恒定电路

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闭合电路欧姆定律

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闭合电路欧姆定律

在接触闭合电路欧姆定律之前,同学们应该对初中物理中出现的欧姆定律做一个回忆。初中所学的欧姆定律公式是,U=IR;在我们高中称之为局部欧姆定律。我们在上一节电动势中探究了电源的“电压”,提到了电源的内电阻;初中电路中一直都认为电源是没有内阻的,也就是说路端电压=电源电压。当电源有内电阻时,也就有了内电压,那么这个时候电路各个部分的电压是什么关系呢?我们下面就来探究这一规律,闭合电路欧姆定律。

闭合电路欧姆定律内容

闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比。公式为E=I(R+r)=U外+U内,I表示电路中电流,E表示电动势,R表示外总电阻,r表示电池内阻。

闭合电路欧姆定律表达式

闭合电路欧姆定律有多个表达式,用得比较多的是:

(1)E=I (R+r);

(2)E=U外+U内;

(3)U外=E-Ir;

功率分配关系

P=P出+P内,即EI=UI+I^2*r。

闭合电路上功率分配关系,反映了闭合电路中能量的转化和守恒,即电源提供的电能,一部分消耗在内阻上,其余部分输出给外电路,并在外电路上转化为其它形式的能,能量守恒的表达式为:EIt=UIt+I^2rt(普遍适用) EIt=I^2Rt+I^2rt(只适用于外电路为纯电阻的电路)。

电源效率

电源的效率如何来理解呢,可以借助初中物理讲到的有用功的效率的计算方法,即外电路的功率除整个电源的功率。

(只适用于外电路为纯电阻的电路)由EIt=I^2Rt+I^2rt可知,外电阻R越大,电源的效率越高。输出功率最大时,R=r,此时电源的效率η=50%。当R>r时,外电阻R越大,电源的输出功率越低。

输出功率与电阻关系图像类似山峰轮廓,但不对称。有兴趣的同学可以在课下抽样出一些坐标点来试试。

当两个外电路符合R1×R2=r^2时,两个电路输出功率相等。η=U/E=R/R+r(斜体字只适用于外电路为纯电阻的电路)

几个概念

①内电路:电源内部的电路叫做闭合电路的内电路。

②内阻:内电路的电阻叫做电源的内阻。

③内电压:当电路中有电流通过时,内电路两端的电压叫内电压,用U内表示。

④外电路:电源外部的电路叫闭合电路的外电路。

⑤外电压:外电路两端的电压叫外电压,也叫路端电压,用U外表示。

⑥电动势:电动势表示在不同的电源中非静电力做功的本领,常用符号E(有时也可用ε)表示。

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