2012届高考物理复习：闭合电路欧姆定律

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第二课时 闭合电路欧姆定律
【要求】
1．认识内电路和外电路，了解电动势与内电阻。
2．理解闭合电路欧姆定律，并用它对全电路进行有关计算。
3．理解路端电压、输出功率与负载的关系。
【知识再现】
一、电动势
1．物理意义：反映不同电源把其他形式的能转化为 本领大小的物理量。
2．大小：等于 断开时的路端电压．也等于把1 C的正电荷从电源负极移到正极时非静电力所做的功．
3．内电阻：电源内部对电流的阻碍阻碍作用。其值由电源本身决定。
议一议：电动势为E，内阻为r的几个电池串联、并联后的总电动势和总内阻分别为多大?
二、闭合电路欧姆定律
1．内容：闭合电路里的电流跟电源的 成正比，跟 的电阻之和成反比，这个结论叫闭合电路的欧姆定律．
2．公式：I＝ 或者E＝U外+Ir＝U外+U内。
3．路端电压：外电路两端的电压，即电源的输出电压U＝E一Ir
三、电路中的能量
1．电源的总功率：指电源提供的全部电功率．公式为：P总＝
2．电源的输出功率：指电源提供给外电路的功率．公式为：P出＝
3．电源的内部发热功率：指电源内电阻消耗的功率．公式为：P内＝
4．电源的效率：指用电器得到的电功率跟电源的总功率的比值．公式为：η＝ 。纯电阻电路中η＝
知识点一电源电动势与内电阻
电动势与电压的区别与联系
1．电源电动势是表征电源特性的物理量，只与电源有关，与外电路的状况无关；电路中任意两点之间的电压与电源的电动势和电路参数有关．
2．电动势的大小反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领，即非静电力移送单位正电荷从电源负极至正极所做的功；电压的大小表示电场力在电场中两点之间移动单位正电荷做的功，是把电能转化为其他形式的能．
3．两者之间的联系，电路闭合时，E＝U内+U外；电路断开时，E＝U外．
【应用1】关于电源和电动势，下列说法中正确的是( )
A．在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加
B．对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大
C．电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位电荷量做功越多
D．电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移到正极移送电荷量越多
导示: 在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，等于电能增加，A对。且做功越多，电动势就越大，B对。反过来电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位电荷量做功越多，而与移动电荷量无关，C对D错。故选ABC。
知识点二路端电压
1．路端电压与外电阻的关系
2．路端电压与电流强度的关系
根据E＝U外+Ir可得U外＝E一Ir，由此式可知，U随I的增大而减小，它们的关系图线(也称电源外特性曲线)如图所示．此图象的物理意义是：
(1)图线与纵轴的交点对应的电压为电源的电动势
(2)图线的斜率的绝对值表示电源的内阻．
(3)图线与横轴的交点表示短路电流．
(4)在图线上一点的坐标的乘积为电源的输出功率
【应用2】如图甲所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1＝100 Ω，R2阻值未知，R3为一滑动变阻器．当其滑片P从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图线如图乙所示，其中A、B两点是滑片P在变阻器的两个不同端点得到的数据．求；(1)电源的电动势和内阻．(2)定值电阻R2的阻值．(3)滑动变阻器的最大阻值．
导示(1)由图可知:E=20V，r=0.05Ω
(2)滑动片P在变阻器的右端时，对应图乙中的B点，R2+r=4/0.8=5Ω，R2=4.5Ω
(3) 滑动片P在变阻器的右端时，对应图乙中的B点,R外=16/0.2=80Ω
根据串并联总电阻，可求得变阻器的最大电阻R3=300Ω
知识点三电源功率与效率
1．能量形式：Eq＝qU外+qU内它反映出移动单位电荷的过程中，非静电力做功与电场力做功量值相等，即其他形式的能量转化为电能，再由电能转化为电阻只及r上的内能．转化过程中，能量守恒得到体现．
2．功率形式：IE＝IU外+IU内或IE＝IU +I2r
3．电源的输出功率
时，若R增大，则P出增大；当只>r时，若R增大，则P出减小．应注意：对于内外电路上的固定电阻，其消耗的功率仅取决于电路中的电流的大小．
4．电源的效率
对于给定的电源，内阻一定，效率随外电阻的增大而单调增加，当R＝r时，η＝50％；当R→0时，η→0；当R→∞时，η→100％?
【应用3】如图所示，已知电源内阻 r＝2 Ω，定值电阻R1＝0．5Ω．求： (1)当滑动变阻器的阻值R2为多大时，电阻R1消耗的功率最大?(2)当变阻器的阻值为多大时，变阻器消耗的功率最大?(3)当变阻器的阻值为多大时，电源输出功率最大?
导示: (1)电阻R1为定值电阻，电流大，功率就大，所以当滑动变阻器的阻值R2为零时，R1消耗的功率最大。
（2）可将R1看作电源的内电阻，所以当R2= R1+r=2.5Ω时，变阻器消耗的功率最大.
(3)当电路内外电阻相等时，R2+R1= r，R2=1.5Ω电源输出功率最大.
等效法是物理解题时常用的一种方法，使用该方法时，要看准如何等效，哪部分可等效成什么等问题。
类型一应用图象解题
1．由P一R图象知：对于E、r一定的电源，外电阻R一定时，输出功率只有唯一的值．输出功率P一定时，一般R有两个值R1、R2与之对应．
2．将电源(E、r)与一个电阻相连，即电源向电阻R供电，在U?I图象中画出电源的伏安特性曲线和导体R的伏安特性曲线，其交点(U，I)的坐标乘积UI为电源的输出功率也就是R的功率．利用上述联系可借助图象解题．
【例1】把一个"10 V，2.0 W”的用电器A(纯电阻)接到某一电动势和内阻都不变的电源上，用电器A实际消耗的功率是2.0W．若换上另一个"10 V，5.0W”的用电器B(纯电阻)接到这一电源上，用电器B实际消耗的功率有没有可能反而小于2.0 W?(设电阻不随温度改变)
导示:电源的输出功率随外电路阻值的变化而变化，如下式所示：
用图象法解题时，首先要明确图象的物理意义，即图象中的每一点、图象中曲线的极值坐标、图象中特殊坐标点等。
类型二等效电源法解题
等效电源法就是把一个较为复杂的电路看做是两部分组成的，其中一部分看做是用电器，另一部分就是既有电动势，又有内电阻的电源．
【例2】如图所示，电源的电动势、内电阻未知，R1、R2的阻值也未知．当在a、b间接入不同的电阻时，电流表有不同的示数，如下表所示，
请完成此表格．
导示: 由于电源的电动势E、内电阻r、以及R1、R2都是未知的，若用常规做法是难以求解的．这时，可采用等效电源法，将除R之外的电路当作等效电源，R是等效电源的外电阻，等效电路图如右图所示，虚框内是等效电源．设等效电源的电动势为E′，内电阻为r′，根据闭合电路的
1．利用如图电路，可以测定电路电动势和内电阻，已知R1=、R2= R3=1Ω，当电键K断开时，电压表读数为0.8 V，当电键K闭合时，电压表的读数为1V，该电源的电动势和内阻分别为 V， Ω
2．如图，AB,CD为两根平行的相同的均匀电阻丝，MN为另一根电阻丝，其电阻为R，它可以在AB,CD上滑动并保持与AB垂直，MN与AB,CD接触良好，图中电压表为理想电压表，电池的电动势和内阻都不变，B,D与电池两极连接的导线的电阻可忽略，当MN处于图中位置时，电压表的读数为U1=4.0V，已知将MN由图中位置向左移动一段距离 L后，电压表的读数变为U2=3.0V。若将MN由图中位置向右移动一段距离 L，电压表的读数U3是多少？
3．（06广州市统考卷）如图所示，电源的电动势E＝7.5 V，内阻r＝1.0 Ω，定值电阻R2＝12 Ω，电动机M的线圈的电阻R＝0.50 Ω．闭合开关S，电动机转动稳定后，电压表的示数U1＝4 V，电阻R2消耗的电功率P2＝3.0 W．求电动机转动稳定后：
（1）电路的路端电压.
（2）通过电动机的电流．
4．（07南京期末调研）如图所示，电解槽 和电炉 并联后接到电源上，电源内阻 ，电炉电阻 ，电解槽电阻 。当S1闭合、S2断开时，电炉消耗功率684W；S1、S2都闭合时电炉消耗功率475W（电炉电阻可看作不变）。试求：（1）电源的电动势；
（2）S1、S2都闭合时，流过电解槽的电流大小；
（3）S1、S2都闭合时，电解槽中电能转化成化学能的功率。
参考答案
1．K断开，I1=U/R E=（R1+R2+r）
K闭合，E=I2（R+r） K断开I1=U/R2=0.8A E=0.8（2+r） K闭合I2=U/R2=1A
E=2V r=0.5Ω
2．回路总电阻为R总，电源电动势为E，移动MN距离为 L时电阻增加或减小 R。ER/R总=U1 ER/（R总+ R）=U2
ER/（R总- R）=U3 U3=6V
3．（1）路端电压等于R2两端的电压，由 得
（2）电源的电动势E = U2＋Ir，由此得干路电流
通过R2的电流
通过电动机的电流I1 = I－I2 =（1.5-0.5）A=1.0 A
4．（1）当S1闭合S2断开时电炉功率为
电炉中电流　 　　
电源电动势　 　　　
（2）当S1、S2都闭合时电炉功率为
电炉中电流
电源路端电压为 　 　　　　 　　　
通过电源的电流为 　　
通过电解槽的电流为　　
（3）电解槽消耗的电功率 　
电解槽内热损耗功率
电解槽转化成化学能的功率 　


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