高二物理閉合電路歐姆定律公式及其應用

　　考試是檢測學生學習效果的重要手段和方法，考前需要做好各方面的知識儲備。下面是學習啦小編為大家整理的高二物理閉合電路歐姆定律復習資料，希望對大家有所幫助!

　　高二物理閉合電路歐姆定律知識點復習

　　一、基礎知識歸納

　　1.閉合電路的歐姆定律

　　(1)內、外電路

　?、賰入娐罚弘娫磧蓸O(不含兩極)以內，如電池內的溶液、發(fā)電機的線圈等.內電路的電阻叫做內電阻.

　?、谕怆娐罚弘娫磧蓸O，用電器和導線等.外電路的電阻叫做外電阻.

　　(2)閉合電路的歐姆定律

　?、賰热荩洪]合電路的電流跟電源的電動勢成　正比　，與內、外電路的電阻之和成　反比　.

　?、谶m用條件：純電阻電路.

　　③閉合電路歐姆定律的表達形式有：

　?、?E=U外+U內

　　Ⅱ.I= (I、R間關系)

　?、?U=E-Ir(U、I間關系)

　?、?U= E(U、R間關系)

　　2.閉合電路中的電壓關系

　　(1)電源電動勢等于內、外電壓之和.

　　注意：U不一定等于IR.(純電阻電路中U=IR，非純電阻電路中U≠IR)

　　(2)路端電壓與電流的關系(如圖所示).

　?、俾范穗妷弘S總電流的增大而　減小　.

　?、陔娏鳛榱銜r，即外電路斷路時的路端電壓等于電源電動勢E.在圖象中，U-I圖象在縱軸上的截距表示電源的　電動勢　.

　?、勐范穗妷簽榱銜r(即外電路短路時)的電流Im= (短路電流).圖線斜率的絕對值在數(shù)值上等于　內電阻　.

　　(3)純電阻電路中，路端電壓U隨外電阻R的變化關系.

　　①外電路的電阻增大時，I減小，路端電壓升高;

　?、谕怆娐窋嚅_時，R→∞，路端電壓　U=E　;

　?、弁怆娐范搪窌r，R=0，U=0，I=Im=E/r.

　　3.電動勢與路端電壓的比較：

　　電動勢 路端電壓U

　　物理意義 反映電源內部非靜電力做功把其他形式能量轉化為電能的情況 反映電路中電場力做功把電能轉化成為其他形式能量的情況

　　定義式 E= ，W為電源的非靜電力把正電荷從電源負極移到正極所做的功 U= ，W為電場力把正電荷從電源外部由正極移到負極所做的功

　　量度式 E=IR+Ir=U+U′ U=IR

　　測量 運用歐姆定律間接測量 用伏特表測量

　　決定因素 只與電源性質有關 與電源和電路中的用電器有關

　　特殊情況 當電源開路時路端電壓U值等于電源電動勢E

　　4.閉合電路中的功率關系

　　(1)電源的總功率：P總=　IE　=IU+IU′=P出+P內

　　(2)電源內耗功率：P內=　I2r　=IU′=P總-P出

　　(3)電源的輸出功率：P出=IU=IE-I2r=P總-P內

　　(4)電源的輸出功率與電路中電流的關系

　　P出=IU外=IE-I2r=-r(I- )2+ ，當I= 時，電源的輸出功率最大，P出= .P出-I圖象如右圖示.

　　5.電源的輸出功率與外電路電阻的關系

　　對于純電阻電路，電源的輸出功率

　　P出=I2R=( )2R=

　　由上式可以看出，當外電阻等于電源內電阻(R=r)時，電源輸出功率最大，其最大輸出功率為Pm= .當R=r時，即I=E/2r時，電源的輸出功率最大，P出= .P出-R圖象如右圖所示.

　　由圖象可知，對應于電源的非最大輸出功率P可以有兩個不同的外電阻R1和R2，不難證明r= .由圖象還可以看出，當R<r時，若R增大，則P出增大;當R>r時，若R增大，則

　　P出減小.

　　注意：對于內、外電路上的固定電阻，其消耗的功率僅取決于電路中的電流大小.

　　5.電源的效率

　　指電源的輸出功率與電源功率之比.即

　　η= ×100%= ×100%= ×100%

　　對純電阻電路，電源的效率

　　η= ×100%= ×100%= ×100%

　　由上式看出，外電阻越大，電源的效率越高.

　　6.電路的U-I圖象

　　右圖中a為電源的U-I圖象，b為外電阻的U-I圖象.兩者的交點坐標表示該電阻接入電路時電路的總電流和路端電壓;該點和原點的連線為對角線的矩形的面積表示輸出功率;a的斜率的絕對值表示內阻大小; b的斜率的絕對值表示外電阻的大小;當兩個斜率相等時，即內、外電阻相等時，圖中矩形面積最大，即輸出功率最大(可以看出此時路端電壓是電動勢的一半，電流是最大電流的一半).

　　二、重點難點突破

　　一、閉合電路中的能量關系

　　1.電源的功率、電源消耗的功率、其他形式的能轉變?yōu)殡娔艿墓β省⒄麄€電路消耗的功率都是指EI或I2(R外+r).

　　2.電源的輸出功率、外電路消耗的功率都是指IU或IE-I2r或I2R外.

　　3.電源內阻消耗的功率是I2r.

　　4.整個電路中有P電源=P外+P內.這顯然是能量的轉化和守恒定律在閉合電路中的具體體現(xiàn).

　　二、閉合電路的動態(tài)分析分析問題

　　分析解答這類習題的一般步驟是：

　　1.確定電路的外電阻如何變化.

　　說明：(1)當外電路的任何一個電阻增大(或減小)時，電路的總電阻一定增大(或減小).

　　(2)若電鍵的通斷使串聯(lián)的用電器增多時，總電阻增大;若電鍵的通斷使并聯(lián)的支路增多時，總電阻減小.

　　(3)在右圖所示分壓器電路中，滑動變阻器可以視為由兩段電阻構成，其中一段與用電器并聯(lián)(以下簡稱并聯(lián)段)，另一段與并聯(lián)部分相串聯(lián)(以下簡稱串聯(lián)段);設滑動變阻器的總電阻為R，燈泡的電阻為R燈，與燈泡并聯(lián)的那一段電阻為R并，則分壓器的總電阻為

　　R總=R-R并+

　　由上式可以看出，當R并減小時，R總增大;當R并增大時，R總減小.由此可以得出結論：分壓器總電阻的變化情況，與并聯(lián)段電阻的變化情況相反，與串聯(lián)段電阻的變化情況相同.

　　2.根據(jù)閉合電路的歐姆定律，確定電路的總電流如何變化.

　　3.由U內=I內r，確定電源的內電壓如何變化.

　　4.由U外=E-U內，確定電源的外電壓(路端電壓)如何變化.

　　5.由部分電路的歐姆定律確定干路上某定值電阻兩端的電壓如何變化.

　　6.確定支路兩端的電壓如何變化以及通過各支路的電流如何變化.

　　三、電路的故障分析

　　1.常見的故障現(xiàn)象

　　斷路：是指電路兩點間(或用電器兩端)的電阻無窮大，此時無電流通過，若電源正常時，即用電壓表兩端并聯(lián)在這段電路(或用電器)上，指針發(fā)生偏轉，則該段電路斷路.如電路中只有該一處斷路，整個電路的電勢差全部降落在該處，其他各處均無電壓降落.

　　短路：是指電路兩點間(或用電器兩端)的電阻趨于零，此時電路兩點間無電壓降落，用電器實際功率為零(即用電器不工作或燈不亮，但電源易被燒壞).

　　2.檢查電路故障的常用方法

　　電壓表檢查法：當電路中接有電源時，可以用電壓表測量各部分電路上的電壓，通過對測量電壓值的分析，就可以確定故障.在用電壓表檢查時，一定要注意電壓表的極性正確和量程符合要求.

　　電流表檢查法：當電路中接有電源時，可以用電流表測量各部分電路上的電流，通過對測量電流值的分析，就可以確定故障.在用電流表檢查時，一定要注意電流表的極性正確和量程符合要求.

　　歐姆表檢查法：當電路中斷開電源后，可以利用歐姆表測量各部分電路的電阻，通過對測量電阻值的分析，就可以確定故障.在用歐姆表檢查時，一定要注意切斷電源.

　　試電筆檢查法：對于家庭用電線路，當出現(xiàn)故障時，可以利用試電筆進行檢查.在用試電筆檢查電路時，一定要用手接觸試電筆上的金屬體.

　　3.常見故障電路問題的分類解析

　　(1)給定可能故障現(xiàn)象，確定檢查方法;

　　(2)給定測量值，分析推斷故障;

　　(3)根據(jù)觀察現(xiàn)象，分析推斷故障;

　　(4)根據(jù)故障，分析推斷可能觀察到的現(xiàn)象.

　　三、典例精析

　　1.閉合電路中的功率問題

　　【例1】如圖所示，電源電動勢為50 V，電源內阻為1.0 Ω，定值電阻R為14 Ω，M為直流電動機，電動機電阻為2.0 Ω.電動機正常運轉時，電壓表的讀數(shù)為35 V.求在100 s的時間內電源做的功和電動機上轉化為機械能的部分是多少.

　　【解析】由題設條件知r和R上的電壓降之和為(E-U)，所以電路中的電流為

　　I= A=1.0 A

　　所以在100 s內電源做的功為

　　W=EIt=50×1×100 J=5.0×103 J

　　在100 s內電動機上把電能轉化為機械能的部分是

　　ΔE=IUt-I2r′t=(1.0×35×100-12×2×100) J=3.3×103 J

　　【思維提升】(1)正確理解閉合電路的幾種功率.

　　(2)從能量守恒的角度解析閉合電路的有關問題是一條重要思路.

　　【拓展1】如圖所示，已知電源電動勢為6 V，內阻為1 Ω，保護電阻R0=0.5 Ω，求：

　　(1)當電阻箱R讀數(shù)為多少時， 電源輸出功率P出最大，并求這個最大值.

　　(2)當電阻箱R讀數(shù)為多少時，電阻箱R消耗的功率PR最大，并求這個最大值.

　　(3)當電阻箱R讀數(shù)為多少時，保護電阻R0消耗的功率最大， 并求這個最大值.

　　【解析】(1)由電功率公式P出=( )2R外= ，當R外=r時，P出最大，即R=r-R0=(1-0.5)Ω=0.5 Ω時，P出max= W=9 W

　　(2)這時要把保護電阻R0與電源內阻r算在一起，據(jù)以上結論，當R=R0+r即R=(1+0.5)Ω=1.5 Ω時，PRmax= W=6 W

　　(3)保護電阻消耗的功率為P = ，因R0和r是常量，而R是變量，所以R最小時，PR0最大，即R=0時，PR0max= W=8 W

　　【拓展2】某同學將一直流電源的總功率PE、輸出功率PR和電源內部的發(fā)熱功率Pr隨電流I變化的圖線畫在同一坐標系中，如圖中的a、b、c所示.則下列說法正確的是( CD )

　　A.圖線b表示輸出功率PR隨電流I變化的關系

　　B.圖中a線最高點對應的功率為最大輸出功率

　　C.在a、b、c三條圖線上分別取橫坐標相同的A、B、C三點，這三點的縱坐標一定滿足關系PA=PB+PC

　　D.b、c線的交點M與a、b線的交點N的橫坐標之比一定為1∶2，縱坐標之比一定為1∶4

　　2.閉合電路的動態(tài)分析

　　【例2】如圖所示，當滑動變阻器的滑片P向上端移動時，判斷電路中的電壓表、電流表的示數(shù)如何變化?

　　【解析】先認清電流表A測量R3中的電流，電壓表V2測量R2和R3并聯(lián)的電壓，電壓表V1測量路端電壓.再利用閉合電路的歐姆定律判斷主干電路上的一些物理量變化.P向上滑，R3的有效電阻增大，外電阻R外增大，干路電流I減小，路端電壓U增大，至此，已判斷出V1示數(shù)增大.再進行分支電路上的分析：由I減小，知內電壓U′和R1兩端電壓U 減小，由U外增大知R2和R3并聯(lián)的電壓U2增大，判斷出V2示數(shù)增大.由U2增大和R3有效電阻增大，無法確定A示數(shù)如何變化.這就要從另一條途徑去分析：由V2示數(shù)增大知通過R2的電流I2增大，而干路電流I減小，所以R3中的電流減小，即A示數(shù)減小.

　　【答案】V1示數(shù)增大，V2示數(shù)增大，A示數(shù)減小.

　　【思維提升】當電路中任一部分發(fā)生變化時，將引起電路中各處的電流和電壓都隨之發(fā)生變化，可謂“牽一發(fā)而動全身”.判斷此類問題時，應先由局部的變化推出總電流的變化、路端電壓的變化，再由此分析對其他各部分電路產(chǎn)生的影響.

　　3.電路的故障分析

　　【例3】某同學按如圖所示電路進行實驗，實驗時該同學將變阻器的觸片P移到不同位置時測得各電表的示數(shù)如下表所示：

　　序號 A1示數(shù)(A) A2示數(shù)(A) V1示數(shù)(V) V2示數(shù)(V)

　　1 0.60 0.30 2.40 1.20

　　2 0.44 0.32 2.56 0.48

　　將電壓表內阻看做無限大，電流表內阻看做零.

　　(1)電路中E、r分別為電源的電動勢和內阻，R1、R2、R3為定值電阻，在這五個物理量中，可根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)求得的物理量是(不要求具體計算)　　　　　　　　　.

　　(2)由于電路發(fā)生故障，發(fā)現(xiàn)兩電壓表示數(shù)相同了(但不為零)，若這種情況的發(fā)生是由用電器引起的，則可能的故障原因是　　　　　　　　.

　　【解析】(1)先將電路簡化，R1與r看成一個等效內阻r′，r′=R1+r，則由V1和A1的兩組數(shù)據(jù)可求得電源的電動勢E;由A2和V1的數(shù)據(jù)可求出電阻R3;由V2和A1、A2的數(shù)據(jù)可求出R2.

　　(2)當發(fā)現(xiàn)兩電壓表的示數(shù)相同時，但又不為零，說明V2的示數(shù)也是路端電壓，即外電路的電壓降全在電阻R2上，由此可推斷RP兩端電壓為零，這樣故障的原因可能有兩個，若假設R2是完好的，則RP一定短路;若假設RP是完好的，則R2一定斷路.

　　【答案】(1)E、R2、R3　(2)RP短路或R2斷路

　　【思維提升】知曉斷路、短路時電壓表的示數(shù)表現(xiàn)是解答“故障”類電路題的關鍵.

　　【拓展3】如圖所示，燈泡A和B都正常發(fā)光，R2忽然斷路，已知U不變，試分析A、B兩燈的亮度如何變化?

　　【解析】當R2忽然斷路時，電路的總電阻變大，A燈兩端的電壓增大，B燈兩端的電壓降低，所以將看到燈B比原來變暗了些，而燈泡A比原來亮了些.

　　易錯門診

　　【例4】如圖所示電路，已知電源電動勢E=6.3 V，內電阻r=0.5 Ω，固定電阻R1=2 Ω，R2= 3 Ω，R3是阻值為5 Ω的滑動變阻器.按下電鍵S，調節(jié)滑動變阻器的觸點，求通過電源的電流范圍.

　　【錯解】將滑動觸頭滑至左端，R3與R1串聯(lián)再與R2并聯(lián)，外電阻R= Ω=2.1 Ω

　　I= A=2.4 A

　　再將滑動觸頭滑至右端，R3與R2串聯(lián)再與R1并聯(lián)，外電阻R′= =1.6 Ω

　　I′= =3 A

　　【錯因】由于平時實驗，常常用滑動變阻器作限流用(滑動變阻器與用電器串聯(lián))，當滑動頭移到兩頭時，通過用電器的電流將最大或最小，以至給人以一種思維定勢：在沒有分析具體電路的情況下，只要電路中有滑動變阻器，滑動頭在它的兩頭，通過的電流是最大或最小.

　　【正解】將原圖化簡成如圖所示.外電路的結構是R′與R2串聯(lián)、(R3-R′)與R1串聯(lián)，然后這兩串電阻并聯(lián).要使通過電路中電流最大，外電阻應當最小，要使通過電源的電流最小，外電阻應當最大.設R3中與R2串聯(lián)的那部分電阻為R′，外電阻R為

　　R=

　　因為兩數(shù)和為定值，兩數(shù)相等時其積最大，兩數(shù)差值越大其積越小.

　　當R2+R′=R1+R3-R′ 時，R最大，解得

　　R′=2 Ω，R大=2.5 Ω

　　因為R1=2 Ω

　　R小= =1.6 Ω

　　由閉合電路的歐姆定律有：

　　I小= A=2.1 A

　　I大= A=3 A

　　【思維提升】不同的電路結構對應著不同的能量分配狀態(tài).電路分析的重要性有如力學中的受力分析.畫出不同狀態(tài)下的電路圖，運用電阻串聯(lián)、并聯(lián)的規(guī)律求出總電阻的阻值或阻值變化表達式是分析電路的首要工作.
看過"高二物理閉合電路歐姆定律公式及其應用 "的還看了:

1.高二物理閉合電路歐姆定律知識點復習

2.高二上冊物理公式

3.高二文科物理公式