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閉合電路
鎖定
閉合電路是指電荷沿電路繞一週後可回到原位置的電路。一個簡單的閉合電路由電源、用電器、導線和開關組成。閉合電路中的總電流是由電源和電路電阻決定,對一定的電源,r視為不變,因此,電流的變化總是由外電路的電阻變化引起的。
- 中文名
- 閉合電路
- 外文名
- Closed circuit
- 基本組合
- 電源、用電器、導線和開關
- 總電流
- 是由電源和電路電阻決定
- 定 義
- 電荷沿電路繞一週後可回到原位
- 因變量
- 外電阻
- 類 型
- 物理名詞
閉合電路物理概述
閉合電路 :
電源是提供電能的,用電器是消耗電能的,導線是輸送電能的,開關是控制電流通斷的。
電源一般有電池和發電機,用電器就是像燈泡一類的。
閉合電路物理簡介
其中E為電動勢,r為電源內阻,內電壓U內=Ir,E=U內+U外
適用範圍:純電阻電路
閉合電路物理公式
閉合電路中的能量轉化:
E=U+Ir
EI=UI+I^2R
P釋放=EI
P輸出=UI
純電阻電路中
P輸出=I^2R
=E^2R/(R+r)^2
=E^2/(R+2r+r^2/R)
當 r=R時 P輸出最大,P輸出=E^2/4r
(均值不等式)
閉合電路基本規律
電動勢
電動勢是描述電源把其他形式的能轉化為電能本領的物理量。要注意理解:
(1)是由電源本身所決定的,跟外電路的情況無關。
(2)物理意義:電動勢在數值上等於電路中通過1庫侖電量時電源所提供的電能或理解為在把1 庫侖正電荷從負極(經電源內部)搬送到正極的過程中,非靜電力所做的功。
(3)注意區別電動勢和電壓的概念。電動勢是描述其他形式的能轉化成電能的物理量,是反映非靜電力做功的特性。電壓是描述電能轉化為其他形式的能的物理量,是反映電場力做功的特性。
閉合電路的歐姆定律
(1)意義:描述了包括電源在內的全電路中,電流強度與電動勢及電路總電阻之間的關係。
電壓與電阻關係
閉合電路中的總電流是由電源和電路電阻決定,對一定的電源,r視為不變,因此,的變化總是由外電路的電阻變化引起的。
還可將路端電壓表達為:以r為參量的U--I圖像。
這是一條直線,縱座標上的截距對應於電源電動勢,橫座標上的截距為電源短路時的短路電流,直線的斜率大小等於電源的內電阻。
輸出功率與外電阻關係
恆定電源輸出最大功率的三個等效條件是:
(1)外電阻等於內電阻。
(2)路端電壓等於電源電動勢的一半。
(3)輸出電流等於短路電流的一半。
除去最大輸出功率外,同一個輸出功率值對應着兩種負載的情況。一種情況是負載電阻大於內電阻,另一種情況是負載電阻小於內電阻。顯然,負載電阻小於內電阻時,電路中的能量主要消耗在內電阻上,輸出的能量小於內電阻上消耗的能量,電源的電能利用效率低,電源因發熱容易燒壞,實際應用中應該避免。
同種電池的串聯
n個相同的電池同向串聯時,設每個電池的電動勢為,內電阻為r,則串聯電池組的總電動勢,總內電阻,這樣閉合電路歐姆定律可表示為,串聯電池組可以提高輸出的電壓,但應注意電流不要超過每個電池能承受的最大電流。
電阻的測量
(2)歐姆表:歐姆表是根據閉合電路的歐姆定律製成的。
(3)用安培表和伏特表測定電池的電動勢和內電阻。
如圖1所示電路,用伏特表測出路端電壓,同時用安培表測出路端電壓時流過電流的電流I1;改變電路中的可變電阻,測出第二組數據;根據閉合電路歐姆定律,列方程組(如圖2)
解之,求得(如圖3)
上述通過兩組實驗數據求解電動勢和內電阻的方法,由於偶然誤差的原因,誤差往往比較大,為了減小偶然因素造成的偶然誤差,比較好的方法是通過調節變阻器的阻值,測量5組~8組對應的U、I值並列成表格,然後根據測得的數據在U--I座標系中標出各組數據的座標點,作一條直線,使它通過儘可能多的座標點,而不在直線上的座標點能均等分佈在直線兩側,如圖所示:這條直線就是閉合電路的U--I圖像,U是I的一次函數,圖像與縱軸的交點即電動勢,圖像斜率為電阻r。
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- 參考資料
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- 1. 建構主義思想下的教學設計與評析——例談"閉合電路歐姆定律"顧康清 2010, (12) .萬方數據[引用日期2017-10-12]
- 2. 利用“分壓定理”巧解閉合電路動態問題 .萬方數據[引用日期2017-10-12]
- 3. 閉合電路動態分析 黃輝錳《試題與研究:教學論壇》2015年 第2期 31-31頁 .維普期刊[引用日期2017-10-12]