浙江专用2018-2019学年高中物理第二章恒定电流2-7闭合电路的欧姆定律学案新人教版选修3

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1、第7节 闭合电路的欧姆定律[研究学考·明确要求]知识内容闭合电路的欧姆定律考试要求学考c选考d基本要求1.知道闭合电路(全电路)的构成。能识别闭合电路中的内电路、外电路、内电阻、外电阻、内电压、路端电压(外电压)。2.知道闭合电路欧姆定律。3.知道路端电压和内电压之和等于电源的电动势。发展要求1.能将实际电源分解成不计内阻的理想电源和内阻两部分。2.理解路端电压与电流的关系,知道断路时的路端电压值等于电源电动势。3.能结合其他电学知识解决简单的综合性问题。4.能分析外电路为简单的串、并联电路的动态电路问题。说明不要求分析外电路为混联电路的动态电路问题。[基础梳理]1.如图

2、1所示,将电源和用电器用导线连接起来,就构成闭合电路。图1(1)外电路:如图1所示,电源外部的电路称为外电路,其电阻称为外电阻,电压称为外电压。外电压常称为路端电压。(2)内电路:如图1所示,电源内部的电路称为内电路。其电阻称为内电阻,电压称为内电压。(3)闭合电路中电流的流向:外电路中电流由电源正极流向负极,内电路中电流由电源负极流向正极。特别提醒 外电路沿电流方向电势降低,内电路沿电流方向电势升高。2.闭合电路的欧姆定律(1)内容:闭合电路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。(2)公式:I=①或E=IR+Ir②或E=U外+U内。③(3)适用条件:

3、①、②适用于外电路为纯电阻电路,③适用于一切电路。3.路端电压和外电阻的关系(1)当外电阻R增大时,根据I=可知,总电流I减小,内电压Ir减小,根据U=E-Ir可知,路端电压U增大。当外电路断开时,路端电压U=E。(2)当外电阻R减小时,根据I=可知,总电流I增大,内电压Ir增大,根据U=E-Ir可知,路端电压U减小。外电路短路即R=0时,电路中的电流I=,U=0。4.外电压U与电流I的关系图2由U=E-Ir可知,U-I图象是一条斜向下的直线,如图2所示。(1)图象中U轴截距E表示电源的电动势。(2)I轴截距I0等于短路电流。(3)图线斜率的绝对值表示电源的内阻,即r=

4、

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6、。特别提醒(1)两种特殊情况:①当外电路断开时,电流I变为零,U=E。这就是说,断路时的路端电压等于电源电动势。②当电源两端短路时,外电阻R=0,此时I=。(2)短路电流很大,会烧坏电源,甚至引起火灾,所以绝对不允许将电源两极直接用导线连接。[典例精析]【例1】一电池具有一定的电阻,经测量其断路时的电压为1V,如果用导线将其短路,经测量电流为0.05A。如果将该电池与一定值电阻R串联在一起,已知R=20Ω,则电池的内阻所分得的电压为(  )A.0.4VB.0.5VC.1VD.0.8V解析 由已知条件得E=1V,又I短=,所以r==Ω=20Ω,所以U内=Ir=r=×20V

7、=0.5V,B正确。答案 B[即学即练]2.图3是根据某次实验记录数据画出的U-I图象,下列关于这个图象的说法中正确的是(  )图3A.纵轴截距表示待测电源的电动势,即E=3.0VB.横轴截距表示短路电流,即I短=0.6AC.根据r=E/I短,计算出待测电源内电阻为5ΩD.根据r=,计算出待测电源内电阻为2Ω解析 U-I图线纵轴截距表示电动势E=3.0V,A正确;横轴截距点坐标为(0.6A,2.4V),因此不是短路时电流,B、C错误;由U=E-Ir或r=知D错误。答案 A[基础梳理]1.各部分功率关系分析由EIt=I2Rt+I2rt知(1)电源的功率(电源的总功率)PE=

8、EI;(2)电源的输出功率P出=UI;(3)电源内部消耗的功率Pr=I2r;(4)功率关系:PE=P出+Pr。2.电源输出功率特点当外电路为纯电阻电路时讨论如下:(1)P出=UI=I2R=R==,由此式可看出,当R=r时,P出有最大值,即Pm==。图4(2)电源输出功率与外电阻的关系图象,如图4所示。①当R=r时,输出功率最大,P出=。②当Rr时,若R增大,则P出减小。③除R=r外,图象上总有两点输出功率P出相等,如图中R1与R2,则由()2R1=()2R2整理得R1R2=r2。特别提醒 当外电阻增大时,输出功率可能增大也可能减小,关键是

9、看外电阻的初始值与电源内阻的关系。3.电源的效率(1)定义:输出功率跟电路消耗的总功率的比值,即η==。(2)如果外电路为纯电阻电路,则η====,所以外电路电阻越大,电源效率越高。特别提醒 当电源输出功率最大时R=r,η=50%4.部分电路欧姆定律的U-I图象与闭合电路欧姆定律的U-I图象。图5中a为电源的U-I图象,b为外电阻的U-I图象。图5(1)两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压;(2)以交点和原点的连线为对角线的矩形的面积表示输出功率;(3)当a、b斜率相等时,即内、外电阻相等时,图中矩形面积最

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