闭合电路欧姆定律

1、第四节第四节闭合电路欧姆定律闭合电路欧姆定律一一. .电源电源1.1.什么是电源？什么是电源？电源电源是一种把其它形式能转化为电能的装置是一种把其它形式能转化为电能的装置2.2.电源的工作原理电源的工作原理 要在电源两极要在电源两极产生并维持一个恒定的电势差产生并维持一个恒定的电势差，就必须有一种力能够不断地把正电荷由负极经电就必须有一种力能够不断地把正电荷由负极经电源内部移送到正极源内部移送到正极, , 这种力一定不是静电力这种力一定不是静电力, , 我我们把这种力称为们把这种力称为非静电力非静电力。+F非非RII电源提供的电能为：电源提供的电能为：W非静电力非静电力=qU=qE=IEt。水

2、流水流地势高地势高地势低地势低水轮机水轮机（负载负载）水泵水泵(电源电源)ABC电源的工作过程电源的工作过程类似于类似于如图所示的抽水机的工作过程。如图所示的抽水机的工作过程。 电源的作用不是产生电荷，而是将其他形式的能电源的作用不是产生电荷，而是将其他形式的能转化为电能，在电源的两极产生并维持一个恒定的转化为电能，在电源的两极产生并维持一个恒定的电势差（电压），从而在电路中形成恒定的电流。电势差（电压），从而在电路中形成恒定的电流。 3.3.电源电动势电源电动势E E（1 1）定义：在电源内部）定义：在电源内部非非静电力把静电力把单位正单位正电荷电荷从电源的负极移到正极所做的功。从电源的负极

3、移到正极所做的功。（2 2）意义：电动势表示）意义：电动势表示电源电源将其他形式的能转将其他形式的能转化为电能化为电能本领本领。（3 3）标量，单位：伏特）标量，单位：伏特（4 4）大小：等于电源）大小：等于电源未接入电路未接入电路时电源两端的时电源两端的电压电压说明：说明：E E的值由电源本身决定的值由电源本身决定4.4.电源的内阻电源的内阻r r内电路、外电路、内电阻、外电阻内电路、外电路、内电阻、外电阻 外电路：外电路：电源外部的电路电源外部的电路 包括用电器、导线等包括用电器、导线等. 外电阻外电阻R R：外电路的总电阻外电路的总电阻. 内电阻内电阻r r：内电路的电阻内电路的电阻 通

4、常称为电源的内阻通常称为电源的内阻. 内电路：内电路：电源内部的电路电源内部的电路. 二二. .闭合电路欧姆定律闭合电路欧姆定律 1 1、内容：、内容： 闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，闭合电路中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。跟内、外电路的电阻之和成反比。 2 2、公式：、公式： rREI3 3、适用条件：、适用条件： 外电路是外电路是纯电阻纯电阻的电路的电路. . 内电压：内电压：U U内内= =IrIr 或或 U U内内=E-U=E-U外外路端电压：路端电压：U U外外=E-U=E-U内内= =IRIR外外（纯电阻）（纯电阻）E = E = U U外外+U

5、+U内内 = = U U外外+ +IrIr = = IR+IrIR+Ir推导可得：推导可得： 例题：例题： 如图所示电路，电源电动势为如图所示电路，电源电动势为1.5V1.5V，内，内阻为阻为0.12 0.12 ，外电路的电阻为，外电路的电阻为1.38 1.38 ，求电，求电路中的电流和路端电压。路中的电流和路端电压。解解：由题意知，电动势：由题意知，电动势E=1.5 VE=1.5 V，外电阻外电阻R=1.38 R=1.38 ，内阻，内阻r=0.12 r=0.12 . .由闭合电路欧姆定律得：由闭合电路欧姆定律得： AArREI112.038.15.1路端电压路端电压为为U = IR =11.

6、38 V =1.38 V R1R2A12ErSR1R212ErSV V一种测量电源电动势和内电阻一种测量电源电动势和内电阻的方法的方法1.1.当外电阻当外电阻R R增大时，电流增大时，电流I I减小，电压减小，电压U U外外增大。增大。2.2.当外电阻当外电阻R R减小时，电流减小时，电流I I增大，电压增大，电压U U外外减小。减小。 三三. .路端电压与负载的关系路端电压与负载的关系分析：对给定的电源，分析：对给定的电源，E、r均为定值均为定值 由由可分析出可分析出:EIRrU外=E-IrAVa ab ba ab b5 5两个特例：两个特例：2.2.外电路外电路短路短路时时/00RIE r

7、U端，0RIE 端，U1.1.外电路外电路断路断路时时注意：短路电流很大，绝对不允许将电源两端用导线注意：短路电流很大，绝对不允许将电源两端用导线直接连接在一起直接连接在一起EIRrU外=E-Ir路端电压随路端电压随电流变化的电流变化的U-IU-I图像图像与纵坐标交点表示电路断开，交点的纵坐标为电源电与纵坐标交点表示电路断开，交点的纵坐标为电源电动势。动势。R=， I=0, U外外=E与横坐标交点表示外电路短路，交点横坐标为短路电与横坐标交点表示外电路短路，交点横坐标为短路电流流I短短=E/r。R=0， U外外=0，E=I短短r斜率的绝对值表示电源的内电阻。斜率的绝对值表示电源的内电阻。r=U

8、/I【注意注意】若纵轴的原点不在两轴交点时，此结论不成立若纵轴的原点不在两轴交点时，此结论不成立U=E-U=E-IrIr ABAB例与练例与练1 1例与练例与练2 2ACAC由于闭合电路中内、外电路的电流相等，由于闭合电路中内、外电路的电流相等，内外UUE由由 IUIUEI内外得得1 1电源提供的功率（电源功率）电源提供的功率（电源功率）: : EIP 总2 2电源的输出功率（外电路得到的功率）电源的输出功率（外电路得到的功率）: : IUP外外3 3电源内阻上的热功率电源内阻上的热功率: : rIIUP2内内4 4、供电效率、供电效率: : =P出/P总U外/E 电源的输出功率随外电阻变化的

9、讨论电源的输出功率随外电阻变化的讨论电源的总功率电源的总功率P P总总=IE=IE内耗功率：内耗功率：P P内内=I=I2 2r r输出功率：输出功率：P P出出= =P-PP-P内内=IE-I=IE-I2 2r=IUr=IU外外= I= I2 2 R R外外分析：分析：当外电路为纯电阻电路时当外电路为纯电阻电路时当当R外外=r时时,P出出最大，且最大值为最大，且最大值为P出出m=E24r(R外外+r)2=E2+4r(R外外-r)2R外外P出出=I2R外外=E2R外外思考：由图可知同一功率思考：由图可知同一功率对应着两个电阻值对应着两个电阻值, ,两个两个电阻值之间有何关系呢电阻值之间有何关系

10、呢? ? 例题：例题：已知如图，已知如图，E E =6V=6V，r r =4=4，R R1 1=2=2，R R2 2的变化范围是的变化范围是0 01010。求：。求： 电源的最大输出功率；电源的最大输出功率； R R1 1上消耗的最大功率；上消耗的最大功率； R R2 2上消耗的最大功率。上消耗的最大功率。 E rR2R1 2.25W2.25W； 2W2W； 1.5W1.5W。例题：例题：如图所示，图线如图所示，图线a a是某一蓄电池组的是某一蓄电池组的U-IU-I图线，图线，图线图线b b是一只某种型号的定值电阻的是一只某种型号的定值电阻的U-IU-I图线若已图线若已知该蓄电池组的内阻为知该

11、蓄电池组的内阻为22，则这只定值电阻的阻，则这只定值电阻的阻值为值为_。现有。现有4 4只这种规格的定值电阻，可任只这种规格的定值电阻，可任意选取其中的若干只进行组合，作为该蓄电池组的意选取其中的若干只进行组合，作为该蓄电池组的外电路，则所组成的这些外电路中，输出功率最大时外电路，则所组成的这些外电路中，输出功率最大时是是_W_W。 解：解：由图象可知蓄电池的由图象可知蓄电池的电动势为电动势为20V20V。 由斜率关系知外电阻由斜率关系知外电阻阻值为阻值为66。 用用3 3只这种电阻并联作只这种电阻并联作为外电阻，外电阻等于为外电阻，外电阻等于22，因此输出功率最大为因此输出功率最大为50W5

12、0W。 U/V I/Ao2015105ab2.52.55 510107.57.5闭合电路的闭合电路的U-IU-I图象图象 Uo IEU0 M（I0,U0）b aNI0 Im1 1）右图中）右图中a a为为闭合电路闭合电路的的U-IU-I图象图象b b为为部分电路部分电路( (外电阻外电阻) )的的U-IU-I图象图象 2 2）两者的）两者的交点交点坐标表示该电阻坐标表示该电阻接入电路时的接入电路时的路端电压与电流路端电压与电流. . 3 3）a a的斜率的斜率的绝对值表示的绝对值表示电源内电源内阻的阻的大小、大小、b b的斜率的斜率的绝对值表的绝对值表示示接入电路中外电阻的接入电路中外电阻的的

13、大小的大小 4 4）黑色虚线矩形的面积表示）黑色虚线矩形的面积表示接入该电阻时的输出功率。接入该电阻时的输出功率。 当当a a、b b斜率相等斜率相等时时（即内、外电阻相等）（即内、外电阻相等）图中矩图中矩形面积形面积最大最大，即，即输出功率输出功率最大。最大。 五五. .闭合电路中变量分析闭合电路中变量分析(1)(1)保持不变的量：电动势和内阻保持不变的量：电动势和内阻外电阻改变，电流、电压、电功率等都随之改变外电阻改变，电流、电压、电功率等都随之改变(2)I(2)I、U U、P P公式：公式： 电流电流I=E/(I=E/(R R外外+r).+r). 内电压内电压U U内内IrIr= =Er

14、Er/(/(R R外外+r).+r). 外电压外电压U U外外IRIR外外E-E-IrIr. . 总功率总功率P P总总IE.IE.例题：例题：如图所示，电源电动势为如图所示，电源电动势为E E，内电阻为，内电阻为r r当滑动变阻器的触片当滑动变阻器的触片P P从右端滑到左端时，发现从右端滑到左端时，发现电压表电压表V V1 1、V V2 2示数变化的绝对值分别为示数变化的绝对值分别为UU1 1和和UU2 2，下列说法中正确的是（下列说法中正确的是（ ）A A、小灯泡、小灯泡L L1 1、L L3 3变暗，变暗，L L2 2变亮变亮B B、小灯泡、小灯泡L L3 3变暗，变暗，L L1 1、L

15、 L2 2变亮变亮C C、UU1 1 UU2 2 V2V1L1L2L3PV2V1L1L2L3P解：解：滑动变阻器的触片滑动变阻器的触片P P从右从右端滑到左端，总电阻减小，总端滑到左端，总电阻减小，总电流电流I I增大，路端电压增大，路端电压U U减小。减小。 灯泡灯泡L L2 2电流增大，变亮电流增大，变亮. . I I2 2=I=I（增大增大）,U,U2 2=IR=IR2 2（增大）（增大）灯泡灯泡L L3 3电压降低，变暗。电压降低，变暗。 U U3 3=U-U=U-U2 2( (减小减小) )，I I3 3=U=U3 3/R/R3 3( (减小减小) )灯泡灯泡L L1 1电流增大，变

16、亮电流增大，变亮. . I I1 1=I-I=I-I3 3( (增大增大) )，U U1 1=I=I1 1R R1 1( (增大增大) )U UV1V1= =U U3 3减小，减小，U UV2V2= =U U2 2增大，路端电压增大，路端电压U U= = U UV1V1+ + U UV2V2减小，减小，所以所以U UV1V1的变化量大于的变化量大于U UV2V2的变化量。的变化量。 B、D 分析思路：局部电阻的变化局部电阻的变化总电阻的变化总电阻的变化总电流的变化总电流的变化路端电压的变化路端电压的变化局部电路的电流及局部电路的电流及电压的变化电压的变化串、并联电路的电阻与串、并联电路的电阻与总电阻的关系总电阻的关系闭合电路的欧姆