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1、第第2 2讲 闭合合电路欧姆定律及路欧姆定律及应用用2021/8/8 星期日11 1、内、外电路、内、外电路(1)内电路：电源两极(不含两极)以内，如电池内的溶液、发电机的线圈等内电路的电阻一般写作r(2)外电路：电源两极，包括用电器和导线等外电路的电阻一般写作R.2 2闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律(适用条件：纯电阻电路适用条件：纯电阻电路)2021/8/8 星期日2(1)内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，与内、外电路的电阻之和成反比，即IE/(Rr)(2)研究闭合电路，主要物理量有E、r、R、I、U，前两个是常量，后三个是变量表达形式：2021/8/8 星期日33 3路端电压
2、跟负载的关系路端电压跟负载的关系(纯电阻电路纯电阻电路)(1)路端电压：外电路的电势降落，也就是外电路两端的电压，UEIr.外电路的电阻增大时，I减小，路端电压升高；外电路断开时，R，路端电压UE；外电路短路时，R0，U0，IImE/r.2021/8/8 星期日4(2)电源的外特性曲线路端电压U随电流I变化的图象：(如下图所示)图象的函数表达：UEIr当外电路断路时(即R，I0)，纵轴上的截距表示电源的电动势E(EU端)；2021/8/8 星期日5当外电路短路时(R0，U0)，横坐标的截距表示电源的短路电流I短E/r；图线的斜率的绝对值为电源的内电阻注意：要看清坐标原点是否都从零开始，若纵坐标
3、上的取值不从零开始取，则该截距不表示短路电流2021/8/8 星期日64闭合电路的输出功率闭合电路的输出功率(1)电源的总功率：P总IEIU外IU内IUI2r(闭合电路中内、外电路的电流相等，所以有EU外U内)(2)电源的输出功率与电路中电流的关系2021/8/8 星期日7所以当 ，电源的输出功率最大，(适用于一切电路)(3)电源的输出功率与外电路电阻的关系：(等效于右图)所以当Rr时(IE/2r)，电源有最大输出功率：（适合于纯电阻电路）2021/8/8 星期日8(4)电源内阻上的热功率：P内U内II2r.(5)电源的供电效率:当电源的输出功率达最大时，50%.5 5电源的外特性曲线和导体的
4、伏安特性曲线电源的外特性曲线和导体的伏安特性曲线的关系的关系(如图如图)(1)联系：它们都是电压和电流的关系图线；2021/8/8 星期日9(2)区别：它们存在的前提不同，遵循的物理规律不同，反映的物理意义不同电源的外特性曲线：(如图线a)a在电源的电动势及内阻r一定的条件下，通过改变外电路的电阻R使路端电压U随电流I变化的图线；b遵循闭合电路欧姆定律，UEIr；c图线与纵轴的截距表示电动势E，斜率的绝对值表示内阻r.2021/8/8 星期日10导体的伏安特性曲线：(如图线b)a在给定导体(电阻R)的条件下，通过改变加在导体两端的电压而得到的电流I随电压U变化的图线；b遵循部分电路欧姆定律，；
5、c图线斜率表示导体的电阻R.6电路的动态分析电路的动态分析动态电路变化的分析是根据欧姆定律及串、并联电路的性质，来分析电路中某一电阻变化而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况2021/8/8 星期日11常见方法如下：(1)程序法：基本思路是“部分整体部分”例如：局部变化RiR总I总U内U路再讨论其他(2)直观法：即直接应用“部分电路中R、I、U的关系”中的两个结论任意一个R增大必引起通过该电阻的电流减小，其两端电压UR增加(局部电阻本身电流、电压)2021/8/8 星期日12任意一个R增大必引起与之并联支路电流I并增加；与之串联支路电压U串减小(称串反并同法)局部Ri与之串并联的电阻7电路故
6、障电路故障电路故障一般是短路或断路，常见的情况有导线断芯，灯泡断丝、灯座短路、电阻器内部断路、接触不良等，检查故障的基本方法有两种2021/8/8 星期日13(1)仪表检测法电压表的内部结构电压表是由灵敏电流计G和分压电阻R0串联组成的，内部结构如图所示2021/8/8 星期日14用电压表检测如图所示，合上开关S，若灯L不亮，而电压表有示数，说明电路中有电流通过电压表，电路为通路(电压表作为一个高电阻把开关和电源接通了)，则开关S和导线不断路，灯L断路即故障所在以此类推灯L不亮电压表无示数，则开关S处断路可能性很大，可再加以检验2021/8/8 星期日15(2)假设法已知电路发生某种故障，寻求
7、故障发生何处时，可将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分电路发生故障，运用欧姆定律进行正向推理，推理结果若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路；若推理结果与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路，直到找到发生故障的全部可能为止，亦称排除法2021/8/8 星期日168多用电表和黑箱问题多用电表和黑箱问题(1)多用电表的实验原理：多用电表是一种多量程、多用途的测量交、直流电学量的仪器，可以测量电阻、交直流电压和电流具体名称如下，a.表盘，表盘上有电流、电压、电阻等各种量程的刻度；b.选择开关及各种量程；c.机械调零螺丝，用于调整电流、电压零点；d.欧姆表的调零旋钮，用于调
8、整欧姆零点；f.表的接线插孔，红表笔插“”孔，黑表笔插“”孔2021/8/8 星期日17 欧姆表测电阻的原理是闭合电路的欧姆定律，欧姆表内部结构如图所示，其中G为灵敏电流计，满偏电流Ig，线圈电阻Rg，电源电动势E，内阻r，R0为调零电阻2021/8/8 星期日18当红黑表笔短接时，调节R0使指针满偏当红黑表笔间接电阻Rx时，通过电流表电流每一个Rx对应一个电流I，在刻度盘上直接标出与I对应的Rx的值，这样即可读出待测电阻阻值，但由上式看出，I与Rx不成比例，故欧姆表刻度不均匀2021/8/8 星期日19当 时，IIg/2，指针半偏，所以欧姆表的内阻等 于 中 值 电 阻，用 R中表 示 因
9、此 Rx与 I的 对 应 关 系 为 欧姆表测电阻时的误差分析a在用多用电表测量电阻时可能测量值偏大，其主要原因可能是表笔与电阻两端接触欠紧而引入接触电阻，或者在连续测量过程中，表笔接触时间过长，引起电表内电池电动势下降，内阻增加如果是测量值偏小，则可能是人体电阻并入造成2021/8/8 星期日20b电池老化对欧姆表的影响：一个多用电表的电池已使用很久了，但是转动旋钮时，仍可使表针调至零欧姆刻度，这时测出的电阻值R测与所测电阻的真实值R真相比较R测R真分析如下：2021/8/8 星期日21(2)多用电表的使用红表笔代表欧姆表内部电源的负极，黑表笔代表内部电源的正极；与使用电流表、电压表一样，多
10、用电表在使用前要进行机械调零(即观察指针是否指在刻度线左端的零刻度处，若不指零，可用小螺丝刀旋转定位螺丝)；2021/8/8 星期日22使用欧姆挡测电阻时，还要进行“欧姆调零”，方法是：将选择开关置于欧姆挡(适当倍率)，将两表笔短接，调整电阻调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零位置上；注意：每换一次欧姆挡的倍率，都要重新进行欧姆调零2021/8/8 星期日23关于欧姆挡倍率的选择：使用欧姆挡测电阻时，指针指示在表盘中值电阻左右读数较准确如某多用电表欧姆挡R中15，当待测电阻约为2k时，应选用“100”挡，读数不要忘记乘以相应的倍率；测量时，待测电阻要与电源以及其他电阻断开，且不能用手接触表笔；测量
11、完毕后，要把表笔从测试孔中拔出，并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡；2021/8/8 星期日24(3)多用电表探测黑箱内的电学元件根据不同电学元件的电阻特点进行测量判断电阻为零两接线柱由无阻导线短接电压为零有下述可能性a任意两接线柱之间电压均为零盒内无电源b有的接线柱之间电压为零2021/8/8 星期日25.或两接线柱中至少有一个与电源断路.或两接线柱之间有电动势代数和为零的反串电池组.或两接线柱间短路有充放电现象(欧姆表指针先偏转，然后又回到“”刻度)两接线柱之间有电容器在分析和解答黑盒问题时，其外观表现往往相同，所以不仅答案多种多样，而且在无条件限制时，还可能有无数多解答2021
12、/8/8 星期日26解答步骤如下：2021/8/8 星期日27例1、如图721，已知E6V，r4，R12，R2的变化范围是010.求：(1)电源的最大输出功率；(2)R1上消耗的最大功率；(3)R2上消耗的最大功率一、电路中的能量关系的处理一、电路中的能量关系的处理图7212021/8/8 星期日28解析：(1)R22时，外电阻等于内电阻，电源输出功率最大为2.25W；R1是定值电阻，电流越大功率越大，所以R20时R1上消耗的功率最大为2W；把R1也看成电源的一部分，等效电源的内阻为6，所以，当R26时，R2上消耗的功率最大为1.5W.点评：注意R1上消耗的最大功率与R2上消耗的最大功率的条件
13、是不同的R1是固定电阻，R2是可变电阻2021/8/8 星期日29变式训练1、(2010山东潍坊上学期抽样检测)如图722所示，一台电动机提着质量为m的物体，以速度v匀速上升已知电动机线圈的电阻为R，电源电动势为E，通过电源的电流为I，当地重力加速度为g，忽略一切阻力及导线电阻，则()A电源内阻 B电源内阻C如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变大D如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变小B C2021/8/8 星期日30解析：由能量守恒定律得EII2(Rr)mgv，解得，选项B正确而A错误；电动机正常工作，EI(Rr)，如果电动机转轴被卡住，则电动
14、机视为纯电阻，满足EI(Rr)，即电路中的电流变大，较短时间内电源消耗的功率EI变大，选项C正确而D错误图7222021/8/8 星期日31变式训练2、如图723所示电路中，直流发电机E250V，内阻r3，R1R21，电热器组装有50个完全相同的电热器，每个电热器规格“200V,1000W”，其他电阻不计,不考虑电热器电阻随温度的变化，问：(1)接通几个电热器，实际使用的电热器都能正常工作？(2)接通几个电热器，发电机输出功率最大？(3)接通几个电热器，电热器组加热物体最快？(4)接通几个电热器，电阻R1、R2上消耗的功率最大？2021/8/8 星期日32 解析：每只用电器的电阻为R0U2/P
15、2002/100040，每只用电器的额定电流I0P/U5A(1)要使电热器正常工作，必须使电热器两端的实际电压等于额定电压200V，因此干路中电流为而每个电热器的额定电流为5A，则电热器的个数为n110/52(个)图7232021/8/8 星期日33(2)要使电源输出功率最大，须使外电阻等于电源内电阻，由此可知电热器总电阻为RrR1R21，故n2R0/R40(个)(3)要使电热器组加热物体最快，必须使其总电阻为RR1R2r5，所以n3R0/R40/58(个)(4)要使R1、R2上消耗的功率最大，必须使通过它们的电流最大，即当50只电热器全接通时，可满足要求，即n450(个)2021/8/8 星
16、期日34例2、(2010山东济南一模)如图724所示，四个电表均为理想电表，当滑动变阻器滑动触头P向左端移动时，下列说法中正确的是()A伏特表V1的读数减小，安培表A1的读数增大B伏特表V1的读数增大，安培表A1的读数减小C伏特表V2的读数减小，安培表A2的读数增大D伏特表V2的读数增大，安培表A2的读数减小二、动态电路的分析与计算二、动态电路的分析与计算B C2021/8/8 星期日35图7242021/8/8 星期日36变式训练3、如图725所示，电源电动势为E，内电阻为r.当滑动变阻器的触片P从右端滑到左端时，发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为U1和U2，下列说法中正确的是()A
17、小灯泡L1、L3变暗，L2变亮B小灯泡L3变暗，L1、L2变亮CU1U2BD图7252021/8/8 星期日37解析：滑动变阻器的触片P从右端滑到左端，总电阻减小，总电流增大，路端电压减小与电阻串联的灯泡L1、L2电流增大，变亮；与电阻并联的灯泡L3电压降低，变暗U1减小，U2增大，而路端电压UU1U2减小，所以U1的变化量大于U2的变化量，选BD.2021/8/8 星期日38例3、(2010安徽合肥一模)如图726所示，电源电动势为E，内阻为r，平行板电容器两金属板水平放置，开关S是闭合的，两板间一质量为m、电荷量为q的油滴恰好处于静止状态，G为灵敏电流计则以下说法正确的是()A在将滑动变阻
18、器滑片P向上移动的过程中，油滴向上加速运动，G中有从b到a的电流B在将滑动变阻器滑片P向下移动的过程中，油滴向下加速运动，G中有从b到a的电流A三、含容电路问题三、含容电路问题2021/8/8 星期日39C在将滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，油滴仍然静止，G中有从a到b的电流D在将S断开后，油滴仍保持静止状态，G中无电流通过图7262021/8/8 星期日40解析：滑片P向上移动，接入电路的电阻增大，总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律可知，干路电流减小，因UEI(rR1)，可知电容器极板电压变大，油滴受到的电场力增大，油滴向上运动，极板电压变大，说明电容器充电，G中电流方向从b到a，A正确，B
19、、C错误；将S断开后，电容器放电，G中有电流，电压减小，电场力减小，油滴向下运动，D错误2021/8/8 星期日41变式训练4、(2010安徽卷)如图727所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部闭合电键S，小球静止时受到悬线的拉力为F.调节R1、R2，关于F的大小判断正确的是()图727B2021/8/8 星期日42A保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变大B保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变小C保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变大D保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变小2021/8/8 星期日432021
20、/8/8 星期日44例4、如图728所示的电路中，闭合开关S，灯L1、L2正常发光由于电路出现故障，突然发现灯L1变亮，灯L2变暗，电流表的示数变小，根据分析，发生的故障可能是()AR1断路BR2断路CR3短路DR4短路四、电路故障问题四、电路故障问题图728A2021/8/8 星期日452021/8/8 星期日46点评：对于复杂的电路，首先要理清电路的连接方式(应用等势法、分支法)，并画出串、并联关系明显的规范电路，便于分析对于电路的动态变化问题，按局部(R的变化)全局(I总、U端的变化)局部(U分、I分的变化)的逻辑思维进行分析推理本题电路动态变化的逆向推理2021/8/8 星期日47变式
21、训练5、某居民家中的电路如图729所示，开始时各部分工作正常，将电饭煲的插头插入三孔插座后，正在烧水的电热壶突然不能工作，但电灯仍能正常发光拔出电饭煲的插头，把试电笔插入插座的左、右插孔，氖管均能发光，则()A仅电热壶所在的C、B两点间发生了断路故障B仅电热壶所在的C、B两点间发生了短路故障C仅导线AB断路D因插座用导线接地，所以发生了上述故障C2021/8/8 星期日48图8292021/8/8 星期日49五、多用电表和黑箱问题五、多用电表和黑箱问题变式训练6、关于欧姆表及其使用中的问题，下列说法中正确的是()A表盘上所标明的电阻阻值刻度是均匀的B应使待测电阻与其他电学元件断开，并且不能用双
22、手同时接触两表笔金属部分C每次更换倍率都要将两表笔短接，进行欧姆调零B C D F2021/8/8 星期日50D为使测量准确，应使表针指在中值电阻附近，否则应换挡E测量时，若指针偏角较大，应换用倍率较大的挡位F使用完毕，应将选择开关置于空挡OFF，或交流电压最高挡2021/8/8 星期日51解析：欧姆表表盘刻度是不均匀的，所以A错；在使用欧姆表测电阻时，应将被测电阻与电源和其他电阻断开且手不要与表笔的金属部分接触，所以B正确；每次换挡应当重新调零，C正确；由于欧姆表刻度不均匀，所以当指针指在中间位置附近时读数较准确，所以D正确；2021/8/8 星期日52点评：正确理解欧姆表的工作原理及其刻度
23、特点，并养成良好的实验习惯若指针偏转角较大，说明电流大，待测电阻较小，应当换较小的倍率，E错；使用完毕将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡，F正确2021/8/8 星期日53例6、如图7210所示，黑盒有四个接线柱，内有4只阻值均为6的电阻，每只电阻都直接与接线柱相连测得Rab6，RacRad10.RbcRbdRcd4，试画出黑盒内的电路图72102021/8/8 星期日54解析：由于最小电阻是RbcRbdRcd4，只有2只6串联后再与1只6并联才能出现4，因此bc、cd、db间应各接1只电阻再于ab间接1只电阻，结论正合适故盒内电路如图所示：点评：探测黑箱内的电学元件时，应多思考可能性
24、，然后再进行逐一核对2021/8/8 星期日55变式训练6、某同学对黑箱(见图7211)中一个电学元件的伏安特性进行研究通过正确测量，他发现该元件两端的电压Uab(Uabab)与流过它的电流I之间的变化关系有如下规律：当15VUab0V时，I近似为零当Uab0时，Uab和I的实验数据见下表：12345670.0000.2450.4800.6500.7050.7250.7450.000.150.250.601.704.257.50图72112021/8/8 星期日56(1)在图7212中画出Uab0时该元件的伏安特性曲线(可用铅笔作图)(2)根据上述实验事实该元件具有的特性是_图7212单向导电性 2021/8/8 星期日57(3)若将此黑箱接入图7213电路中，并在该电路的cd两端输入如图7214(甲)所示的方波电压信号Ucd，请在图7214(乙)中定性画出负载电阻RL上的电压信号Uef的波形图7213图72142021/8/8 星期日582021/8/8 星期日59