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第十二章 电能 能量守恒定律
12.2.2 闭合电路的欧姆定律的应用
2022-2023学年高中物理同步备课必修第三册
目录
contents
闭合电路
01
02
电动势
03
欧姆定律及能量
04
路端电压跟负载R的关系
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．
1、闭合电路欧姆定律的内容:
E＝U外＋Ir
2、表达式:
3、推导式:
E＝U外＋U内
E＝IR＋Ir
U外＝E－Ir
只适用于外电路为纯电阻的闭合回路
既适用于外电路为纯电阻电路也适用于非纯电阻电路
说明：
1、 是外电路上总的电势降落，习惯上叫路端电压.
2、 是内电路上的电势降落，习惯上叫内电压.
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电源的功率和效率
01
1．电源（向整个电路提供）的功率(输入功率)P：
P总＝EI (普遍适用)
(只适用于外电路为纯电阻的电路)
2．电源内阻消耗功率（发热）P内：
P内＝I2r
3．电源的输出功率（即外电路消耗的电功率）P出：
P外＝ P出＝I2R＝U2外/R (只适用于外电路为纯电阻的电路)
P外＝ P出＝U外I＝P总 - P内 ＝EI- I2r (普遍适用)
电源的功率和效率
4．纯电阻电路中，输出功率随外电阻R的变化关系：
P出＝P外＝I2R
P出—R图像（电源输出功率随外电阻变化的图线）
P出
R
r
E2/4r
R2
P1
R1
o
当R＝r时取等号
(1)当R＝r时，电源的输出功率最大，Pm＝ ，
(2)当R＞r时，随着R的增大输出功率越来越小．
(3)当R＜r时，随着R的增大输出功率越来越大．
(4)当P出＜Pm时,每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1·R2＝r2.
注意多解性！
P1=P2
E2R1
E2R2
(R1+r)2
(R2+r)2
=
出
结论：
5．电源的效率：
（1）定义：输出功率跟电路消耗的总功率的比值。
（2）定义式：
（普遍适用）
对于纯电阻电路：
R
O
1
故外电路电阻越大，电源的效率越高。 -R图像为：
特别提醒：(1)当电源输出功率最大时(R=r)，机械效率η＝50%。当R→∞时，η→100%，但此时P出→0，无实际意义。
5．三种最大功率：
（1）电源的最大输出功率： 。
E r
R2
R1
（2）定值电阻上消耗的最大功率：
定值电阻的电流最大时，消耗功率最大
（3）可变电阻上消耗的最大功率：
判断可变电阻的功率变化时，可将可变电阻以外的其他电阻均看作内阻，即组成等
效内阻，当可变电阻阻值=等效内阻时，可变电阻消耗的功率最大；若不能相等（可
变电阻最大值不够大），外电阻越接近内阻时，可变电阻消耗的功率最大。
R=r时电源的输出功率最大，若不能相等，外电阻越接近
内阻时，电源的输出功率越大。
在如图所示的电路中，已知电源电动势E＝3 V，内电阻r＝1 Ω，电阻R1＝2 Ω，滑动变阻器R的阻值可连续增大，问：
(1)当R多大时，R1消耗的功率最大？最大功率为多少？
(2)当R多大时，R消耗的功率最大？最大功率为多少？
(3)当R为多大时，电源的输出功率最大？最大为多少？
解题指导：求解本题应把握以下三点：
(1)定值电阻消耗功率最大时通过的电流最大。
(2)求可变电阻消耗的功率时可将其他电阻等效为电源内阻。
(3)结合P出与外电阻间的函数关系分析，求解。
典例
闭合电路动态分析
02
闭合电路动态分析
1．闭合电路动态分析的思路
闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化，分析这类问题的基本思路是：
分清电路结构→局部电阻变化→总电阻变化→总电流变化→内电压变化→路端电压变化→各部分电压、电流变化
2．闭合电路动态分析的三种方法
(1)程序法：基本思路是“部分→整体→部分”，
即：R局减小(增大)→R总减小(增大)→I总增大(减小)→U内增大(减小)→U外减小(增大)→U局(I局)
例.如图所示的电路中,电源的电动势E和内电阻r恒定不变,电灯L恰能正常发光.如果变阻器的滑片向b端滑动,则( )
A.电灯L更亮,安培表的示数减小
B.电灯L更亮,安培表的示数增大
C.电灯L变暗,安培表的示数减小
D.电灯L变暗,安培表的示数增大
A
(2)结论法——“串反并同”。
特别注意：若不计电源内阻，则路端电压U外始终等于电源电动势E，不满足“串反并同” ，其他的仍满足。
“串反”：指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、
两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联或间接串联
的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大。
“并同”：指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、
两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联或间接并联
的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。
例．在如下图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器．当R2的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况是(　　)
A．I1增大，I2不变，U增大
B．I1减小，I2增大，U减小
C．I1增大，I2减小，U增大
D．I1减小，I2不变，U减小
B
例.如图所示电路，当R2的滑动片向右移动时，各表的变化情况是(　　)
A．A1、A2读数均变大，V1、V2读数均变小
B．A1读数变大，A2读数变小，V1读数变大，V2读数变小
C．A1读数变大，A2读数变小，V1读数变小，V2读数变大
D．A1、A2读数均变小，V1、V2读数均变大
C
(3)特殊值法与极限法：指因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论。一般用于滑动变阻器两部分在电路中都有电流时的讨论。
特别提醒：
(1)在闭合电路中，任何一个电阻的增大(或减小)，都将引起电路总电阻的增大(或减小)，该电阻两端的电压一定会增大(或减小)。
(2)理想电压表可认为是断路，理想电流表可认为是短路。
【例题】如图所示，电源电动势为E、内阻为r，定值电阻R1=5Ω、R2=10Ω，R0为滑动变阻器。两电表均可视为理想电表，当滑动变阻器的滑动头在最左端时，电压表示数7.50V，当滑动头在最右端时，电压表示数为8.25V，电流表的示数为0.45A，则（　　）
A．电源电动势为8.80V
B．电源内阻为1.0Ω
C．滑动变阻器的总阻值为10Ω
D．当滑动变阻器接入电路阻值为总阻值的 时，电压表示数8.00V
B
【例题】（多选）如图所示，平行金属板中有一个带电油滴悬浮在两板间的P点，不考虑电流表和电压表对电路的影响，选地面的电势为零，当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时，下列说法正确的是（　　）
A．油滴带负电，将向下运动
B．P点的电势升高
C．电源的效率变低
D．若电压表、电流表的示数变化量分别为ΔU和ΔI，则
AC
含电容器电路的分析与计算
03
分析和计算含有电容器的直流电路时，注意把握以下几个方面：
(1)电路稳定时电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件，在电容器处电路看成是断路，画等效电路时，可以先把它去掉。
(2)电路稳定时电容器所在支路断路，与电容器串联的电阻两端无电压，该电阻相当于导线。
(3)当电容器与电阻并联后接入电路时，电容器两端的电压与并联电阻两端的电压相等。
(4)若要求电容器所带电荷量时，可在相应的位置补上，求出电容器两端的电压，根据Q＝CU计算。
(5)电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充、放电，有ΔQ＝CΔU。
含电容器电路的分析与计算
例
【小试牛刀】
2.如图所示，E＝10 V，r＝1 Ω，R1＝R3＝5 Ω，R2＝4 Ω，C＝100 μF。当S断开时，电容器中带电粒子恰好处于静止状态。求：
(1)S闭合后，带电粒子加速度的大小和方向；
(2)S闭合后流过R3的总电荷量。
电路故障分析
05
电路故障的原因
1 、断路的特点
电流为零，断点的同侧无电势差，若只有一个断点，断点的两端有电势差
造成的结果
电路中的总电阻增大，干路上的电流减小，与其并联的用电器两端的电压增大
电路故障分析
2 、短路的特点
被短路的用电器两端无电压，用电器无电流流过
电路中总电阻减小，干路电流增大，被短路用电器不工作，与其串联的用电器两端电压增大
造成的结果
电路故障分析题型
短路处特点：有电流通过而电压为零
断路处特点：电路电压不为零而电流为零
电压表视数不为零时并联部分无短路，串联部分无断路。
A
例、如图所示的电路中，闭合电键，灯L1、L2正常发光，由于电路出现故障，突然发现灯L1变亮，灯L2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是（ ）
A、R1断路
B、R2断路
C、R3短路
D、R4短路
例、如图所示的电路中，闭合电键k后，灯a和b都正常发光，后来由于某种故障使灯b突然变亮，电压表读数增加，由此推断这故障可能是（ ）
A．a灯灯丝烧断
B．电阻R2断
C．电阻R2短路
D．电容被击穿短路
B
例、如图所示的电路中,电源电动势为6V,当开关接通后,灯泡L1和L2都不亮,用电压表测得各部分电压是Uab=6V, Uad=0V, Ucd=6V, 由此可以判定( )
A、L1和L2 的灯丝都烧断了
B、L1的灯丝烧断
C、L2的灯丝烧断
D、变阻器R断路
C
R
S
L1
L2
a
d
c
b
总结：
短路处特点：有电流通过而电压为零
断路处特点：电路电压不为零而电流为零
例.如图所示的电路中,开关S闭合后,由于电阻发生短路或者断路故障,电压表和电流表的读数都增大,则肯定出现了下列那种故障( )
A、R1短路 B、R2短路
C、R3短路 D、R1断路
A
R1
R2
R3
V
s
E r
A
感谢您的耐心聆听
I'd like to finish by saying how grateful I am for your attention.

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