(一)闭合电路欧姆定律
1、电源电动势:电源是把其他形式的能转化为电能的装置。电动势是表征电源把其他形式的能量转换成电能的本领大小的物理量;电动势的大小由电源本身的性质决定,数值等于电路中通过1C电量时电源所提供的能量,也等于电源没有接入电路时两极间的电压;电动势是标量,方向规定为由电源的负极经电源内部到正极的方向为电源电动势的方向。
2、闭合电路欧姆定律
(1)闭合电路由电源的内部电路和电源的外部电路组成,也可叫含电源电路、全电路。
(2)在闭合电路里,内电路和外电路都适用部分电路的欧姆定律,设电源的内阻为r,外电路的电阻为R,那么电流I通过内阻时在电源内部的电压降U内=Ir,电流流过外电阻时的电压降为U外=IR,由U外+U内=E,得。该式反映了闭合电路中电流强度与电源的电动势成正比,与整个电路的电阻成反比,即为闭合电路欧姆定律,适用条件是外电路为纯电阻电路。
3、路端电压与负载变化的关系
(1)路端电压与外电阻R的关系:
(外电路为纯电阻电路)
其关系用U—R图象可表示为:
(2)路端电压与电流的关系
U=E-Ir(普适式)
其关系用U—I图象可表示为
当R=∞时,即开路,
当R=0时,即短路,
其中,r=|tgθ|.
4、闭合电路中的功率
(1)电源的总功率(电源消耗的功率)P总=IE
电源的输出功率(外电路消耗的功率)P输=IU
电源内部损耗的功率:P损=I2r
由能量守恒有:IE=IU+I2r
(2)外电路为纯电阻电路时:
即当R=r时,
此时电源效率为:
(二)电压表和电流表
1、电流表:把表头G改装成电流表,即把表头的量程Ig扩大到电流表的量程I,这时应并联一个电阻R,起分流作用。
若电流表的扩大倍数为,由并联电路的特点得:
电流表的内阻:
2、电压表:把表头G改装成电压表,即把表头的量程Ug扩大到量程U,应串联一个电阻起分压作用。
若电压表的扩大倍数为,由串联电路的特点得:
电压表的内阻为:RV=R+Rg=nRg
量程:U=nUg=IgRV
(三)电阻的测量
1、伏安法测电阻
(1)原理:用电压表和电流表分别测出电压U和电流I,由求得.
(2)两种电路连接:
安培表的外接法:
测量值偏小,当时,R测≈Rx,外接法适用于测量低阻值的电阻.
安培表的内部法:
测量值偏大,当时,R测≈Rx,内接法适用于测量高阻值的电阻.
2、欧姆表测电阻
(1)当闭合开关S后,将变阻器的电阻调到有效电阻R2=2Ω时,电源消耗的总功率为16W,电源输出功率为12W,求灯泡电阻RL的阻值。
(2)若将开关S断开,此时灯泡L消耗的功率为多少?
(3)在开关S断开的情况下,仍要使灯泡消耗的功率和S闭合时相同,应将滑动变阻器的滑动片向哪边移动?移动到使其有效电阻值R2′等于多少的位置?
解析:
(1)因为电源内消耗功率:P内=I2r=P总-P出.所以
所以,灯泡电阻
(2)S断开后,通过灯泡L的电流为:
此时灯泡消耗的功率为:
(3)若S断开后仍要使灯泡消耗的功率和S闭合时相同,则由解(1)可知通过灯泡的电流仍应为1A,由闭合电路欧姆定律有:
即滑动变阻器的滑动片应向右滑动到R2′等于3Ω处.
例2、有一块满偏电流Ig=1mA、线圈电阻Rg=1kΩ的小量程电流表;
(1)把它改装成满偏电压U=10V的电压表;
(2)把它改装成满偏电流I=10mA的电流表。要求画出电路图,算出有关数据。
解析:
因电流表的满偏电流Ig<I,所以并联一个适当的分流电阻,即可改装成量程为10mA的电流表,原来电流的满偏电压Ug=IgRg=1V<U,故应串联一个适当的分压电阻,即可改装成量程为10V的电压表,其电路图如(a)、(b)所示。