闭合电路（共12篇）
闭合电路 篇1
一、破解动态电路比值类问题难点
例1在如图1所示电路中,闭合电键S,当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时,四个理想电表的示数都发生变化,电表的示数分别用I、U1、U2和U3表示,电表示数变化量的大小分别用ΔI、ΔU1,ΔU2如ΔU3表示,下列比值正确的是()
解:R1、R2串联组成外电路,V3表测路端电压,V1表测R1电压,V2表测R2电压,当P向下滑时,有效电阻增大,总电阻增大,总电流减小,路端电压增大,V3表示数变大,R1两端电压减小,V1表示数减小,V2表示数增大,且ΔU2>ΔU3.
因R1为定值电阻,故R1=U1/I=ΔU1/ΔI不变,因R2增大,故U2/I变大,又因(R1+R2)增大,故U3/I=(R1+R2)增大;由闭合电路欧姆定律构建函数有U2=E-I(r+R1),可知,因电流I变化,U2必定变化,由此可知ΔU2=-ΔI(r+R1),故有ΔU2/ΔI=-(r+R1)=定值;同理可得ΔU3/ΔI=-r=定值.选项为(A)(C)(D).
【体验】如图2所示电路中,电源电动势E恒定,内阻r=1Ω,定值电阻R3=5Ω.当电键S断开与闭合时,ab段电路消耗的电功率相等.则下列说法中正确的是()
(A)电阻R1、R2可能分别为4Ω、5Ω
(B)电阻R1、R2可能分别为3Ω、6Ω
(C)电键K断开时电压表的示数一定大于S闭合时的示数
(D)电键K断开与闭合时电压表的示数变化量大小与电流表的示数变化量大小之比一定等于6Ω
简析:将R3等效到电源内部,则R1或(R1+R2)单独工作时即为外电路,当两者消耗功率相等时,由电源输出功率特点有R1(R1+R2)=(r+R3)2,解得选项(A)正确;由电路规律知,选择项(C)正确,设电压表示数为U,通过电源的电流为I,不论电键闭合还是断开,都有U=E-(r+R3)I,从断开到闭合的变化为ΔU=(r+R3)ΔI,可知选项(D)正确.
点评:动态电路问题,从知识角度上,主要考查欧姆定律的应用,从能力角度上,主要考查逻辑推理能力.一般通过电键通断或滑动变阻器滑动头的移动或电路故障设置三个层次的问题:一是分析推断显示的电路现象(灯泡亮暗变化或电表示数变化等),二是分析推理变化程度(即比较亮暗变化明显程度或示数变化大小程度),三是推证电学量的比值变化与否.这三个层次的问题,第三类就需从欧姆定律出发,构建函数,以破解思维难点.
二、破解非线性元件工作电阻难点
非线性元件是指电阻随所加电压变化而变化的电阻元件,其伏安特性图象是一条曲线,其工作电阻在不同条件下的不同造成了含有非线性元件的电路问题的解题难点.解题中若善于并加工利用其伏安图象,就能快捷、准确解决相关问题.
例2如图3甲所示的电路中R1=R2=100Ω,是阻值不随温度而变的定值电阻.白炽灯泡L的伏安特性曲线如图乙的I-U图线所示.电源电动势E=100 V,内阻不计.求:
(1)当电键S断开时,灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实际电功率;
(2)当电键S闭合时,灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实际电功率.
点评:用电器的伏安特性图线和伏安工作关系图线的交点就是用电器在具体的电路中的工作状态点,解题中应通过欧姆定律建立用电器两端电压与通过电源电流的工作关系,在特性图中作出工作图线,就可轻松解决问题,切不可耗时又费力的在特性图中验证式的“凑”数值.
【体验】如图5所示,图5甲为一个灯泡两端电压与通过它的电流的变化曲线,参考这条曲线回答下列问题(不计电流表内阻,线路提供电压不变):若将两个这样的灯泡并联后再与定值电阻R1串联,接在电压恒定为8 V的电路上,如图5乙所示,求通过电流表的电流值及每个灯泡的实际功率.
简析:设灯泡在图示下工作的电压为U,通过灯泡的电流为I,由电路规律有U=U0-2IR1,即U=8-20I,在原灯泡U-I特性图象上做出U=8-20I的图象(图略),两图线的交点即为灯泡实际工作点,读得I=0.3 A,P=0.6 W.
说明:解题中容易失误的环节是把外电路的U-I工作关系图线(即电源伏安特性图线)当成某一用电器的U-I工作关系图线,造成失误.且要注意,因工作元件(灯泡)的工作电阻不可能为零,且仅为外电路中的一部分,工作电压不会达到电动势和零,故工作关系图线(直线)两端画为虚线.
闭合电路 篇2
第1课时
一、教学目标
1．知道电动势是表征电源特性的物理量，它在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压；从能量转化的角度理解电动势的物理意义。2．明确在闭合回路中电动势等于电路上内、外电压之和。3．熟练掌握闭合电路欧姆定律的两种表达式
和
及其适用条件。
二、教学重点、难点分析: 1．重点：闭合电路欧姆定律的内容；
2．难点：应用闭合电路欧姆定律进行简单电路的分析计算。
三、教学方法：实验演示，启发式教学
四、教 具：不同型号的干电池若干、小灯泡（3.8V）、电容器一个、纽扣电池若干、手摇发电机一台、可调高内阻蓄电池一个、电路示教板一块、示教电压表（0～2.5V）两台、10Ω定值电阻一个、滑线变阻器（0～50Ω）一只、开关、导线若干。
五、教学过程：
（一）新课引入
教师：同学们都知道，电荷的定向移动形成电流。那么，导体中形成电流的条件是什么呢？（学生答：导体两端有电势差。）
演示：将小灯泡接在充电后的电容器两端，会看到什么现象？（小灯泡闪亮一下就熄灭。）为什么会出现这种现象呢？
分析：当电容器充完电后，其上下两极板分别带上正负电荷，如图1所示，两板间形成电势差。当用导线把小灯泡和电容器两极板连通后，电子就在电场力作用下沿导线定向移动形成电流，但这是一瞬间的电流。因为两极板上正负电荷逐渐中和而减少，两极板间电势差也逐渐减小为零，所以电流减小为零，因此要得到持续的电流，就必须有持续的电势差。
教师：能够产生持续电势差的装置就是电源。那么，如何描述电源的特性？电源接入电路，组成闭合电路，闭合电路中的电流有什么规律呢？这节课我们就来学习闭合电路欧姆定律。
（二）进行新课
【板书】第七节 闭合电路欧姆定律 【板书】
一、闭合电路欧姆定律 【板书】1．闭合电路的组成
闭合电路由两部分组成，一部分是电源外部的电路，叫做外电路，包括用电器和导线等。另一部分是电源内部的电路，叫内电路，如发电机的线圈、电池的溶液等。外电路的电阻通常叫做外电阻。内电路也有电阻，通常叫做电源的内电阻，简称内阻。
【板书】2．电动势和内、外电压之间的关系
教师：各种型号的干电池的电动势都是1.5V。那么把一节1号电池接入电路中，它两极间的电压是否还是1.5V呢？用示教板演示，电路如图2所示，结论：开关闭合前，电压表示数是1.5V，开关闭合后，电压表示数变为1.4V。实验表明，电路中有了电流后，电源两极间的电压减小了。
教师：上面的实验中，开关闭合后，电源两极间的电压降为1.4V，那么减少的电压哪去了呢？用投影仪展示实验电路，如图3所示。
接在电源外电路两端的电压表测得的电压叫外电压。在电源内部电极附近的探针A、B上连接的电压表测得的电压叫内电压。我们现在就通过实验来研究闭合电路中电动势和内、外电压之间的关系。
教师：向学生介绍实验装置及电路连接方法，重点说明内电压的测量。实验中接通S1、S2，移动滑动变阻器的滑动头使其阻值减小，由两个电压表读出若干组内、外电压U′和U的值。再断开S1，由电压表测出电动势E。分析实验结果可以发现什么规律呢？
学生：在误差许可的范围内，内、外电压之和等于电源电动势。
【板书】在闭合电路中，电源的电动势等于内、外电压之和，即E=U′＋U 教师：我们把公式 E=U′＋U两边同乘以电量q，得到qE=qU′＋qU，这个式子的物理含义是什么呢？在第一章我们学习过一个公式W=qU，用来计算电场力对电荷做的功。所以qU′＋qU等于电量q通过外电路和内电路时消耗的总电能。由能量守恒定律可知，qE就应该是电源提供的总电能。当q=1C时电源提供的总电能就是EJ，数值上等于电动势。电源提供给电路的总电能是其他非静电力做功转化而来的，所以，电动势的大小也可以反映出电源把其他形式的能转化为电能的本领。例如干电池的电动势是1.5V，它的物理含义是什么呢？（1）表示非静电力把1C正电荷从电源负极搬到正极所做的功是1.5J；（2）表示电场力搬运1C正电荷沿闭合回路走一周所做的功是1.5J。【板书】
3、闭合电路欧姆定律 问题设计：
如图4所示电路中电源电动势为E，内阻为r，外电阻为R，试求电路中的电流I 引导学生推导： ∵E=U+U′
而U=IR U′=Ir ∴ E=IR+Ir 或者写成：
其中，R+r表示整个电路总电阻，R为外电路总电阻，r为内阻，I为闭合电路总电流。上式表明：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比，这就是闭合电路欧姆定律。
说明：闭合电路欧姆定律的适用条件：纯电阻电路。【板书】（1）内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比（2）公式：
或者
（3）适用条件：纯电阻电路
（三）例题精讲
【例题1】在如图5所示的电路中，R1=14.0Ω，R2=9.0Ω，当开关S扳到位置1时，电流表的示数为I1=0.20A；当开关S板到位置2时，电流表的示数为I2=0.30A，求电源的电动势和内电阻。
（E＝3.0V，r＝1.0Ω）
目的：（1）熟悉闭合电路欧姆定律；（2）介绍一种测电动势和内阻的方法
（四）总结、拓展
1．电动势是描述电源将其它形式能转化为电能本领的物理量，数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压，数值上还等于闭合电路内、外电压之和。2．闭合电路欧姆定律的两种表达式纯电阻电路
和
注意适用条件：
第2课时
一、教学目标
1．通过复习，熟练掌握闭合电路欧姆定律的两种表达式
和及其适用条件。
2．熟练掌握路端电压和负载的关系。
3．掌握电源的总功率P总=IE，电源的输出功率P输=IU，电源内阻上损耗的功率P内=I2r及它们之间的关系：
二、教学重点、难点分析
1．重点：应用闭合电路欧姆定律讨论电路中的路端电压、电流强度随外电阻变化的关系。
2．难点：短路、断路特征，路端电压随外电阻的变化。
三、教学方法：实验演示，启发式教学
四、教 具：电路示教板一块，示教电压表（0～2.5V）、电流表，10Ω定值电阻一个，滑线变阻器（0～50Ω）一只，开关，导线若干。
五、教学过程：
（一）新课引入 教师：上节课我们学习了闭合电路的欧姆定律，请大家写出闭合电路欧姆定律的两个表达式。学生：；
教师：当外电路的电阻变化时，外电路两端的电压、电路中的电流、电功率怎么变化呢？这节课我们就来学习这些内容。
（二）进行新课
【板书】第七节 闭合电路欧姆定律 【板书】
三、路端电压跟负载的关系 【板书】
1、路端电压
外电路的电势降落，也就是外电路两端的电压，叫做路端电压。
路端电压就是电源加在负载（用电器）上的“有效”电压，也就是电源两极之间的电压。那么路端电压与负载之间有何关系呢？ 【板书】
2、路端电压跟负载的关系 实验：如图所示。
实验结论：
当负载电阻R增大时，电流I将减小，则电源内阻上的电势降Ir将减小，所以路端电压U增大，所以路端电压U随外电阻的增大而增大。引导学生分析：
由 得 路端电压表达式为：
可见，电源的电动势和内阻r是一定的，当负载电阻R增大时，由 知电流I将减小，由知路端电压增大；相反，当负载电阻R减小时，电流I增大，路端电压减小。（培养学生分析推理能力）两个特例：（1）短路
当R→0时，I→E/r，可以认为U=0，路端电压等于零。这种情况叫电源短路。发生短路时，电流强度叫短路电流，一般，电源的内阻都比较小，所以短路电流很大。一般情况下，要避免电源短路。（2）断路
当R→∞，也就是当电路断开时，I→0则U=E。当断路（亦称开路）时，路端电压等于电源的电动势。
说明：在用电压表测电源的电压时，有电流通过电源和电压表，外电路并非断路，这时测得的路端电压并不等于电源的电动势。只有当电压表的电阻非常大时，电流非常小，此时测出的路端电压非常近似地等于电源的电动势。【板书】
3、U-I图线
如图所示为
的函数图像，是一条倾斜向下的直线。
从图线可以看出，路端电压U随着电流I的增大而减小。图线还反映出电源的特性：直线的倾斜程度跟内阻r有关，内阻越大，倾斜得越厉害；直线与纵轴交点的纵坐标表示电源电动势的大小（I=0时，U=E）。【板书】
四、闭合电路中的功率
在公式E=U外 +U内中，两端乘以电流I得到：式中分别表示外电路和内电路上消耗的电功率，表示电源提供的电功率。上式表示，电源提供的电能只有一部分消耗在外电路上，转化为其它形式的能。另一部分消耗在内电路上，转化为内能。电动势E越大，电源提供的电功率越大，这表示电源把其他形式的能转化为电能本领越大。如果外电路为纯电阻电路，上式可表示为
（三）例题精讲
电路结构变化问题的讨论
【例1】在如图所示的电路中，在滑动变阻器R2的滑动头向下移动的过程中，电压表V和电流表A的示数变化情况如何？
目的：熟悉路端电压随外电阻变化的关系及分析方法。
【例2】如图甲所示的电路中，电源的电动势E和内阻r恒定，当负载R变化时，电路中的电流发生变化，于是电路中的三个功率：电源的总功率P总、电源内部消耗功率P内和电源的输出功率P外随电流变化的图线可分别用图乙中三条图线表示，其中图线Ⅰ的函数表达式是______；图线Ⅱ的函数表达式是______；图线Ⅲ的函数表达式是______。
【例3】在如图所示的电路中，R1=10 Ω，R2=20 Ω，滑动变阻器R的阻值为0~50 Ω，当滑动触头P由I向b滑动的过程中，灯泡L的亮度变化情况是_______
A.逐渐变亮 B.逐渐变暗 C.先变亮后变暗 D.先变暗后变亮 解析：灯泡的亮度由灯的实际功率大小决定.电灯灯丝电阻不变，研究通过灯丝电流的大小可知灯的亮度.电源电动势E和内阻r不变，通过灯泡电流由外电路总电阻决定。外电阻是由滑动变阻器连入电路部分的电阻决定的，当滑动触头由a向b滑动过程中，滑动变阻器连入电路部分的电阻增大，总电阻增大，总电流 减少，灯泡的实际功率PL=I2RL减小，灯泡变暗。综上所述，选项B正确。闭合电路欧姆定律的定量应用 【例4】 如图所示电路中，R1=0.8Ω，R3=6Ω，滑动变阻器的全值电阻R2=12 Ω，电源电动势E=6 V，内阻r=0.2 Ω，当滑动变阻器的滑片在变阻器中央位置时，闭合开关S，电路中的电流表和电压表的读数各是多少?
电压表V1测量电源的路端电压，根据E=U外+U内得 U1=E-Ir=6 V-1.5×0.2 V=5.7 V 即电压表V1的读数为5.7 V.点评：
1.电路中的电流表、电压表均视为理想电表（题中特别指出的除外），即电流表内阻视为零，电压表内阻视为无穷大。2.解答闭合电路问题的一般步骤：
（1）首先要认清外电路上各元件的串并联关系，必要时，应进行电路变换，画出等效电路图。
（2）解题关键是求总电流I，求总电流的具体方法是：若已知内、外电路上所有电阻的阻值和电源电动势，可用全电路欧姆定律（）直接求出I；若内外电路上有多个电阻值未知，可利用某一部分电路的已知电流和电压求总电流I；当以上两种方法都行不通时，可以应用联立方程求出I。
（3）求出总电流后，再根据串、并联电路的特点或部分电路欧姆定律求各部分电路的电压和电流。
（四）总结、拓展
1．电动势是描述电源将其它形式能转化为电能本领的物理量，数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压，数值上还等于闭合电路内、外电压之和。2．闭合电路欧姆定律的两种表达式
和
注意适用条件：纯电阻电路
3．路端电压跟负载的关系：当负载电阻R增大时，电流I减小；路端电压U增大；相反，当负载电阻R减小时，电流I增大，路端电压U减小。
4．闭合电路中的功率：课堂练习：
或
（五）布
1．在测量电源电动势和内电阻时得到如图所示的路端电压随电流变化的图象，由图象可知
[
]
A．电源的短路电流为0.6A。
B．电源的内电阻为5Ω。
C．电源电动势为3.0V。
D．上述结论都不正确。
2．在右图所示电路中，电源电动势ε＝15V，内电阻r＝5Ω，电阻R1＝25Ω，当K闭合后，伏特表的读数是9V，试求：
(1)K断开时伏特表的读数；
(2)K闭合后外电路总电流；
(3)电阻R2的大小。3．在右图中，已知R1＝6Ω，R2＝2Ω，R3＝3Ω，电源电动势ε＝3 V，内阻r＝1Ω，求在下列各种情形中伏特表的读数。
(1)K1、K2、K3都断开；
(2)K1闭合，K2、K3断开；
(3)K1、K2闭合，K3断开。
4．图中变阻器R1的最大阻值是4Ω，R2＝6Ω，电源内阻r＝1Ω，闭合K，调节滑动头P到R1中点时，灯L恰能正常发光，此时电源总功率为16W，电源输出功率为12W。求：
(1)灯电阻RL；
(2)断开K要使灯仍正常发光，P点应如何滑动，并求这时电源的输出功率和效率。
闭合电路欧姆定律演示实验的探究 篇3
【演示一】路端电压的测量：闭合K1，将双刀双掷开关放在1处，数字电压表的读数即为路端电压，改变变阻器R的阻值以增大干路中的电流，实验发现路端电压随电流的变大而减小。
【演示二】内电压的测量：闭合K1，将双刀双掷开关放在2处，数字电压表的读数即为内电压。
【演示三】电动势的测量，断开K1，将双刀双掷开关放在1处，数字电压表的读数即为电动势。
【演示四】接通K1，调节外电路的电阻R，改变干路中的电流强度I，记录内压和路端电压U。
实验数据：
实验发现：当外电路的电阻R增大，干路中的电流I减少时，内压U′减小，路断电压U增大，但两者之和U′+U为一恒量，且在数值上等于电源电动势E。
【演示五】接通外电路，保持外电路电阻R不变，把通道中的闸板上下移动（即改变内阻r），记录内压和路端电压U。
实验数据：
实验发现：内阻r增大，干路中电流I减小时，路端电压U减小，内压U′增加，且两者之和U′+U亦为一恒量，在数值上等于电源电动势E。
通过实验得到电源电动势与内、外电路上的电压U、U′的关系：
E=U′+U
=IR+Ir
∴I=E/（R+r）
即得到闭合电路的欧姆定律。在闭合电路中的电流强度与电源的电动势成正比，与内、外电路中的电阻之和成反比。
闭合电路 篇4
1 正确理解电源电动势、外电压、内电压、外电阻、内电阻、短路电流等物理概念
1.1 电源的电动势 (E)
1) 概念
电源电动势就是电源没有接入电路时两极间的电压。对这个概念正确理解的关键是对“电源没有接入电路”这句话的理解和认识。“电源没有接入电路”有三种情况:
(1) 电源确实没有与任何电路连接, 这时电源两极间的电压就是电源的电动势。
(2) 电源与外电路连接, 但没有连通, 电路没有形成电流, 这时电源两极间的电压仍是电源的电动势。
(3) 电源与外电路连接, 只与电压表连接, 形成了微小电流, 由于电压表的内阻很大, 通常被视为理想电压表。这时电压表的示数近似为电源电动势。
2) 电源电动势的大小
电源电动势的大小是由电源内部储存的能量或将其他形式能转化成电能的本领来决定。因此不同的电源, 其电动势各不相同, 同类同型号的电源, 电动势相同。
电源电动势的近似值, 由于通常将电压表看成是理想电压表, 其内阻被看成无穷大, 通过它的电流很小, 小得可以忽略, 因此直接将电压表的正负极接到电源的正负时, 电压表的示数就可以看成电源电动势的近似值。
1.2 外电压 (U) 、外电阻 (R)
1) 外电压
(1) 外电压也叫路端电压, 是电源与外部电路连通时电源两端的电压。在这个概念中有两点必须强调, 一是电源必须与外电路连通并能形成电流;二是此电压是除了电源以外的电路两端的电压。
(2) 外电压的大小等于通过外电路的电流与外电路电阻的乘积, 即U=IR。
2) 外电阻 (R)
这部分电路可能是由一个电阻或用电器组成, 也可能是由多个电阻、用电器串联或并联而成。
(1) 对于由一个电阻或用电器组成的外部电路而言, 外电阻 (R) 的值就是这个电阻或用电器的电阻值;
(2) 但对于由多个电阻、用电器组成的电路就要视具体的情况, 作具体的分析: (1) 由多个电阻或用电器串联而成的外部电路, R=R串; (2) 由多个电阻或用电器并联而成的外部电路, R=R并; (3) 由多个电阻或用电器混联而成的外部电路, R=R混, 混联电路的电阻可以看成是由两大部分组成, R混=R串+R并, 当然并联电阻将视具体电路来确定, 如果电路中有多处出现并联, 并联电阻等于各部分并联电路的并联电阻总和。
1.3 内电压 (U′) 、内电阻 (r)
1) 内电压 (U′) 就是电源内部电路两端的电压。
2) 内电阻 (r) 就是电源内部电路的电阻。
3) 内电压与内电阻的关系:U′=Ir
1.4 短路电流
短路电流就是直接将电源两极用导线连接时电路中的电流, 电源短路时外电阻零。
2 电源的电动势 (E) 、外电压 (U) 、内电压 (U′) 三者的关系
电源的电动势等于闭合电路中的外电压和内电压之和。
即:E=U+U′, 或者:E=IR+Ir。
3 闭合电路的欧姆定律
3.1 闭合电路的欧姆定律的内容
闭合电路中的电流, 跟电源的电动势成正比, 跟内外电阻之和成反比。
在学生正确理解认识并掌握了电源的电动势 (E) 、外电压 (U) 、内电压 (U′) 及其关系后, 学生就能推导出闭合电路的欧姆定律的公式。通过引导学生, 他们就能正确理解闭合电路的欧姆定律。关键问题在让学生如何正确应用闭合电路的欧姆定律。
3.2 闭合电路的欧姆定律的应用
闭合电路的欧姆定律确定了电流与电动势和内外电阻之间的关系, 而电源的电动势和内电阻一般认为不变, 这是闭合电路欧姆定律应用的关键。闭合电路的欧姆定律的应用主要有两类, 一类是利用它求电源电动势和内电阻;另一类是它判断内、外电压随外电阻变化的规律。
3.2.1 利用闭合电路的欧姆定律求电源电动势和电源的内电阻
如上图所示, 当开关K1、K2断开时, 电压表的示数为3伏特;K1、K2都闭合时, 电流表的示数1.5安培。K1闭合, K2断开时, 电流表的示数为0.5安培, 电压表的示数为2伏特, 求电源的电动势、内电阻和R的值。
解此题的关键, 在于学生对电源电动势和短路电流两个概念的理解, 学生正解理解掌握了电源电动势和短路电流的概念, 就能在“当开关K1、K2断开时, 电压表的示数为3伏特;K1、K2都闭合时, 电流表的示数1.5安培”, 这句话中得到启示。因为电源电动势是电源没有接入电路时两极间的电压。K1、K2断开, 电源虽然接入电路, 由于电压表通常被看成理想电压表, 内阻被视为无穷大, 通过的电流很小, 可忽略不计, 在此情况下, 电压表的示数就是电源的电动势。K1、K2都闭合, 此时电源处于短路状态, 因为电流表通常被看成理想电流表-内阻很小, 可以忽略不计。电源短路, 外电阻为零, 利用闭合的欧姆定律就可以求出电源的内电阻。学生正解理解认识了外电压的概念后, 就可以直接从“K1闭合, K2断开时, 电流表的示数为0.5安培, 电压表的示数为2伏特”中得到启示。因为外电压是电源接入电路后电源两极间的电压, K1闭合, K2断开时, 电压表的示数就是外电路的电压, 电流表的示数就是外电路中通过的电流, 因此利用部分电路的欧姆定律就可以直接求出外电路的电阻。
3.2.2 利用闭合电路的欧姆定律判断电路中的电流内、外电压随外电阻变化的规律
3.2.2. 1 闭合电路中的电流随外电阻变化的规律
根据闭合电路的欧姆定律:, 电路中的电流随着外电阻的增大而减小, 相反随着外电阻的减小而增大。
3.2.2. 2 外电压随外电阻变化的规律
根据闭合电路的欧姆定律, 外电压:U=E-Ir, 外电压随外电阻的增大, 电路中电流减小, 外电压增大;相反, 外电阻减小, 电路中电流增大, 外电压减小。当然也可以利用部分电路的欧姆定律和闭合电路的欧姆定律相结合, 直接得出同样的结论:, 外电压随外电阻的增大而增大, 相反, 外电压随外电阻的减小而减小。可见, 外电压随着外电阻的增大而增大, 随着外电阻的减小而减小。
3.2.2. 3 内电压随着外电阻变化的规律
根据部分电路的欧姆定律, 内电压:U′=Ir, 根据闭合电路的欧姆定律, 内电压:, 因为电源电动势和内电阻一般不变, 故内电压随着外电阻的增大而减小, 相反, 内电阻随着外电阻的减小而增大。
教案示例[闭合电路欧姆定律] 篇5
一、素质教育目标
（一）知识教学点
1.初步了解电动势的物理意义．
2.了解电动势与内外电压的关系．
3.理解闭合电路欧姆定律及其公式，并能熟练地用来解决有关的电路问题．
4.理解路端电压与电流（或外电阻）的关系，知道这种关系的公式表达和图线表达，并能用来分析、计算有关问题．
5.理解闭合电路的功率表达式，理解闭合电路中能量的转化．
（二）能力训练点
通过用公式、图像分析外电压随外电阻变化而变化的规律，培养学生用多种方法分析问题的能力．
（三）德育渗透点
1.通过外电阻的改变而引起I、U变化的深入分析，树立事物之间存在普遍的相互联系的观点．
2.通过对闭合电路的分析计算，培养学生能量守恒的思想．
二、重点、难点、疑点及解决办法
1.重点
①正确理解电动势的物理意义．
②对闭合电路欧姆定律的理解和应用．
2.难点
路端电压、电流随外电阻变化规律．
3.疑点
路端电压变化的原因（内因、外因）．
4.解决办法
制作多媒体课件，采用类比分析、动态画面、图像等帮助同学增强感性认识，逐步了解电动势的含义，推导闭合电路欧姆定律公式，分析各项的意义，使学生有初步整体感知，精选运用闭合电路欧姆定律分析路端电压随外电阻改变而改变的规律的典型例题，结合图像分析突破难点．
三、课时安排
1课时
四、教具学具准备
小电珠（2.5V）、若干节不同型号电池、蓄电池、电压表
五、学生活动设计
学生观察、动手测电源电动势，并边观察边思考，逐步推导闭合电路欧姆定律，在教师的启发下逐渐理解公式含义，引导学生用公式法和图像法去分析同一问题．
六、教学步骤
（一）明确目标
（略）
（二）整体感知
本节课是在学习部分电路知识的基础上进行的，是部分电路欧姆定律的延伸，是以后对复杂电路分析的基础，也是本章的教学重点．
（三）重点、难点的学习与目标完成过程
1.提问，引入新课
导体中产生电流的条件是什么？
导体两端有电势差．
电源就是能提供电能并能维持一定的电势差（电压）的装置，各种电源两端电压是否相同？
2.新课教学
（1）电源电动势
演示1 展示1#、2#、5#、7#电池，并请几位同学观察电池上的规格（均为1.5V）．
用电压表分别测出两端电压，读数均为1.5V
演示2 用电压表测蓄电池电压，读数为2.0V
可见，电源两端间电压是由电源本身性质决定的，同种电源两极间电压相等，不同种电源两极间电压不同，为了表示电源的这种特性，物理学中引入电动势概念．
电源电动势等于电源没有接人电路时两极间的电压，用符号E表示．
怎样测量电动势？
用电压表直接测量电源两极．
各种型号的干电池电动势为多少？
1.5V
可见电池所标的值，实际上就是电池的电动势．
（2）闭合电路欧姆定律
闭合电路由电源外部的电路（外电路）和电源内部的电路（内电路）组成．
理论分析表明，在闭合电路中，电源内部电势升高的数值等于电路中外电阻上的电势降落与内电阻上电势降落之和，即
E＝U外＋U内
①
设闭合电路中的电流为I，外电阻为R，内阻为r，由欧姆定律可知
U外＝IR U内＝Ir代入①式得E＝IR＋Ir IE
Rr
②
②式表示：闭合电路中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，这个结论叫做闭合电路欧姆定律．
（3）路端电压跟负载的关系
提问：当外电阻R（负载）改变时，路端电压U如何变化，变化规律如何？
①演示：按图1让同学接线，注意电表的正负极性，改变Ｒ的大小，发现如下规律：
图1
当R增大，电流I减小，U增大；当R减小，I增大，U减小．
②请同学运用学过的知识分析推导：
∵U＝E－U内＝E－Ir
①
E IRr
②
由上二式可知：
R↑→I↓→U内↑→U↑
R→∞ I＝0 U内＝0 U＝E 这就是用电压表直接测量开路时两端电压即为电动势值的原因．
当R↓→I↑→U内↑→U↓
R→0 I＝E／r U内＝E U＝0（短路）由于短路电流很大，电源易烧坏，还可能引起火灾，因此要千万避免短路．
同学推导出的结论和演示结果完全一致．
③路端电压随电流变化的图像（U－I图）
引导学生作出U－I图线，如图2所示：
图2
图线中的横轴截距、纵轴截距和斜率的物理意义是什么？
斜线与纵轴交点表示电动势值，与横轴交点表示短路电流I
④路端电压发生变化的原因
引导学生分析：
由U＝E－Ir可知，r＝0时，U＝E与外电路无关，可见r≠0是U随R变化的内因，R发生变化是U变化的外因．
（4）闭合电路中的功率
E＝U外＋U内
上式两边都乘以I，得到
EI＝U外I＋U内I
此公式的物理意义是什么？请同学分小组讨论后，选代表回答．
上式中U外I和U内I分别表示外电路和内电路上消耗的电功率，EI表示电源提供的电功率．
①上式的物理意义在于，电源提供的电能一部分消耗在外电路上，转化为其他形式的能，另一部分消耗在内电路上，转化为内能，体现了能量守恒规律．
②式中表明，电动势E越大，电源提供的电功率越大，可见，电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量，反映了电源的供电能力．
（四）总结、扩展
电动势是描述电源将其他形式能转化为电能本领的物理量，数值上等于闭合电路内外电压之和，外电路断路时，等于电源两端电压．
闭合电路欧姆定律：闭合电路总电流跟电源电动势成正比，跟电路总电阻成反比．
路端电压随外电阻的增大而增大．
测电源电动势E和内阻r，有多种方法，各需要哪些器材，请同学画出电路示意图．
mE，斜率绝对值表示内阻r． r
七、作业与思考
（一）作业题
课本P165练习四（1）一（5）
（二）思考题
1.下列关于电源的说法正确的是（）
A．电源是把其他形式的能转化为电能的装置
B．电源电动势与电路中的电源有关
C．电动势为1.5V的干电池，表明干电池可以使1C的电量具有1.5J的电能
D．电动势为1.5V的干电池，表明干电池每秒钟能将1.5J的化学能转化为电能
2.对于一确定电源，下列说法正确的是（）
A．电源短路时，其放电电流无穷大
B．电源的负载增加，输出功率一定增大
C．电源的负载电阻增加，路端电压不－定增大
D．当外电路断路时，其路端电压等于电源电动势
3.如图3所示电路中，当滑动触头向下滑动时，各表读数的变化情况是（）
A．V1变小
B．V1变大
C．V2变大
D．A变小
图3
4.将分别标有“6V4W”和"3V3W”的两只灯泡串联接到一电源两端，如果电源内阻不计，要使两灯泡得到的电压都不超过额定电压，则电源电动势的最大值是（）
A．6V
B．8V
C．9V
D．12V
5.如图4中，R1＝R2＝R3＝1Ω，伏特表内阻很大，当K断开时，伏特表读数为0.8V；当K闭合时，伏特表读数为1V，求电池的电动势和内阻．
图4
6.一个电源断路时路端电压是10V，短路时通过电源的电流是4A，该电源与阻值是2Ω的电阻相连时，通过电阻的电流是_____A，电源的路端电压是______V．
（思考题答案：1.AC 2.D 3.ACD 4.B 5.2V、0.5Ω 6.2.22、4.44）
八、板书设计
四
闭合电路欧姆定律
一、电源电动势：等于电源没有接入电路时两极间的电压
二、闭合电路欧姆定律
闭合电路中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．
I
三、路端电压跟负载的关系
路端电压随外电阻增大而增大．
四、闭合电路中的功率
E
Rr
闭合电路 篇6
20世纪90年代以来，随着计算机与网络的普及，数字技术正在改变人类所赖以生存的社会环境，并因此使人类的生活和工作环境具备了更多的数字化特征，也带来了人类生活和工作方式的巨大变化，这种由数字技术和数字化产品带来的全新的更丰富多彩和具有更多自由度的生活方式称之为“数字化生活”。做为我们个人，要了解数字技术，首先需要从学习数字电路这门基础学科入手，了解什么是数字技术。我们在学习数字电路的过程中会碰到这样的问题，有的数字电路结构看上去十分复杂，要分析整个电路的功能的时候，感觉不知道从何处入手。我们这里介绍一种方法，充分利用电路中所使用元件的特性，从主要构成元件的特性入手，轻松分析出电路的工作原理，并得出电路功能。
二、利用晶体三极管的特性分析集成电路
我们在分析集成逻辑门电路时，很多TTL（晶体管—晶体管逻辑）电路构成的的主要器件是晶体三极管，而三极管的工作状态可分为截止区、放大区、饱和区。我们首先要了解TTL电路中的三极管主要是用其中的两种工作状态—饱和区和截止区，而三极管另一种工作状态—放大区主要用在模拟电路中。那么我们就可以从分析三极管这两种工作状态入手来分析电路，会立即让复杂电路简单化，比如我们分析两输入TTL与非门：
图1—1两个输入端A、B相当于两个二极管正极并联在一起，原理如图1—2所示。假设输入信号的高、低电平分别为VIH=3.4V，VIL=0.2V，PN结的开启电压为0.7V。下面就来分析其工作原理。
分析此图的关键就在于利用三极管的饱和，截止两种工作状态。若A、B中至少有一个为低电平，则三极管T1的基极电位就被钳定在0.9V，即T1的基极电压VB1=VIL+VON=0.2V+0.7V=0.9V。0.9V是不能保证T2、T5导通的（开启电压共需要1.4V），三极管T2、T5截止，截止可近似为断开，T2的集电极对地电平为高电平，T3、T4基极通过电阻直接与电源相连，从而导致T3、T4导通，F输出为高电平，即F=1。若A、B均为高电平，则三极管T1的基极电位就被（T1的集电结、T2和T5的发射结）钳定在2.1V左右，从而使T2和T5导通。本电路T5的发射极无限流电阻，T5导通后立即饱和，三极管饱和可近似为短路，同时T2的集电极呈现低电平，使得T3、T4截止，输出端F相当于接地，故F输出低电平，即F=0。最终推出A、B与F之间的逻辑关系为“有0出1，全1出0”，即F=AB。
进一步写出真值表：
三、利用场效用管特性分析集成电路
我们在分析CMOS集成门电路时，同样可以利用场效用管特性，使复杂电路分析简单化。
比如我们分析CMOS或非门电路：
上图中T1、T2为N沟道增强型MOS管，T3、T4为P沟道增强型MOS管。假设T1、T2的开启电压为UGS(TH)N，并且有UGS(TH)N>0；T3、T4的开启电压为UGS(TH)P，并且有UGS(TH)P<0；同时有VDD>|UGS(TH)P|+UGS(TH)N。分析该电路我们紧紧抓住NMOS管和PMOS管的特性，NMOS管当栅-源电压小于开启电压时，漏-源极截止，当栅-源电压大于开启电压时，漏-源极导通，PMOS管当栅-源电压大于开启电压时，漏-源极截止，当栅-源电压小于开启电压时，漏-源极导通。
图2—1中输入端A，B中只要有一个高电平，则T1或T2中至少有一个导通，T3或T4中至少有一个截止，F与VDD之间断开，输出F为低电平，F=0。只有输入端A，B同时为高电平时，T1和T2截止，T3和T4导通，输出F为高电平，F=1。进一步写出真值表：
四、利用基本逻辑门电路特点分析复杂逻辑门电路工作原理
我们同样可以利用基本逻辑门电路的特性来分析复杂逻辑门电路，比如我们分析由与非门电路构成的RS触发器：
分析该电路时，我们应该从该电路中使用的基本逻辑门电路与非门入手，首先了解与非门的特性，与非门的特性是“有0出1，全1出0”。当RD=SD=0，利用与非门特性，两个与非门均输出1，则Q=Q=1，这种状况原变量与反变量相等，且状态在SD、RD同时为1时，状态不稳定，故为不允许状态；当RD=0，SD=1时，因RD=0，利用与非门特性首先推导出Q=1，进一步得出Q=0；当RD=1，SD=0时，因SD=0，利用与非门特性首先推导出Q=1，进一步得出Q=0；当RD= SD=1时，我们利用两输入与非门在一个输入为为1时，对另一个输入而言与非门相当于非门的特性，得出电路处于保持功能。进一步写出由与非门电路构成的RS触发器的真值表：
同样，在分析由或非门构成的RS触发器时，紧紧抓住或非门“有1出0，全0出1”的特点，可以很轻易的分析出由或非门构成的RS触发器的功能特点。
五、结束语
综上所讲，我们在学习数字电路的过程中，充分掌握电路中主要元件的特性，并紧紧抓住该元件在电路中的主要功能来分析电路，可以收到事半功倍的效果。
闭合电路 篇7
一、电动势E随外电阻R变化的函数关系
1.函数关系:E=常量 (R≥0) 。
2.函数图像:如图2所示。
3.图像特征:平行于 “R 轴”的射线。
4.函数特征: E 不随 R 变化。
注意:电源使用时间太久, 其电动势数值会略微减小。
二、内电阻r随外电阻R变化的函数关系
1.函数关系:r=常量 (R≥0) 。
2.函数图像:如图3所示。
3.图像特征:平行于 “R 轴”的射线。
4.函数特征:r 不随 R 变化。
注意:电源使用时间太久, 其内电阻数值会略微增大。
三、总电流I随外电阻R变化的函数关系
1.函数关系:
2.函数图像:如图4所示。
3.图像特征:以 (-r, 0) 为对称中心、以“R =- r”和“I =0”为渐近线的双曲线一支的一部分。
4.函数特征:I 随着 R 的增大而单调减小。
四、内电压Ur随外电阻R变化的函数关系
1.函数关系:
2.函数图像:如图5所示。
3.图像特征:以 (-r, 0) 为对称中心、以“R =- r”和“Ur=0”为渐近线的双曲线一支的一部分。
4.函数特征 : Ur 随着 R 的增大而单调减小。
五、外电压U随外电阻R变化的函数关系
1.函数关系:
2.函数图像:如图6所示。
3.图像特征:以 (-r, E) 为对称中心、以“R=-r”和“U=E”为渐近线的双曲线一支的一部分。
4.函数特征:U 随着 R 的增大而单调增大。
六、内功率Pr随外电阻R变化的函数关系
1.函数关系:
2.函数图像:如图7所示。
3.图像特征:以“R =-r”和“Pr =0”为渐近线的平方反比曲线的一部分。
4.函数特征:Pr 随着 R 的增大而单调减小。
七、外功率P随外电阻R变化的函数关系
1.函数关系:
2.函数图像:如图8所示。
3.图像特征:以“R=-r”为渐近线的非单调曲线的一部分。
4.函数特征:P随着R的增大而先增大后减小。
直流电路中含电容电路的求法 篇8
关键词：直流电路,电容电路,电阻,电压
在直流电路中，充电完毕后的电容器处于断路状态，这是我们解决含电容电路的前提。由于电容器充电完毕后处于断路状态，因此和电容器串联的电阻上由于电流为零而两端的电势相等，这样我们就可以用一无阻导线将该电阻替换掉，替换后会出现两种情况：
1. 如果能够很清楚地看出电容器是并联在哪个电阻两端或哪个电路两端，则电容器两端的电压就是这个电阻或者是这个电路两端的电压。
2.如果不能看出电容器是并联在哪个电阻或哪个电路两端，则用直流电路中各点电势的求法来确定电容器两端的电压。
3.利用Q=CU计算电容器所带的电量。
4.在求通过和电容器串联的电阻上的电量时，我们还需注意电容器极板上的带电性质有没有发生变化，如果没有发生变化，那么通过的电量是电容器始末带电量的差，如果发生了变化，则是电容器始末带电量的绝对值的和。
如何确定直流电路中各点电势关系呢？一般我们采取的办法是：
1.沿着电流的流向，电流每通过一个电阻R，电势降低i R。
2. 电流从电源负极流入而从正极流出时，电势升高E，降低ir。而从电源正极流入而从负极流出时，电势降低（E+ir)
3. 沿着电流的方向，前面一点的电势等于后面一点的电势加上升高的减去降低的。
例如：一电源的电动势为3伏，内阻为0.2欧，和一阻值为5欧的定值电阻串联构成的电路如图1所示，如规定B点的电势为零，电路中的电流强度为0.50安，则A、C两点的电势分别为多少伏？
分析：沿着电流的流向，相对来讲，B点是C前面的点，A点是B前面的点，由于B点接地，该点的电势为零。因此：
所以：ΦA=E-ir=3-0.5×0.2=2（伏）
例：在如图2所示的直流电路中，电源电动势为5V，内阻为0.5Ω，外电路的电阻为R1=R4=2Ω，R3=R2=6Ω，求电路中a、b两点的电势差Uab等于多少？
分析：根据串、并联电路的特点，外电路的总电阻为：
由全电路欧姆定律知，电路中的总电流为：
根据并联电路分流原理可知，通过a点和b点的电流均为1A。
当我们选择c点为电势参考点时，沿着电流的流向，a、b均为c点前面的点，所以ΦC=Φa-i R2=（Φa-6)
上述两式相减可得：Φa-Φb=4V且a点电势比b点电势高。
巩固与练习
1.如图3所示，U恒定，此时带电粒子P静止在平行板电容器之间，当K闭合时，带电粒子P:
A.向下加速运动
B.向上加速运动
C.保持静止
D.关于P的运动状态，以上说法都不正确
分析：R5是和电容器串联的定值电阻，在电容器充电完毕后，通过R5的电流为0，而两端电势相等，可用一根无阻导线替换，R2.R3.R4是并联关系，可以等效成一个电阻R，等效电路如图，从图上可以清楚地看出，电容器是并联在电阻R两端，因此：
当开关K闭合时，R变小，Uc变小，电容器内部的电场强度变小，带电粒子受到的电场力变小，带电将向下做匀加速运动。故选A
2.如图4所示的电路中，C1=3C2, R1=R2/3，当电路中的电流达到稳定状态后，下列判断哪些是正确的：
A.C1所带的电量是C2所带电量的3倍
B.C1和C2所带的电量相等
C.C1两端的电压是C2两端电压1/3倍
D.C1和C2两端的电压相等
分析：从图4上可以清楚地看出，电容器C1、C2分别并联在电阻R1.R2两端，它们两端的电压分别等于R1、R2两端的电压。U1=i R1U2=i R2=3IR1=3U1
故选BC
3. 在如图5所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，外电路电阻R1、R2、R3，电容器的电容为C，当开关K断开时，通过电阻R2的电量是多少？
分析：当开关闭合时，电容器C并联在电阻R2两端，上极板带正电，根据全电路欧姆定律知R2两端的电压为
当开关断开时，R3是和电容C串联的电阻，因为无电流通过而两端电势相等，可以用一根无阻导线替换掉，这样可以清楚的看到电容器C是并联在电阻R1两端，且下极板带正电，根据全电路欧姆定律知R1两端的电压为
闭合电路 篇9
一、课堂教学知识量大, 学生难以吸收
初中物理“闭合电路欧姆定律”这一节教学内容有过多次变动, 实验教材里的内容主要有两点:一是闭合电路欧姆定律;二是路端电压和负载的关系;此外还外加了路端电压和电流的关系。因为知识点较多, 课堂教学量很大, 所以课堂上时间紧, 学生思考和参与实践都比较少, 课堂上没有充分发挥学生的主体作用。从课后反馈的情况来看, 学生掌握的情况并不是太好。
二、演示实验, 可视性较差
在演示路端电压和负载 (或电流) 的关系时, 学生要观察电流表、电压表指针的偏转情况, 由于表盘小, 颜色暗, 放在桌面上又有些低, 所以站在后面的同学看不清楚, 影响了实验效果。针对这种情况, 教师可以做如下改进。
在实验课堂上做演示实验时, 一方面教师可以把仪器放在一个升降台上, 把台子升起来, 使全班学生都能看清楚;另一方面对有些演示实验, 用投影仪把实验情况投影到大屏幕上, 便于学生观察;此外, 如果课堂人数较少, 教师还可以将演示实验改为6组学生实验, 真实性、可视性都会更好。这样不仅能够达到演示实验的预期效果, 也能提高学生的动手能力和学习兴趣。
三、学生活动少, 主体作用没有很好体现
在“闭合电路欧姆定律”教学中, 一方面是教学内容安排得比较多, 为了在规定的时间内完成任务, 必须按照设定好的节奏进行, 课堂上并没有给学生留下较多思考和发散的时间;另一方面, 教师思想保守, 教学不够大胆, 认为学生物理基础较差, 害怕学生不发言, 出现冷场情况, 或者学生课堂发言不入主题而不好收场。针对这种情况, 教师可以做如下改进。
对教学内容做了相应的调整以后, 就可以给学生留有更多的思考时间和发表见解的机会, 如果学生在课堂上不敢发言, 教师可以鼓励、引导学生融入课堂教学活动, 学生说错了正好可以纠正其错误, 只要学生积极思考, 积极参与, 勇于发言, 就要给予鼓励, 这是培养学生良好思维习惯的大好时机。因为, 在课堂教学中, 任何层次的学生都可以与他互动起来, 就看教师怎样引导, 如何让学生互动。当然, 在实验教学中, 很多实验具有安全性和特殊操作性, 对于这类实验教师要规范学生的实验行为。加强学生动手实验的目的就是为了充分发掘学生的好动性、探知性, 让学生从自己的角度去思考问题, 让学生在张扬个性的同时, 拓展创新能力。
参考文献
[1]雷光锦.《闭合电路欧姆定律》教学设计[J].昭通师范高等专科学校学报, 2011, 1 (25) :111.
[2]谢建华.浅谈“闭合电路欧姆定律”的教学[J].内蒙古民族大学学报, 2011, 3 (15) :124-125.
[3]田维友.《闭合电路欧姆定律》教学设计[J].湖南中学物理, 2009, 9 (15) :68.
直流电路中含有电容器的电路分析 篇10
一、分析含有电容器的直流电路
1.电路达到稳定状态, 电容器所在支路可看做是断开的, 简化电路时可将电容器去掉分析, 若要求电容器所带电量时, 电容器两端电压等于与其并联那部分电路两端的电压。
2.当电容器与某一电阻串联后接入电路时, 电阻相当于导线, 电路两端的电压就等于电容器两极板间电压。
3.对于较复杂的电路, 需要将电容器两端的电势与零电势点的电势比较, 然后确定电容器两端的电压。
二、举例说明
1.计算电容器所带电荷量。
例1:在图1所示的电路中, 已知电容C=2μF, 电源电动势E=12V, 内电阻不计, R1∶R2∶R3∶R4=1∶2∶6∶3, 则电容器极板a所带的电量为 ()
解析:电源内阻不计, 则路端电压为12V, 电路稳定后电容器相当于断路, 串联电路中电压的分配与电阻成正比压, 则:U1=4V, U2=8V, U3=8V, U4=4V, 取电源的负极电势为零, 则a板电势为8V, b板电势为4V, 故电容器两极板间电势差Uab=4V, a板带正电荷Qa=CUab=8×10-6C, D选项正确。
2.计算电容器的电荷量变化。
例2:如图2所示的电路中, 电源的电动势E=3V内阻r=2.0Ω, 电阻R1=R2=10Ω, R3=30Ω, R4=35Ω, 电容器的电容C=10μF, 电容器原来不带电, 求接通电键K后流过R4的总电量。
解析:电键K断开时电容器不带电, 接通电键K后R4与电容器串联, R4相当于导线, R4两端的电压降零, 电容器两端的电压等于R3两端的电压U3, 电路中的总电流:
路端电压U=E-Ir=2.4V, R3两端的电压U3=1.8V, 则电容器两端的电压UC=U3=1.8V, 流过R4电量就等于电容器的带电量, QC=CUC=1.8×10-5C。
3.分析电容器两极板的电荷的运动。
例3:水平放置的平行板电容器C, 它与三个可变电阻及电源连接成如图3所示的电路。今有一质量为m的带电油滴悬浮在两极板之间静止不动。要使油滴上升, 可采用的办法是:
A.增大R1B.增大R2C.增大R3D.减小R2
解析:由带电油滴悬浮在两极板之间静止不动可知, 带负电油滴受竖直向下的重力与竖直向上的电场力等大反向, 要使油滴上升应增大极板间的电压。电阻R1与电容器串联, R1相当于导线, R1的变化不会改变电容器两极板间的电压, A选项错误, 可只增大R3、只减小R2 (或者增大R3同时减小R2) , C、D选项正确。
4.含电容器电路综合问题。
例4:如图4所示电路中的各元件值为R1=R2=10Ω, R3=R4=20Ω, C=300μF, 电源电动势E=6V, 内阻不计, 单刀双掷开关S开始时接通触点2, 试求:
(1) 当开关S从触点2改接触点1, 且电路稳定后, 电容C所带电量。
(2) 若开关S从触点1改接触点2后, 直至电流为零止, 通过电阻R1的电量。
解得通过电阻R1的电量Q12=8×10-4C。
模拟电路专家 篇11
我在前几年开始教模拟电路，教这门课可说是吃足苦头，因为我们找不到一本像样的教科书来教，绝大多数这类教科书没有详细的电路图，但偏偏模拟电路的每一个小节都很重要，我常发现电路不对，经过多方改进，仍然不奏效，往往彻夜难眠。
后来，经过多方打听，我终于找到一位模拟电路专家，大家都叫他“模拟先生”，也有人称他为“模拟麻烦终结者”，问他模拟电路的问题，他都愿意帮忙，而且一定能解决。
自从知道这位专家的存在，我心情好得多了。当然仍然去压迫高足们努力克服困难，实在逼不得已，到了群高足束手无策的时候，我们一定会去问这位专家。他永远不厌其烦地告诉我们一些秘诀。他使我对于那些厚厚的教科书失去了敬畏之情，因为那些教科书的作者只知道打高空，对于实际电路大概是一无所知。
我请教专家已有数年之久，大多是利用电话或传真机、电子邮件，他的三言两语就使我茅塞顿开。虽然多次接触，却始终没有见过面。
山里一闻杂货店
我有一位博士班学生，曾和他见过好多次。我决定亲自去谢谢他，买了一些好的茶叶，由那位学生开车，从埔里到新竹。
到了新竹，车子往右转，我想大概要进入科学园区了，可是车子过门而不入，继续往东开去，我想大概要去工研院，没有想到又是过门不入。我们一路开往竹东，而且过了竹东，一口气到了一个叫做横山的村落，不仅如此，我们的车子经由一条产业道路，一直向深山开进去。
说实话，我早已弄不清楚到了什么地方，从车窗看出去，全是青山绿水，极少住家。我正纳闷，怎么这位专家住在这么偏远的地方?车子忽然停在一家杂货店门口。乡下没有什么摩登的便利商店，这种杂货店，就扮演了当地居民便利商店的角色。我想学生一定是口渴了。要进去买饮料，所以当学生走出车子后，我仍好端端地坐在车子里。同学赶紧告诉我，专家就是这家杂货店的老板。
这虽然是一问台湾乡下到处可见的典型杂货店，老板却不像典型杂货店的老板，当我们走进杂货店时，听到的音乐就很特别。后来我才知道，老板在听《秘密花园》这套唱片。在幽静的乡下，放这种音乐最恰当了。
老板热情地招待我们，他的客厅就在商店后方。我们在那间布置得很优雅的客厅里聊了起来，他说他一直喜欢设计模拟电路，可是，自从台湾开始计算机热以后，大家就热衷于数字电路，人人口中都是“数字化”。他知道数字电路也一定要被转换成模拟电路的，可是大伙儿不理他，认为他的那一套已经愈来愈不重要。他就在这种情况下退休了。
没有想到，台湾又进入了通讯时代，他的那一行又吃香了起来，放大器、振荡器、调变器、相位侦测器、频率合成器等，都是通讯工业中不可或缺的基本组件，那些菜鸟工程师(当然也包括我这位菜鸟教授)，都纷纷来求他帮忙。所以他现在忽然又变成红人了。当年他工作的公司要他回去，他不肯，因为他已不习惯住在城里了。
说着说着，他又有访客来。我偷听了一下他们的谈话，显然那位菜鸟工程师花了九牛二虎之力，做出一个相位锁定回路的电路，可是锁住所需的时间太长，挨上司骂，只好赶来求救。这个问题不简单，我们的专家建议他修改某些地方，而且立刻用计算机来仿真，果真时间缩短了。那位工程师露出笑容，一副小人得志的样子离开，上车的时候还在吹口哨。我其实也才做成了一个这种电路，我们当教授的，能够做出这种电路已经是伟大无比，无须注意究竟得花多少时间来锁住。
孩子们的避风港
这位专家和我们大谈他设计模拟电路的经验，忽然我们听到店里有小男孩的声音，原来来了两个小男孩，他们大咧咧地在一张小桌子旁坐下，然后从书包里拿作业簿出来写作业。一面写作业，一面打闹。我们的专家出去叫他们不要闹，讲话也要轻一点，同时给他们一人一包铝箔包的牛奶。
专家知道我们都好奇，他为什么要经营没什么生意的杂货店，而且还要照料小孩念书，就主动告诉我们了。他说，他小时候就住在附近，当时是一位慈祥的老婆婆照顾这家杂货店，他有事没事就来杂货店玩。老婆婆有个孙子，是新竹高中的学生，他有功课不懂的地方，老婆婆会叫她的孙子教他。他有好几次成绩单不能见人的经验，老婆婆都陪着他回家，如此才不会挨父亲揍。对当时的他而言，杂货店就是一个避风港。这里，只有温暖，没有风雨。
退休后，他发现老婆婆已经过世，她的后人对经营这间杂货店毫无兴趣，因为当地人口愈来愈少，杂货店一个月只有两三千元利润。老婆婆的后代想关掉商店，这位专家却买下了它，他当然不在乎利润，只有一个想法。要让这个杂货店继续扮演避风港的角色。没有想到的是，他自己变成了家教，那些顽童不仅来找他聊天和诉苦，也乘机问他数学和英文。这两位顽童已养成习惯，放学后，一定会来将作业做完才回家。他们的家长都是乡下人，无法辅导他们做作业，现在有了一位爷爷般的大好人帮孩子的忙，都对他感谢不已，不时送些新鲜的水果和蔬菜给他，他几乎吃不完。
滤波电路在直流稳压电路中的应用 篇12
关键词：直流稳压电路,滤波电路,电容滤波,电感滤波
电子设备的出现为现代生活带来了极大的便利,人们在生活中处处离不开它的存在,电子设备的使用需要有能源供应,这就要求有一个稳定的电路来提供。现代社会中的各种电子设备都需要在电源电路提供稳定能源的情况下工作。当然因为电子设备的不同所设计的电源电路也存在着不同的样式与复杂程度。比如说超级计算机就有一套复杂的电源电路系统,通过这个电源电路的能源供应,超级计算机的各种功能才能持续稳定的工作;便携式计算机的电源电路则相对简单,只需要一个电池电路即可解决。由此可以看出电子设备工作的基础就是电源电路的设计制作,电源电路不符合要求电子设备就不能正常工作。持续稳定、满足负载需求是电源电路最基本的要求,直流稳压电路作为电源电路中最基本的电路在电源技术中占有十分重要的地位。
直流稳压电路可以有多种实现形式,一般是由交流电源、变压器、整流、滤波和稳压电路几部分组成。其中,滤波电路能够最大限度的减少直流电压中交流成分的脉动过程,使得输出电压纹波更小,电压更稳定。
1 滤波电路的概念及分类
滤波电路就是利用电抗性元件的特性,对交流、直流阻抗的不同将直流输出电压中的交流脉动成分过滤掉后得到稳定的直流电压。电容滤波和电感滤波是最常用的滤波电路。
电容滤波电路是指在负载电阻上并联一个滤波电容C的电路。电容器C具有对直流开路,对交流阻抗小的特性,且电压不能突变,所以只能并联在电路中。直流电流从负载流过,交流电流则从电容流过,从而达到滤波的目的。由于电容的储能作用,使得输出波形比较平滑。电容放电的时间τ=RLC越大,放电过程越慢,输出电压中脉动成分越少,滤波效果越好,输出的电压也更加平稳。
电感滤波电路是利用电感器L的特性阻止脉动的交流而通过稳定的直流来进行滤波,在电路中将电感L和负载R串联在一起即可。实质是电感L具有对直流阻抗小,对交流阻抗大的特性,所以要与负载串联使用。通过滤波电路后,电路中的直流分量被保留下来,交流分量被过滤掉,这样就改变了交直流成分在电路中的存在比例,降低了电路输出的纹波系数,得到了稳定的直流电压。从能量的观点来看,电感器L是一种储能元件,当电路中的电流增大时就把这部分增大的能量储存起来,待电流减小时再将其释放出来,这样使得负载得到一个平滑稳定的电流。但是电感滤波电路也有它的缺点,由于其存在铁心,因此就显得体积较大,同时容易引起电磁干扰,所以一般只应用于低电压、大电流的环境。
2 带电容滤波的直流稳压电路
2.1 电容滤波的工作原理
带电容滤波的直流稳压电路如图1所示。工作原理如下:当在U2的正半周时,导通D1和D3二极管,电路中二极管的正向压降忽略,这时Uo=U2,输出电压Uo一方面给电容C充电,另一方面施加在负载R上,当U2达到峰值后,开始下降,当U2小于电容电压时,二极管D1和D3截止;随后,电容C以指数规律经R放电,电容上的电压下降;当在U2的负半周时,导通D2和D3二极管,电路中二极管的正向压降忽略,此时Uo=U2,这个电压一方面给电容C充电,另一方面施加在负载R上,当U2达到峰值后,开始下降,当U2小于电容电压时,二极管D2和D4截止;随后,电容C以指数规律经R放电,电容C上的电压下降。经过电容的不断充放电,输出电压的脉动就得到降低,电压平均值也有所提高。
2.2 滤波电容的选取
滤波电容选取直接关系着直流稳压电路输出波形的优劣,如果滤波电容选取合适,则输出电压的脉动程度就会大大减小,反之,则输出电压无法达到电路要求。
根据经验,滤波电容的选取一般遵循以下原则。当电容值在10p F左右,能够用来消除高频的干扰信号,当电容值在0.1u F左右,能够有效消除低频的纹波干扰,同时对于还具有很好的稳压效果;当然,在选取滤波电容时还取决于所涉及PCB上的主要工作频率和可能对系统造成影响的谐波频率,当PCB的主工作频率较低时,可以设置两个电容,其中,一个用来滤除纹波,另一个用来滤除高频信号。如果电路中有比较大的瞬时电流流通时,一般会多加一个电容值比较大的钽电容。
2.3 利用电容滤波存在的问题
(1)一般来说,滤波电容都是电解电容,电容值都比较大,在使用过程中,需要特别注意电容的正负极性连接问题,保证正极性接在电位较高的点,负极性接在电位较低的点,假若极性接错,容易导致电容击穿或爆裂。
(2)初始时刻,电容两端所加电压为0,通电后,经过整流二极管,达到电源给电容充电的效果。在电源接通的时刻,二极管中流过的电流一般能够达到额定工作电流的5-7倍,称之为短路电流,所以在选择二极管时,应考虑一个较大的裕量。
3 带电感滤波的直流稳压电路
带电感滤波的直流稳压电路如图2所示。工作原理如下:当U2处于正半波时,D1和D3上所加为正向电压,处于导通状态,此时二极管阻值几乎为0,可以忽略二极管正向压降,则有Uo=0.9U2,该电源一部分给电感L充电,另一部分施加于负载R两端,当U2达到峰值后,开始下降,当U2小于电感电压时,二极管D1和D3截止;随后,电感L经R放电,电感上的电压逐渐减小;当在U2处于负半波时,D2和D4上所加为正向电压,处于导通状态,此时这两个二极管的阻值非常小,所以能够忽略二极管正向压降,此时电源电压一部分送给电感L充电,另一部分加在负载R两端,直到U2到达峰值,随后开始下降,当U2小于电感电压时,二极管D2和D4截止;随后,电感经负载R放电,电感两端的电压逐渐下降。正是因为电感这种不断的充放电过程,才使输出电压波动性大大降低,获得波形十分平缓的输出波。
由于电感的直流电阻小,交流阻抗比较大,所以当电流中的直流分量流过电感线圈时,能量损失特别小,但是,对于电流中的交流分量则刚好相反,其中较大的那部分都是降落在电感上,所以能够有效降低输出电压中波动的部分。电感的值越大,那么滤波的效果也就越好,因而电感适用于负载电流变化较大的电路。此外,将电感滤波应用于滤波电路中,能够有效的延长整流管导通角,避免了冲击电流过大的问题。
4 结束语
通过上述对电容滤波电路、电感滤波电路进行的分析,能够了解,在电子电气设备的直流电源整流滤波电路中,对于滤波电容C来说,它的选定具有一定的依据性,一般情况下根据直流输出电压,负载R的大小以及对纹波电压的要求来进行设计选取;对于滤波电感L来说,电感主要是通过限制电流变化,从而稳定输出电压。在选取滤波电路过程中,负载电流及冲击较大的电路中选用电感滤波,电感越大,滤波效果越好。
参考文献
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