高二物理电阻定律闭合电路的欧姆定律人教实验版知识精讲

用心 爱心 专心 高二高二物理电阻定律物理电阻定律 闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律人教实验版人教实验版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 电阻定律 闭合电路的欧姆定律 二 知识要点 1 理解电阻率的概念 知道电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量 2 能区分电阻与电阻率 能区分 R U I 和 R l s 3 知道电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压 4 知道电源电动势等于内外电路的电势降落之和 5 理解闭合电路欧姆定律及其公式 并能熟练地用来解决有关电路问题 6 理解路端电压与负载的关系 三三 重点难点解析 重点难点解析 1 一 电阻定律 1 导体的电阻反映了导体阻碍电流的性质 由导体本身的因素决定 2 内容 同种材料的导体 其电阻 R 与它的长度 L 成正比 与它的横截面积成反比 导体的电阻与构成它的材料有关 3 公式 R l s 式中 为导体材料的电阻率 4 电阻率 导体的电阻率 与导体的长度 L 横截面积 S 无关 和物体的材料和温度有关 国际 单位是欧 米 电阻率 反映了导体材料导电性能的好坏 决定于材料和温度 有些材料 的电阻率随温度的升高而增大 有些材料的电阻率随温度的升高而减小 二 闭合电路 1 闭合电路的组成 内电路 电源内部的电路 其电阻称为内阻 内电阻上降落的电压称为内电压 外电路 电源外部的电路 其两端电压称为外电压也叫路端电压 2 内外电压的关系 E U外 U内 三 闭合电路的欧姆定律 1 内容 闭合电路里的电流 跟电源的电动势成正比 跟内外电路的电阻之和成反比 2 公式 I rR E 或 E I R r 3 适用条件 纯电阻电路 四 路端电压与负载的关系 1 负载 接在外电路的用电器称为负载 用电器的总电阻称为负载电阻 2 路端电压 U 1 EE IRR r Rr R 3 R 增大 I 减小 U 增大 当 R 增大到无穷大 断路 时 I 0 U E 用心 爱心 专心 4 R 减小 I 增大 U 减小 当 R 减小到零 短路 时 I E r U 0 五 路端电压与电流的关系 路端电压 U 等于电源电动势 E 减去内阻上的电势降落 Ir 用公式表示为 IrEU 这种关系还可用图线表示 如图所示 是 U 和 I 的关系图线 1 当外电路开路时 R 变为无穷大 I 为零 可见 U E 即断路时的路端电压等 于电源的电动势 2 当 R 减小时 I 增大 路端电压减小 当外电路短路时 R 等于零 此时电路中 的电流值最大 E I r 路端电压等于零 当 r O 理想电源 时 路端电压不随电流的变化而变化 这时可视为恒压电源 六 闭合电路的功率 1 IUIUEI 内外 该式表示 电源提供的电能只有一部分消耗在外电路上 转化为其他形式的能 另一 部分消耗在内阻上 转化为内能 2 电源的输出功率和效率 电源输出功率 r R rR E RrrR RE R rR E RIIUP 4 4 2 2 2 2 22 出 可见当 R r 时 P出有最大值 且 r E P 4 2 max 出 适用条件 E 和 r 都不变 P出与外电阻 R 的关系图线如图 由图可知 对应某一输出功率 P 非最大值 可以有两个不同的外电阻 R1和 R2 而 且有 21 2 RRr 用心 爱心 专心 电源内部的发热功率 2 PI r 内 电源的效率 R r rR R IE IU PP 1 1 总出 可见当 R 时 当 R r 电源有最大输出功率时 效率仅为 50 效率并不高 能量守恒PPP 总出内 典型例题典型例题 例 1 将图 1 所示的电路进行等效变换 图 1 解析 解析 假设电流从左端流入 把等势点标上不同字母 A B C 如图所示 在草图上画出三个结点 如下图所示 然后把原电路图中的电阻画入这几个结点之间 只要认准原电阻两端的点即可 如图 下图所示 原电路最终可变换成如图 2 所示的等效电路 图 2 用心 爱心 专心 混联电路的简化方法有两种 电流分支法 a 先将各结点用字母标上 b 判定各支路元件的电流方向 若原电 路未加电压 可假设在总电路两端加上电压后判断 c 按电流流向 自左到右将各元件 结点 分支逐一画出 d 将画出的等效图加工整理 等势点排列法 a 将各结点用字母标出 b 判定各结点电势的高低 若原电路未 加电压 可先假设加上电压 c 将各结点电势高低自左到右排列 再将各结点之间的支 路画 出 d 将画出的等效图加工整理 例 2 如图所示 已知电源内阻 r 2 定值电阻 R1 0 5Q 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 解析 解析 1 定值电阻 R 消耗的电功率 2 21 1 2 1 2 1 rRR RE RIP 可见变阻器 R2 O 时 R1消耗功率最大 2 将电阻 R1等效到电源内部 则当变阻器阻值 5 225 0 12 rRR时 变阻器消耗功率最大 3 当rRR 21 即 5 1 5 02 12 RrR时 电源有最大输出功率 例 3 如图所示 当滑动变阻器 R3的滑片 C 向 B 方向移动时 电路中各电表示数如何变 化 电表内阻对电路的影响不计 解析 解析 为了使表述一目了然 可以用符号表示各量的变化趋势 用 表示用量值 增大 表示用量值变小 不标箭头表示用量值不变 则本题解答过程可表示为 变阻器滑片 C 向 B 移动 外并 RRR3 由全电路欧姆定律 用心 爱心 专心 rR E II 总1 故示数减小 由rIEU 总 故示数增大 由 111 RIU 故示数变小 由 12 UUU 故示数变大 由 222 RUI 故示数变大 由并联电路性质 213 III 故示数变 小 点评 点评 分析这类题目的方法是由部分 整体 部分的分析方法 分析不变量和变量 以及这些量间的依存关系 是解答这类题的关键 例 4 如图所示电路中 灯泡 A 和 B 都正常发光 忽然灯泡 B 比原来变暗了一些 而灯 泡 A 比原来变亮了一些 试判断电路中什么地方出现了断路故障 解析 解析 假设 R1所在支路断路 则外电路总电阻增大 A B 两灯的电压均增大 两灯 消耗的电功率也增大 两灯都应变亮 这与题设现象不符 可见 R1支路完好 再假设 R2所在支路断路 则 A 所在并联支路的电阻增大 导致外电路总电阻增大 干路中电流减小 电源的路端电压 U 增大 流过 R1的电流 I1增大 流过电灯所在并联支 路的电流 I2 I2 I总 I1 减小 B 灯的电压 2BB UI R 并减小 B 灯的电功率也减小 B 灯变暗 A 灯的电压 UA UA U UB 增大 由于上述结论与题设现象相符 故 R2所在 支路断路 例 5 如图所示的电路中 电路消耗的总功率为 40W 电阻 Rl为 4 R2为 6 电源 内阻 r 为 0 6 电源的效率为 94 求 1 a b 两点间的电压 2 电源的电动势 解析 解析 电源内部的热功率 rIP 2 内 又 1 总内 PP 用心 爱心 专心 所以A r P I2 1 总 由于 R1 R2并联 所以V RR RR IUab8 4 21 21 由IEP 总 可得V I P E20 总 例 6 如图所示 直线 OAC 为某一直流电源的总功率 P总随电流强度的变化图象 抛物 线 OBC 为同一电源内部的发热功率 Pr随电流强度的变化图象 若线段 AB 对应的横坐标 为 2 A 那么 AB 的长度所表示的功率及电流强度 I 2 A 时 所对应的外电阻分别为 A 2 W 0 5 B 4 W 2 C 2 W l D 6 W 2 解析 解析 电源的总功率 P IE 跟电流强度成正比 故 P I 图象为过原点的直线 图象 的斜率为电源电动势 故 V A W I P I P E C C 3 3 9 电源内部的发热功率rIPr 2 故 P I 图象为抛物线 由 2 I P r r 得 1 3 9 22 A W I P r C rC AB 长度所表示的功率 WWWrIEIPPP BABAAB 21232 22 I 为 2 A 时的外电阻 5 0 2 123 I IrE I U R 故选项 A 正确 用心 爱心 专心 例 7 如图所示的是用直流电动机提升重物的装置 重物质量 m 50 千克 电源电动势 E 110 伏 r1 l 欧 电动机内阻 r2 4 欧 不计摩擦 当匀速提升重物时 电路中的电流 I 5 安 试求 1 电源的总功率和输出功率 2 重物上升速度的大小 g 取 10 米 秒 解析 解析 电源转化的电能 一部分消耗于自身的内阻 转化为内能 其余的输入给电动 机 输给电动机的电能小部分消耗于电动机的内阻上 转化为内能 大部分转化为机械能 由能量转化和守恒定律可解得 1 550 IP总 瓦 525 1 IrIP 出 瓦 2 对电动机有 热机 PPP 2 2r ImgvP 所以sm mg rIP v 85 0 2 例 8 如图所示 AB 和 A B 是长度均为 2 km 每千米电阻为 1 的两根输电线 今发 现在距离 A 和 A 等远的两点 C 和 C 间发生漏电 相当于在两点间连接了一个电阻 现 用电动势为 90V 内阻不计的电源接在 AA 间时 测得 BB 间电压为 72V 把此电源接 在 BB 间时 测得 AA 间电压为 45 V 由此可知 A 与 C 相距 km 解析 解析 这是输电线漏电问题 采用电源测压的方法确定具体位置 通过审题画等效电 路图甲 图乙 根据欧姆定律 或串联电路分压原理 得 甲 乙 用心 爱心 专心 RR R RR R RR RE U RR R RR R RR RE U 222 2 111 1 2 2 1 2 90 45 2 2 5 4 2 90 72 2 联立 两式得 R2 4Rl 即 R1 1 5 R1 R2 因每千米导线电阻为 1 据电 阻定律知 R1 0 4 就是 AC 间距离为 0 4 km 模拟试题模拟试题 1 关于电阻率的说法正确的是 2 A 电阻率与导体的长度与横截面积有关 3 B 电阻率表征了导体材料的导电性能的好坏 由导体的材料决定 且与温度有关 4 C 电阻率大的导体 电阻一定很大 5 D 有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响 可用来制成电阻温度计 6 2 两根同种材料制成的电阻丝 a 和 b a 的长度和横截面的直径均为 b 的两倍 要使两 电阻丝接入电路后消耗的电功率相等 加在它们两端的电压之比 Ua Ub为 7 A 1 1 B 2 1 C 2 1D 1 2 3 一段粗细均匀的电阻丝 横截面的直径为 d 电阻为 R 把它拉制成直径为 0 1d 的均 匀细丝后 它的电阻变成 A R 1000B 10000RC R 100D 100R 4 太阳能电池板 测得它的开路电压为 800mV 短路电流为 400mA 若将该电池板与 一阻值为 2 的电阻连成闭合电路 则它的路端电压为 A 0 10VB 0 20VC 0 30V D 0 40V 5 如图所示电路 R 由 2 变为 6 时 电路中的电流变为原来的一半 则电源的内阻 是 A 1 B 2 C 3 D 4 6 如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的 U I 图象 则下列说法正确的是 A 电动势 E1 E2 短路电流 I1 I2 B 电动势 E1 E2 内阻 r1 r2 C 电动势 E1 E2 内阻 r1 r2 D 当两电源的工作电流变化相同时 电源 2 的路端电压变化较大 用心 爱心 专心 7 如图所示的电路中 电源的电动势 E 和内阻 r 恒定不变 电灯 L 恰能正常发光 如果 变阻器的滑片向 b 端滑动 则 A 电灯更亮 安培表的示数减小 B 电灯更亮 安培表的示数增大 C 电灯变暗 安培表的示数减小 D 电灯变暗 安培表的示数增大 A a b 8 在如图所示的电路中 当可变电阻的阻值增大时 下述结论中哪些是正确的 A PQ 两点间的电压 U 增大B 通过 R1R2的电流增大 C 通过可变电阻 R 的电流强度不变D 通过可变电阻 R 的电流强度减小 R2 R1 R P Q 9 在图中所示的电路中 当滑动变阻器的滑动触片向 b 端移动时 A 伏特表 V 和安培表 A 的读数都减小 B 伏特表 V 和安培表 A 的读数都增大 C 伏特表 V 的读数增大 安培表 A 的读数减小 D 伏特表 V 的读数减小 安培表 A 的读数增大 10 在如图所示的电路中 电源的内电阻为 r 电阻 R1与变阻器 R2串联 将 R2的阻值 调至零时 下列说法中错误的是 A 电路的外电阻最小 B 电阻 R1消耗的功率最大 C 电源内消耗的功率最大 用心 爱心 专心 D 电源内部的电势降落最小 11 为了测定电池的电动势和内电阻 按图中所示的电路把滑动变阻器和电流表与电池 串联 并把一个电压表接到电池的两极 当变阻器的滑动片移到某一位置时 电