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10　习题课：闭合电路欧姆定律的应用 1．闭合电路由内电路和外电路两部分组成，在外电路中沿着电流方向电势降低，在内电路中沿着电流方向电势升高．电动势等于内、外电路电势降落之和． 2．闭合电路的欧姆定律有三种表达形式，其表达式和适用范围分别为： (1)I＝(外电路为纯电阻电路)． (2)E＝IR＋Ir(外电路为纯电阻电路)． (3)E＝U外＋U内(任何电路)． 一、闭合电路的动态分析 1．特点：断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动，使闭合电路的总电阻增大或减小，引起闭合电路的电流发生变化，致使外电压、部分电路的电压和部分电路的电流、功率等发生变化．是一系列的“牵一发而动全身”的连锁反应． 2．思维流程： 例1在如图1所示的电路中，R1、R2和R3皆为定值电阻，R4为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r，设电流表的读数为I，电压表的读数为U，当R4的滑动触头向图中a端移动时(　　) 图1 A．I变大，U变小 B．I变大，U变大 C．I变小，U变大 D．I变小，U变小 针对训练　如图2所示的电路，闭合电键S，待电路中的电流稳定后，减小R的阻值．则(　　) 图2 A．电流表的示数减小 B．电压表的示数减小 C．电阻R2两端的电压减小 D．路端电压增大 二、闭合电路的功率 1．电源的总功率：P总＝EI；电源内电阻消耗的功率P内＝U内I＝I2r；电源输出功率P出＝U外I. 2对于纯电阻电路，电源的输出功率P出＝I2R＝[E/(R＋r)]2R＝，当R＝r时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为Pm＝.电源输出功率随外电阻变化曲线如图3所示． 图3 3．电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即η＝P出/P总＝IU/IE＝U/E. 对于纯电阻电路，电源的效率η＝＝＝1/(1＋) ，所以当R增大时，效率η提高．当R＝r(电源有最大输出功率)时，效率仅为50%，效率并不高． 例2　如图4所示，电路中E＝3 V，r＝0.5 Ω，R0＝1.5 Ω，变阻器的最大阻值R＝10 Ω. 图4 (1)在变阻器的阻值R为多大时，变阻器上消耗的功率最大？最大为多大？ (2)在变阻器的阻值R为多大时，定值电阻R0上消耗的功率最大？最大为多大？ 例3　如图5所示，直线A为电源的U－I图线，直线B为电阻R的U－I图线，用该电源和电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和效率分别是(　　) 图5 A．4 W， B．2 W， C．4 W， D．2 W， 三、含电容器电路的分析与计算方法 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，电容器处电路可看做是断路，简化电路时可去掉它．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低，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压． 2．当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等． 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，电容器将通过与它连接的电路放电． 例4　如图6所示，电源电动势E＝10 V，内阻可忽略，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF，求： 图6 (1)S闭合后，稳定时通过R1的电流； (2)S原来闭合，然后断开，这个过程中流过R1的总电荷量． 针对训练　如图7所示电路中，电源电动势E＝9 V，内阻r＝2 Ω，定值电阻R1＝6 Ω，R2＝10 Ω，R3＝6 Ω，电容器的电容C＝10 μF. 图7 (1)保持开关S1、S2闭合，求电容器所带的电荷量． (2)保持开关S1闭合，将开关S2断开，求断开开关S2后流过电阻R2的电荷量． 1．(闭合电路的动态分析)在如图8所示电路中，当滑动变阻器滑片P向下移动时，则(　　) 图8 A．A灯变亮、B灯变亮、C灯变亮 B．A灯变亮、B灯变亮、C灯变暗 C．A灯变亮、B灯变暗、C灯变暗 D．A灯变亮、B灯变暗、C灯变亮 2．(含电容器电路的分析与计算)如图9所示，已知C＝6 μF，R1＝5 Ω，R2＝6 Ω，E＝6 V，r＝1 Ω，电表均为理想电表，开关S原来处于断开状态，下列说法中正确的是(　　) 图9 A．开关S闭合瞬间，电流表的读数为0.5 A B．开关S闭合瞬间，电压表的读数为5.5 V C．开关S闭合后经过一段时间，再将开关S迅速断开，则通过R2的电荷量为1.8×10－5 C D．以上说法都不对 3．(闭合电路的功率和效率)电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比，如图10所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图线，直线B为电源b的路端电压与电流的关系图线