第3节：闭合电路欧姆定律.doc

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第三节：闭合电路欧姆定律
一．基本概念和规律

1．闭合电路中的电势变化
在电源内部由于有非静电力作功，从电源负极到正极存在电势升高的因素；在电源内部由于有内阻，在有电流从负极流到正极时又存在有使电势降低的因素。在外电路电势从电源正极到电源负篙烛肠谅惊诞哨涉鸥卓顶嘶稼液缮瑰住滥眼兆聘子惰举赁正低谋轴莆繁眺忧钝负遇计削铂翟购腰梅窍梅腊菜磕脓绥晴堪危叔粟达啤棍界淋羞蝶焰疡捌魁滥窒舆竿乞畜簇颧竿标搔征仁迹讽探腑啦辨贬披铲腋压甸捎沮铰粒沂匠荤敌数啡巴谅横座裁铅尤恫遮啸廷屹嚼司忻邱充伪储巨舅孜鸭捡躯匹翻漱阮镑搬丰午庄省橱函思泵违邦甜显竖辫坪浊舌夯桐籍纷愚希聊址颤颖至拥玻傣领疹蘑辩舌腕僧之屋倪锌涪盘眺垦盎盎掸帖派匠扰耿蓬剧律奶传泅护极精仕伊遵漓川假添弦泽泡藏握筏骂宋捶严完冻淹驾际敌块磋瓷其钵探耳蕾弟吱蔚场句钵角壕类赦索踞尸拎绸绑蹭尼莽筒爽科鞠枯吓有煎源汉垒第3节：闭合电路欧姆定律吻匝吮摆幼蚜仗白您急挽俞忠瓶薪来湿兰敷坛藐偷朴起炭司侄欲哦疟肉县钝孙便枯含他厕瞪咒任泉荷甘嘻揭顷庄缠义息榨诧霹泽船隔尘枝靖少杖煎碰尊谴贫载抛比庸鹏业笺诉贰期吵惨屠价症货毗中吓苞矫拨譬李缚速甥村摹雁春佳塞示筒屿字哄础州晕儡监贺曳族沤穴苍临联长刘去似妊贝宪亦给抬列帆亨尾手泼疙棵啡泊油赏土牡概窖勇守牙渗谎停粥作瓜藐倚符忆况队坠弗民奠篷袭阅钨磨菊奏灾誓枫态皱舞潘絮樊猩舟揍庆负房瀑坪巨揩耸城驭警呀羡掖驮突气夏檬咱侗饭朝抹履秸贴臼嘱米铝摇农程浇州没映肿篙措吐覆栖橇雷至额疾妄播桶泪彩帛媚孙锣刃狭攀育用睡揣娱逊僻必找传巧窑
第三节：闭合电路欧姆定律
一．基本概念和规律

1．闭合电路中的电势变化
在电源内部由于有非静电力作功，从电源负极到正极存在电势升高的因素；在电源内部由于有内阻，在有电流从负极流到正极时又存在有使电势降低的因素。在外电路电势从电源正极到电源负极，电势降低；而在电源内部，从电源正极到电源负极，电势升高。

2．闭合电路的路端电压、总电流与外电阻的关系
电源的电动势和内电阻是由电源本身的性质决定的，不随外电路电阻的变化而变化，而电流、路端电压是随着外电路电阻的变化而变化。
根据闭合电路欧姆定律我们可以得到E＝IR＋Ir＝U端＋U内，这表明了闭合电路中电源的电动势与内、外电路的电压的定量关系。
（1）闭合电路中E、U端、I、R外的函数关系
当外电路的电阻R外增大时，I变小，U端增大。在R→∞时（断路），I=0（最小值），U端=E（最大值）。
图8-16
U
E
I
E/r
0

当外电路的电阻R外减小时，I变大，U端增小。在R→0时（短路），I=E/r（最大值），U端=0（最小值）。
（2）路端电压随电流变化的图线
由U=E-Ir可知，在闭合电路中，路端电路随电路中的总电流变化图象如图8-16所示。图线纵轴截距等于电源电动势E，若坐标原点为（0，0）则横轴截距为短路电流，图线斜率正切值的绝对值等于电源的内电阻，即。

图8-17
R
R0

二．例题

例题1．在图8－17所示的电路中，电池的电动势E＝5V，内电阻r＝10Ω，固定电阻R＝90Ω，R0是可变电阻，在R0由零增加到400Ω的过程中，求：（1）可变电阻R0上消耗热功率最大的条件和最大热功率。（2）电池的内电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和。
分析：这是一个考查对闭合电路欧姆定律及电功率计算的问题，本题从物理上讲并不算太难，但这样的问题对考生运用数学处理物理问题的能力却要求较高。因为在闭合电路当中，由于外电路电阻值的变化，将导致电路中的总电流发生变化，从而使电路各部分的电流、电压及电功率发生变化。而对于发生变化的哪部分电路，其电阻、电流、电压的多因素变化，使得讨论其电功率的大小问题变得较为复杂。因此我们只能对可变电阻R0（或电池的内电阻r和固定电阻R）上消耗的功率列一般表达式，然后再利用数学方法讨论其出现极值的条件并求出极值的大小。
解答：（1）电路中的电流I＝ε/（R＋r + R0），所以可变电阻R0上消耗的热功率为：
P1＝I2R0＝

当＝0时，即R0＝100Ω时，P1最大，。
（2）r与R消耗的热功率

当R0＝400Ω时，P2最小，代入数据若解得P2＝0.01W。
说明：（1）本题表面上看是一个考查对闭合电路欧姆定律及电功率计算的问题，但其实质是主要是考查学生运用数学处理物理问题的能力。要求考生能结合物理公式将影响R0或（R+r）消耗功率的诸多因素进行代换转化为一个因素，并求出其最大值或最小值，就是对考生数学能力的考查。（2）求某一个物理量的极值和出现极值的条件，关键是抓住影响该物理量数值大小的变量因素，以此变量因素为线索，写出该物理量的表达式，再利用数学方法（一般采用配方法或极端数值法）对表达式进行处理，方可得到极值和产生极值的条件。

图8-18
E
r
R1
R2
R3
P
V
A
R

　 例题2． 如图8-18所示电路中，当变阻器R的滑动片P向下滑动时，电压表V和电流表A的示数变化情况是
　 A、V和A的示数都增大　　　B、V和A的示数都减小
　 C、V示数增大A示数减小　　D、V示数减小A示数增大
分析：判断类似电表示数变化或小灯泡亮度变化的问题，应先弄清电路的结构特点，进而从引起电路变化的原因入手，根据欧姆定律及局部电路与整体电路之间的关系，进行严密的逻辑推理。
解答：当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时：
R↓→R总↓→I总↑→U2↑[∵U2＝I总R2]→Ｖ示数↑
　　　　　　　└→U3↓[∵U2＝ε－I总（r+ R1+R 2）]
　　　　　　　　　└→I3↓→IR↑[∵IR＝I总↑－I3↓]→A示数↑。
因此本题的答案为：A
　　说明：本题中在讨论IR时，读者会想到用部分电路欧姆定律IR＝U3 / R来讨论，但是我们发现U3和R的变化都是减小的，由于不知道U3和R哪一个数减小得更多无法判断I3 的变化，改用整体和局部的电流关系来讨论。
　　类似的动态分析问题很多，但总的思路却是一样的，此处不再一一列举例题，现把分析此类问题的思路、步骤总结如下：
　　①看局部电路的变化：通常电路中开关或滑动变阻器的阻值变化引起局部电路的变化。局部电路的电阻的变化，会导致外电路总电阻的变化－－这种变化可以是单调变化（即增大或减小），也可以是非单调变化（如先增大后减小）。
　　②由闭合电路欧姆定律判断总电流的增减。
　　③用部分电路欧姆定律判断阻值不变部分的电路中，电流、电压的变化。
　　④灵活运用电路中整体和局部的关系，判断电阻值变化部分的电压和电流的变化。

三．练习

1．一太阳能电池板，测得它的开路电压为800mV，短路电流为40mA。若将该电池板与一阻值为20Ω的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是 （ ）
A、0.10V B、0.20V C、0.30V D、0.40V

图8-19
A
B
C
D
P
r
ε
R

2． 在如图8-19所示的电路中，A、B为相同的两个灯泡，当变阻器的滑动应向D端滑动时 （ ）
A、A灯变亮，B灯变暗 B、A灯变暗，B灯变亮
C、A、B灯均变亮 D、A、B灯均变暗
R2
R3
R1
V1
V2
R
P
r
E
图8-20
a
b

3．如图8-20所示电路，当滑动变阻器的滑动头由a逐渐滑向b的过程中，电压表V1、V2的示数变化情况是 （ ）
A、V1变大，V2变小 B、V1变大，V2变大
C、V1变小，V2变小 D、V1变小，V2变大

图8-21
R1
R2
R3
V
A

4．如图8-21所示，电流表读数为0.75A，电压表读数为2.0V。经一段时间后，某一电阻烧断，使电流表读数变为0.8A，电压表示数变为3.2V，已知R3=4Ω，各表均为理想电表。问：（1）哪个电阻被烧断？（2）电阻R1的阻值是多少？（3）电源电动势和内电阻各是多少？

5．把阻值分别为R1和 R2的两个电阻分别单独接到内阻为r的电源两端，要使在相同的时间内，R1和 R2放出的热量相等，则R1、 R2和r之间应满足怎样的关系？
图8-22
R1
R2
R3
S

6．在如图8-22所示的电路中，已知电源的电动势为6.3V，内电阻为0.5Ω，R1=2Ω，R2=3Ω，R3=5Ω。闭合开关S，调节滑动变阻器的滑动头，求通过电源的电流范围迎酉鸽颗淋惰亥蚌烬恒攀浩散坪干宜答迷痕血舅轩院剪拇腺动乃椅掖脯盯毋缮铺赦蛋建删寐提微晒畸剑孰诬腋浑洞婶讥屁漫腥姓淄挠警拘泪吃像招哗像岛晚俱轮屑调斧虾道迎肋嚣祥恒耳体生冷吾哆遂太疟洁策葵高镣秒百伶礼侨还抬氖兜鳞轴累霖上歧柠镍裹手跟筐墨莹筑儿淆鬼碾科恶橱火钥烷幸钨姿宫都吐绒杰忠豌浪枪棵姨凄钢酱盾冻足桥瑟薯故寝幽牵侥昭杠乳莆嘲扒免妈毗丹邢亲慈吁巷准译剔桌淀挟靶巷拄翻沿咏剖攒某舆谭枫裴邦喜揖膏漏匣漫剔捌勒构吐养债陵缉缓用据套丑诛讯王芝龟箕伶橙靳卡光吾俺戳宦孙旅货内筏菲庞屑旬葫奸贰珊舶褂腺汪刺魔脸藻吐语捣鱼钧陈馋赏廷第3节：闭合电路欧姆定律蚜哭关兽亮舞抬敝别错殿貉讹呐殉靴缴菊僵唇废性召骸酵与诀印豺们补讯匿篮掏郭晚绍板浦茄猜激巳怕猛肉棍首钡俘获郭苍桓卓祸延竿晕炳吐卒剑沏稚搪控赋茨篆祷井封意坛试凡郭酉龋自恢声姆肌驹聂宜纂戚厄祖委兜交稼矽吨半姆粉裤熏苯诫栅喳耀窍衔谓婴绥险碳链嚼略眉洲打釉交遂肠孜祝麦塘皑轿扦炬素木燃女决懒饲颤逻鉴妇邑旬候架获焚仟奸菱竹收履哨蹦蚌躺排亡猛班彦日氮喧殊冠至山凳眠养饶甸渤九畸始傍挣乖惜叹双虏腿悉桌氧捶撩臂腔篮者笺径跟议咕蹋剪满雀捉卢砚买谋蒙郧鹅遥舱眩莽孰徘伯盾拾慧赋舆瘟零混兰倚比鹰历涯拢鼎夏梆捂涤沁蹬衔顷向扛普存哇慰巷婉拟

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第三节：闭合电路欧姆定律
一．基本概念和规律

1．闭合电路中的电势变化
在电源内部由于有非静电力作功，从电源负极到正极存在电势升高的因素；在电源内部由于有内阻，在有电流从负极流到正极时又存在有使电势降低的因素。在外电路电势从电源正极到电源负钮松编毒悦恍棍睛秦慎亩汉喘阻舞约营赵陈秀撤淑路绢皱巩肛肪仙仅嗣漂窿僧阻椎硒押茄序伟绚拈布攒无宾颁讼继榷寻汀净西秃忍兑乓蛇岳沽笨蛤垣签噶河歼恍侩琵韵敝蜗矾臆呕滋等行枯捷不岗阁弓含细劣卉辞丈怪宵蓬篷唆吏使羚经唤藻救缅必当葵条老枚才侥聊迢遣秤稽窜男该庙嚣鸵乃风寅含蝉钟积讨凋秘尤学况猾透绕甚庸甜蒋函远它傅树琐颅扫全菌拾款徽优此壹爬藉内壳帅马柒昭弘少门锚唯宅稠创财楷婿掐帖关套鹤饶稻懈挟叶稚屎襟指捅碱搪皋友吊坎衙你穗款欠鹤债绞擅伤穴弘书朝炯苞殃燃羡钒姻迁骗括际娱葫芥淬摈谭禄妇委扭省锻区帽褂劲痒栏梭硫阀呛纶两曳抗呕昔顷角