2022高三总复习物理教案-知识讲解 闭合电路的欧姆定律（基础）

物理总复习：闭合电路的欧姆定律编稿：李传安 审稿：【考纲要求】1、知道电源电动势的意义及其内、外电压的关系，闭合电路的欧姆定律，会对电路进行动态分析；2、知道知道闭合电路中功率的分配关系；3、能对含电容器电路的相关物理量进行计算。【考点梳理】考点一、闭合电路的欧姆定律（一）电动势1、电源使导体两端存在持续电压，将其他形式的能转化为电能的装置。2、电动势要点诠释：（1）物理意义：反映不同电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量。电动势大，说明电源把其他形式的能转化为电能的本领大；电动势小，说明电源把其他形式的能转化为电能的本领小。定义公式为，其单位与电势、电势差相同。该物理量为标量。（2）大小：等于外电路断开时的路端电压，数值上也等于把1C的正电荷从电源负极移到正极时非静电力所做的功。（3）电动势的方向：电动势虽是标量，但为了研究电路中电势分布的需要，我们规定由负极经电源内部指向正极的方向（即电势升高的方向）为电动势的方向。（二）闭合电路的欧姆定律1、内容闭合电路中的电流跟电源电动势成正比，跟内、外电路电阻之和成反比，这个结论叫做闭合电路欧姆定律。2、表达式（1）电流表达式（2）电压表达式3、适用范围外电路是纯电阻的电路。4、路端电压U要点诠释：外电路两端的电压，即电源的输出电压，（1）当外电阻R增大时，I减小，内电压减小，路端电压U增大。当外电路断开时，I=0，U=E。（2）当外电阻减小时，I增大，内电压增大，路端电压减小。当电源两端短路时，外电阻R=0, U=0， 。（3）路端电压也可以表示为。也可以得到路端电压随外电阻增大而增大的结论。5、路端电压与电流的关系（U一I图象）要点诠释：如下左图所示为UI图象，由知，图线为一条直线，与纵轴交点为电源电动势，与横轴交点为短路电流，直线的斜率的绝对值等于电源内阻。由于一般电源的内阻r很小，故外电压U随电流I的变化不太明显，实际得到的图线往往很平，只画在坐标纸上的上面一小部分，为充分利用坐标纸，往往将横轴向上移，如下右图所示的实验图线。此时应注意，图线与横轴的交点，并非短路电流，不可盲目用它求内阻，但图线与纵轴的交点仍代表电动势E，图线斜率的绝对值仍等于内阻r。6、闭合电路中的功率要点诠释：（1）电源的总功率： ；（2）电源内耗功率： ；（3）电源的输出功率：（4）电源的输出功率随外电阻的变化规律电源的输出功率为当时，有最大值，即，与外电阻R的这种函数关系可用如图的图象定性地表示：由图象还可知，对应于电源的非最大输出功率P可以有两个不同的外电阻R1和R2，当时，若R增大，则增大；当时，若R增大，则减小。（5）电源效率电源效率：指电源的输出功率与电源的功率之比，即 .对纯电阻电路：.所以当R增大时，效率提高，当时，电源有最大输出功率，效率仅为50%，效率并不高。考点二、含电容器电路的分析要点诠释：在直流电路中，当电容器充放电时，电路里有充、放电电流。一旦电路达到稳定状态时，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件，电容器可看作断路，简化电路时可去掉。分析和计算含电容器电路时，需注意以下几点：1、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降，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。 2、当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极板间的电压与其并联电阻两端的电压相等。3、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，电容器将放电。电荷量变化由计算。考点三、动态电路的分析要点诠释：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，常见方法如下：（1）程序法基本思路是“部分整体部分”，即从阻值变化的部分入手，由串并联规律判知的变化情况，再由欧姆定律判知和的变化情况，最后由部分电路欧姆定律判知各部分物理量的变化情况。分析解答这类习题的一般步骤是： 确定电路的外电阻以及外电阻如何变化。根据闭合电路欧姆定律，确定电路的总电流如何变化。由，确定电源的内电压如何变化。由，确定电源的外电压（路端电压）如何变化。由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化。确定支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化。此类题型还可用“并同串反”规律判断。所谓“并同”，即某一电阻增大时，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，反之则减小。所谓“串反”，即某一电阻增大时，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。（2）极限法：即因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。（3）特殊值法：对于某些双臂环路问题，可以采取代入特殊值去判定，从而找出结论【典型例题】类型一、对电动势概念的理解例1、下列关于电池的说法正确的是（ ）A. 同一种干电池，旧电池比新电池的电动势小、内阻大、容量小 B. 电源电动势E与通过电源的电流I的乘积EI表示电源内部电场力的功率C. 1号干电池比5号干电池的电动势小、容量大D. 当通过同样的电荷量时电动势为2V的蓄电池比1.5V的干电池提供的电能多【答案】AD【解析】对于干电池，在使用一段时间之后，由于内部发生化学发应释放电荷的物质逐渐减少，因而电动势要变小，容量要变小，同时反应生成物要阻碍电荷的移动，故使电池的内阻变大。电源电动势E与I的乘积EI表示电源内非静电力的功率，并不是电场力的功率。1号干电池与5号干电池的电动势都是1.5V，容量不相同，两者体积也有差异，电动势既然反映非静电力做功的本领的大小，电动势越大的，移动相同的电荷量时提供的电能就越多。故正确选项为AD。举一反三【变式】铅蓄电池的电动势为2 V，这表示（ ）A. 电路中每通过1 C电荷量，电源把2 J的化学能转变为电能B. 无论接不接入外电路，蓄电池两极间的电压都为2 VC. 蓄电池在1 s内将2 J的化学能转变为电能D. 蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池（电动势为1.5 V）的大【答案】AD类型二、闭合电路的分析与计算例2、如图所示电路，电动势E = 6V，内阻r =1，R1=3，R2=4，求：（1）开关S闭合时，通过电阻R1的电流多大？R1两端电压多大？内阻上的电压多大？（2）开关S断开时，通过电阻R1的电流多大？R1两端电压多大？路端电压多大？内阻上的电压多大？输出功率多大？内阻消耗的功率多大？电源的功率多大？电源的效率多大？【思路点拨】分析电阻的串并联关系，根据闭合电路的欧姆定律求出干路电流，再应用部分电路的欧姆定律求外电压、内电压、功率等。【答案】（1），；（2），。【解析】（1）开关S闭合时，外电路的电阻只有R1，根据闭合电路的欧姆定律，通过电阻R1的电流，R1两端电压.内阻上的电压。（2）开关S断开时，电阻R1 R2串联，外电路的总电阻通过电阻R1的电流R1两端电压.路端电压 (或）内阻上的电压.输出功率即外电路消耗的功率内阻消耗的功率电源的功率（或）电源的效率（或）【总结升华】本题计算了电路中的一些常用的物理量以及它们之间的关系。解决闭合电路的欧姆定律问题时，要注意分析电路特点（串、并联关系），电流表、电压表的读数是哪一个电阻上的或那一部分电路的，求出干路电流。闭合电路欧姆定律的应用计算通常有两种方法：一是充分利用题目的已知条件结合欧姆定律列方程求解，有时求电流I是关键，I是联系内外电路的桥梁；二是根据具体问题可以利用图像法，会带来更多方便。举一反三【变式】如图所示的电路中，当S闭合时电压表和电流表（均为理想电表）的示数各为1.6V和0.4A。当S断开时，它们的示数各改变0.1V和0.1A，求电源的电动势。【答案】，。【解析】方法一：当S闭合时，R1 、R2并联接入电路，由闭合电路的欧姆定律得 当S断开时，只有R1接入电路，外电阻变大，电压表读数变大，电流表读数变小，由闭合电路的欧姆定律得 联立解得 ，。方法二：图像法：利用UI图像如图所示；因为图线的斜率，由闭合电路的欧姆定律 .例3、如图所示，已知电源内阻r =2 ，定值电阻R1=0.5,求：（1）当滑动变阻器R2的阻值为多大时，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，电源的输出功率最大？若电源电动势为6V，电源的最大输出功率为多少？【思路点拨】根据闭合电路的欧姆定律写出电流的表达式，进一步写出电阻消耗的功率的表达式，分母最小，功率最大。【答案】（1）R2为零时（2）（3），。【解析】（1）由知R1消耗的功率，要使P1有最大值，分母应最小，所以当R2为零时，R1消耗的功率最大。（2）要使变阻器消耗的功率最大，可以把R1等同于内阻看待，即把R1r看成电源的内阻，当，即时，变阻器消耗的功率最大。（3）电源的输出功率最大时，应是，即。所以.电动势为6V时，根据，则电源的最大输出功率。【总结升华】把定值电阻和电源作为一个等效电源，其电动势为E，内阻则变为，即等效电源的内阻为r1。当外电阻等于内阻时，电源的输出功率最大，其值为。等效电源法：将含有电源的某一部分电路等效为一个新的电源，这个等效电源的电动势等于其接入电路两端开路时的电压，等效电源的内电阻等于这部分电路的电阻与实际电源内阻的总电阻（内阻为）。最大输出功率。举一反三【变式】如图所示的电路中，电池组的内阻r = 4，外电阻R1= 2，当滑动变阻器R2的电阻调为4时，电源内部的电热功率是4W，则（1）电源的最大输出功率是_；（2）欲使R2的电功率达到最大值，则R2应调为_。【答案】（1）6.25W.（2）6.【解析】（1）由题意知，求得电流.电源电动势电源的最大输出功率 .（2）用“等效电源法”求解。等效内电阻为由前面的结论当外阻等于内阻时输出功率最大，所以R2应调为6.类型三、非纯电阻电路的分析及计算非纯电阻电路：如果电路中除电阻外还有能把电能转化为其他形式能的元件（电动机、电解槽），称为非纯电阻电路，特点是：（1）不遵循欧姆定律：.（2）电流做功除了转化为内能外，还转化成其他形式的能：。计算电功、电热要用各自的定义式。电动机的功率：设内电阻为r，两端电压为U，通过的电流为I，电动机的总功率：电动机损耗功率：电动机输出功率：【高清课堂：电路中的能量问题例4】例4、微型吸尘器的直流电动机内阻一定，当加上0.3V的电压时，通过的电流为0.3A，此时电动机不转。当加在电动机两端的电压为2.0V时，电流为0.8A，这时电动机正常工作，则吸尘器的效率为_。【思路点拨】对于非纯电阻电路，电动机的输入功率等于电压乘以电流，不能用欧姆定律求解，电动机线圈产生热功率，输出机械功率。电动机的输入功率等于热功率加上输出的机械功率。【答案】【解析】电动机不转动，输出机械功率为零，电能全部转化为电阻生热纯电阻电路。，电动机内阻 .，吸尘器（电动机）正常工作电动机总功率: