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基础点知识点1 电动势和内阻
1.电源:电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化成电势能的装置。
2.电动势
(1)定义:电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。
(2)表达式:E=,单位:V。
(3)物理意义:反映电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量。
(4)特点:大小由非静电力的特性决定,跟电源的体积无关,也跟外电路无关,在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。
3.内阻:电源内部也是由导体组成,也有电阻r,该电阻叫做电源的内阻,它是电源的另一重要参数。
知识点2 闭合电路的欧姆定律
1.闭合电路
(1)组成
(2)内、外电压的关系:E=U内+U外。
2.闭合电路欧姆定律
(1)内容:在外电路为纯电阻的闭合电路中,电流的大小跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比。
(2)公式。
I=(只适用于纯电阻电路)。
E=U外+Ir(适用于所有电路)。
3.路端电压与外电阻的关系
(1)一般情况:U=IR=·R。
(2)特殊情况。
当外电路断路时,I=0,U=E。
当外电路短路时,I短=,U=0。
4.U-I关系图:如图所示,路端电压随着电路中电流的增大而减小。
(1)当电路断路即I=0时,纵坐标的截距为电动势。
(2)当外电路电压U=0时,横坐标的截距为短路电流。
(3)图线的斜率的绝对值为电源的内阻。
(4)对于U-I图象中纵坐标(U)不从零开始的情况,图线与横坐标的交点坐标小于短路电流,但直线的斜率大小仍等于电源的内阻。
5.电源的功率和效率
(1)电源的总功率:P总=EI。
(2)电源内部损耗功率:P内=I2r。
(3)电源的输出功率:P出=UI。
(4)电源的效率:η=×100%=×100%。
重难点一、闭合电路欧姆定律
1.公式表达
I=(适用于外电路为纯电阻电路)
E=U外+U内或E=U外+Ir(适合任何电路)
2.闭合电路中的电流和路端电压随电阻的变化规律
(1)当外电阻R增大时,总电流I=变小,又据U=E-Ir知,路端电压U变大。当R增大到无穷大时,I=0,U=E(断路)。
(2)当外电阻R减小时,总电流I=变大,又据U=E-Ir知,路端电压U变小。当R减小到零时,I=,U=0(短路)。
3.闭合电路中电源的U-I图象
电源的U-I图象即电源的伏安特性曲线,这是后续的“测电源的电动势和内阻”实验中数据处理的原理基础。
如图所示为电源的U-I图象。U为电源的路端电压,I为干路电流,由闭合电路欧姆定律可得U=E-Ir,图象是斜率为负值的倾斜直线的一部分。
(1)利用伏安特性曲线可以确定电源的电动势和内阻:根据U=E-Ir,U-I图象纵轴截距为电源的电动势E,图线斜率的绝对值为电源内阻,r=,横轴上的截距等于外电路短路时的电流,即Im=。
(2)当电源与某一电阻元件组成闭合电路时,电源的U-I图象和电阻的U-I图象的交点即为此电阻的电压和电流。二者的比值U/I为此时外电路电阻值。
(3)图线上每一点的横、纵坐标的乘积为对应情况下电源的输出功率,PR=UI,而电源的总功率P总=E·I,电源的内阻功率即发热功率Pr=P总-PR=EI-UI。
(4)两种U-I图象的比较
电源U-I图象 电阻U-I图象 图形 物理意义 电源的路端电压随电路电流的变化关系 电阻中的电流随电阻两端电压的变化关系 截距 与纵轴交点表示电源电动势E,与横轴交点表示电源短路电流 过坐标轴原点,表示没有电压时电流为零 坐标U、I的乘积 表示电源的输出功率 表示电阻消耗的功率 坐标U、I的比值 表示外电阻的大小,不同点对应的外电阻大小不同 每一点对应的比值均等大,表示此电阻的大小 斜率(绝对值) 电源电阻r 电阻大小 特别提醒
(1)用电器断路相当于所在支路的电阻变成无穷大,用电器短路相当于所在支路的电阻变为零。
(2)由于一般电源的内阻r很小,故外电压U随电流I的变化不明显,实际得到的图线往往只画在坐标纸上面一小部分,为充分利用坐标纸,往往将横轴向上移,纵坐标并不从零开始。
(3)电源的U-I图象注意纵轴不从零开始的情况,图线与横轴的交点坐标小于短路电流,但直线斜率的绝对值仍等于电源的内阻。二、电源的功率和效率
1.电源的功率
(1)任意电路:P总=IE=IU外+IU内=P出+P内
(2)纯电阻电路:P总=I2(R+r)=
2.电源内部消耗的功率
P内=I2r=IU内
3.电源的输出功率
(1)任意电路:P出=UI=EI-I2r=P总-P内
(2)纯电阻电路:P出=I2R==
(3)输出功率和外电阻的关系
当R=r时,电源的输出功率最大,为Pm=。
当R>r时,随着R的增大,输出功率越来越小。
当R<r时,随着R的增大,输出功率越来越大。
P出<Pm时
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