2019_2020学年高中物理第2章恒定电流第7节闭合电路的欧姆定律练习含解析新人教版选修3_1
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闭合电路的欧姆定律是高中物理中恒定电流章节的核心知识点,主要涉及电源的电动势、内电阻、外电阻以及电源的输出功率等问题。在闭合电路中,电源的电动势E代表电源本身的特性,它等于电源无负载(外电路断路)时的端电压。当外电路接通时,电路中的电流I会流动,此时端电压U会因电流而降低,这是因为电源内部有电阻,称为内电阻r。根据欧姆定律,内电阻两端的电压Ur=Ir。 1. **闭合电路的欧姆定律**:该定律表达式为U=E-Ir,其中E是电源电动势,I是电路中的电流,U是路端电压(外电压),r是电源内阻。当外电阻R增大时,电流I减小,内电压Ur减小,因此路端电压U增大。反之,如果外电阻减小,电流增大,内电压增大,路端电压减小。 2. **电源的功率与效率**:电源的输出功率P出=UI,其中U是路端电压,I是电流。当外电阻等于内电阻时,电源的输出功率达到最大。如果外电阻小于内电阻,电源内部消耗的功率P内=I^2r会增加,因为电流I增大,而电源效率η=P出/EI会下降。 3. **电路分析**:在含有可变电阻的闭合电路中,改变可变电阻的阻值会影响电路中的电流和各个部分的电压。例如,如果可变电阻阻值增大,电流减小,电源的输出功率可能减小,但电源内部消耗的功率却可能减小,因为电流减小导致I^2r减小。 4. **电源的路端电压与电流关系图**:这种图通常是一个U-I图,从图中可以读出电源的电动势和内阻。当I=0时,图线上与纵轴的交点表示电动势E;而图线的斜率则表示内阻r。例如,如果图线斜率为-2,那么内阻r就是2Ω。 5. **火警报警电路**:当传感器电阻R3的温度上升时,其电阻增大,导致总电阻增大,根据闭合电路欧姆定律,电流I会减小,但电源两端的电压(报警器两端的电压)U会增大,因为总电阻增大,使得电源对负载提供的电压增加。 6. **滑动变阻器的应用**:在含有滑动变阻器的电路中,改变滑动触点位置会改变并联部分的电阻,从而影响总电阻和电流。当滑动变阻器触头向下移动时,相当于并联电阻减小,总电阻减小,总电流增大。这对电路中各元件的工作状态会产生影响,例如,总电流增大可能导致某些灯变亮。 总结来说,闭合电路的欧姆定律是分析电路工作状态的基础,它帮助我们理解电源、负载电阻以及它们之间的能量转换关系。通过掌握这些基本概念和分析方法,可以解决各种电路问题,包括电源输出功率的优化、电路参数变化对电路性能的影响等。
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