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选修3-1 恒定电流 §7闭合电路欧姆定律(一)学案

作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2009-9-6 切换到繁體中文

§7闭合电路欧姆定律

【典型例题】

【例1】如图所示,电源的电动势是6V,内电阻是0.5 ,小电动机M的线圈电阻为0.5 ,限流电阻R0为3 ,若电压表的示数为3V,试求:

⑴电源的功率和电源的输出功率

⑵电动机消耗的功率和电动机输出的机械功率

【解析】⑴在串联电路中,电压表读R0两端的电压,由欧姆定律得I=

电源的总功率:P=EI=6W

由能量转化和守恒定律得:P输出=P-Pr=6-12×0.5=5.5W

⑵电源的输出功率为电动机和限流电阻获得功率之和,

P输出=PM+PO 

PO=I2RO=3W

PM= P输出- PO=5.5-3=2.5W

有PM=P+PMr

得P机=PM-PMr=2.5-I2r=2.5-0.5=2W

【例2】如图所示的电路中,R1和R2是定值电阻,在滑动变阻器R的滑动片P从下端a逐渐滑到上端b的过程中,电阻R1上消耗的电功率   (     )

A、一定是逐渐减小

B、有可能逐渐减小

C、有可能先变小后变大

D、一定是先变小后变大

【解析】R1为定值电阻,由P1=I2R1可知R1消耗功率由干路电流I决定,而干路电流的变化则由R、R2部分电路总电阻变化引起,设该部分的总电阻为RP,则

RP=

由极限定理可得:Rap+R2+RPb=R+R2=定值

当(Rap+R2)=RPb时,(Rap+R2)·RPb=最大值

此时RP最大。

讨论:若R≤R2,则P在向上移动过程中,RP一定减小。

由闭合电路欧姆定律I= 一定增大,R1消耗变大。

若R>R2,则P在向上移动过程中,RP先变大,当取得最大值后,RP再减小,这样回路中电流先变小,再变大,R1消耗的功率也先变小,再变大。

【答案】C

【例3】如图所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=10Ω,R2的阻值未知,R3是一个滑动变阻器,在其滑片从最左端滑至最右端的过程中,测得电源的路端电压U随电流I的变化图线如图所示,其中图线上的A、B两点是滑片在变阻器两个不同的端点时分别得到的。求:

⑴电源的电动势和内电阻;

⑵定值电阻R2的阻值;

⑶滑动变阻器R3的最大值;

⑷上述过程中R1上得到的最大功率以及电源的最大输出功率。

【解析】⑴由闭合电路欧姆定律得E=U+Ir

将图象中A、B两点的电压和电流代入和得

E=16+0.2r      E=4+0.8r

联立解得E=20V    r=20

⑵当R3的滑键自左向右滑时,R3阻值变小,使电路总电阻变小,而总电流变大。由此可知,图线上的A、B两点是滑键分别位于最左端和最右端时所得到的。当滑键位于最右端时,R3=0,R1被短路,外电路总电阻即为R2,故由B点的U、I值可求出R2

R2=

⑶当滑键在最左端时,其阻值最大,并对应着图线上的A点,故由A点的U、I值可求出此时外电路总电阻,再根据串、并联电路的规律可求出R3的最大值。

R=

又R=

代入数值解得滑动变阻器的最大值R3=300

⑷当R1消耗的功率最大时,它两端电压最大,由UR1=E-I(R2+ r)知,这时电路的总电流I应最小,故应把滑动变阻器的阻值调到最大,再结合上面求出的有关数据,便不难得出R1消耗的最大功率。

当R3=300 时,I=

此时R1两端的电压为:U1=I·

则R1消耗的最大功率为P1m=

又当R=r时,电源输出功率最大,即有

Pm=

【基础练习】

一、选择题:

1、若用E表示总电动势,U表示外电压,U/表示内电压,R表示外电路总电阻,r表示内电阻,I表示总电流强度,考察下列各关系式

⑴U/=IR    ⑵U /=E-U    ⑶E=U+Ir    ⑷I=E/(R+r)    ⑸U=ER/(R+r)    ⑹U=E+Ir

上述关系式中成立的是(   )

A、⑴⑵⑶⑷  B、⑵⑶⑷⑸  C、⑶⑷⑸⑹  D、⑴⑶⑸⑹

2、下列关于闭合电路的说法中,错误的是(     )

A、电源短路时,电源的内电压等于电动势

B、电源短路时,路端电压为零

C、电源断路时,路端电压最大

D、电源的负载增加时,路端电压增大

3、单位电荷绕闭合电路一周,如外电路是纯电阻电路,外电路中产生的热量仅决定于(    )

A、电流强度的大小,且与电流强度的平方成正比

B、电源电动势的大小,且与电动势的大小成正比

C、路端电压的大小,且与路端电压的大小成正比

D、各部分电阻值的大小,且与电阻值成反比

4、如图所示A灯与B灯的电阻相同,当滑动变阻器R的滑动片P向上滑动时,两灯亮度变化是(   )

A、A灯变亮,B灯变亮           B、A灯变暗,B灯变亮

C、A灯变暗,B灯变暗           D、A灯变亮,B灯变暗

5、在图所示的电路中,R2为定值电阻,R1为滑动变阻器,当滑动变阻器的滑片P向左滑动时(    )

A、电流表示数变大,电压表示数变小 

B、电流表示数变小,电压表示数变大

C、电流表和电压表示数都变小      

D、电流表和电压表示数都变大

6、如图所示的电路中,调节滑动变阻器,电压表的读数由6V变为5V,电流表读数的变化量为0.5A,则下列说法中正确的是:(   )

A、电流表的读数变小了,电源的内阻为10Ω

B、电流表的读数变大了,电源的内阻为20Ω

C、电流表的读数变大了,电源的内阻为2Ω

D、由于不知道电流表的具体读数,因此无法计算电源的内阻

一、填空题:

7、在图所示的电路中,R1=18 ,R2=10 ,当a、b两点间接理想的电流表时,其读数为0.5A,当a、b两点间接理想的电压表时,其读数为3.6V,则该电源的电势为    V,内电阻为   

8、电动势为3V、内电阻为1 的电源只给一个额定电压为3V的小灯泡供电,若小灯泡两端的实际电压为2.5V,忽略温度对灯泡电阻的影响,则此时小灯泡的实际功率是   W,小灯泡的额定功率是  

9、如图所示电路,当变阻器滑动触头向下滑动时,请讨论电路中各电流表、电压表的示数的变化情况,其中:

电流表A1的读数将             

电流表A2的读数将             

电流表A3的读数将            

电压表V1的读数将            

电压表V2的读数将            

电压表V3的读数将            

三、计算题:

10、如图所示,电源电动势E=10V,内电阻r=2 ,R1=28 ,R2=30 ,R3=60 ,电容C=4×10-8F,试求:

⑴开关S断开和闭合时电容器所带电量之比

⑵开关S闭合后通过R3的电量

 

11、有一电动势为30V、内电阻为1 的电源,将它与一盏额定电压为6V、额定功率为12W的小灯泡及一台线圈电阻为2 的电动机串联成闭合电路,小灯泡恰好正常发光,求电动机的输出功率。

 

12、手电筒的两节干电池用了很久后,小灯泡只能发出很微弱的光了。把这两节干电池取出来,用电压表测量,每一节干电池两端的电压都很接近于1.5V,把它们装入电子钟里,电子钟能正常工作,试用闭合电路欧姆定律来解释这个现象。

根据闭合电路欧姆定律U=E-Ir,电池用久了,内阻r较大,由于小灯泡的电阻较小,电流I较大,所以路端电压U较低,小灯泡只能发出微弱的光;用电压表测量或装入电子钟,由于电流I很小,内阻上的电压很小,路端电压仍接近于电源电动势。

【能力提升】

1、如图所示的电路中,当滑动变阻器的滑动触点向下移动时,各灯的亮度变化情况是:(   )

A、A、B、C三灯都变亮

B、A、B灯变亮,C灯变暗

C、A灯变亮, B、C灯变暗

D、A、C灯变亮,B灯变暗

2、在如图所示的电路中,开关S闭合后,和未闭合开关S前相比较三个电表的读数变化情况是:(    )

A、 V变大、A1变大、A2变小

B、 V变大、A1变小、A2变大

C、 V变小、A1变大、A2变小

D、V变小、A1变小、A2变大

3、一个电源对外电路负载电阻R供电,电源电动势为E,内阻为r,要让负载电阻R获得尽可能大的电压,R和r的大小关系为     ;要使R中的电流尽可能大,R和r的大小关系为     ;要使R消耗的功率尽可能大,R和r的大小关系为     。

4、如图所示电路,变阻器R1的最大值为4Ω,此时它的有效电阻为2Ω,定值电阻R2=6Ω,电源内阻r=1Ω。当开关闭合时,电源消耗的总功率为16W,输出功率为12W,这时灯正常发光。求:

⑴电灯的电阻;

⑵当开关断开时,要使灯仍能正常发光,R1的滑片应当移到什么位置?并求出此时电源的输出功率和电源的效率?

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