页 第33页
A.①②③④ C.①②④
B.①②③ D.只有②
解析:电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领
的物理量.①正确,由E=U+Ir知,当外电路断开时,I=0,E=U, ②正确.由于电压表电阻很大,I很小,则U≈E.③正确.外电路 的总电阻越小,路端电压越小,④错.正确选项为B. 答案:B
电功率最大,选项A正确.在讨论R1的电功率时,可将R2视为
电源内阻的一部分,即将原电路等效为外电阻R1与电动势 为E､内阻为(R2+r)的电源(等效电源)连成的闭合电路(如图 2),R1的电功率即等效电源的输出功率.当R2=0时,等效电源 内阻最小(等于r),R1获得的电功率最大;
第18页 共 44 页 第18页
E2 Pm , 4r
此时电源效率η=50%.
第13页 共 44 页 第13页
(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.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(4)当P出<Pm时,每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2,
且R1·R2=r2. (5)P外与R的关系如图所示.
第14页 共 44 页 第14页
二､
闭合电路的欧姆定律
知识讲解 1.闭合电路欧姆定律
①文字表达:闭合电路中的电流跟电源电动势成正比,跟内､外
电路中的电阻之和成反比. E ②数学表达式:I Rr 公式中R表示外电路的总电阻,E表示电源电动势,r是电源内阻
.
第5页 共 44 页 第5页
2.闭合电路的路端电压随电流变化的规律 1 路端电压 : 电路两端的电压,即电源输出电压 R I Ir U , U max E(I _ min 0, 断路) U外 E Ir E R I Ir U , U min 0( I m ax , 短路) r
2 由欧姆定律得电源电动势E U 2r 8 V, 灯R 1正常发光时
的电压U1 I1R 1 0.8 2.5 V 2 V.当S断开时, 要使R 1正常发光, 必须使R 1两端电压为2 V, 通过的电流I1 0.8 A,内电路电压
I I1 U r Ir I1r 0.8 1 V 0.8 V, R 2
①断点故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压时,再逐段
与电路并联,若电压表指针偏转,则该段电路中有断点.
第26页 共 44 页 第26页
②短路故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压时, 再逐段与电路并联;若电压表示数为零时,该电路被短路,若电
压表示数不为零,则该电路不被短路或不完全被短路.
③用电压表测量,若理想电压表示数为电源电动势,可判断电 路故障为断路;若电压表示数不为零,则电压表两端至电源 部分电路无断点且与电压表并联的电路没被短路;若电压 表示数为零,则电压表两端至电源的部分电路可能有断点,
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 [解析] 由题目给出的条件可知,电路中有的地方有电压,说明
电源是有电压的.由Uab=6 V和Uad=0可知外电路上bcd段
有断点;由Ucd=6 V可知外电路上cL2d段有断点,即L2烧断, 而且除L2外,灯L1和变阻器R都没有与L2同时断开,否则也 不存在Ucd=6 V.这种情况下,Uad=0是情理之中的.故而C选 项正确.
第二课时 闭合电路的欧姆定律
第1页 共 44 页 第1页
第一关:基础关 展望高考 基础知识
第2页 共 44 页 第2页
一､
电动势
知识讲解 (1)非静电力:从低电势处指向高电势处的某种力称为非静电 力.
说明:非静电力的种类很多,例如,化学电源中的化学力､发电
机内由于电磁感应而产生的电磁力.
第3页 共 44 页 第3页
关键是准确地判断和求出电容器两端的电压,其具体方法 是:
第20页 共 44 页 第20页
1.确定电容器和哪个电阻并联,该电阻两端电压即为电容器两 端电压. 2.当电容器和某一电阻串联后接在某一电路两端时,此电路两 端电压即为电容器两端电压,而与电容器串联的电阻看成 导线. 3.对于较复杂电路,需要将电容器两端的电势与基准点的电势 比较后才能确定电容器两端的电压.
[答案] C
第31页 共 44 页 第31页
第三关:训练关 笑对高考 随堂· 训练
第32页 共 44 页 第32页
1.下列关于电源电动势的说法 ①电动势是用来比较电源将其他形式的能转化为电能本领大
小的物理量
②外电路断开时的路端电压等于电源的电动势 ③用内阻较大的电压表直接测量电源正负之间的电压值约等 于电源的电动势 ④外电路的总电阻越小,则路端电压越接近电源的电动势
A.当R2=R1+r时,R2上获得最大功率 B.当R1=R2+r时,R1上获得最大功率
C.当R2=0时,R1上获得最大功率
D.当R2=0时,电源的输出功率最大
第17页 共 44 页 第17页
[解析] 解答该题通常用等效电源法.解题时应根据需要选用 不同的等效方式.在讨论R2的电功率时,可将R1视为电源内 阻的一部分,即将原电路等效为外电阻R2与电动势为E､内 阻为(R1+r)的电源(等效电源)连成的闭合电路(如图1),R2的 电功率是等效电源的输出功率.显然当R2=R1+r时,R2获得
因此UAB=UAC=UDB=18 V.
当S断开时,电容器C1所带电荷量为
第23页 共 44 页 第23页
Q1=C1UAC=C1UDC=6×10-6×18 C=1.08×10-4 C.
当S闭合时,电路R1､R2导通,电容C1两端的电压即电阻R1两端 的电压.由串联电路的电压分配关系得
U′AC
R1 6 U R1 R2 63
第11页 共 44 页 第11页
第二关:技法关 解读高考 解题技法
第12页 共 44 页 第12页
一､
法
电源的最大输出功率和用电器获得最大功率的分析方
技法讲解
1.电源的输出功率:P出
RE 2 E2 UI 2 ( R r )2 (R r) 4r R
由上式可以看出:(1)当R=r时,电源的输出功率最大,
变多少?
第9页 共 44 页 第9页
解析 : 1 在内电路上消耗的功率Pr P总 P I r
2
P总 P 16 12 所以I AA 2 A; r 1 P 12 在外电路上的功率P UI, 所以U V 6V , I 2 U 6 通过R 3的电流I3 A 1.2 A, R3 5 通过R 1的电流I1 I I3 2 A 1.2 A 0.8 A, 1 又U I1 R1 R2 , 代入数据, 解得R 1 2.5 . 2
到找到可能发生的全部故障为止.
第28页 共 44 页 第28页
典例剖析
第29页 共 44 页 第29页
【例3】 如图所示的电路中,电源电动势为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电压是Uab=6 V,Uad=0,Ucd=6 V,由此可判定( )
第30页 共 44 页 第30页
(2)电动势
①定义:非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功跟被移 送的电荷量的比值叫电源的电动势.
②公式
W :E . q
③单位:伏特,用“V”表示. ④物理意义:反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小, 在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极移送
到正极所做的功.
第4页 共 44 页 第4页
故选项B错误,选项C正确,在讨论电源的输出功率时,(R1+R2) 为外电阻,内电阻r恒定,由于题目没有给出R1和r的具体数 值,所以当R2=0时,电源输出功率并不一定最大,故选项D错 误.综上所述,该题的正确答案是A､C.
[答案] AC
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二､
含有电容器的电路分析方法
或者是与电压表并联的部分电路被短路.
第27页 共 44 页 第27页
(2)假设法:已知电路发生某种故障,寻求故障发生在何处时, 可将整个电路划分为若干部分;然后逐一假设某部分电路 发生故障,运用欧姆定律进行正向推理,推理结果若与题述 物理现象不符合,则故障不是发生在这部分电路;若推理结 果与题述物理现象符合,则故障可能发生在这部分电路;直
技法讲解
电容器是一个储存电能的元件,在直流电路中,当电容器充､放
电时,电路有充电､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 想不漏电的情况)的元件,在电容器处电路可看作是断路,简 化电路时可去掉它,简化后若要求电容器所带电荷量时,可
在相应的位置补上,分析和计算含有电容器的直流电路时,
18 V=12 V
此时电容器C1所带电荷量为 Q′1=C1U′AC=6×10-6×12 C=0.72×10-4 C. 电容器C1所带电荷量的变化量为
ΔQ=Q′1-Q1=-3.6×10-5 C 负号表示减少
[答案] UAB=18 V 减少3.6×10-5 C
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三､
电路故障的分析方法
两端电压U 2 E U1 U r (8 2 0.8) V 5.2 V, 所以R 2 U 2 5.2 6.5 .故S断开后, 要使灯正常发光, 需使R 2由 I1 0.8 5 调至6.5 .即电阻应增加1.5 .
答案:(1)2.5 Ω (2)增加1.5 Ω
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(2) 路端电压与电流的关系,即U-I图线 ①因为U=E-Ir,故U随I的增大而减小,它们的关系曲线如图所
示.
②直线斜率的绝对值表示电源内阻r,纵轴的截距为电源的电 动势E,横轴的截距为短路电流.
③U随I变化的本质原因是电源有内阻.
④图线上每一点坐标的乘积为电源在此时的输出功率.
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2.如图所示电路中,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,发生的故障可能是( )
A.R1断路 C.R3短路
第35页 共 44 页 第35页
B.R2断路 D.R4短路
解析:等效电路如下图所示,若R1断路,总电阻变大,总电流变小 ,内电压变小,外电压变大,L2变暗,电流表读数变小,L1变亮, 故A正确.
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活学活用
第8页 共 44 页 第8页
如图所示,变阻器R2的最大值为10 Ω,电阻R3=5 Ω,电源内阻 为1 Ω.当开关S闭合时,变阻器的滑片在中点的位置.当电源 的总功率为16 W,输出功率为12 W,此时R1正常工作.求:
(1) 电灯R1的阻值是多少?
(2) 当S断开时,要使电灯正常发光,应使变阻器的使用电阻改
技法讲解
1.故障的特点
(1)断路的特点:电路中发生断路,表现为电源电压不为零而电 流为零;若外电路中某两点之间的电压不为零,则这两点间 有断点,而这两点与电源连结部分无断点. (2)短路的特点:电路中发生短路,表现为有电流通过电路而电
压为零.
第25页 共 44 页 第25页
2.故障的分析方法 (1)仪器检测法
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典例剖析
第22页 共 44 页 第22页
【例2】 如图所示,电容器C1=6 μF,C2=3 μF,电阻R1=6 Ω,R2=3 Ω.当电键S断开时,A、B两点间的电压UAB等于多 少?当S闭合时,电容器C1的电荷量改变了多少?(已知电压 U=18 V) [解析] 在电路中电容器C1、C2的作用是断路, 当电键S断开时,电路中无电流,B、C等电势,A、D等电势,
2.对用电器获得最大功率的分析通常用等效电源法,如当用电 器还与其他电路串联时,利用电路的等效性,可以将其他串 联电路的电阻R其与电源的内阻r之和看作新的电源内阻, 再利用前面的方法分析.
第15页 共 44 页 第15页
典例剖析
第16页 共 44 页 第16页
【例1】 如图所示,R1为定值电阻,R2为可变电阻,E为电源电 动势,r为电源内电阻,以下说法中正确的是( )
以上说法正确的是(
)
第33页 共 44 页 第33页
A.①②③④ C.①②④
B.①②③ D.只有②
解析:电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领
的物理量.①正确,由E=U+Ir知,当外电路断开时,I=0,E=U, ②正确.由于电压表电阻很大,I很小,则U≈E.③正确.外电路 的总电阻越小,路端电压越小,④错.正确选项为B. 答案:B
电功率最大,选项A正确.在讨论R1的电功率时,可将R2视为
电源内阻的一部分,即将原电路等效为外电阻R1与电动势 为E､内阻为(R2+r)的电源(等效电源)连成的闭合电路(如图 2),R1的电功率即等效电源的输出功率.当R2=0时,等效电源 内阻最小(等于r),R1获得的电功率最大;
第18页 共 44 页 第18页
E2 Pm , 4r
此时电源效率η=50%.
第13页 共 44 页 第13页
(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.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(4)当P出<Pm时,每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2,
且R1·R2=r2. (5)P外与R的关系如图所示.
第14页 共 44 页 第14页
二､
闭合电路的欧姆定律
知识讲解 1.闭合电路欧姆定律
①文字表达:闭合电路中的电流跟电源电动势成正比,跟内､外
电路中的电阻之和成反比. E ②数学表达式:I Rr 公式中R表示外电路的总电阻,E表示电源电动势,r是电源内阻
.
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2.闭合电路的路端电压随电流变化的规律 1 路端电压 : 电路两端的电压,即电源输出电压 R I Ir U , U max E(I _ min 0, 断路) U外 E Ir E R I Ir U , U min 0( I m ax , 短路) r