闭合电路是指电荷沿电路绕一周后可回到原位置的电路。一个简单的闭合电路由
电源、用电器、导线和开关组成。闭合电路中的总电流是由电源和电路电阻决定,对一定的电源,r视为不变,因此,电流的变化总是由外电路的电阻变化引起的。
物理概述
闭合电路 :
电源是提供电能的,用电器是消耗电能的,导线是输送电能的,开关是控制电流通断的。
电源一般有电池和发电机,用电器就是像灯泡一类的。
物理简介
全电路
欧姆定律(
闭合电路欧姆定律)公式:I=E/(R+r)
其中E为
电动势,r为电源内阻,内电压U内=Ir,E=U内+U外
适用范围:纯电阻电路
物理公式
闭合电路中的能量转化:
E=U+Ir
EI=UI+I^2R
P释放=EI
P输出=UI
纯电阻电路中
P输出=I^2R
=E^2R/(R+r)^2
=E^2/(R+2r+r^2/R)
当 r=R时 P输出最大,P输出=E^2/4r
(均值不等式)
基本规律
电动势
电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量。要注意理解:
(1)是由电源本身所决定的,跟外电路的情况无关。
(2)物理意义:电动势在数值上等于电路中通过1库仑电量时电源所提供的电能或理解为在把1 库仑正电荷从负极(经电源内部)搬送到正极的过程中,非静电力所做的功。
(3)注意区别电动势和电压的概念。电动势是描述其他形式的能转化成电能的物理量,是反映非静电力做功的特性。电压是描述电能转化为其他形式的能的物理量,是反映电场力做功的特性。
闭合电路的欧姆定律
(1)意义:描述了包括电源在内的全电路中,电流强度与电动势及电路总电阻之间的关系。
(2)公式:;常用表达式还有:I=E/(R+r)
电压与电阻关系
闭合电路中的总电流是由电源和电路电阻决定,对一定的电源,r视为不变,因此,的变化总是由外电路的电阻变化引起的。
还可将路端电压表达为:以r为参量的U--I图像。
这是一条直线,纵坐标上的截距对应于电源电动势,横坐标上的截距为电源短路时的短路电流,直线的斜率大小等于电源的内电阻。
输出功率与外电阻关系
(1)外电阻等于内电阻。
(2)路端电压等于电源电动势的一半。
(3)输出电流等于短路电流的一半。
除去最大输出功率外,同一个输出功率值对应着两种负载的情况。一种情况是负载电阻大于内电阻,另一种情况是负载电阻小于内电阻。显然,负载电阻小于内电阻时,电路中的能量主要消耗在内电阻上,输出的能量小于内电阻上消耗的能量,电源的电能利用效率低,电源因发热容易烧坏,实际应用中应该避免。
同种电池的串联
n个相同的电池同向串联时,设每个电池的电动势为,内电阻为r,则串联电池组的总电动势,总内电阻,这样闭合电路欧姆定律可表示为,串联电池组可以提高输出的电压,但应注意电流不要超过每个电池能承受的最大电流。
电阻的测量
(1)伏安法:
伏安法测电阻的原理是部分电路的欧姆定律,
测量电路有安培表内接或外接两种接法:
两种接法都有系统误差,所以为了确定实验电路,一般有两种方法:一是比值法,二是试接法。
(2)欧姆表:欧姆表是根据闭合电路的欧姆定律制成的。
(3)用安培表和伏特表测定电池的电动势和内电阻。
如图1所示电路,用伏特表测出路端电压,同时用安培表测出路端电压时流过电流的电流I1;改变电路中的可变电阻,测出第二组数据;根据闭合电路欧姆定律,列方程组(如图2)
解之,求得(如图3)
上述通过两组实验数据求解电动势和内电阻的方法,由于偶然误差的原因,误差往往比较大,为了减小偶然因素造成的偶然误差,比较好的方法是通过调节变阻器的阻值,测量5组~8组对应的U、I值并列成表格,然后根据测得的数据在U--I坐标系中标出各组数据的坐标点,作一条直线,使它通过尽可能多的坐标点,而不在直线上的坐标点能均等分布在直线两侧,如图所示:这条直线就是闭合电路的U--I图像,U是I的一次函数,图像与纵轴的交点即电动势,图像斜率为电阻r。