高中物理 第四章 閉合電路歐姆定律和邏輯電路 第1節(jié) 閉合電路歐姆定律知識導(dǎo)航素材 魯科版選修3-1（通用）

1、第1節(jié) 閉合電路歐姆定律 思維激活1.大家?guī)缀醵甲⒁膺^這種現(xiàn)象，傍晚用電量是每一天的高峰時(shí)段，燈光較暗，而夜深人靜時(shí)，若打開燈的話，燈光特別亮；又如在家用電器使用中，如夏季打開空調(diào)后，你會發(fā)現(xiàn)燈泡會變暗，而關(guān)掉空調(diào)后燈又會馬上亮起來，這是為什么呢？2.有些人為了節(jié)約，會把新舊電池混合使用，這樣真的會節(jié)約嗎？答案：1.提示：當(dāng)電路中接入較多的用電器時(shí)，由于這些用電器是并聯(lián)的，其總電阻會變小，干路中的電流就會很大，干路上就會有較大的電壓降，造成用戶用電器兩端的電壓變低，所以燈泡亮度也就變暗了.2.提示：不能.因?yàn)榕f電池的內(nèi)電阻比新電池的大得多，將新舊電池串聯(lián)起來混用的話，舊電池上的內(nèi)電阻會消耗較大

2、的電能，使新的電池消耗的更快，所以說這種做法不節(jié)約.自主整理1.電動勢電源電動勢是描述電源將_轉(zhuǎn)換為_本領(lǐng)大小的物理量.它是電源的特征量，只與電源本身的因素有關(guān).單位與電壓相同：_.同類型的干電池的電動勢都是_V，蓄電池的都是_V.電源內(nèi)部也是由導(dǎo)體組成的，因此也有電阻，這個(gè)電阻叫做電源的_.2.閉合電路歐姆定律(1)在閉合電路中，內(nèi)、外電路電勢降低等于電源內(nèi)部的電勢升高，公式：_.(2)閉合電路歐姆定律：流過閉合電路的電流跟電路中電源的_成正比，跟電路中的內(nèi)、外_之和成反比.公式：_.3.路端電壓與外電阻的關(guān)系路端電壓的表達(dá)式有：U=E-Ir，U=IR，U=.當(dāng)外電路斷路時(shí)，R，路端電壓等于

3、電源的_.當(dāng)外電路短路時(shí)，R=0，路端電壓等于零，電路中的電流叫做_，I短=.答案：1.其他形式的能 電能 伏特(V) 1.5 2.0 內(nèi)電阻2.(1)E=U外+U內(nèi) (2)電動勢 電阻 I=3.電動勢 短路電流高手筆記1.閉合電路一個(gè)完整的電路通常由電源、用電器、開關(guān)、導(dǎo)線等部分組成.開關(guān)閉合后，形成了電流的閉合回路，稱為閉合電路.我們通常將閉合電路分為兩部分來分析：一部分是電源外部的電路,稱為外電路，包括導(dǎo)線和用電器等；另一部分是電源內(nèi)部電路,稱為內(nèi)電路，如發(fā)電機(jī)的線圈、電池內(nèi)的物質(zhì)等.2.電動勢的數(shù)值(1)非靜電力在電源內(nèi)部從負(fù)極搬運(yùn)單位正電荷到正極所做的功(2)外電路閉合時(shí)，內(nèi)、外電路

4、電壓之和(3)外電路斷開時(shí)的路端電壓3.路端電壓與外電阻的關(guān)系對純電阻電路有：U=，圖象表達(dá)：圖象中各點(diǎn)的物理意義可從數(shù)學(xué)的角度去理解，曲線以U=E作為漸近線，某點(diǎn)切線斜率為該狀態(tài)下的電流，原點(diǎn)曲線的切線斜率應(yīng)該等于短路電流.4.路端電壓與電流的關(guān)系對純電阻電路有：U=E-Ir，對給定的電源，電動勢和內(nèi)電阻為定值，所以路端電壓與電流是線性關(guān)系，圖象表達(dá)：U軸截距是電源電動勢，I軸截距等于短路電流，直線的斜率等于內(nèi)電阻.該圖象也稱為電源的伏安特性圖象.名師解惑1.電動勢表征了電源的特性，其實(shí)質(zhì)是什么？剖析：任何兩個(gè)電源都有兩個(gè)電極，其中電勢高的叫正極，電勢低的叫負(fù)極.在電源內(nèi)部，必須把正電荷從負(fù)

5、極移送到正極，這顯然不可能是電場力的作用所能實(shí)現(xiàn)的.在各種電源內(nèi)部，卻存在著某種跟靜電力本質(zhì)不同的作用驅(qū)使電荷運(yùn)動，不同的電源產(chǎn)生這種作用的原因不同，物理學(xué)中將這些作用稱作非靜電力.在電源內(nèi)部，非靜電力將正電荷從負(fù)極移送到正極的過程中，要克服電場力做功，以致不斷消耗電源本身的能量.對于同一電源來說，非靜電力把一定電量的正電荷從負(fù)極移送到正極所做的功是一定的；但對不同種的電壓來說，把同樣多的正電荷從負(fù)極移送到正極所做的功一般是不同的.在移送相等電量的情況下，非靜電力做功越多，電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)越大，電動勢就是描述電源這種本領(lǐng)的物理量.2.電動勢與電壓的區(qū)別剖析：電動勢與電壓是兩個(gè)

6、截然不同的物理量，不能混淆.電動勢是相對電源而言的，它描述移動單位電荷時(shí)非靜電力做功的多少，即移送1 C電荷時(shí)其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的多少.電壓是對某一段電路而言的，它描述在這段電路中移送單位電荷時(shí)電場力做功的多少，即移送1 C電荷時(shí)電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的多少.3.閉合電路的動態(tài)分析步驟剖析：(1)判斷動態(tài)源及動態(tài)源電阻的變化，進(jìn)而判斷閉合電路總電阻的變化情況.(2)依據(jù)I=，判斷閉合電路干路電流的變化情況.(3)依據(jù)U=E-Ir，判斷外電路電壓(路端電壓)的變化情況.(4)依據(jù)分壓、分流原理判斷動態(tài)部分的物理量的變化.講練互動【例1】如圖，當(dāng)可變電阻R的阻值增大時(shí),則( )A.UAB增大 B

7、.UAB減小 C.IR增大 D.IR減小解析：可變電阻R增大AB并聯(lián)部分的電阻增大整個(gè)外電路總電阻增大電路的總電流減小內(nèi)電路上電壓(U內(nèi)=Ir)和電阻R1上的電壓(U1=IR1)都減小AB并聯(lián)部分的電壓增大(UAB=E-Ir=IR1)通過電阻R2的電流增大(I2=U)通過可變電阻R的電流減小(IR=I-I2)，故A、D兩項(xiàng)正確.答案：AD綠色通道當(dāng)電路中某一部分電阻變化時(shí)，整個(gè)電路各處的電壓、電流都會受到影響，分析時(shí)，應(yīng)抓住全電路中電源電動勢和內(nèi)阻不變的特點(diǎn)，從總電流的變化順次推理.黑色陷阱解題時(shí)容易只從孤立的局部電路考慮，R增大時(shí)UAB也增大，將無法判斷通過R的電流變化情況.變式訓(xùn)練1.在圖

8、示的電路中，當(dāng)滑動變阻器的滑動頭向下滑動時(shí)，A、B兩燈亮度的變化情況為( )A.A燈和B燈都變亮 B.A燈和B燈都變暗C.A燈變亮，B燈變暗 D.A燈變暗，B燈變亮解析：當(dāng)滑動變阻器的滑動頭向下滑動時(shí)，電阻變小，總電阻減小，電路電流增大，內(nèi)電壓增大，外電壓減小，則A燈變暗；同時(shí)A上電流減小，則通往左路的電流增大，定值電阻兩端的電壓增大，B兩端電壓減小，B燈變暗.答案：B【例2】 如圖所示電路，電源電動勢E=6.3 V，內(nèi)電阻r=0.5 .外電路中電阻R1=2 ，R2=3 ，滑動變阻器的全部電阻R0=5 .試求滑動頭P由a端向b端滑動過程中電壓表示數(shù)的變化范圍.解析：電壓表測量的是外電路上的電壓

9、，它隨外電路電阻的增大而增大.當(dāng)滑動頭在a端時(shí)，可等效成如圖(a)所示電路.當(dāng)滑動頭P從a端向b端滑動時(shí)，由于外電路電阻呈非線性變化，電壓表的示數(shù)并不是隨著滑動頭一直增大的.其最大值對應(yīng)于外電路電阻取最大值的位置.滑動頭在a端時(shí)，由等效電路圖得外電路總電阻為R1與R0、R2并聯(lián)：R=1.6 .電壓表的示數(shù)(即路端電壓)為U=6.3 V=4.8 V(a)(b)設(shè)滑動頭P在ab中某一位置時(shí)，aP段電阻為Rx，則Pb段電阻為(R0-Rx)，其等效電路圖如圖(b)所示.外電路的總電阻為(R1+Rx)與(R2+R0-Rx)并聯(lián)：R=.由于式中分子上兩項(xiàng)之和(R1+Rx)+(R2+R0-Rx)=R1+R2

10、+R0是一個(gè)定值，由數(shù)學(xué)知識知，當(dāng)它們相等時(shí)，其乘積最大，對應(yīng)的外電路電阻也最大.由R1+Rx=R2+R0-Rx，得Rx=3 .則R=2.5 .電壓表示數(shù)為U=E=6.3 V=5.25 V所以電壓表的示數(shù)范圍為4.85.25 V.黑色陷阱如果認(rèn)為電壓表示數(shù)的最大值出現(xiàn)在b端，把原電路等效成如圖(c)所示電路.由外電路電阻(c)R=2.1 ，得：U=E=6.3 V=5.08 V這樣就錯(cuò)了.滑動變阻器在電路中使用時(shí)必須注意：(1)變阻器上允許通過的最大電流和電阻變化范圍；(2)由于電阻的非線性變化對電路的影響.變式訓(xùn)練2.右圖所示的電路中，R1=3 ，R2=9 ，R3=6 ，電源電動勢E=24 V

11、，內(nèi)阻不計(jì).當(dāng)電鍵S1、S2均開啟和均閉合時(shí)，燈泡L都同樣正常發(fā)光.(1)寫出兩種情況下流經(jīng)燈泡的電流方向：S1、S2均開啟時(shí)；S1、S2均閉合時(shí).(2)求燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻R和電壓U.解析：畫出S1、S2均開啟和閉合時(shí)的等效電路圖，即可判知電流方向燈泡L能同樣正常發(fā)光，表示兩情況中通過燈泡的電流相同(1)S1、S2均開啟時(shí)，流經(jīng)燈泡的電流方向從ba；S1、S2均閉合時(shí)，流經(jīng)燈泡的電流方向從ab其等效電路分別如圖所示(2)設(shè)燈泡的電阻為RS1、S2均開啟時(shí)，由閉合電路歐姆定律得流過燈泡的電流I1=S1、S2均閉合時(shí)，由閉合電路歐姆定律和并聯(lián)分流的關(guān)系得流過燈泡的電流I2=兩情況中，燈泡L同樣

12、正常發(fā)光，表示I1=I2，解得R=3 燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓由等效電路圖根據(jù)串聯(lián)分壓得U=24 V=4.8 V答案：(1)見解析 (2)R=3 ,U=4.8 V【例3】 如圖，電路消耗的總功率為40 W，電阻R1為4 ，R2為6 ，電源內(nèi)阻r為0.6 ，電源效率為94%，求：(1)a、b兩點(diǎn)間的電壓；(2)電源的電動勢.解析：電源內(nèi)部的熱功率P內(nèi)=I2R，又P內(nèi)=P總(1-)，所以I=2 A由于R1、R2并聯(lián)，所以Uab=I=4.8 V由P總=IE可得E=P總/I=20 V答案：4.8 V 20 V綠色通道總電流I是聯(lián)系內(nèi)、外電路的橋梁，是求解閉合電路問題的關(guān)鍵，一般說來，總電流I可以由閉合電路

13、歐姆定律I=求得，也可以從外電路和內(nèi)電路上分別由部分電路歐姆定律I=U外/R或I=U內(nèi)/r求得，還可由電源的總功率、輸出功率、內(nèi)部熱功率求得，應(yīng)具體問題具體分析.變式訓(xùn)練3.變阻器的總電阻RAB=30 ，電源電動勢E=12 V,內(nèi)阻很小可不計(jì).現(xiàn)有一個(gè)標(biāo)有“6 V 1.8 W”的燈泡采用如圖所示的分壓電路.要使燈泡正常發(fā)光，則應(yīng)將變阻器的滑動觸頭P調(diào)整到使PB間的電阻R等于( )A.8 B.10 C.15 D.20 解析：首先求出燈泡的電阻為RL=20 由圖看出RL和RpB并聯(lián)再與RpA串聯(lián)，要使燈泡正常發(fā)光需要使并聯(lián)部分與AP段的電阻相等均為6 V,故有：RAP=RAB-RpB=.代入數(shù)據(jù)解得Rp