閉合電路歐姆定律

1、閉合電路歐姆定律教學目標：1掌握閉合電路歐姆定律，并能應用其解決相關問題；3掌握閉合電路的u-i圖象教學重點：閉合電路歐姆定律及其應用教學難點：閉合電路歐姆定律的應用一、閉合電路歐姆定律1.主要物理量。研究閉合電路，主要物理量有e、r、r、i、u，前兩個是常量，后三個是變量。+ + re rirv1v2+探針閉合電路歐姆定律的表達形式： （i、r間關系）u=e-ir（u、i間關系）當外電路斷開時（i = 0），路端電壓等于電動勢。而這時用電壓表去測量時，讀數卻應該略小于電動勢（有微弱電流）。當外電路短路時（r = 0，因而u = 0）電流最大為im=e/r（一般不允許出現(xiàn)這種情況，會把電源燒壞

2、）。2.電源的功率和效率。o rp出pmr功率：電源的功率（電源的總功率）pe=ei 電源的輸出功率p出=ui 電源內部消耗的功率pr=i 2r電源的效率：（最后一個等號只適用于純電阻電路）電源的輸出功率，可見電源輸出功率隨外電阻變化的圖線如圖所示，而當內外電阻相等時，電源的輸出功率最大，為?！纠?】e rr2r1已知如圖，e =6v，r =4，r1=2，r2的變化范圍是010。求：電源的最大輸出功率；r1上消耗的最大功率；r2上消耗的最大功率。解：r2=2時，外電阻等于內電阻，電源輸出功率最大為2.25w；r1是定植電阻，電流越大功率越大，所以r2=0時r1上消耗的功率最大為2w；把r1也看

3、成電源的一部分，等效電源的內阻為6，所以，當r2=6時，r2上消耗的功率最大為1.5w。r1r2r3r4e r3.電路動態(tài)變化的討論。閉合電路中只要有一只電阻的阻值發(fā)生變化，就會影響整個電路，使總電路和每一部分的電流、電壓都發(fā)生變化。討論依據是：閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律、串聯(lián)電路的電壓關系、并聯(lián)電路的電流關系。以右圖電路為例：設r1增大，總電阻一定增大；由，i一定減??；由u=e-ir，u一定增大；所以u4、i4一定增大；由i3= i-i4，i3、u3一定減?。挥蓇2=u-u3，u2、i2一定增大；由i1=i3 -i2，i1一定減小?？偨Y規(guī)律如下：總電路上r增大時總電流i減小，路端電壓

4、u增大；變化電阻本身和總電路變化規(guī)律相同；和變化電阻有串聯(lián)關系（通過變化電阻的電流也通過該電阻）的看電流（即總電流減小時，該電阻的電流、電壓都減小）；和變化電阻有并聯(lián)關系的（通過變化電阻的電流不通過該電阻）看電壓（即路端電壓增大時，該電阻的電流、電壓都增大）?！安⑼础痹??！纠?】 如圖所示，電源電動勢為e，內電阻為r當滑動變阻器的觸片p從右端滑到左端時，發(fā)現(xiàn)電壓表v1、v2示數變化的絕對值分別為u1和u2，下列說法中準確的是 v2v1l1l2l3pa.小燈泡l1、l3變暗，l2變亮b.小燈泡l3變暗，l1、l2變亮c.u1<u2d.u1>u2解：滑動變阻器的觸片p從右端滑到左

5、端，總電阻減小，總電流增大，路端電壓減小。與電阻蟬聯(lián)串聯(lián)的燈泡l1、l2電流增大，變亮，與電阻并聯(lián)的燈泡l3電壓降低，變暗。u1減小，u2增大，而路端電壓u= u1+ u2減小，所以u1的變化量大于 u2的變化量，選bd。uo ieu0 m（i0,u0）b ani0 im 4.閉合電路的u-i圖象。u/vi/ao2015105ab右圖中a為電源的u-i圖象；b為外電阻的u-i圖象；兩者的交點坐標表示該電阻接入電路時電路的總電流和路端電壓；該點和原點之間的矩形的面積表示輸出功率；a的斜率的絕對值表示內阻大?。?b的斜率的絕對值表示外電阻的大??；當兩個斜率相等時（即內、外電阻相等時圖中矩形面積最大

6、，即輸出功率最大（能夠看出當時路端電壓是電動勢的一半，電流是最大電流的一半）。【例3】 如圖所示，圖線a是某一蓄電池組的伏安特性曲線，圖線b是一只某種型號的定值電阻的伏安特性曲線若已知該蓄電池組的內阻為2.0，則這只定值電阻的阻值為_?，F(xiàn)有4只這種規(guī)格的定值電阻，可任意選擇其中的若干只實行組合，作為該蓄電池組的外電路，則所組成的這些外電路中，輸出功率最大時是_w。解：由圖象可知蓄電池的電動勢為20v，由斜率關系知外電阻阻值為6。用3只這種電阻并聯(lián)作為外電阻，外電阻等于2，所以輸出功率最大為50w。5.滑動變阻器的兩種特殊接法。a bpe ra1 a a2在電路圖中，滑動變阻器有兩種接法要特別引

7、起重視：右圖電路中，當滑動變阻器的滑動觸頭p從a端滑向b端的過程中，到達中點位置時外電阻最大，總電流最小。所以電流表a的示數先減小后增大；能夠證明：a1的示數一直減小，而a2的示數一直增大。rxa bupiixi /r右圖電路中，設路端電壓u不變。當滑動變阻器的滑動觸頭p從a端滑向b端的過程中，總電阻逐漸減小；總電流i逐漸增大；rx兩端的電壓逐漸增大，電流ix也逐漸增大（這是實驗中常用的分壓電路的原理）；滑動變阻器r左半部的電流i / 先減小后增大。6.黑盒問題。如果黑盒內只有電阻，分析時，從阻值最小的兩點間開始?！纠?】 如圖所示，黑盒有四個接線柱，內有4只阻值均為6的電阻，每只電阻都直接與

8、接線柱相連。測得rab=6，rac=rad=10。rbc=rbd=rcd=4，試畫出黑盒內的電路。a cb da cb d解：由于最小電阻是rbc=rbd=rcd=4，只有2只6串聯(lián)后再與1只6并聯(lián)才能出現(xiàn)4，因此bc、cd 、db間應各接1只電阻。再于ab間接1只電阻，結論正合適。vasdabcabcr0rx【例5】如圖所示，電學黑箱中，有兩個電阻：一個為定值電阻r08，另一個為未知電阻rx，由箱內抽出三根引線a、b、c，當開關s和c閉合時，電流表的讀數為1a，電壓表的讀數為8v；當開關s和d閉合時，電流表的讀數仍為1a，電壓表的讀數為10v，請畫出黑箱中兩個電阻和a、b、c的連接圖，并求出

9、電阻rx的阻值。 答案： rx2 7。電路簡化與等效電路圖電路簡化的方法有：電流分支法：a先將各結點用字母標上b判定各支路元件的電流方向(若電路原無電流，可假設總的電流方向)；c按電流流向，自左到右將各元件及電流分支逐一畫出；d將畫出的等效圖加工整理等勢點排列法：a將各結點用字母標出；b判定各結點電勢的高低(若原電路未加電壓，可先假設加上了電壓)；c將各結點電勢高低自左到右排列，再將各結點之間支路畫出；d將畫出的等效圖加工整理 【例2】試將下圖所示的電路進行等效變換(s未接通)，畫出等效電路圖【解析】我們利用電流分支法進行簡化，假設電流從a流入，r1是干路第1支路從c經過r3到b，第2支路從c

10、經r2到b，第3支路從c經r4和r5到b。這3條支路并聯(lián)再與r1串聯(lián)，變換成如下圖所示的電路【變式題】電流表a1和a2的示數分別為1a和2a，若將r3和r4兩電阻互換位置,則兩電流表的示數不變，試求通過電阻r1的電流強度多大？【解析】忽略電流表的電阻，則圖甲中的b、d兩點可視為一點，c、e兩點可視為一點，由此圖甲的電路可等效變換為圖乙，由圖乙可見，電流表a1顯示的電流的電阻r3中的電流i4與電阻r4中的電流i4之和的電流表a2顯示的電流是電阻r2中的電流i2與電阻r3中的電流i3之和,由題給數據便有：i3i41a i2i32a又由題述有r3與r4互換位置兩表示數不變，即應有r3和r4中的電流應

11、相等，故i3i4 由上三式聯(lián)立解得:i3i40.5a i21.5a則流過電阻r1的電流為：i1i2i3i41.5a0.5a0.5a2a【小結】電路化簡原則：無電流的支路化簡時可去除；等電勢的各點化簡時可合并；理想導線可任意長短；理想電流表可認為短路，理想電壓表可認為斷路；電壓穩(wěn)定時電容器認為斷路8。含容電路的分析與計算涉及知識：；串并聯(lián)規(guī)律；全電路歐姆定律；等解題要點：1）分析關鍵：分析電容器的兩板電壓（或與之并聯(lián)部分的電路的電壓） 2）與電容器串聯(lián)的電阻的電流為0，它不分壓但相當于導線，提供著電的通路。【例1】在如圖5電路中，電鍵k1、k2、k3、k4均閉合，c是極板水平放置的平行板電容器，

12、板間懸浮著一油滴p。斷開哪一個電鍵后p會向下運動？ ( c )a、k1； b、k2； c、k3； d、k4；【例2】如圖所示電路中，電源電動勢e = 9v，內阻r = 2，定值電阻r1 = 6，r2 = 10，r3 = 6，電容器的電容c =10f（1）保持開關s1、s2閉合，求電容器c的帶電量；（2）保持開關s1閉合，將開關s2斷開，求斷開開關s2后流過電阻r2的電量.二、電路故障問題的分類解析1.常見的故障現(xiàn)象斷路：是指電路兩點間（或用電器兩端）的電阻無窮大，此時無電流通過，若電源正常時，即用電壓表兩端并聯(lián)在這段電路（或用電器）上，指針發(fā)生偏轉，則該段電路斷路，如電路中只有該一處斷路，整個

13、電路的電勢差全部降落在該處，其它各處均無電壓降落（即電壓表不偏轉）。短路:是指電路兩點間（或用電器兩端）的電阻趨于零，此時電路兩點間無電壓降落，用電器實際功率為零（即用電器不工作或燈不亮，但電源易被燒壞）2.檢查電路故障的常用方法電壓表檢查法：當電路中接有電源時，可以用電壓表測量各部分電路上的電壓，通過對測量電壓值的分析，就可以確定故障。在用電壓表檢查時，一定要注意電壓表的極性正確和量程符合要求。電流表檢查法：當電路中接有電源時，可以用電流表測量各部分電路上的電流，通過對測量電流值的分析，就可以確定故障。在用電流表檢查時，一定要注意電流表的極性正確和量程符合要求。歐姆表檢查法：當電路中斷開電源

14、后，可以利用歐姆表測量各部分電路的電阻，通過對測量電阻值的分析，就可以確定故障。在用歐姆表檢查時，一定要注意切斷電源。試電筆檢查法：對于家庭用電線路，當出現(xiàn)故障時，可以利用試電筆進行檢查。在用試電筆檢查電路時，一定要用手接觸試電筆的上金屬體。3.常見故障電路問題的分類解析r1r21056vfabc（1）給定可能故障現(xiàn)象，確定檢查方法：【例5】在如圖所示電路的三根導線中，有一根是斷的，電源、電阻器r1、r2及另外兩根導線都是好的，為了查出斷導線，某學生想先將萬用表的紅表筆連接在電源的正極a，再將黑表筆分別連電阻器r1的b端和r2的c端，并觀察萬用表指針的示數，在下列選檔中，符合操作規(guī)程的是：a直

15、流10v擋； b直流0.5a擋；c直流2.5v擋； d歐姆擋。解析：根據題給條件，首先判定不能選用歐姆擋，因為使用歐姆擋時，被測元件必須與外電路斷開。先考慮電壓擋，將黑表筆接在b端，如果指針偏轉，說明r1與電源連接的導線斷了，此時所測的數據應是電源的電動勢6v?；谶@一點，c不能選，否則會燒毀萬用表；如果指針不偏轉，說明r1與電源連接的導線是好的，而r1與r2之間導線和r2與電源間導線其中之一是壞的，再把黑表筆接c點，如果指針偏轉，說明r1與r2之間導線是斷的，否則說明r2與電源間導線是斷的，a項正確。再考慮電流表，如果黑表筆接在b端，指針偏轉有示數則說明r1與電源連接的導線是斷的，此時指示數

16、i=e/（r1+r2）=0.4a,沒有超過量程；如果指針不偏轉，說明r1與電源間連接的導線是好的，而r1與r2之間導線和r2與電源間導線其中之一是壞的，再把黑表筆接c點，如果指針偏轉，說明r1與r2之間導線是斷的，此時示數i=e/r2=1.2a,超過電流表量程，故b不能選。（2）給定測量值，分析推斷故障【例6】（2000年全國高考試題）如圖所示為一電路板的示意圖，a、b、c、d為接線柱，a、b與220v的交流電源連接，ab間、bc間、cd間分別連接一個電阻?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)電路中沒有電流，為檢查電路故障，用一交流電壓表分別測得b、d兩點間以及a、c兩點間的電壓均為220v。由此可知：（a）ab間電路通，

17、cd間電路不通（b）ab間電路不通，bc間電路通（c）ab間電路通，bc間電路不通（d）bc間電路不通，cd間電路通解析：由于用交流電壓表測得b、d兩點間為220v，這說明ab間電路是通的，bc間電路不通或cd間電路不通；由于用交流電壓表測得a、c兩點間為220v，這說明cd間電路是通的，ab間電路不通或bc間電路不通；綜合分析可知bc間電路不通，ab間電路通和cd間電路通，即選項c、d正確?！纠?】某同學按如圖所示電路進行實驗，實驗時該同學將變阻器的觸片p移到不同位置時測得各電表的示數如下表所示：序號a1示數（a）a2示數（a）v1示數（v）v2示數（v）10.600.302.401.202

18、0.440.322.560.48將電壓表內阻看作無限大，電流表內阻看作零。電路中e，分別為電源的電動勢和內阻，為定值電阻，在這五個物理量中，可根據上表中的數據求得的物理量是（不要求具體計算） 。由于電路發(fā)生故障，發(fā)現(xiàn)兩電壓表示數相同了（但不為零），若這種情況的發(fā)生是由用電器引起的，則可能的故障原因是 。解析：先將電路簡化，r1與r看成一個等效內阻r，=r1+r,則由v1和a1的兩組數據可求得電源的電動勢e；由a2和v1的數據可求出電阻r3；由v2和a1、a2的數據可求出r2。當發(fā)現(xiàn)兩電壓表的示數相同時，但又不為零，說明v2的示數也是路端電壓，即外電路的電壓全降在電阻r2上，由此可推斷rp兩端電壓為零，這樣故障的原因可能有兩個，若假設r2是完好的，則rp一定短路；若假設rp是完好的，則r2一定斷路。（3）根據觀察現(xiàn)象，分析推斷故障【例8】如圖所示的電路中，