恒定電流（3）

1、 江蘇省2011屆高三物理一輪教案閉合電路歐姆定律教學(xué)目標(biāo)：1掌握閉合電路歐姆定律，并能應(yīng)用其解決有關(guān)問(wèn)題；2掌握路端電壓和外電路電阻的關(guān)系，掌握討論電路結(jié)構(gòu)變化題的一般方法3掌握閉合電路的U-I圖象教學(xué)重點(diǎn)：閉合電路歐姆定律及其應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)：閉合電路歐姆定律的應(yīng)用教學(xué)方法：講練結(jié)合，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)教學(xué)過(guò)程：一、閉合電路歐姆定律1.主要物理量。研究閉合電路，主要物理量有E、r、R、I、U，前兩個(gè)是常量，后三個(gè)是變量。+ + RE rIRV1V2+探針閉合電路歐姆定律的表達(dá)形式有：E=U外+U內(nèi) （I、R間關(guān)系）U=E-Ir（U、I間關(guān)系）（U、R間關(guān)系）o RP出Pmr從式看出：當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí)

2、（I = 0），路端電壓等于電動(dòng)勢(shì)。而這時(shí)用電壓表去測(cè)量時(shí)，讀數(shù)卻應(yīng)該略小于電動(dòng)勢(shì)（有微弱電流）。當(dāng)外電路短路時(shí)（R = 0，因而U = 0）電流最大為Im=E/r（一般不允許出現(xiàn)這種情況，會(huì)把電源燒壞）。2.電源的功率和效率。功率：電源的功率（電源的總功率）PE=EI 電源的輸出功率P出=UI 電源內(nèi)部消耗的功率Pr=I 2r電源的效率：（最后一個(gè)等號(hào)只適用于純電阻電路）電源的輸出功率，可見(jiàn)電源輸出功率隨外電阻變化的圖線如圖所示，而當(dāng)內(nèi)外電阻相等時(shí)，電源的輸出功率最大，為?！纠?】E rR2R1已知如圖，E =6V，r =4，R1=2，R2的變化范圍是010。求：電源的最大輸出功率；R1上消

3、耗的最大功率；R2上消耗的最大功率。解：R2=2時(shí)，外電阻等于內(nèi)電阻，電源輸出功率最大為2.25W；R1是定植電阻，電流越大功率越大，所以R2=0時(shí)R1上消耗的功率最大為2W；把R1也看成電源的一部分，等效電源的內(nèi)阻為6，所以，當(dāng)R2=6時(shí)，R2上消耗的功率最大為1.5W。R1R2R3R4E r3.變化電路的討論。閉合電路中只要有一只電阻的阻值發(fā)生變化，就會(huì)影響整個(gè)電路，使總電路和每一部分的電流、電壓都發(fā)生變化。討論依據(jù)是：閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律、串聯(lián)電路的電壓關(guān)系、并聯(lián)電路的電流關(guān)系。以右圖電路為例：設(shè)R1增大，總電阻一定增大；由，I一定減小；由U=E-Ir，U一定增大；因此U4

4、、I4一定增大；由I3= I-I4，I3、U3一定減??；由U2=U-U3，U2、I2一定增大；由I1=I3 -I2，I1一定減小?？偨Y(jié)規(guī)律如下：總電路上R增大時(shí)總電流I減小，路端電壓U增大；變化電阻本身和總電路變化規(guī)律相同；和變化電阻有串聯(lián)關(guān)系（通過(guò)變化電阻的電流也通過(guò)該電阻）的看電流（即總電流減小時(shí)，該電阻的電流、電壓都減?。?；和變化電阻有并聯(lián)關(guān)系的（通過(guò)變化電阻的電流不通過(guò)該電阻）看電壓（即路端電壓增大時(shí)，該電阻的電流、電壓都增大）。2AR1R21S【例2】 如圖，電源的內(nèi)阻不可忽略已知定值電阻R1=10，R2=8當(dāng)電鍵S接位置1時(shí)，電流表的示數(shù)為0.20A那么當(dāng)電鍵S接位置2時(shí)，電流表的

5、示數(shù)可能是下列的哪些值A(chǔ).0.28A B.0.25AC.0.22A D.0.19A解：電鍵接2后，電路的總電阻減小，總電流一定增大，所以不可能是0.19A電源的路端電壓一定減小，原來(lái)路端電壓為2V，所以電鍵接2后路端電壓低于2V，因此電流一定小于0.25A所以只能選C。【例3】 如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)電阻為r當(dāng)滑動(dòng)變阻器的觸片P從右端滑到左端時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓表V1、V2示數(shù)變化的絕對(duì)值分別為U1和U2，下列說(shuō)法中正確的是 V2V1L1L2L3PA.小燈泡L1、L3變暗，L2變亮B.小燈泡L3變暗，L1、L2變亮C.U1U2解：滑動(dòng)變阻器的觸片P從右端滑到左端，總電阻減小，總電流增大，路端電壓

6、減小。與電阻蟬聯(lián)串聯(lián)的燈泡L1、L2電流增大，變亮，與電阻并聯(lián)的燈泡L3電壓降低，變暗。U1減小，U2增大，而路端電壓U= U1+ U2減小，所以U1的變化量大于 U2的變化量，選BD。4電動(dòng)勢(shì)與路端電壓的比較：U/VI/Ao2015105ab5.閉合電路的U-I圖象。右圖中a為電源的U-I圖象；b為外電阻的U-I圖象；兩者的交點(diǎn)坐標(biāo)表示該電阻接入電路時(shí)電路的總電流和路端電壓；該點(diǎn)和原點(diǎn)之間的矩形的面積表示輸出功率；a的斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻大?。?b的斜率的絕對(duì)值表示外電阻的大?。划?dāng)兩個(gè)斜率相等時(shí)（即內(nèi)、外電阻相等時(shí)圖中矩形面積最大，即輸出功率最大（可以看出當(dāng)時(shí)路端電壓是電動(dòng)勢(shì)的一半，電流是最

7、大電流的一半）。Uo IEU0 M（I0,U0）b aNI0 Im【例4】 如圖所示，圖線a是某一蓄電池組的伏安特性曲線，圖線b是一只某種型號(hào)的定值電阻的伏安特性曲線若已知該蓄電池組的內(nèi)阻為2.0，則這只定值電阻的阻值為_(kāi)?，F(xiàn)有4只這種規(guī)格的定值電阻，可任意選取其中的若干只進(jìn)行組合，作為該蓄電池組的外電路，則所組成的這些外電路中，輸出功率最大時(shí)是_W。解：由圖象可知蓄電池的電動(dòng)勢(shì)為20V，由斜率關(guān)系知外電阻阻值為6。用3只這種電阻并聯(lián)作為外電阻，外電阻等于2，因此輸出功率最大為50W。6.滑動(dòng)變阻器的兩種特殊接法。在電路圖中，滑動(dòng)變阻器有兩種接法要特別引起重視：a bPE rA1 A A2右圖

8、電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P從a端滑向b端的過(guò)程中，到達(dá)中點(diǎn)位置時(shí)外電阻最大，總電流最小。所以電流表A的示數(shù)先減小后增大；可以證明：A1的示數(shù)一直減小，而A2的示數(shù)一直增大。RXa bUPIIXI /r右圖電路中，設(shè)路端電壓U不變。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P從a端滑向b端的過(guò)程中，總電阻逐漸減??；總電流I逐漸增大；RX兩端的電壓逐漸增大，電流IX也逐漸增大（這是實(shí)驗(yàn)中常用的分壓電路的原理）；滑動(dòng)變阻器r左半部的電流I / 先減小后增大。R1R2RPa bL【例5】 如圖所示，電路中ab是一段長(zhǎng)10 cm，電阻為100的均勻電阻絲。兩只定值電阻的阻值分別為R1=80和R2=20。當(dāng)滑動(dòng)觸頭P從

9、a端緩慢向b端移動(dòng)的全過(guò)程中燈泡始終發(fā)光。則當(dāng)移動(dòng)距離為_(kāi)cm時(shí)燈泡最亮，移動(dòng)距離為_(kāi)cm時(shí)燈泡最暗。解：當(dāng)P移到右端時(shí)，外電路總電阻最小，燈最亮，這時(shí)aP長(zhǎng)10cm。當(dāng)aP間電阻為20時(shí)，外電路總電阻最大，燈最暗，這時(shí)aP長(zhǎng)2cm。7.黑盒問(wèn)題。如果黑盒內(nèi)只有電阻，分析時(shí)，從阻值最小的兩點(diǎn)間開(kāi)始?！纠?】 如圖所示，黑盒有四個(gè)接線柱，內(nèi)有4只阻值均為6的電阻，每只電阻都直接與接線柱相連。測(cè)得Rab=6，Rac=Rad=10。Rbc=Rbd=Rcd=4，試畫出黑盒內(nèi)的電路。a cb da cb d解：由于最小電阻是Rbc=Rbd=Rcd=4，只有2只6串聯(lián)后再與1只6并聯(lián)才能出現(xiàn)4，因此bc、

10、cd 、db間應(yīng)各接1只電阻。再于ab間接1只電阻，結(jié)論正合適。二、電路故障問(wèn)題的分類解析1.常見(jiàn)的故障現(xiàn)象斷路：是指電路兩點(diǎn)間（或用電器兩端）的電阻無(wú)窮大，此時(shí)無(wú)電流通過(guò)，若電源正常時(shí)，即用電壓表兩端并聯(lián)在這段電路（或用電器）上，指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則該段電路斷路，如電路中只有該一處斷路，整個(gè)電路的電勢(shì)差全部降落在該處，其它各處均無(wú)電壓降落（即電壓表不偏轉(zhuǎn)）。短路:是指電路兩點(diǎn)間（或用電器兩端）的電阻趨于零，此時(shí)電路兩點(diǎn)間無(wú)電壓降落，用電器實(shí)際功率為零（即用電器不工作或燈不亮，但電源易被燒壞）2.檢查電路故障的常用方法電壓表檢查法：當(dāng)電路中接有電源時(shí)，可以用電壓表測(cè)量各部分電路上的電壓，通過(guò)對(duì)測(cè)量

11、電壓值的分析，就可以確定故障。在用電壓表檢查時(shí)，一定要注意電壓表的極性正確和量程符合要求。電流表檢查法：當(dāng)電路中接有電源時(shí)，可以用電流表測(cè)量各部分電路上的電流，通過(guò)對(duì)測(cè)量電流值的分析，就可以確定故障。在用電流表檢查時(shí)，一定要注意電流表的極性正確和量程符合要求。歐姆表檢查法：當(dāng)電路中斷開(kāi)電源后，可以利用歐姆表測(cè)量各部分電路的電阻，通過(guò)對(duì)測(cè)量電阻值的分析，就可以確定故障。在用歐姆表檢查時(shí)，一定要注意切斷電源。試電筆檢查法：對(duì)于家庭用電線路，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以利用試電筆進(jìn)行檢查。在用試電筆檢查電路時(shí)，一定要用手接觸試電筆的上金屬體。R1R21056VFabc3.常見(jiàn)故障電路問(wèn)題的分類解析（1）給定可

12、能故障現(xiàn)象，確定檢查方法：【例7】在如圖所示電路的三根導(dǎo)線中，有一根是斷的，電源、電阻器R1、R2及另外兩根導(dǎo)線都是好的，為了查出斷導(dǎo)線，某學(xué)生想先將萬(wàn)用表的紅表筆連接在電源的正極a，再將黑表筆分別連電阻器R1的b端和R2的c端，并觀察萬(wàn)用表指針的示數(shù)，在下列選檔中，符合操作規(guī)程的是：A直流10V擋； B直流0.5A擋；C直流2.5V擋； D歐姆擋。解析：根據(jù)題給條件，首先判定不能選用歐姆擋，因?yàn)槭褂脷W姆擋時(shí)，被測(cè)元件必須與外電路斷開(kāi)。先考慮電壓擋，將黑表筆接在b端，如果指針偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明R1與電源連接的導(dǎo)線斷了，此時(shí)所測(cè)的數(shù)據(jù)應(yīng)是電源的電動(dòng)勢(shì)6V?；谶@一點(diǎn)，C不能選，否則會(huì)燒毀萬(wàn)用表；如果指針

13、不偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明R1與電源連接的導(dǎo)線是好的，而R1與R2之間導(dǎo)線和R2與電源間導(dǎo)線其中之一是壞的，再把黑表筆接c點(diǎn)，如果指針偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明R1與R2之間導(dǎo)線是斷的，否則說(shuō)明R2與電源間導(dǎo)線是斷的，A項(xiàng)正確。再考慮電流表，如果黑表筆接在b端，指針偏轉(zhuǎn)有示數(shù)則說(shuō)明R1與電源連接的導(dǎo)線是斷的，此時(shí)指示數(shù)I=E/（R1+R2）=0.4A,沒(méi)有超過(guò)量程；如果指針不偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明R1與電源間連接的導(dǎo)線是好的，而R1與R2之間導(dǎo)線和R2與電源間導(dǎo)線其中之一是壞的，再把黑表筆接c點(diǎn)，如果指針偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明R1與R2之間導(dǎo)線是斷的，此時(shí)示數(shù)I=E/R2=1.2A,超過(guò)電流表量程，故B不能選。（2）給定測(cè)量值，分析推斷故障【例8

14、】如圖一電路板的示意圖，a、b、c、d為接線柱，a、b與220V的交流電源連接，ab間、bc間、cd間分別連接一個(gè)電阻?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)電路中沒(méi)有電流，為檢查電路故障，用一交流電壓表分別測(cè)得b、d兩點(diǎn)間以及a、c兩點(diǎn)間的電壓均為220V。由此可知：（A）ab間電路通，cd間電路不通（B）ab間電路不通，bc間電路通（C）ab間電路通，bc間電路不通（D）bc間電路不通，cd間電路通解析：由于用交流電壓表測(cè)得b、d兩點(diǎn)間為220V，這說(shuō)明ab間電路是通的，bc間電路不通或cd間電路不通；由于用交流電壓表測(cè)得a、c兩點(diǎn)間為220V，這說(shuō)明cd間電路是通的，ab間電路不通或bc間電路不通；綜合分析可知bc間電

15、路不通，ab間電路通和cd間電路通，即選項(xiàng)C、D正確。【例9】某同學(xué)按如圖所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)該同學(xué)將變阻器的觸片P移到不同位置時(shí)測(cè)得各電表的示數(shù)如下表所示：序號(hào)A1示數(shù)（A）A2示數(shù)（A）V1示數(shù)（V）V2示數(shù)（V）10.600.302.401.2020.440.322.560.48將電壓表內(nèi)阻看作無(wú)限大，電流表內(nèi)阻看作零。電路中E，分別為電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，為定值電阻，在這五個(gè)物理量中，可根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)求得的物理量是（不要求具體計(jì)算） 。由于電路發(fā)生故障，發(fā)現(xiàn)兩電壓表示數(shù)相同了（但不為零），若這種情況的發(fā)生是由用電器引起的，則可能的故障原因是 。解析：先將電路簡(jiǎn)化，R1與r看成一個(gè)等

16、效內(nèi)阻r，=R1+r,則由V1和A1的兩組數(shù)據(jù)可求得電源的電動(dòng)勢(shì)E；由A2和V1的數(shù)據(jù)可求出電阻R3；由V2和A1、A2的數(shù)據(jù)可求出R2。當(dāng)發(fā)現(xiàn)兩電壓表的示數(shù)相同時(shí)，但又不為零，說(shuō)明V2的示數(shù)也是路端電壓，即外電路的電壓全降在電阻R2上，由此可推斷Rp兩端電壓為零，這樣故障的原因可能有兩個(gè)，若假設(shè)R2是完好的，則Rp一定短路；若假設(shè)RP是完好的，則R2一定斷路。（3）根據(jù)觀察現(xiàn)象，分析推斷故障【例10】如圖所示的電路中，閉合電鍵，燈L1、L2正常發(fā)光，由于電路出現(xiàn)故障，突然發(fā)現(xiàn)燈L1變亮，燈L2變暗，電流表的讀數(shù)變小，根據(jù)分析，發(fā)生的故障可能是：AR1L1L2R2R3R4（A）R1斷路 （B）

17、R2斷路（C）R3短路 （D）R4短路解析：首先應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，如圖所示為其標(biāo)準(zhǔn)化后的電路。當(dāng)R1斷路時(shí)，總電阻增大，所以通過(guò)電源的總電流減小，燈L2變暗，電流表的讀數(shù)變小，而路端電壓增大，所以L1兩端電壓增大，燈L1變亮，所以A選項(xiàng)正確。當(dāng)R2斷路時(shí)，總電阻增大，所以通過(guò)電源的總電流減小，燈L1變暗，而路端電壓增大，所以L2兩端電壓增大，燈L2變亮，所以B選項(xiàng)不正確。當(dāng)R3短路時(shí)，總電阻減小，所以通過(guò)電源的總電流增大，燈L1變亮，而路端電壓減小，所以L2兩端電壓減小，燈L2變暗，因?yàn)榭傠娏髟黾樱ㄟ^(guò)L2的電流減小，電流表的讀數(shù)變大，所以C選項(xiàng)不正確。當(dāng)R4短路時(shí)，總電阻減小，所以通過(guò)電

18、源的總電流增大，燈L1變亮，而路端電壓減小，所以L2兩端電壓減小，燈L2變暗，因?yàn)榭傠娏髟黾?，而通過(guò)L2的電流減小，電流表的讀數(shù)變大，所以D選項(xiàng)不正確?！纠?1】某居民家中的電路如圖6所示，開(kāi)始時(shí)各部分工作正常，將電飯煲的插頭插入三孔插座后，正在燒水的電熱壺突然不能工作，但電燈仍正常發(fā)光拔出電飯煲的插頭，把試電筆分別插入插座的左、右插孔，氖管均能發(fā)光，則： A僅電熱壺所在的C、D兩點(diǎn)間發(fā)生了斷路故障B僅電熱壺所在的C、D兩點(diǎn)間發(fā)生了短路故障C僅導(dǎo)線AB間斷路D因?yàn)椴遄脤?dǎo)線接地，所以發(fā)生了上述故障解析：由于電燈仍正常發(fā)光，說(shuō)明電源是好的，電熱壺所在的C、D兩點(diǎn)間沒(méi)有發(fā)生短路故障。把試電筆分別插

19、入插座的左、右插孔，氖管均能發(fā)光，說(shuō)明插座的左、右插孔都與火線相通，說(shuō)明電熱壺所在的C、D兩點(diǎn)間沒(méi)有發(fā)生斷路故障。綜合分析可知，故障為導(dǎo)線AB間斷路，即C選項(xiàng)正確。（4）根據(jù)故障，分析推斷可能觀察到的現(xiàn)象ABR3R2R1U【例12】如圖所示，燈泡A和B都正常發(fā)光，R2忽然斷路,已知U不變，試分析A、B兩燈的亮度如何變化？解析：當(dāng)R2忽然斷路時(shí)，電路的總電阻變大，A燈兩端的電壓增大，B燈兩端的電壓降低，所以將看到燈B比原來(lái)變暗了些，而燈泡A比原來(lái)亮了些。三、綜合例析【例13】如圖所示的電路中，定值電阻R=3 ，當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，電源內(nèi)、外電路消耗的功率之比為13；當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，內(nèi)、外電路消耗的功率之比為11.求開(kāi)關(guān)S閉合前和閉合后，燈泡L上消耗的功率之比（不計(jì)燈泡電阻