高中物理：一张图学会闭合电路的欧姆定律！
一张图学会闭合电路的欧姆定律
从近年高考试题考点分布可以看出，高考对本章内容的考查重点有对电路基本概念和规律的考查以及对闭合电路欧姆定律的考查。电路动态分析，故障判断题，以非常高的频率出现在各地的高考题中。
1.电阻的串联、并联
1．串、并联电路的特点
2．几个有用的结论
(1)串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻，电路中任意一个电阻变大时，总电阻变大。
(2)并联电路的总电阻小于电路中任意一个电阻，任意一个电阻变大时，总电阻变大。
(3)某电路中无论电阻怎样连接，该电路消耗的电功率P总等于各个电阻消耗的电功率之和。
2.部分电路欧姆定律
1．内容
导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。
2．表达式
I＝U/R。
3．适用范围
(1)金属导电和电解液导电(对气体导电不适用)。
(2)纯电阻电路(不含电动机、电解槽等的电路)。
4．导体的伏安特性曲线
(1)I－U图线：
以电流为纵轴、电压为横轴所画出的导体上的电流随电压的变化曲线称为I－U图线，如图所示。
(2)比较电阻的大小：
图线的斜率k＝I/U＝1/R，图中R1>R2。
(3)线性元件：伏安特性曲线是直线的电学元件，适用欧姆定律。
(4)非线性元件：伏安特性曲线为曲线的电学元件，不适用欧姆定律。
3.闭合电路欧姆定律
1．闭合电路
(1)组成
①电源内部是内电路
②用电器、导线组成外电路
(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：闭合电路里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。
(2)公式：I＝E/（R+r）(只适用于纯电阻电路)。
3．路端电压与外电阻的关系
4．路端电压跟电流的关系
(1)关系式：U＝E－Ir。
(2)用图象表示如图所示，其中纵轴截距为电动势，横轴截距为短路电流，斜率的绝对值为内阻。
★电路的动态分析
1.程序法
电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路→变化支路。
2．“串反并同”结论法
(1)所谓“串反”，即某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小，反之则增大。
(2)所谓“并同”，即某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大，反之则减小。
即：
(3)极限法：因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑片分别滑至两个极端，让电阻最大或电阻为零去讨论。
程序法分析电路动态变化
(1)明确局部电路变化时所引起的局部电路电阻的变化。
(2)根据局部电阻的变化，确定电路的外电阻R总如何变化。
(3)根据闭合电路欧姆定律I总＝E总/（R+r），确定电路的总电流如何变化。
(4)由U内＝I总r确定电源的内电压如何变化。
(5)由U外＝E－U内确定路端电压如何变化。
(6)由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化。
(7)确定支路两端的电压以及通过各支路的电流如何变化。
★电源的功率和效率
1.电源的总功率
P总＝EI＝U外I＋U内I＝P出＋P内。
若外电路是纯电阻电路，则有
2．电源内部消耗的功率
P内＝I2r＝U内I＝P总－P出。
3．电源的输出功率
P出＝UI＝EI－I2r＝P总－P内。
若外电路是纯电阻电路，则有
由上式可以看出
(1)当R＝r时，电源的输出功率最大为Pm＝E2/4r。
(2)当R＞r时，随着R的增大输出功率越来越小。
(3)当R＜r时，随着R的增大输出功率越来越大。
(4)当P出＜Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1·R2＝r2。
(5)P出与R的关系如图所示。
4．电源的效率
因此R越大，η越大；当R＝r时，电源有最大输出功率，效率仅为50%。
如何在图象中求解电源的输出功率和效率
(1)分析图象问题时，一定要明确图线的含义，即要确定两坐标轴表示的物理意义。
(2)对闭合电路的U－I图象，图线上每一点纵、横坐标的乘积为电源的输出功率；纯电阻电路的图线上每一点纵、横坐标的比值为此时外电路的电阻。
(3)注意电源输出功率最大与电源效率的区别，输出功率增大时，效率不一定增大，当R＝r时，电源有最大输出功率，而效率仅为50%。
★闭合电路欧姆定律的应用
1.一般解题步骤
(1)分析电路，将复杂的电路简化，分析各电阻的连接情况。
(2)求出电路的总电阻，根据闭合电路欧姆定律求出总电流。若电路发生变化，可以列出方程组。
(3)应用串并联电路和部分电路欧姆定律研究各部分电路的情况，可以求解各部分电路的电阻、电压、电流、电功率等。
(4)根据计算所得结果，判断电路的工作情况，并分析结果的合理性。
2．应注意的问题
(1)判断电路故障，要首先确定是断路还是短路，然后依据电压表、电流表示数判断。例如断路故障，主要参考电压表示数，电压表有示数，则与电压表并联的部分发生断路。
(2)与电源串联的未知电阻可以等效为电源内阻，这是应用闭合电路欧姆定律常用的方法。