闭合电路的欧姆定律-完整版获奖课件

1、7 闭合电路的欧姆定律【思考】假如用发电机直接给教室内的电灯供电，电灯两端的电压等于发电机的电动势吗？提示：不等于.因为发电机内部有电阻，有电势降落.【思考】在实验课上，小红同学用电压表去测量1节新干电池的电动势约为1.5 V,1节旧电池的电动势约为1.45 V,现在她把这样的两节旧电池串联后接在一个标有“3 V 2 W”的小灯泡两端，结果发现小灯泡不发光，检查电路的连接，各处均无故障.电池虽然旧了，但电动势并没有减小多少，那么小灯泡为什么不亮呢?提示：电池变旧后，电动势并不明显减小，但内阻明显变大,因而使电路中的电流很小，导致小灯泡不亮.一、对闭合电路的欧姆定律的深入理解1.对闭合电路的欧姆

2、定律的理解（1）I= 或E=IR+Ir，只适用于外电路为纯电阻电路的情况，对外电路中含有非纯电阻元件（如电动机、电解槽等）的不适用.（2）E=U外+U内=U外+Ir，即电源电动势等于内外电路的电压之和.普遍适用于外电路为任意用电器的情况，当外电路断开时，I=0，内电压U内Ir=0，U外=E，即只有当外电路断开时，电源两端的电压才等于电动势.（3）将电压表接在电源两极间测得的电压U外是指路端电压，不是内电路两端的电压，也不是电源电动势，所以U外E.（4）电动势和路端电压虽然是有相同的单位且有时数值也相同，但二者是本质不同的物理量.电动势反映了电源将其他形式的能转化为电能的本领大小，路端电压反映了

3、外电路中电能转化为其他形式的能的本领大小.2.解决闭合电路问题的一般步骤（1）分析电路特点:认清各元件之间的串并联关系,特别要注意电压表测量哪一部分的电压，电流表测量哪个用电器的电流.（2）求干路中的电流：若各电阻值和电动势都已知，可用闭合电路欧姆定律直接求出；也可以利用各支路的电流之和来求.（3）应用闭合电路欧姆定律解决问题时应根据部分电路的欧姆定律和电路的串并联特点求出部分电路的电压和电流.3.闭合电路的动态分析：闭合电路中由于局部电阻变化（或开关的通断）引起各部分电压、电流（或灯泡明暗）发生变化的问题分析的基本步骤是：【特别提醒】（1）在闭合电路中，任何一个电阻的增大（或减小），都将引起

4、电路总电阻的增大（或减小），该电阻两端的电压一定会增大（或减小）.（2）外电路含有非纯电阻元件(如电动机、电解槽等)时，不能直接用欧姆定律解决电流问题,可以根据串、并联电路特点或能量守恒定律进行列式计算.【典例1】（2011上海高考）如图所示电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P从最高端向下滑动时，( )A.电压表V读数先变大后变小，电流表A读数变大B.电压表V读数先变小后变大，电流表A读数变小C.电压表V读数先变大后变小，电流表A读数先变小后变大D.电压表V读数先变小后变大，电流表A读数先变大后变小【解题指导】解答本题要把握以下思路：关键点【标准解答】选A电路的串并联关系是这样的：滑动

5、变阻器的上下两部分电阻并联再与电阻R串联.当上下两部分电阻相等时，并联电路阻值最大，干路电流最小，路端电压最高，即电压表读数经历了先增大后减小的过程.所以只有A、C选项可能正确；当滑动变阻器的滑动触头P在最高端时，电流表读数为零，即电流表的读数是从零开始增加的，因此，只能是A选项，不可能是C选项.【规律方法】直流电路的动态分析1.引起电路特性发生变化主要有三种情况：（1）滑动变阻器滑片位置的改变，使电路的电阻发生变化；（2）电键的闭合、断开或换向（双掷电键）使电路结构发生变化；（3）非理想电表的接入使电路的结构发生变化2.进行动态分析的常见思路是：由部分电阻变化推断外电路总电阻（R外）的变化，

6、再由全电路欧姆定律 讨论干路电流I总的变化，最后再根据具体情况分别确定各元件上其他量的变化情况3.分析方法（1）程序法：基本思路是“部分整体部分”即从阻值变化入手，由串并联规律判知R总的变化情况，再由欧姆定律判知I总和U端的变化情况，最后由部分电路欧姆定律及串联分压、并联分流等规律判知各部分的变化情况（2）结论法“并同串反”：“并同”：是指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小“串反”：是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与

7、它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率将增大.（3）特殊值法与极限法：即因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论一般用于滑动变阻器两部分在电路中都有电流时的讨论【变式训练】如图所示，已知电源电动势为E，内电阻为r，当可变电阻R的阻值增大时，该电阻两端的电压UAB及通过的电流IR怎样变化( )A.UAB增大 B.UAB减小C.IR增大 D.IR减小【解析】选A、D.可变电阻R增大AB并联部分的电阻增大整个外电路总电阻增大电路的总电流减小内电路上电压U内=Ir和电阻R1上的电压U1=IR1都减小AB并联部分的电压增大（UAB=E-Ir-IR1）通过

8、电阻R2的电流增大（I2= ）通过可变电阻R的电流减小（IR=I-I2），故A、D正确.【变式备选】在如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器，当R2的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U，现将R2的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况是( )A.I1增大，I2不变，U增大B.I1减小，I2增大，U减小C.I1增大，I2减小，U增大D.I1减小，I2不变，U减小【解析】选B.R1、R2并联后再与R3串联，A1测通过R1的电流I1，A2测通过R2的电流I2，V测路端电压U.R2的滑动触点由a滑向b

9、，R2阻值减小，电路总电阻减小，则总电流I增大；根据闭合电路欧姆定律知路端电压U=E-Ir，所以电压表示数U减小；R1两端电压U1=U-U3，而U3=IR3，U3增大，所以U1减小，则I1减小，而I=I1+I2，所以I2增大，故B正确.二、闭合电路中的功率和效率1.各部分功率关系分析由EIt=I2Rt+I2rt知2.电源的输出功率当外电路为纯电阻电路时讨论如下（1）电源的输出功率由此可知当R=r时，电源有最大输出功率(2)P出与外电阻R的函数关系图象(3)电源的效率 ，可见，外电阻R越大，电源的效率越高.【特别提醒】(1)电源输出功率越大,效率不一定越高,如电源输出功率最大时,效率只有50%.

10、(2)判断可变电阻功率变化时,可将可变电阻以外的其他电阻看成电源的一部分内阻.【典例2】电路图如图甲所示，乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图象，滑动变阻器的最大阻值为15 ，定值电阻R0=3 .（1）当R为何值时，R0消耗的功率最大，最大值为多少？（2）当R为何值时，电源的输出功率最大，最大值为多少？【解题指导】解答本题时应注意R0为定值电阻，其消耗的功率最大时通过的电流最大，电源的输出功率随外电阻的变化而变化，应结合函数图象分析求解.【标准解答】（1）由题图乙知电源的电动势和内阻为：E=20 V，由题图甲分析知道，当R=0时，R0消耗的功率最大，最大为（2）当r=R+R0时，

11、即R=4.5 时，电源的输出功率最大，最大值为答案:（1）0 10.9 W （2）4.5 13.3 W【互动探究】在上例中：（1）当R为何值时，R消耗的功率最大，最大功率是多少？（2）如果滑动变阻器的最大阻值为3 ，当R为何值时，电源的输出功率最大，最大值是多少？【解析】（1）把定值电阻R0和电源作为一个等效电源，其电动势E=20 V，内阻为r1=r+R0=10.5 ，则当R=r1=10.5 时，R上消耗的功率最大，则：（2）整个电路的外电阻比电源内阻小，由电源的输出功率曲线可知，外电阻越接近电源内阻，电源的输出功率越大，则当R=3 时，电源有最大输出功率，则：答案:（1）10.5 9.5 W

12、 （2）3 13.2 W【规律方法】 电源输出功率最大值的求解方法在解答最大功率问题时，理解好功率最大的条件是关键，若求解部分电阻不变时，只要满足电流最大则功率就最大；若求解部分电阻改变时，需要计算出功率的表达形式，利用数学知识求极值.三、含有电容器电路的分析与计算1.分析和计算含有电容器的直流电路时,注意把握以下五个方面(1)电路稳定时电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件，在电容器处电路看做是断路，画等效电路时，可以先把它去掉.(2)若要求电容器所带电荷量时，可在相应的位置补上，求出电容器两端的电压，根据Q=CU计算.(3)电路稳定时电容器所在支路上电阻两端无电压,该电阻相当于导线.(

13、4)当电容器与电阻并联后接入电路时，电容器两端的电压与并联电阻两端的电压相等.(5)电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充放电，如果电容器两端的电压升高，电容器将充电，反之电容器放电.通过与电容器串联的电阻的电量等于电容器带电量的变化量.2.含电容器电路问题的分析方法(1)应用电路的有关规律分析出电容器两极板间的电压及其变化情况.(2)根据平行板电容器的相关知识进行分析求解.【特别提醒】（1）通过电容器这个桥梁可以把电学知识与力学知识有机地结合起来.（2）与电源相连的电容器，其极板间电压不变.（3）与电源断开的电容器其所带电量不变.（4）当电容器的两极板间电压变化时，有Q=CU.【典例3

14、】如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻忽略不计，R1、R2、R3、R4均为定值电阻，C是电容器，开关S是断开的，现将开关S闭合，则在闭合S后的较长时间内，通过R4的电荷量是多少？【解题指导】在求解S由断开到闭合通过R4的电荷量时，应注意S闭合前后电容器所带的电荷量以及极板的电势高低.【标准解答】S断开时，电源与R1、R2串联，R3、R4和电容器串联后与R2并联，由于电容器可看做断路，故R3、R4上电压为零，电容器上的电压等于R2的电压，且上极板电势高，带正电.S闭合时，R1、R2串联后与R3并联，R4和电容器串联后并联在R1两端，电容器上的电压等于R1两端的电压，且上极板电势低，带负电.

15、闭合S后的较长时间内，通过R4的电荷量为答案:CE【规律方法】 分析含电容器的直流电路时注意的四点（1）在直流电路中，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件,一旦电路达到稳定状态，在电容器处电路看做是断路.（2）电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压.（3）当电容器和用电器并联后接入电路时，电容器两极板间的电压与其并联用电器两端的电压相等.（4）电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充（放）电.如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它并联的电路放电.可以根据正极板电荷变化情况来判断

16、电流方向.【变式训练】如图所示E=10 V，R1=4 ，R2=6 ，C=30 F.电池内阻可忽略.（1）闭合开关S，求稳定后通过R1的电流.（2）然后将开关S断开，求此后流过R1的总电量.【解析】（1）电路稳定后，电容器所在的支路上无电流通过，因此R1与R2串联，C两端的电压即为R2两端的电压.由欧姆定律得，通过R1的电流（2）闭合开关S稳定后,C两端电压U1=IR2=6 VC所带电量Q1=CU1=3010-66 C=1.810-4 C开关S断开稳定后，总电流为零，电容器两端电压为E，所带电量Q2=CE=3010-610 C=310-4 C通过R1的电量，即为电容器增加的电量，Q=Q2-Q1=

17、1.210-4 C.答案：(1)1 A (2)1.210-4 C【典例】“加速度计”作为测定运动物体加速度的仪器，已被广泛应用，如图所示为应变式加速度计的原理图：支架AB固定在待测系统上，滑块穿在AB之间的水平光滑杆上，并用轻弹簧连接在A端，其下端有一活动臂可在滑动变阻器上自由滑动，随着系统沿水平方向做变速运动，滑块相对于支架将发生位移，并通过电路转换成电信号从电压表输出.已知电压表量程为8 V，滑块质量为m=0.1 kg，弹簧劲度系数k=20 N/m，电源电动势为E=10 V，内阻不计，滑动变阻器总阻值R=40 ，有效总长度为L=8 cm.当待测系统静止时，滑动触头P位于变阻器R的中点，取A

18、B方向为速度正方向.（1）确定该加速度计测量加速度的范围.（2）为保证电压表能正常使用，如图电路中电阻R0至少应为多大？（3）根据R0的最小值，写出待测系统沿AB做变速运动时，电压表输出电压UV与加速度a的关系式.【解题指导】应用牛顿第二定律并结合电阻定律和电压分配规律是解题的关键.【标准解答】（1）对m：加速度a由弹簧产生，由牛顿第二定律有：F=kx=ma形变量x满足：|x|故最大加速度为：即加速度范围是：8 m/s2a8 m/s2（2）为保证电压表能正常使用，电压表的示数不能超过其最大量程.R0最小时，电压表恰满偏.则由电压分配规律有： 即：R0=10 ，故R0至少应为10 .（3）取R0

19、=10 ，弹簧形变量为x.则有：F=kx=ma由电阻定律和电压分配规律有：由上述两式可得：a=82UV.答案：（1）8 m/s2a8 m/s2（2）10 （3）a=82UV闭合电路的电源电动势为E，内阻为r，如图所示，闭合电键S，当滑动变阻器的滑片P从右端滑到左端时，下列说法中正确的是( )A.小灯泡L1、L3变亮，L2变暗B.小灯泡L3变暗，L1、L2变亮C.电压表V1示数变化量较小D.电压表V2示数变化量较小【错误案例】对闭合电路的动态分析程序不熟悉、方法不熟练导致错误【正确解答】选B、D.当滑动变阻器的滑片P从右端滑到左端时，并联电路总电阻减小（局部），总电流I增大，路端电压U减小（整体

20、）.干路电流增大，则L2变亮；与滑动变阻器串联的灯泡L1电流增大，变亮；与滑动变阻器并联的灯泡L3电压U3=U-U2，U减小，U2增大，则U3减小，L3变暗；U1减小，U2增大，而路端电压U=U1+U2减小，所以U1的变化量大于U2的变化量，故A、C错误，B、D正确.【易错分析】本题易错选项及错误原因分析如下：1.有两个相同的电阻R，串联起来接在电动势为E的电源上，通过每个电阻的电流为I，若将这两个电阻并联起来，仍接在该电源上，此时通过一个电阻R的电流为 则该电源的内阻是( )A.R B. C.4R D.【解析】选C.由闭合电路欧姆定律得，两电阻串联时 ，两电阻并联时 ，解得r=4R，C正确.2.关于电动势及闭合电路欧姆定律，下列说法正确的是( )A.电源电动势越大，电源所能提供的电能就越多B.电源电动势等于路端电压C.外电路的电阻越大，路端电压就越大D.路端电压增大时，电源的输出功率可能减小【解析】选C、D.电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量，A错误；由闭合电路欧姆定律E=U外+U内知B错