1、第7节 闭合电路的欧姆定律,【学习目标】 1.会推导出闭合电路欧姆定律及其公式,知道电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和;2.理解路端电压与负载的关系及其公式表达和图线表达,并能用来分析、计算有关问题;3.掌握电源断路和短路两种特殊情况下的特点.知道电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压;4.熟练应用闭合电路欧姆定律解决有关的电路问题;5.理解闭合电路的功率表达式,知道闭合电路中能量的转化.,基础知识,核心要点,学习效果,核心素养,基础知识 探究,教材探究,知识点一,闭合电路的欧姆定律,【问题导学】,如图所示的闭合电路中,A为电源的正极,B为电源的负极,电路中的电流为I.,(1)说
2、明内电路、外电路的构成. (2)在时间t内,内、外电路消耗的电能如何计算? (3)上述电能是如何转化来的?,答案:(1)A,B间电源内部的电路为内电路,A,B间电源外部的电路为外电路. (2)W内=I2rt,W外=I2Rt. (3)由电源提供的能量转化而来.,【知识梳理】,1.闭合电路 用导线把电源、用电器连成一个 .,闭合回路,2.内、外电路(1)外电路:电源 部由用电器和导线组成的电路.在外电路中,沿电流方向电势 . (2)内电路:电源 部的电路.在内电路中,沿电流方向电势 .,降低,外,内,升高,3.闭合电路的能量转化 非静电力做功等于内、外电路电能转化为其他形式能的总和,即:EIt=I
3、2Rt +I2rt. 4.闭合电路的欧姆定律 (1)内容:闭合电路里的电流,跟电源的电动势成 ,跟内、外电路的电阻之和成 .(2)公式:I= . 或E=IR+Ir. 或E= + . (3)适用条件:适于外电路为 电路,适于 电路.,正比,反比,U外,U内,纯电阻,一切,知识点二,路端电压与负载的关系,【问题导学】,用电压表分别测量新干电池和旧干电池两极板的电压,会发现示数近似相等,但是若将这两节新旧干电池分别对同一规格的灯泡供电,灯泡的亮度差别却非常大.,(1)新、旧干电池的内阻哪一个大? (2)亮度差别大的原因是什么?,答案:(1)旧干电池的内阻大. (2)旧干电池的电路中,通过灯泡的电流强
4、度小,灯泡两端的电压小.,1.负载 电路中消耗 的元件称为负载,负载变化时电路中的 会变化,也随之变化. 2.路端电压与负载的关系 (1)路端电压: 两端的电压,也叫外电压,也就是电源正、负极间的电压.,电流,【知识梳理】,电能,路端电压,外电路,(3)在纯电阻电路中,路端电压与外电阻R之间的关系: 当外电阻R增大时,电流I (E和r为定值),内电压Ir ,路端电压U外 ;当外电路 ,I=0,此时U外=E.,减小,减小,增大,断开,当外电阻R减小时,电流I ,内电压Ir ,路端电压U外 ;当外电路 时,R=0,I= ,U外=0.,增大,增大,减小,短路,思考判断,1.闭合电路欧姆定律的表达式为
5、I= ,此式仅适用于纯电阻电路. ( ) 2.闭合电路中的短路电流无限大.( ) 3.闭合电路中外电阻越大,路端电压越大.( ) 4.当外电路断开时,路端电压等于电动势,当外电路短路时,路端电压为零. ( ) 5.电源短路时,内电压小于电源电动势.( ),核心要点 突破,要点一,闭合电路欧姆定律的理解应用,闭合电路欧姆定律的表达形式,【例1】 (2018大庆高二期中)如图所示,已知R3=3 ,理想电压表读数为3 V,理想电流表读数为2 A,某时刻由于电路中R3发生断路,电流表的读数为2.5 A,R1上的电压为 5 V,求: (1)R1,R2阻值各是多少? (2)电源电动势E和内电阻r各是多少?
6、,思路探究 (1)R3断路前,两表分别测的什么物理量? (2)R3断路后,两表又分别测的什么物理量? 答案:(1)电流表测通过R1的电流,电压表测R3两端的电压. (2)电流表测通过R1的电流,电压表测R1两端的电压.,答案:(1)2 1 (2)10 V 2 ,方法技巧,闭合电路问题的求解方法 (1)分析电路特点:认清各元件之间的串、并联关系,特别要注意电压表测量哪一部分的电压,电流表测量哪个用电器的电流. (2)求干路中的电流:若各电阻阻值和电动势都已知,可用闭合电路的欧姆定律直接求出;也可以利用各支路的电流之和来求. (3)应用闭合电路的欧姆定律解决问题时,应根据部分电路的欧姆定律和电路的
7、串、并联特点求出部分电路的电压和电流.,【针对训练1】 在如图所示的电路中,电阻R1=12 ,R2=8 ,R3=4 ,当开关S断开时,电流表示数为0.25 A,当开关S闭合时电流表示数为0.36 A.求:,答案:(1)3 V 2.88 V (2)3.6 V 1.2 ,解析:(1)S断开时,路端电压为U=I(R2+R3)=0.25(8+4)V=3 V S闭合时:U=IR2=0.368 V=2.88 V;,要点二,电源U-I图像的理解和应用,路端电压U随电流I变化的图像(U-I关系图) (1)U-I图像的函数表达式U=E-Ir.,(2)U-I图像特点:位于第一象限,与横纵坐标轴相交的倾斜直线,如图
8、所示.,(3)几个特点 三个特征量:与纵轴交点表示电动势,与横轴交点表示短路电流,直线斜率的大小表示电源的内阻.,状元心得,部分电路欧姆定律的U-I图像与闭合电路欧姆定律的U-I图像比较,当坐标原点不是(0,0)时,图线与横轴的交点坐标不再表示短路电流,其他不变.,【例2】 (多选)如图是某电源的路端电压与电流的关系图像,下列结论正确的是( ) A.电源的电动势为6.0 V B.电源的内阻为12 C.电源的短路电流为0.5 A D.电流为0.3 A时的外电阻是18 ,思维导图,答案:AD,【针对训练2】 (多选)在如图所示的图像中,直线为某一电源的路端电压与电流的关系图像,直线为某一电阻R的电
9、压与电流的关系图像.用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路.由图像可知( )A.电源的电动势为3 V,内阻为0.5 B.电阻R的阻值为1 C.电源的路端电压为2 V D.通过R的电流为6 A,ABC,解析:由直线可知,电源电动势E=3 V,电阻r=0.5 ,选项A正确;由直线可得R=1 ,选项B正确;两图线的交点表示电源和电阻R连接形成闭合电路,由两图线交点的坐标可知U=2 V,I=2 A,所以C对,D错.,要点三,路端电压、输出功率与负载的关系,考查角度1:路端电压与负载的关系 【例3】 如图所示电路中,当变阻器R3的滑片P向b端移动时,下列判断中正确的是( ) A.电压表示数变大,电流表示数
10、变小 B.电压表示数变小,电流表示数变大 C.电压表示数变大,电流表示数变大 D.电压表示数变小,电流表示数变小,解析:当滑片向b端滑动时,滑动变阻器接入电阻减小,则电路中总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可得,电路中总电流增大,内电压增大;因此路端电压减小,故电压表示数减小,将R1等效为内阻,则可知并联部分电压一定减小,流过R2的电流减小,因总电流增大,故电流表示数增大,选项B正确,A,C,D错误. 答案:B,方法总结,分析路端电压变化的一般思路 (1)明确电路结构,即电路各元件的连接方式; (2)明确局部电阻的变化和外电路总电阻R总的变化;,(4)运用U内=I总r判断U内的变化; (5)运用U
11、外=E-U内判断U外的变化; (6)运用电学公式进行定性分析各支路相关量变化.,【针对训练3】 (多选)如图所示的电路,电源内阻不可忽略,闭合开关S后( ) A.电流表的示数减小 B.电流表的示数增大 C.电压表的示数减小 D.电压表的示数增大,BC,解析:当开关S闭合时,两个电阻并联,外电路总电阻减小,根据闭合电路欧姆定律可知,总电流I增大,即电流表示数变大,所以内阻上的电压变大,则路端电压变小,即电压表示数变小.选项B,C正确.,考查角度2:闭合电路的功率与负载的关系 【例4】 如图所示,电源的电动势是6 V,内电阻是0.5 ,电动机M的线圈电阻为0.5 ,限流电阻R0为3 ,若电压表的示
12、数为3 V,试求:(1)电源的总功率和电源的输出功率; (2)电动机消耗的功率和电动机输出的机械效率.,思路探究 (1)电源的总功率与输出功率间的关系式是什么? (2)电动机消耗的功率和电动机输出的功率间的关系式是什么? 答案:(1)P总=P出+I2r. (2)PM总=P出+PMr.,(2)电源的输出功率为电动机和限流电阻获得功率之和,即P输出=PM+P0, 故PM=P输出-P0=P输出-I2R0=5.5 W-3 W=2.5 W 由PM=P机+PMr得 P机=PM-PMr=2.5 W-I2r机=2.5 W-120.5 W=2 W. 答案:(1)6 W 5.5 W (2)2.5 W 2 W,【针
13、对训练4】 (2018河北保定高二期末)(多选)如图所示,是测定两个电源的电动势和内阻实验中得到的电流和路端电压图线,则应有( )A.当I1=I2时,电源总功率P1=P2 B.当U1=U2时,电源输出功率P出1P出2 C.当I1=I2时,外电阻R1=R2 D.当U1=U2时, 电源内部消耗的电功率P内1P内2,AB,要点四,用电压表分析电路的故障,1.用电压表判断电路故障的原理 (1)电压表有示数的原因 电压表两接线柱间含电源部分的电路为通路,同时与电压表并联的部分电路没有短路现象发生时,电压表有示数. (2)电压表无示数的原因 电压表两接线柱间含电源部分的电路为断(开)路. 电压表两接线柱间
14、含电源部分虽然为通路,但与电压表并联的部分电路出现了短路现象.,2.用电压表判断电路短路、断路的一般规律 (1)短路故障的判断:将电压表与电源并联,若有电压,再逐段与电路并联.当电压表示数为零时,该并联电路某部分被短路;当电压表示数不为零时,该并联电路没有被短路. (2)断路故障的判断:将电压表与电源并联,若有电压,再逐段与电路并联,若电压表有示数,则该并联电路某部分出现断路.,【例5】 (2017芜湖高二期末)如图所示,电源电压为4.5 V,甲、乙灯泡规格相同,当闭合开关S后,两灯都不亮,经检查各处接触良好,现进一步用电压表去进行检测,下列说法正确的是( ) A.若UAB=0,UBC=4.5
15、 V,说明乙灯的灯丝断了 B.若UAB=4.5 V,UBC=0,说明乙灯的灯丝断了 C.若UAB=0,UAC=4.5 V,说明甲灯的灯丝断了 D.若UBC=0,UAC=4.5 V,说明乙灯的灯丝断了,核心点拨(1)当电路存在一处断路时,UAB=0说明了A,B两点之间是导通的,同时也说明A,B与电源之间有一处断路. (2)当电路存在一处断路时,UBC=4.5 V说明了B,C两点之间是断开的.,解析:若UAB=0,UBC=4.5 V,说明A,B之间无断路,B,C间电压等于电源电压,即B,C间断路,因此电路故障为乙灯的灯丝断了,选项A正确;同理,若UAB=4.5 V,UBC=0,说明A,B间断路,因
16、此电路故障为甲灯的灯丝断了,选项B错误;若UAC=4.5 V,说明A,C间出现断路,UAB=0,则甲灯泡没有断路,因此乙灯的灯丝断了,选项C错误;若UAC=4.5 V,说明A,C间断路,UBC=0,则乙灯泡没有断路,因此甲灯的灯丝断了,选项D错误. 答案:A,【针对训练5】 (2018四川宜宾高二周练)如图所示电路中灯泡L1和L2都不亮,用电压表测得各部分的电压分别为Uad=U,Uab=0,Ubc=U,Ucd=0,已知a,d间电源电压为U,则产生的故障原因可能是(只有一处断路)( )A.灯泡L1断路 B.灯泡L2断路 C.变阻器断路 D.电源断路,C,解析:若灯泡L1断路,电路中没有电流,则U
17、dc=0,Ubc=0,根据全电路欧姆定律得知Uab=U,与题不符,故A错误;若灯泡L2断路,电路中没有电流,则Uab=0,Ubc=0,根据全电路欧姆定律得知Udc=U,与题不符,故B错误;若变阻器R断路,电路中没有电流,根据欧姆定律知Uab=0,Udc=0,根据全电路欧姆定律得知Ubc=U,与题相符,故C正确;若电源断路,Uad=Ubc=0,与题意不符,故D错误.,学习效果 检测,1.当外电路的电阻分别为8 和2 时,单位时间内在外电路上产生的热量正好相等,则该电源的内电阻是( ) A.1 B.2 C.4 D.6 ,C,2.(2018安阳高二期中)如图所示,直线1,2分别表示两个电源的路端电压
18、与电流的关系图像,由图可知( )A.电动势E1E2,内阻r1E2,内阻r1r2 C.电动势E1r2 D.电动势E1E2,内阻r1r2,B,解析:根据闭合电路欧姆定律得知U=E-Ir,当I=0时,U=E,即图线与纵轴交点坐标表示电源电动势的大小,由图可知电动势E1E2.而图线的斜率的大小表示电源的内阻大小,图线1的斜率大于图线2的斜率,故内阻r1r2.所以B正确,A,C,D错误.,3.如图所示,电池组的电动势为E,内电阻为r,R0为定值电阻,R为变阻器(全值电阻大于R0+r),为使R上消耗的电功率最大,应将变阻器阻值调整到( )A.R0 B.R0+r C.R0-r D.0,B,解析:把R0看做电
19、源内阻的一部分,则电源内阻为R0+r,由于电源输出功率最大的条件是内外电阻相等,则R=R0+r,选项B正确.,4.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1.6 V和0.4 A.当S断开时,它们的示数各改变0.1 V和0.1 A,求电源的电动势和内阻.,解析:当S闭合时,R1,R2并联接入电路,当S断开时,只有R1接入电路,此时路端电压增大、干路电流减小. 当S闭合时,由闭合电路欧姆定律得U=E-Ir, 即1.6=E-0.4r 当S断开时,只有R1接入电路,由闭合电路欧姆定律得 U=E-Ir,即1.6+0.1=E-(0.4-0.1)r 解得E=2 V,r=1 . 答案:2 V 1 ,核心素养 提升,(教师备用),【错例分析】分辨不清电阻的串、并联关系 【以例示法】 如图所示电路中,r是电源的内阻,R1和R2是外电路中的电阻,如果用Pr,P1和P2分别表示电阻r,R1,R2上所消耗的功率,当R1=R2=r时,Pr P1P2等于( )A.111 B.211 C.144 D.411,学长经验分享,答案:D,【注意】 认为电源的两端就是外电路的两端,所以内外电阻是并联关系,即认为r与R1,R2并联,Ur=U1=U2,这一看法是错误的,Ur不等于U1,而是Ur=E-U1.,
