1、2.7 闭合电路的欧姆定律 回顾与思考 1、什么是电源? 2、电源电动势的概念?物理意义? 把其它形式的能转换成电能的装置。 (1)定义:在电源内部非静电力把单位正电荷从电源的负 极移到正极所做的功。 (2)意义:电动势表示电源将其他形式的能转化为电能本 领。 3、如何计算电路中电能转化为其它形式的能? W=IUt 对于纯电阻电路 2 2 U W=IUt=I Rt= R t 学习目标 1 经历闭合电路欧姆定律的推导过程,体会能量守 恒定律在电路中的具体应用,理解内、外电路的 能量转化。 2 理解内、外电路的电势降落,理解闭合电路欧姆 定律。 3 会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关 系,
2、并能进行相关的电路分析和计算。 闭合电路的欧姆定律 1.描述闭合电路的基本物理量 用导线把电源、用电器连成一个闭合电路 r E R K 内电路内电路 外电路外电路 外电路:电源外部的用电器 和导线构成外电路。 内电路:电源内部是内电路。 B A C D 在外电路中,电流方向由正极流向负极,沿电流方向电 势降低。 在内电路中,通过非静电力做功使正电荷由负极移到正 极,所以电流方向为负极流向正极。内电路一方面,存 在内阻,沿电流方向电势也降低;另一方面,沿电流方 向存在电势“跃升”。 2. 闭合电路的欧姆定律的推导 设电源电动势为E,内阻为r,与一个负载连成闭合电路, 负载两端电压为U ,电路中电
3、流为I ,通电时间为t: 化学能 电能 非静电力做功 电流做功 其它形 式的能 EItEqw 非 UItw 外 rtIw 2 内 根据能量守恒定律,有 内外非 www 根据I,R的关系,有 3.闭合电路的欧姆定律 (1)内容:闭合电路中的电流跟电源的电动势成正 比,跟内、外电路的电阻之和成反比。 电源电动势等于内、外电路电势降落之和 (2)表达式: (3)适用范围:外电路为纯电阻的闭合电路 4. 对闭合电路的欧姆定律几个变形式的理解 (1) ,对纯电阻和非纯电阻电路均适用; 只适用于纯电阻电路 (2)在纯电阻电路中, (3)在纯电阻电路中,外电阻发生变化时,不变的量是电 源电动势E和内电阻 r
4、 。 EUU 外内 E I Rr () Er EUUUIrI rRIRUU Rr 外内外内外 思考 1.判断下列说法的正误 (1)电源短路时,输出电流无线大。 ( ) (2)外电路电阻越大,输出电流越大。 ( ) (3)电源短路时,电源的内电压等于电动势。 ( ) (4)电源断路时,路端电压最大。 ( ) 路端电压与负载、电流的关系 1. 路端电压与负载的关系 (1)当外电路断开时, R,I=0, U内=0, U外= (2)当电源两端短路时, R0,I=/r, U=0,U内= 1 EE UIRR r Rr R 外 2. 路端电压与电流的关系 电源的伏安特性曲线 路端电压U 随电流I 变化的图象
5、 (1) 图象的函数 在横轴上的截距表示电源短路电流 图象斜率的绝对值表示电源的内阻, 内阻越大,图线倾斜得越厉害 在纵轴上的截距表示电源电动势E (2)图象的意义 UEIr U I O E I短 短 思考 2. 用电压表直接去测量电源两极的电压,这个电压是不是电 源的电动势?什么情况下,可以认为所测电压等于电动势? 不是,因为电压表直接去测电源两极的电压时,电压表 相当于负载接入电路,所测电压实际是路端电压,小于电动 势。但一般情况下,电压表内阻非常大,此时 U E ,故可 近似测出电源的电动势。 闭合电路的功率和效率 1. 电源的总功率 电源将其他形式的能转化为电能的功率, 2. 电源的输
6、出功率 对于纯电阻电路, PIE 总 PIU 出 2 2 )(rR RE r R rR E 4 )( 2 2 r r 4 E PR 2 M 时,当 3. 电源输出功率与外电阻R的函数图象 当R= r 时,电源输出功率最大 当R r 时,随R的增大输出功率越来越大; 当R r 时,随R的增大输出功率越来越小; 当P出Pmax时每个输出功率有两个可能的外电阻值, 且R1R2= r2 r 2 4 E r P出 0 R P R1 R2 4. 几种功率及相互关系 电源功率 内耗功率 输出功率 普适表达式 内r 外外 纯电阻电路 (+r) 内r 外 联 系 P=P内+外或r+外 电路的动态分析 1. 引起
7、电路特性发生改变的三种情况 (1)滑动变阻器位置变化,使电路电阻发生变化。 (2)开关的闭合、断开或换向使电路结构发生变化。 (3)非理想电表的接入使电路结构发生变化。 2. 分析方法 基本思路:从局部到整体,再从整体到局部 某一电 阻变化 连接关系 R外的 变化 闭合电路 欧姆定律 I总的变化 U端的变化 串、并联的基本特点 部分电路欧姆定律 I分的变化 U分的变化 3. 变化规律:“串反关同” “并同”:是指某一电阻增大(减小)时,与它并联或 间接并联的电阻中的电流、两端电压、消耗的电功率都将增 大(减小) “串反”:是指某一电阻增大(减小)时,与它串联或 间接串联的电阻中的电流、两端电压
8、、消耗的电功率都将减 小(增大). “串反并同”法则的应用条件:单变量电路 含有电容器的电路 1. 电路特点 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,电容器在电路中就相当于一个电阻无限 大的元件,相当于断路。 E K C1 1 2 2. 若求电容器所带电荷量,可用理想电压表代替,此电压表 即为电容器两端的电压。 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,电阻相当于导线 当电容器和电阻并联后接入电路,电容器两极间的电压与 其并联电阻两端的电压相等。 E R1 C1 E R1 C1 R2 课堂小结 闭合电路 的欧姆定 律 基本知识 闭合电路概念 欧姆
9、定律公式 路端电压与负 载的关系 路端电压与负载R的关系 路端电压与电流关系的图象 电源的功率及 效率 输出功率随外电阻R的变化规律 电源的效率 含电容器电路的分析与计算 巩固训练 例1有两节电池,它们的电动势分别为E1和E2,内电 阻分别为r1和r2。将它们分别连成闭合电路,其外电路的 电流I和路端电压U的关系如图所示,可以判定( ) A. 图象交点所示状态, 两电路的外电阻相等 B. E1E2,r1r2 C. 图象交点所示状态, 两电路的电阻相等 D. E1E2,r1r2 AB U I O 1 2 例2.如图所示的电路中,电池的电动势为E,内阻为r,电路 中的电阻为R1、R2和R3的阻值相同。在开关S处于闭合状态 下,若将开关S1由位置1切换到位置2,则( ) A、电压表的示数变大 B、电池内部消耗的功率变大 C、电阻R2两端的电压变大 D、电池的效率变大 B R1 R2 R3 V 1 2 s s1 E r