4.1 閉合電路歐姆定律—魯科版高中物理選修3-1課件(共29張PPT)

1、4.1 4.1 閉合電路歐姆定律閉合電路歐姆定律電源電源: :是一種把其它形式能轉(zhuǎn)化為電能的是一種把其它形式能轉(zhuǎn)化為電能的裝置裝置電源在電路中的作用電源在電路中的作用：將其它形式的能：將其它形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；保持?dǎo)體兩端有持續(xù)的電轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽槐３謱?dǎo)體兩端有持續(xù)的電壓。壓。 太陽電池太陽電池干電池干電池鉛蓄電池鉛蓄電池鋰電池鋰電池鋅汞電池鋅汞電池不同類型的電源，把其它形式能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)也不一樣不同類型的電源，把其它形式能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)也不一樣1.電動(dòng)勢電動(dòng)勢 不接用電器時(shí)，電源兩極間電壓的大小是由電源本身的性質(zhì)決定的。為了表征這種特性，物理學(xué)中引入電動(dòng)勢概念。意義：描述電源把其他形式的能

2、轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)大小的物理量電源的電動(dòng)勢等于電源沒有接入電路時(shí)兩極間的電壓。 電動(dòng)勢符號 E 電動(dòng)勢單位 伏特（V）V V思考：當(dāng)開關(guān)打開時(shí)，伏特表讀數(shù)與電源電動(dòng)勢有什么關(guān)系？當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，兩者還相等嗎？閉合電路閉合電路1 1電路的組成和基本物理量電路的組成和基本物理量(1)內(nèi)電路、內(nèi)電阻、內(nèi)電壓內(nèi)電路、內(nèi)電阻、內(nèi)電壓U內(nèi)內(nèi)外電路外電路內(nèi)電路內(nèi)電路內(nèi)電阻內(nèi)電阻有電壓有電壓內(nèi)電路內(nèi)電路有電阻有電阻外電路外電路有電阻有電阻外電阻外電阻有電壓有電壓(2)外電路、外電阻、外電壓外電路、外電阻、外電壓U外外(3)思考：內(nèi)電壓思考：內(nèi)電壓U內(nèi)內(nèi)、外電壓、外電壓U外外與電源的電動(dòng)勢與電源的電動(dòng)勢E關(guān)系如何？關(guān)

3、系如何？A、B分別是電源的正負(fù)極 A AB BC CD DC、D分別是兩根探針 V V2 2V V1 1用來測外電壓 U外外V V1 1V V2 2用來測電源的內(nèi)電壓 U內(nèi)內(nèi) R R電動(dòng)勢等于電動(dòng)勢等于內(nèi)電壓和外內(nèi)電壓和外電壓之和電壓之和例1 :如圖所示，R1 = 8.0 ，R2 = 5.0 ，當(dāng)單刀雙擲開關(guān) S 扳到位置 1 時(shí)，測得的電流 I1 = 0.2 A；當(dāng)S 扳到位置 2 時(shí)，測得電流 I 2 = 0.3 A。求電源電動(dòng)勢E 和內(nèi)電阻r。rSEAR1R212111EI RI r222EI RI r答案：答案：r=1.0 ，E=1.80V1一塊太陽能電池，測得它的開一塊太陽能電池，測

4、得它的開路電壓為路電壓為800 mV，短路電流為，短路電流為40 mA，若將該電池與一阻值為，若將該電池與一阻值為20 的電阻器構(gòu)成一閉合電路，則它的的電阻器構(gòu)成一閉合電路，則它的路端電壓是路端電壓是()A0.10 VB0.20 VC0.30 V D0.40 V外電路開路，電源兩端的外電路開路，電源兩端的電壓等于電動(dòng)勢大小電壓等于電動(dòng)勢大小路端電壓就是外電阻路端電壓就是外電阻兩端的電壓兩端的電壓UIR400 mV0.40 V3、路端電壓跟負(fù)載的關(guān)系、路端電壓跟負(fù)載的關(guān)系 路端電壓與外電阻的關(guān)系路端電壓與外電阻的關(guān)系U U外外=I R外外=ER外外+r R外外=E1+rR外外當(dāng)當(dāng)R R外外增大時(shí)

5、，增大時(shí)， U U外外也隨之增大也隨之增大當(dāng)外電路斷開時(shí)當(dāng)外電路斷開時(shí), R, R外外=, =, U U外外=E=E當(dāng)外電路短路時(shí)當(dāng)外電路短路時(shí), R, R外外=0, =0, U U外外=0,I=0,I短短= = 很大，一般情況下不允許外電路短路。很大，一般情況下不允許外電路短路。Er討論：討論：在電源末接入電路的情況下，用電壓表直接在電源末接入電路的情況下，用電壓表直接測量電池兩極所得到的數(shù)值，測量電池兩極所得到的數(shù)值，近似等于近似等于電源電動(dòng)勢電源電動(dòng)勢的大小的大小路端電壓隨電流變化的路端電壓隨電流變化的U-IU-I圖像圖像圖線與縱坐標(biāo)交點(diǎn)表示電路斷開情況，交點(diǎn)的縱坐標(biāo)為電源電動(dòng)勢E.圖線

6、與橫坐標(biāo)交點(diǎn)表示外電路短路情況，交點(diǎn)橫坐標(biāo)為短路電流I短=E/r.圖線斜率值(tan)表示電源的內(nèi)電阻r=U/I.【注意】若縱軸的原點(diǎn)不在兩軸交點(diǎn)時(shí)，此結(jié)論不成立U = E U = E I r I r 知知: :U U是是I I 的一次函數(shù)的一次函數(shù)例2：如圖所示的電路中,電源的電動(dòng)勢E和內(nèi)電阻r恒定不變,電燈L恰能正常發(fā)光.如果變阻器的滑片向b端滑動(dòng),則( )A.電燈L更亮,安培表的示數(shù)減小B.電燈L更亮,安培表的示數(shù)增大C.電燈L變暗,安培表的示數(shù)減小D.電燈L變暗,安培表的示數(shù)增大16答案：答案：AR1電阻變大電阻變大線路中電流變小，線路中電流變小，A示示數(shù)變小數(shù)變小內(nèi)電壓變小內(nèi)電壓變小

7、外電壓變大，外電壓變大，L兩端電兩端電壓變大，燈變亮壓變大，燈變亮總結(jié)：恒定電流電路的動(dòng)態(tài)分析：總結(jié)：恒定電流電路的動(dòng)態(tài)分析：閉合電路動(dòng)態(tài)分析的步驟:(1)判斷動(dòng)態(tài)源及動(dòng)態(tài)源總電阻的變化,判斷全電路總電阻的變化情況(2)判斷閉合電路干路電流的變化情況(3)依據(jù)U=E-Ir，判斷外電路電壓(路端電壓)的變化情況(4)依據(jù)分壓、分流原理判斷動(dòng)態(tài)部分的物理量的變化2.在如圖的閉合電路中，當(dāng)滑片P向右移動(dòng)時(shí)，兩電表讀數(shù)的變化是()AA變大，V變大 BA變小，V變大CA變大，V變小 DA變小，V變小滑片滑片P P向向右移動(dòng)滑右移動(dòng)滑動(dòng)動(dòng)變阻器接入變阻器接入電路的電阻電路的電阻變大變大總電阻總電阻也變大也

8、變大電流表示電流表示數(shù)變小數(shù)變小回路中電回路中電流減小流減小R0兩端電兩端電壓減小壓減小滑動(dòng)變阻器兩端滑動(dòng)變阻器兩端電壓升高，電壓電壓升高，電壓表示數(shù)變大表示數(shù)變大B 閉合電路中變量分析閉合電路中變量分析(1)(1)保持不變的量只有電源的電動(dòng)勢和內(nèi)保持不變的量只有電源的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻，電流、電壓、電功率等都隨外電阻電阻，電流、電壓、電功率等都隨外電阻的改變而改變的改變而改變(2)I(2)I、U U、P P公式：公式： 電流電流I=E/(I=E/(R R外外+r).+r). 內(nèi)電壓內(nèi)電壓U U內(nèi)內(nèi)Ir=Er/(Ir=Er/(R R外外+r).+r). 外電壓外電壓U U外外I I R R外外E-

9、Ir.E-Ir. 總功率總功率P P總總IE.IE.例題：如圖所示，電源電動(dòng)勢為E，內(nèi)電阻為r當(dāng)滑動(dòng)變阻器的觸片P從右端滑到左端時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓表V1、V2示數(shù)變化的絕對值分別為U1和U2，下列說法中正確的是（ ）A、小燈泡L1、L3變暗，L2變亮B、小燈泡L3變暗，L1、L2變亮C、U1U2 V2V1L1L2L3PV2V1L1L2L3P解：解：滑動(dòng)變阻器的觸片滑動(dòng)變阻器的觸片P P從右從右端滑到左端，總電阻減小，總端滑到左端，總電阻減小，總電流增大，路端電壓減小。電流增大，路端電壓減小。 與電阻串聯(lián)的燈泡與電阻串聯(lián)的燈泡L L1 1、L L2 2電流增大，變亮，與電阻并電流增大，變亮，與電阻并聯(lián)

10、的燈泡聯(lián)的燈泡L L3 3電壓降低，變暗。電壓降低，變暗。 U U1 1減小，減小，U U2 2增大，而路端電壓增大，而路端電壓U U= = U U1 1+ + U U2 2減小，減小，所以所以U U1 1的變化量大于的變化量大于 U U2 2的變化量，的變化量， B、D 內(nèi)出總內(nèi)內(nèi)出總?cè)齻€(gè)功率關(guān)系：內(nèi)電阻功率：外電路功率：電源總功率：PPP)(IUIP)()(EUIP)(EIP)(222drcrRRba 電源的輸出功率隨外電阻變化的討論電源的輸出功率隨外電阻變化的討論電源的總功率電源的總功率P P總總=IE=IE內(nèi)耗功率：內(nèi)耗功率：P P內(nèi)內(nèi)=I=I2 2r r輸出功率：輸出功率：P P出出

11、= =P- PP- P內(nèi)內(nèi)=IE- I=IE- I2 2r=I Ur=I U外外= I= I2 2 R R外外當(dāng)外電阻為純電阻電路時(shí)當(dāng)外電阻為純電阻電路時(shí)當(dāng)當(dāng)R外外=r時(shí)時(shí),P出出最大，且最大值為最大，且最大值為 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 例題：例題：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。 E rR2R1 2.25W2.25W； 2W2W； 1.5W1.5W。例題：例題：如圖所示，圖線a是某一蓄電池組的伏安特性曲線，圖線

12、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(nèi)阻為2.0，則這只定值電阻的阻值為_。現(xiàn)有4只這種規(guī)格的定值電阻，可任意選取其中的若干只進(jìn)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(shí)是_W。 U/V I/Ao2015105ab解：解：由圖象可知蓄電池的電動(dòng)勢為由圖象可知蓄電池的電動(dòng)勢為20V20V。 由斜率關(guān)系知外電阻阻值為由斜率關(guān)系知外電阻阻值為66。 用用3 3只這種電阻并聯(lián)作為外電阻，外電阻等于只這種電阻并聯(lián)作為外電阻，外電阻等于22，因此輸出功率最大為，因此輸出功率最大為50W50W。 閉合電路的閉合電路的U-IU-I圖象圖象 Uo IEU0 M（

13、I0,U0）b aNI0 Im1 1）右圖中）右圖中a a為為閉合電路閉合電路的的U-IU-I圖象圖象b b為為部分電路部分電路( (外電阻外電阻) )的的U-IU-I圖象圖象 2 2）兩者的交點(diǎn)坐標(biāo)表示該電阻）兩者的交點(diǎn)坐標(biāo)表示該電阻接入電路時(shí)的接入電路時(shí)的路端電壓與電流路端電壓與電流. . 3 3）a a的斜率的斜率的絕對值表示的絕對值表示電源內(nèi)電源內(nèi)阻的阻的大小、大小、b b的斜率的斜率的絕對值表的絕對值表示示接入電路中外電阻的接入電路中外電阻的的大小的大小 4 4）圖中虛線矩形的面積表示）圖中虛線矩形的面積表示接入該電阻時(shí)的輸出功率。接入該電阻時(shí)的輸出功率。 當(dāng)兩個(gè)當(dāng)兩個(gè)斜率相等斜率相等時(shí)時(shí)（即內(nèi)、外電阻相等）（即內(nèi)、外電阻相等）圖中矩圖中矩形面積形面積最大最大，即，即輸出功率輸出功率最大。最