魯科版選修31閉合電路歐姆定律和邏輯電路第1節(jié) 閉合電路歐姆定律（區(qū)一等獎）

閉合電路歐姆定律一、教學(xué)目標(biāo)

知識目標(biāo)

1.熟練掌握閉合電路歐姆定律

2.掌握路端電壓隨總電流變化的規(guī)律

3.掌握電源的總功率P總=IE，電源的輸出功率P輸=IU，電源內(nèi)阻上損耗的功率P損=I2r及它們之間的關(guān)系

P總＝P輸+P損。能力目標(biāo)進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生理解圖象的物理意義，以及用能量和能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)分析物理問題的能力I=E／（R＋r）E=U＋I(xiàn)r復(fù)習(xí)

閉合電路歐姆定律的表達(dá)式一、路端電壓隨總電流變化的規(guī)律

1.電路狀態(tài)的變化分析例1．如圖所示電路，已知電源的電動勢E和內(nèi)電阻r恒定，R1、R2是定值電阻，R3是滑動變阻器。當(dāng)滑動頭從a移到b，各個電表的示數(shù)如何變化？分析答案：A1變小、V1變大、V2變大、A2變大、A3變小下一頁

對變化電路的一般分析步驟是：從局部某一電阻的變化，確定總電阻的變化，進(jìn)一步利用閉合電路的歐姆定律確定總電流、路端電壓的變化，再逐步分析局部電流、電壓及電功率的變化。簡單地說，就是從局部到整體再到局部。說明：一般情況下對一固定的電源E、r在短時間內(nèi)是不變的分析：

根據(jù)閉合電路的歐姆定律，在滑動頭從a移到b的過程中

R3↑R總↑I總↓U路↑=E-Ir，分析電路中各部分電壓電流的變化時，一般來講：①固定電阻上電壓或電流的變化，可以用分壓UR1=IR1來分析。②變化電阻或局部一段阻值變化的電路上電壓或電流的變化，可以分別運(yùn)用“各部分電壓之和等于端電壓”或“各支路電流之和等于總電流”來分析。由于UR1減小，U2=U-UR1，所以U2變大，電壓表V2變大?？梢杂貌⒙?lián)電路電流分配的特點(diǎn)求解，I3=I1-I2，I1減小，I2增大，所以I3減小。

2．比較電路三種狀態(tài)的特點(diǎn)（電源的電動勢與內(nèi)阻確定）電路狀態(tài)外電阻總電流外電壓通路

斷路短路

∞>R外>0I=E/(r+R)

R外↑→I↓

U外=E-Ir=ER外/（r+R外）R外↑→U外

↑

R外→∞

I=0U外=E

R外→0

I=E/r

U外=0討論

（1）圖線與縱軸的交點(diǎn)，表示了電路的

狀態(tài)，圖線的縱軸截距等于電源的

。（2）圖線與橫軸的交點(diǎn)，表示了電路的

狀態(tài)，圖線的橫軸截距等于電路的

，該圖線斜率的絕對值等于電源的

。（3）圖線上其他的點(diǎn)，分別表示了電路不同的

狀態(tài)，其中各點(diǎn)（如p點(diǎn)）的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，分別為該狀態(tài)的

和

，各點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率為各該狀態(tài)下外電路的

。斷路電動勢短路短路電流內(nèi)阻通路路端電壓電流電阻EIm(r＝E/Im)3．電路狀態(tài)的圖象描述例2、兩個獨(dú)立回路A和B的路端電壓U與其總電流I的關(guān)系圖，則（

）A

兩回路中電動勢EA>EB.

B

兩回路中內(nèi)電阻rA>rBC

路端電壓都是U1時，它們的外電阻相等。D

電流是I1時,兩電源內(nèi)電壓相等.ABC解析：此圖線為U—I圖象，圖線與縱軸的截距表示電源電動勢的大小，所以EA>EB；圖線的斜率絕對值等于電源內(nèi)阻的大小，所以rA>rB；兩圖線的交點(diǎn)表示路端電壓和總電流相等，所以此時兩電路中外電阻相等。思考：

由圖可知，該電源的電動勢為

，內(nèi)阻為

，外電路短路時，通過電源的電流強(qiáng)度為

。圖中A點(diǎn)對應(yīng)的外電阻為

。2.0V2Ω1A6Ω(0,U)二、閉合電路中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系

1．電路中功率P與總電流I的關(guān)系電源消耗功率（有時也稱為電路消耗總功率）：P總=EI外電路消耗功率（有時也稱為電源輸出功率）：P出=UI內(nèi)電路消耗功率（一定是發(fā)熱功率）：P內(nèi)=I2r電路中的功率關(guān)系P總=

P出+P內(nèi)

即UI=EI-I2r

（E、r為定值，R為自變量，P出為因變量。）在純電阻電路中，當(dāng)用一個固定的電源（即E、r是定值）向變化的外電阻供電時，輸出的功率

P=IU=I2R，又因?yàn)楫?dāng)R=r時，電源有最大的輸出功率Pm=E2／4r。故I=2．電源輸出功率P隨外電路電阻R變化關(guān)系在純電阻電路中，當(dāng)用一個固定的電源（即E、r是定值）向變化的外電阻供電時，輸出的功率有最大值。

輸出功率隨外電阻變化的圖線

結(jié)論：電源輸出功率與外阻關(guān)系R＜r時，隨R增大輸出功率增大，R=r輸出功率最大，R＞r時，隨R增大，輸出功率減小。例3、如圖所示電路，電源電動勢為E=10v，內(nèi)電阻r=1Ω，定值電阻R0=5

Ω

，R的最大值為20Ω（1）使定值電阻R0上消耗的功率最大，則滑動變阻器的阻值R是多少？（2）使滑動變阻器上消耗的功率最大，則滑動變阻器的阻值R是多少？

答案：（1）當(dāng)R=0時，電路中電流最大，R0的功率P0=I2R0為最大（2）把R0看成電源內(nèi)阻的一部分，則r’=r+R0,根據(jù)電源輸出功率最大的條件，R＝r’=r+R0＝6Ω,滑動變阻器消耗的功率最大思考：答案：A有四個電源，電動勢均為8V，內(nèi)阻分別為1Ω、2Ω、4Ω、8Ω，今要對R=2Ω的電阻供電，問選擇內(nèi)阻為多大的電源才能使R上獲得的功率最大？

A、1Ω

B、2ΩC、4Ω

D、8Ω總結(jié)：

解決物理問題時一般是先考慮原始公式，然后再考慮規(guī)律的結(jié)論，因?yàn)槲锢韺W(xué)的任何規(guī)律結(jié)論的成立都是有條件的，都有其適用范圍。

在電路中電源的總功率為IE，輸出的功率為IU，內(nèi)電路損耗的功率為I2R3．電源的效率η隨外電阻R變化的規(guī)律結(jié)論：電源的效率η隨外電阻R的增大而增大。

則電源的效率為

當(dāng)R變大，η也變大。而當(dāng)R=r時，即輸出功率最大時，電源的效率是50％。

例4、某一用直流電動機(jī)提升重物的裝置,如圖所示.重物的質(zhì)量m=50千克,電源的電動勢ε=110伏特,不計(jì)電源內(nèi)