江苏省高邮中学2015年高二物理竞赛系列讲座 第五讲 闭合电路欧姆定律 课件+教案 （2份打包）

物理••学科竞赛校本课程 第五讲　闭合电路欧姆定律 江苏省高邮中学　卞国华 1电动势　电源　电功率　焦耳定律 1.1电动势 电源有保持两极间有一定电压的作用，不同种类的电源，保持两极间有一定电压的本领不同。例如：干电池可保持正、负极间有1.5V的电压；常用的铅锌蓄电池可保持两极间有2.0V的电压。为了表征电源的这种特性，物理学上引入了电动势这个物理量，电源的电动势在数值上等于电源没有接入外电路时两极间的电压。将理想电压表直接接在电源的两极上测出的电压就是电源的电动势。 其大小定义为非静电力把单位正电荷从电源负极移到正极所做的功，即 ，单位为伏（V）。 在闭合电路中，电源的电动势等于外电压（路端电压）与内电压之和。 1.2电池组 把n个电动势都是E、内阻都是r的电池串联起来，所得串联电池组的电动势和内阻分别为E串=nE，r串=n r。当用电器的额定电压高于单个电池组的电动势时，可以用串联电池组供电。但这时全部电流要通过每个电池，所以用电器的额定电流必须小于单个电池允许通过的最大电流。 把n个电动势都是E、内阻都是r的电池并联起来，所得的并联电池组的电动势和内阻分别为：E并=E，r并=r/n。当用电器的额定电流比单个电池允许通过的最大电流大时，可以采用并联电池组供电。但这时用电器的额定电压必须低于单电池的电动势。若上述两种情况都不满足，可用混联电池组。 例如，电动势、内阻分别为E1 、r1和E2 、r2的电源并联，构成的新电源的电动势E和内阻r分别为 E= 1.3叠加原理 若电路中有多个电源，通过电路中任一支路的电流等于电路中各个电动势单独存在时在该支路上产生的电流之代数和。这与力学中常用的“力的独立作用原理”极为相似。应用时要注意，当单独考虑某一电源的作用时，将其他电压源的电动势用内电阻代替，若电源为理想电压源（即内阻等于零），则将电源短路；同时，若电源为电流源，则将电流源开路用内阻代替，若为理想电流源（其内阻无限大），将电流源开路即可。 1.4电功和电功率 电流通过一段电路时，自由电荷在电场力作用下发生定向移动，电场力对自由电荷作功。电流在一段电路上所做的功W，等于这段电路两端的电压U、电路中电流I和通电时间t三者的乘积。即 单位时间内电流所做功叫做电功率，用P表示电功率，则 1.5焦耳定律 电流在一段只有电阻元件的电路上所做的功等于电流通过这段电路时所产生的热量Q。焦耳通过实验得到结论：如果通过一段只有电阻元件的电路的电流为I，这段电路的电阻为R，通电时间为t，则 这就是焦耳定律，我们还可推出这段电路中电流的发热功率为。 电流做功的过程，就是电能转化为其他形式的能的过程。一般来讲，人们用电的目的往往不是为了发热。如使用电动机是为了将电能转化为机械能，使用电解槽是为了将电能转化为化学能等等，发热只是副效应，因此，一般说来电热只是电功的一部分，热功率是电功率的一部分。 【例1】如图1所示，电阻R1＝20 Ω，电动机线圈电阻R2＝10 Ω.当开关S断开时，电流表的示数为0.5 A；当电键S闭合后，电动机转起来，电路两端电压不变．电流表显示的电流或电路消耗的电功率P应是(　　) A．I＝1.5 A B．I＞1.5 A 　C．P＝15 W D．P＜15 W 　解：S断开时，电流表示数为0.5 A，则U＝I1R1＝10 V，S闭合时，因电动机为非纯电阻元件，故I2＜＝1 A，故A、B错．这时电路总功率P总＝UI总＝U(I1＋I2)＜10×(1＋0.5)W，即P总＜15 W，故D对． ２含源电路欧姆定律和闭合电路欧姆定律 2.1含源电路欧姆定律 一段含源电路欧姆定律：电路中任意两点间的电势差等于连接这两点的支路上各电路元件上电势降落的代数和，其中电势降落的正、负符号规定如下： ①当从电路中的一点到另一点的走向确定后，如果支路上的电流流向和走向一致，该支路电阻元件上的电势降取正号，反之取负号。 ②支路上电源电动势的方向和走向一致时，电源的电势降为电源电动势的负值（电源内阻视为支路电阻）。反之，取正值。 如图2所示，对某电路的一部分，由一段含源电路欧姆定律可求得： UA – UB = I1R1 – E1 + I1r1 + E2 – I2r2 – I2R2 – E3 – I3R3 2.2闭合电路欧姆定律和电源输出功率 ①闭合电路欧姆定律 定律内容：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。 闭合电路欧姆定律公式：I=E/(R+r)， 路端电压 U = E – Ir 对于确定电源，E、r一定，则图线和图线如图3和4所示。其中 ，为电源短路电流。 ②电源输出功率 电源的功率 电源输出功率 当时电源输出功率为最大 此时电源效率