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【高中物理】闭合电路欧姆定律知识点专题汇总!

2019-07-12 高中物理



一、电源


1.电源:是将其它形式的能转化成电能的装置.


2.电动势:单位:V。非静电力搬运电荷所做的功跟搬运电荷电量的比值,E=W/q。


表示电源把其它形式的能电能本领的大小,等于电路中通过1 C电量时电源所提供的电能的数值。


在数值上= 电源没有接入电路时两极板间的电压,内外电路上电势降落之和E=U外+U内.


3.电动势是标量.要注意电动势不是电压;


电动势与电势差的区别(见表格)



电动势

电势差

物理意义

反映电源内部非静电力做功把其它形式的能量转化为电能的情况

反映电路中电场力做功把电能转化为其它形式能的情况

定义式

E=W/q

W为电源的非静电力把正电荷从电源内由负极移到正极所做的功

U=W/q

W为电场力把正电荷从电源外部由正极移到负极所做的功

量度式

E=IR+Ir=U外+U内

U=IR

测量

动用欧姆定律间接测量

用伏特表测量

决定因素

与电源的性质有关

与电源、电路中的用电器有关

特殊情况

当电源断开时路端电压值=电源的电动势


二、闭合电路的欧姆定律 


(对于给定电源:一般认为E,r不变,但电池用久后,E略变小,r明显增大。)


(1)内、外电路


①内电路:电源两极(不含两极)以内,如电池内的溶液、发电机的线圈等.内电路的电阻叫做内电阻r.内电路分得的电压称为内电压,


②外电路:电源两极间包括用电器和导线等,外电路的电阻叫做外电阻R,外电路分得的电压称为外电压(在电闭合电路中两源两极的电压是外电压)


(2) 闭合电路的欧姆定律  适用条件:纯电阻电路


①内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,与内、外电路的电阻之和成反比,即I=E/(R+r)


研究闭合电路,主要物理量有E、r、R、I、U,前两个是常量,后三个是变量。


【高中物理】闭合电路欧姆定律知识点专题汇总!  第1张


③讨论:1外电路断开时(I=0),路端电压等于电源的电动势(即U=E);而这时用电压表测量时,其读数略小于电动势(有微弱电流)


2外电路短路时(R=0,U=0)电流最大为 (一般不允许这种情况,会把电源烧坏)


(3)路端电压跟负载的关系


①路端电压:外电路的电势降落,也就是外电路两端的电压.U=E-Ir, 路端电压随着电路中电流的增大而减小;


路端电压随外电阻变化的情况:R↓→I↑→U↓,反之亦然。


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②电源的外特性曲线——路端电压U随电流I变化的图象:(U一I关系图线)


图象的函数表达:U=E-Ir


当外电路断路时 (即R→∞,I=0),纵轴上的截距表示电源的电动势E(E=U端);


当外电路短路时(R=0,U=0),横坐标的截距表示电源的短路电流I短=E/r;


图线的斜率的绝对值为电源的内电阻.


某点纵坐标和横坐标值的乘积为电源的输出功率,在图中的那块矩形的“面积”表示电源的输出功率,


该直线上任意一点与原点连线的斜率表示该状态时外电阻的大小;当U=E/2(即R=r)时,P出最大。η=50%


注意:坐标原点是否都从零开始:若纵坐标上的取值不从零开始取,则该截距不表示短路电流。


(4).闭合电路的输出功率


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①电源的总功率:P总=IE=IU外十IU内= IU+I2r,(闭合电路中内、外电路的电流相等,所以由E=U外+U内)


②电源的输出功率与电路中电流的关系:P=U×I;当I↑时U↓,当I↓时U↑,表明UI有极值存大。


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当R=r时(I=E/2r), 电源有最大输出功率:【高中物理】闭合电路欧姆定律知识点专题汇总!  第10张


结论:当外电路的电阻等于电源的内阻时,电源的输出功率最大。要使电路中某电阻R的功率最大;条件R=电路中其余部分的总电阻


例:电阻R的功率最大条件是:R= R0+r


输出功率随外电阻R变化的图线(如图所示);由图象可知,


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I.对应于电源的非最大输出功率P可以有两个不同的外电阻Rl和R2,不难证明【高中物理】闭合电路欧姆定律知识点专题汇总!  第12张


II.当R<r时,若R增大,则P出增大;III.当R>r时,若R增大,则P出减小.


IV.在电源外特性曲线上某点纵坐标和横坐标值的乘积为电源的输出功率,在图中的那块矩形的面积表示电源的输出功率,当U=【高中物理】闭合电路欧姆定律知识点专题汇总!  第13张时,P最大。


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应注意:


对于内外电路上的固定电阻,其消耗的功率仅取决于电路中的电流大小。


④电源内阻上的热功率:P内=U内I=I2r。


⑤电源的供电效率 


【高中物理】闭合电路欧姆定律知识点专题汇总!  第15张当电源的输出功率达最大时,η=50%。


(5)电源的外特性曲线和导体的伏安特性曲线


⑴联系:它们都是电压和电流的关系图线;


⑵区别:它们存在的前提不同,遵循的物理规律不同,反映的物理意义不同;


①电源的外特性曲线:


在电源的电动势用内阻r一定的条件下,通过改变外电路的电阻R使路端电压U随电流I变化的图线,遵循闭合电路欧姆定律。


U=E-Ir,图线与纵轴的截距表示电动势E,斜率的绝对值表示内阻r。


②导体的伏安特性曲线:


在给定导体(电阻R)的条件下,通过改变加在导体两端的电压而得到的电流I随电压U变化的图线;

遵循(部分电路)欧姆定律。I=【高中物理】闭合电路欧姆定律知识点专题汇总!  第16张


图线斜率的倒数值表示导体的电阻R。


【高中物理】闭合电路欧姆定律知识点专题汇总!  第17张


上图中a为电源的U-I图象;


b为外电阻的U-I图象;


两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压;


该点和原点之间的矩形的面积表示输出功率;


a的斜率的绝对值表示内阻大小;


 b的斜率的绝对值表示外电阻的大小;


当两个斜率相等时(即内、外电阻相等时图中矩形面积最大,即输出功率最大(可以看出当时路端电压是电动势的一半,电流是最大电流的一半)。


导体的伏安特性曲线-------导体中的电流随随导体两端电压变化图线,叫导体的伏安特性曲线。


区分三种图线


电源的外特性曲线——路端电压U随电流I变化的图象:(U一I关系图线)


输出功率随外电阻R变化的图线


规律方法  


1、电路结构分析  电路的基本结构是串联和并联,分析混联电路常用的方法是:


节点法:把电势相等的点,看做同一点.


回路法:


按电流的路径找出几条回路,再根据串联关系画出等效电路图,从而明确其电路结构


其普遍规律是:


①凡用导线直接连接的各点的电势必相等(包括用不计电阻的电流表连接的点)。


②在外电路,沿着电流方向电势降低。


③凡接在同样两个等势点上的电器为并联关系。


④不加声明的情况下,不考虑电表对电路的影响。


2、电表的改装:  微安表改装成各种表,关健在于原理


(1)灵敏电流表(也叫灵敏电流计):符号为G,用来测量微弱电流,电压的有无和方向.其主要参数有三个:


首先要知:微安表的内阻Rg、满偏电流Ig、满偏电压Ug。


满偏电流Ig即灵敏电流表指针偏转到最大刻度时的电流,也叫灵敏电流表的电流量程.


满偏电压Ug灵敏电流表通过满偏电流时加在表两端的电压.


以上三个参数的关系Ug= Ig Rg.其中Ig和Ug均很小,所以只能用来测量微弱的电流或电压.


采用半偏法先测出表的内阻;最后要对改装表进行较对。


(2) 半值分流法(也叫半偏法)测电流表的内阻,其原理是:


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(3)电流表:符号A,用来测量电路中的电流,并联电阻分流原理.如图所示为电流表的内部电路图,


设电流表量程为I,扩大量程的倍数n=I/Ig,由并联电路的特点得:


【高中物理】闭合电路欧姆定律知识点专题汇总!  第20张(n为量程的扩大倍数)

内阻【高中物理】闭合电路欧姆定律知识点专题汇总!  第21张,由这两式子可知,电流表量程越大,Rg越小,其内阻也越小.


(4)电压表:符号V,用来测量电路中两点之间的电压. 串联电阻分压原理 如图所示是电压表内部电路图.


【高中物理】闭合电路欧姆定律知识点专题汇总!  第22张


设电压表的量程为U,扩大量程的倍数为n=U/Ug,由串联电路的特点,得:

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(n为量程的扩大倍数)


电压表内阻【高中物理】闭合电路欧姆定律知识点专题汇总!  第24张,由这两个式子可知,电压表量程越大,分压电阻就越大,其内阻也越大.


改为欧姆表的原理 


【高中物理】闭合电路欧姆定律知识点专题汇总!  第25张


两表笔短接后,调节Ro使电表指针满偏,得Ig=E/(r+Rg+Ro)


接入被测电阻Rx后通过电表的电流为Ix=E/(r+Rg+Ro+Rx)=E/(R中+Rx)


由于Ix与Rx对应,因此可指示被测电阻大小


(6) 非理想电表对电路的影响不能忽略,解题时应把它们看作是能显示出本身电压或电流的电阻器.


①用电压表测得的电压实际上是被测电路与电压表并联后两端的电压,由于电压表内阻不可能无限大。


因此,测得的电压总比被测电路两端的实际电压小,表的内阻越大,表的示数越接近于实际电压值.


②用电流表测得的电流,实质上是被测量的支路(或干路)串联一个电阻(即电流表内阻)后的电流.因此,电流表内阻越小,表的示数越接近于真实值.


规律方法 


1、动态电路的分析与计算  电路动态变化分析(高考的热点)各灯、表的变化情况动态电路变化的分析是根据欧姆定律及串、并联电路的性质,来分析电路中某一电阻变化而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况,


常见方法如下:


(1)程序法: 基本思路是“部分→整体→部分”  部分电路欧姆定律各部分量的变化情况


【高中物理】闭合电路欧姆定律知识点专题汇总!  第26张


(2)直观法: 即直接应用“部分电路中R、I、U的关系”中的两个结论。


①任一个R增必引起通过该电阻的电流减小,其两端电压UR增加.( 局部电阻本身电流、电压)


②任一个R增必引起与之并联支路电流I并增加; 与之串联支路电压U串减小(称串反并同法)


【高中物理】闭合电路欧姆定律知识点专题汇总!  第27张


总结规律如下:


①总电路上R增大时总电流I减小,路端电压U增大;


②变化电阻本身和总电路变化规律相同;


③和变化电阻有串联关系(通过变化电阻的电流也通过该电阻)的看电流(即总电流减小时,该电阻的电流、电压都减小);


④和变化电阻有并联关系的(通过变化电阻的电流不通过该电阻)看电压(即路端电压增大时,该电阻的电流、电压都增大)。


(3)极限法: 即因变阻器滑动引起电路变化的问题,可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论。


(4)特殊值法:


对于某些双臂环路问题,可以采取代入特殊值去判定,从而找出结论。


当R=r时,电源输出功率最大为Pmax=E2/4r而效率只有50%。


2、电路故障分析与黑盒子问题  闭合电路黑盒。其解答步骤是:


①将电势差为零的两接线柱短接,如果黑盒内只有电阻,分析时,从阻值最小的两点间开始。


②在电势差最大的两接线柱间画电源


③根据题给测试结果,分析计算各接线柱之间的电阻分配,并将电阻接在各接线柱之间。


④断路点的判定:当由纯电阻组成的串联电路中仅有一处发生断路故障时,用电压表就可以方便地判定断路点:


凡两端电压为零的用电器或导线是无故障的;两端电压等于电源电压的用电器或导线发生了断路。


3、电路中的能量关系的处理  要搞清以下概念:


(1)电源的功率。电源消耗的功率、化学能转变为电能的功率、整个电路消耗的功率都是指εI或I2(R外+r)


(2)电源的输出功率、外电路消耗的功率都是指:IU或Iε一 I2r或I2R外


(3)电源内阻消耗的功率:I2r


(4)整个电路中  P电源= P外十P内


4、含电容器电路的分析与计算


电容器是一个储存电能的元件.


在直流电路中,当电容器充放电时,电路里有充放电电流,一旦电路达到稳定状态,电容器在电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑电容器是理想的不漏电的情况)的元件。


在电容器处电路看作是断路,简化电路时可去掉它.简化后若要求电容器所带电荷量时,可在相应的位置补上.


分析和计算含有电容器的直流电路时,需注意以下几点:


(1)电路稳定后,由于电容器所在支路无电流通过.所以在此支路中的电阻上无电压降,因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压.


(2)当电容器和用电器并联后接入电路时,电容器两极间的电压与其并联用电器两端的电压相等.


(3)电路的电流、电压变化时,将会引起电容器的充(放)电.


如果电容器两端电压升高,电容器将充电;


如果电压降低,电容器将通过与它并联的电路放电.电容器两根引线上的电流方向总是相同的,所以要根据正极板电荷变化情况来判断电流方向。


⑷如果变化前后极板带电的电性相同,那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量的差;


如果变化前后极板带电的电性改变,那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和。

End





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