高中物理 第四章 闭合电路欧姆定律和逻辑电路 第1节 闭合电路欧姆定律知识导航素材 鲁科版选修3-1（通用） 9页

第1节 闭合电路欧姆定律 ‎ 思维激活 ‎1.大家几乎都注意过这种现象，傍晚用电量是每一天的高峰时段，灯光较暗，而夜深人静时，若打开灯的话，灯光特别亮；又如在家用电器使用中，如夏季打开空调后，你会发现灯泡会变暗，而关掉空调后灯又会马上亮起来，这是为什么呢？‎ ‎2.有些人为了节约，会把新旧电池混合使用，这样真的会节约吗？‎ 答案：1.提示：当电路中接入较多的用电器时，由于这些用电器是并联的，其总电阻会变小，干路中的电流就会很大，干路上就会有较大的电压降，造成用户用电器两端的电压变低，所以灯泡亮度也就变暗了.‎ ‎2.提示：不能.因为旧电池的内电阻比新电池的大得多，将新旧电池串联起来混用的话，旧电池上的内电阻会消耗较大的电能，使新的电池消耗的更快，所以说这种做法不节约.‎ 自主整理 ‎1.电动势 电源电动势是描述电源将___________转换为___________本领大小的物理量.它是电源的特征量，只与电源本身的因素有关.单位与电压相同：___________.‎ 同类型的干电池的电动势都是___________V，蓄电池的都是___________V.电源内部也是由导体组成的，因此也有电阻，这个电阻叫做电源的___________.‎ ‎2.闭合电路欧姆定律 ‎(1)在闭合电路中，内、外电路电势降低等于电源内部的电势升高，公式：___________.‎ ‎(2)闭合电路欧姆定律：流过闭合电路的电流跟电路中电源的___________‎ 成正比，跟电路中的内、外___________之和成反比.公式：___________.‎ ‎3.路端电压与外电阻的关系 路端电压的表达式有：U=E-Ir，U=IR，U==.‎ 当外电路断路时，R→∞，路端电压等于电源的___________.‎ 当外电路短路时，R=0，路端电压等于零，电路中的电流叫做___________，I短=.‎ 答案：1.其他形式的能 电能 伏特(V) 1.5 2.0 内电阻 ‎2.(1)E=U外+U内 (2)电动势 电阻 I=‎ ‎3.电动势 短路电流 高手笔记 ‎1.闭合电路 一个完整的电路通常由电源、用电器、开关、导线等部分组成.开关闭合后，形成了电流的闭合回路，称为闭合电路.‎ 我们通常将闭合电路分为两部分来分析：一部分是电源外部的电路,称为外电路，包括导线和用电器等；另一部分是电源内部电路,称为内电路，如发电机的线圈、电池内的物质等.‎ ‎2.电动势的数值 ‎(1)非静电力在电源内部从负极搬运单位正电荷到正极所做的功 ‎(2)外电路闭合时，内、外电路电压之和 ‎(3)外电路断开时的路端电压 ‎3.路端电压与外电阻的关系 对纯电阻电路有：U=，图象表达：图象中各点的物理意义可从数学的角度去理解，曲线以U=E作为渐近线，某点切线斜率为该状态下的电流，原点曲线的切线斜率应该等于短路电流.‎ ‎4.路端电压与电流的关系 对纯电阻电路有：U=E-Ir，对给定的电源，电动势和内电阻为定值，所以路端电压与电流是线性关系，图象表达：U轴截距是电源电动势，I轴截距等于短路电流，直线的斜率等于内电阻.该图象也称为电源的伏安特性图象.‎ 名师解惑 ‎1.电动势表征了电源的特性，其实质是什么？‎ 剖析：任何两个电源都有两个电极，其中电势高的叫正极，电势低的叫负极.在电源内部，必须把正电荷从负极移送到正极，这显然不可能是电场力的作用所能实现的.在各种电源内部，却存在着某种跟静电力本质不同的作用驱使电荷运动，不同的电源产生这种作用的原因不同，物理学中将这些作用称作非静电力.在电源内部，非静电力将正电荷从负极移送到正极的过程中，要克服电场力做功，以致不断消耗电源本身的能量.对于同一电源来说，非静电力把一定电量的正电荷从负极移送到正极所做的功是一定的；但对不同种的电压来说，把同样多的正电荷从负极移送到正极所做的功一般是不同的.在移送相等电量的情况下，非静电力做功越多，电源把其他形式的能转化为电能的本领越大，电动势就是描述电源这种本领的物理量.‎ ‎2.电动势与电压的区别 剖析：电动势与电压是两个截然不同的物理量，不能混淆.电动势是相对电源而言的，它描述移动单位电荷时非静电力做功的多少，即移送‎1 C 电荷时其他形式的能转化为电能的多少.电压是对某一段电路而言的，它描述在这段电路中移送单位电荷时电场力做功的多少，即移送‎1 C电荷时电能转化为其他形式能的多少.‎ ‎3.闭合电路的动态分析步骤 剖析：(1)判断动态源及动态源电阻的变化，进而判断闭合电路总电阻的变化情况.‎ ‎(2)依据I=，判断闭合电路干路电流的变化情况.‎ ‎(3)依据U=E-Ir，判断外电路电压(路端电压)的变化情况.‎ ‎(4)依据分压、分流原理判断动态部分的物理量的变化.‎ 讲练互动 ‎【例1】如图，当可变电阻R的阻值增大时,则( )‎ A.UAB增大 B.UAB减小 C.IR增大 D.IR减小 解析：可变电阻R增大→AB并联部分的电阻增大→整个外电路总电阻增大→电路的总电流减小→内电路上电压(U内=Ir)和电阻R1上的电压(U1=IR1)都减小→AB并联部分的电压增大(UAB=E-Ir=IR1)→通过电阻R2的电流增大(I2=U)→通过可变电阻R的电流减小(IR=I-I2)，故A、D两项正确.‎ 答案：AD 绿色通道 当电路中某一部分电阻变化时，整个电路各处的电压、电流都会受到影响，分析时，应抓住全电路中电源电动势和内阻不变的特点，从总电流的变化顺次推理.‎ 黑色陷阱 解题时容易只从孤立的局部电路考虑，R增大时UAB也增大，将无法判断通过R的电流变化情况.‎ 变式训练 ‎1.在图示的电路中，当滑动变阻器的滑动头向下滑动时，A、B两灯亮度的变化情况为( )‎ A.A灯和B灯都变亮 B.A灯和B灯都变暗 C.A灯变亮，B灯变暗 D.A灯变暗，B灯变亮 解析：当滑动变阻器的滑动头向下滑动时，电阻变小，总电阻减小，电路电流增大，内电压增大，外电压减小，则A灯变暗；同时A上电流减小，则通往左路的电流增大，定值电阻两端的电压增大，B两端电压减小，B灯变暗.‎ 答案：B ‎【例2】 如图所示电路，电源电动势E=6.3 V，内电阻r=0.5 Ω.外电路中电阻R1=2 Ω，R2=3 Ω，滑动变阻器的全部电阻R0=5 Ω.试求滑动头P由a端向b端滑动过程中电压表示数的变化范围.‎ 解析：电压表测量的是外电路上的电压，它随外电路电阻的增大而增大.‎ 当滑动头在a端时，可等效成如图(a)所示电路.‎ 当滑动头P从a端向b端滑动时，由于外电路电阻呈非线性变化，电压表的示数并不是随着滑动头一直增大的.其最大值对应于外电路电阻取最大值的位置.‎ 滑动头在a端时，由等效电路图得外电路总电阻为R1与R0、R2并联：R=Ω=1.6 Ω.‎ 电压表的示数(即路端电压)为U=×6.3 V=4.8 V ‎(a)‎ ‎(b)‎ 设滑动头P在ab中某一位置时，aP段电阻为Rx，则Pb段电阻为(R0-Rx)，其等效电路图如图(b)所示.外电路的总电阻为(R1+Rx)与(R2+R0-Rx)并联：R=.‎ 由于式中分子上两项之和(R1+Rx)+(R2+R0-Rx)=R1+R2+R0是一个定值，由数学知识知，当它们相等时，其乘积最大，对应的外电路电阻也最大.由 R1+Rx=R2+R0-Rx，‎ 得Rx=Ω=3 Ω.‎ 则R′=Ω=2.5 Ω.‎ 电压表示数为U′=E=×6.3 V=5.25 V 所以电压表的示数范围为4.8—5.25 V.‎ 黑色陷阱 如果认为电压表示数的最大值出现在b端，把原电路等效成如图(c)所示电路.由外电路电阻 ‎(c)‎ R″=Ω=2.1 Ω，‎ 得：U″=E=×6.3 V=5.08 V 这样就错了.滑动变阻器在电路中使用时必须注意：‎ ‎(1)变阻器上允许通过的最大电流和电阻变化范围；‎ ‎(2)由于电阻的非线性变化对电路的影响.‎ 变式训练 ‎2.右图所示的电路中，R1=3 Ω，R2=9 Ω，R3=6 Ω，电源电动势E=24 V，内阻不计.当电键S1、S2均开启和均闭合时，灯泡L都同样正常发光.‎ ‎(1)写出两种情况下流经灯泡的电流方向：‎ S1、S2均开启时；S1、S2均闭合时.‎ ‎(2)求灯泡正常发光时的电阻R和电压U.‎ 解析：画出S1、S2均开启和闭合时的等效电路图，即可判知电流方向．灯泡L能同样正常发光，表示两情况中通过灯泡的电流相同．‎ ‎(1)S1、S2均开启时，流经灯泡的电流方向从b→a；S1、S2均闭合时，流经灯泡的电流方向从a→b．其等效电路分别如图所示．‎ ‎(2)设灯泡的电阻为R．S1、S2均开启时，由闭合电路欧姆定律得流过灯泡的电流I1=‎ S1、S2均闭合时，由闭合电路欧姆定律和并联分流的关系得流过灯泡的电流I2=‎ 两情况中，灯泡L同样正常发光，表示I1=I2，解得R=Ω=3 Ω 灯泡正常发光时的电压由等效电路图根据串联分压得U=×24 V=4.8 V 答案：(1)见解析 (2)R=3 Ω,U=4.8 V ‎【例3】 如图，电路消耗的总功率为40 W，电阻R1为4 Ω，R2为6 Ω，电源内阻r为0.6 Ω，电源效率为94%，求：‎ ‎(1)a、b两点间的电压；‎ ‎(2)电源的电动势.‎ 解析：电源内部的热功率P内=I2R，又P内=P总(1-η)，所以I==‎‎2 A 由于R1、R2并联，所以Uab=I=4.8 V 由P总=IE可得E=P总/I=20 V 答案：4.8 V 20 V 绿色通道 总电流I是联系内、外电路的桥梁，是求解闭合电路问题的关键，一般说来，总电流I可以由闭合电路欧姆定律I=求得，也可以从外电路和内电路上分别由部分电路欧姆定律I=U外/R或I=U内/r求得，还可由电源的总功率、输出功率、内部热功率求得，应具体问题具体分析.‎ 变式训练 ‎3.变阻器的总电阻RAB=30 Ω，电源电动势E=12 V,内阻很小可不计.现有一个标有“6‎ ‎ V 1.8 W”的灯泡采用如图所示的分压电路.要使灯泡正常发光，则应将变阻器的滑动触头P调整到使PB间的电阻R等于( )‎ A.8 Ω B.10 Ω C.15 Ω D.20 Ω 解析：首先求出灯泡的电阻为RL==20 Ω 由图看出RL和RpB并联再与RpA串联，要使灯泡正常发光需要使并联部分与AP段的电阻相等均为6 V,故有：RAP=RAB-RpB=.‎ 代入数据解得RpB=20 Ω,可见选项D正确.‎ 答案：D 体验探究 问题：我们知道，用旧的电池不能再使灯泡正常发光，在没有新电池的情况下，你能想办法用旧电池使灯泡重新亮起来吗？‎ 导思：旧电池不能使灯泡正常发光是因为用旧的电池内阻会变大，但它的电动势与新电池相比变化并不大，那我们可以想办法减小电池的内阻，这样灯泡就能重新亮起来了.‎ 探究：将几节规格相同的旧电池并联.并联后电池的总内阻减小，这时再把灯泡连在电路中，灯泡就能够重新亮起来了.‎