闭合电路欧姆定律动态可视化教学系统

Closed Circuit Ohm's Law · 高中物理电路核心模型
物理教书匠

参数控制 / Config

电源电动势 E6.0 V
电源内阻 r1.0 Ω
外电阻 R5.0 Ω
仿真速度1.0x
典型状态闭合电路
核心规律
I=ER+r
E=U + Ir
U=IR = E - Ir
说明:U 是路端电压,Ir 是内电压。闭合电路中电源电动势分配在外电路和内电路上。
教学提示:调大外电阻 R 时,电流 I 变小,内电压 Ir 变小,路端电压 U 反而升高;短路时 R=0,路端电压 U=0,电流达到 I短=E/r。
回路电流 I
1.00 A
路端电压 U
5.00 V
内电压 Ir
1.00 V
输出功率 P外
5.00 W
闭合电路:电流从电源正极流出,经外电阻回到负极;电源内部由非静电力把电荷从负极搬运到正极。

实时数据 / Analysis

电源总功率 EI
6.00 W
内耗功率 I²r
1.00 W
电源效率 η
83.3%
短路电流 E/r
6.00 A
电动势分配E = 5.00V + 1.00V
路端电压 U
内电压 Ir
路端电压特性曲线U = E - Ir
外电路输出功率P外 = I²R
当前代入
I = 6.0/(5.0+1.0) = 1.00 A
U = IR = 1.00×5.0 = 5.00 V
E = U + Ir = 5.00 + 1.00 = 6.00 V

闭合电路欧姆定律 · 原理解析

1. 电动势不是路端电压

电动势 E 表示电源把其他形式的能转化为电能的本领。外电路接通后,电源内部有内阻 r,会分去一部分电压。

E = U + Ir

2. 闭合电路欧姆定律

整个闭合回路的总电阻是 R+r,回路电流由电动势和总电阻共同决定。

I=ER+r

3. 路端电压规律

电流越大,内电压 Ir 越大,路端电压 U=E-Ir 越小;断路时 I=0,路端电压等于电动势。

U = E - Ir

4. 短路很危险

短路时外电阻 R=0,路端电压为 0,电流由内阻限制,可能非常大,电源和导线会严重发热。

I短=Er

5. 电源效率

电源输出到外电路的功率为 UI,电源提供的总功率为 EI。闭合状态下效率可写成 R/(R+r)。

η=UE=RR+r

6. 最大输出功率

当外电阻 R 等于内阻 r 时,外电路输出功率达到最大。这是高中电路综合题中常见的拓展结论。

R = r 时 P外最大