高考物理考点38 闭合电路欧姆定律

高考物理考点38 闭合电路欧姆定律

1 考点 38 闭合电路欧姆定律 一、串、并联电路的特点 1．特点对比 串联 并联 电流 I=I1=I2=…=In I=I1+I2+…+In 电压 U=U1+U2+…+Un U=U1=U2=…=Un 电阻 R=R1+R2+…+Rn = + +…+ 2．几个常用的推论 （1）串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻。 （2）并联电路的总电阻小于其中任一支路的总电阻，且小于其中最小的电阻。 （3）无论电阻怎样连接，每一段电路的总耗电功率 P 总是等于各个电阻耗电功率之和。 （4）无论电路是串联还是并联，电路中任意一个电阻变大时，电路的总电阻变大。 二、闭合电路欧姆定律 1．闭合电路 （1）组成 （2）电源电动势与内、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 （3）路端电压 U 与电流 I 的关系 ①关系式：U=E–Ir。 ②U–I 图像如图所示。 1 R 1 1 R 2 1 R 2 1 R    内电路：电源内部的电路。内电路两端的电压称为内电压。 外电路：电源两极之间的外部电路。外电路两端的电压称为外电压，也称为路段电压。 EI R r E U U       外 内 只适用于纯电阻电路 适用于任何电路 2 a．当电路断路即 I=0 时，纵坐标的截距为电源电动势。 b．当外电路电压为 U=0 时，横坐标的截距为短路电流。 c．图线的斜率的绝对值为电源的内阻。 3．路端电压与外电阻的关系 （1）当外电阻 R 增大时，I 减小，内电压减小，路端电压 U 外增大。当外电路断开时，I=0，U 外+E。 （2）当外电阻 R 减小时，I 增大，内电压增大，路端电压 U 外减小。当外电路短路时，外电阻 R=0， ， U 外=0。 4．闭合电路中的功率 （1）电源的总功率：P 总=IE=IU 外+IU 内=P 出+P 内。 （2）电源的内耗功率：P 内=I2r=IU 内。 （3）电源的输出功率：P 出=UI=EI–I2r=P 总–P 内。 三、电源的功率和效率 1．电源的功率 （1）任意电路：P 总=IE=IU 外+IU 内=P 出+P 内。 （2）纯电阻电路： 。 2．电源内部消耗的功率： 。 3．电源的输出功率 （1）任意电路：P 出=UI=EI–I2r=P 总–P 内。 （2）纯电阻电路： 。 （3）输出功率和外阻的关系 ①当 R=r 时，电源的输出功率最大，为 。 ②当 R>r 时，随着 R 的增大，输出功率越来越小。 ③当 RP2 B．P1η2 D．η1<η2 9．（2018·长春校级月考）如图甲所示为某一小灯泡的 U－I 图线，现将两个这样的小灯泡并联后再与一个 4 Ω 的定值电阻 R 串联，接在内阻为 1 Ω、电动势为 3 V 的电源两端，如图乙所示，则 A．通过每盏小灯泡的电流强度约为 0.2 A B．通过每盏小灯泡的电流强度约为 0.3 A C．此时每盏小灯泡的电功率约为 0.2 W D．此时每盏小灯泡的电功率约为 0.6 W 10．如图所示，电路中电源的电动势 E 恒定，内阻 r=2 Ω，定值电阻 R3=4 Ω。ab 段电路消耗的电功率在开 关 S 断开与闭合时相等，电压表和电流表均为理想电表，则以下说法中正确的 16 A．开关 S 断开时电压表的示数一定等于 S 闭合时的示数 B．电阻 R1、R2 可能分别为 4 Ω、6 Ω C．电阻 R1、R2 可能分别为 3 Ω、9 Ω D．开关 S 断开与闭合时，电压表的示数变化量与电流表的示数变化量大小之比与 R1、R2 无关 11．某同学将一直流电源的总功率 PE、输出功率 PR 和电源内部的发热功率 Pr 随电流 I 变化的图线画在同一 坐标系中，如图中的 a、b、c 所示，则下列说法中正确的是 A．图线 b 表示输出功率 PR 随电流 I 变化的关系 B．图线 a 的最高点对应的功率为最大输出功率 C．在图线上 A、B、C 三点的纵坐标一定满足关系 PA=PB+PC D．两个图线交点 M 与 N 的横坐标之比一定为 1:2，纵坐标之比一定为 1:4 12．（2018·赣州联考）一个 T 形电路如图所示，电路中的电阻 R1＝120 Ω，R2＝10 Ω，R3＝40 Ω。另有一 测试电源，电动势为 100 V，内阻忽略不计。则 A．当 c、d 端短路时，a、b 之间的等效电阻是 130 Ω B．当 a、b 端短路时，c、d 之间的等效电阻是 40 Ω C．当 a、b 两端接通测试电源时，用理想电压表测得 c、d 两端的电压为 50 V D．当 c、d 两端接通测试电源时，用理想电压表测得 a、b 两端的电压为 80 V 13．（2018·城固校级联考）如图所示，当a、b 接入 100 V 的电压时，c、d 两点间的电压为 20 V；当 c、d 接入 100 V 的电压时，a、b 两点间的电压为 50 V，则 R1:R2:R3 之比是 17 A．4:2:1 B．2:1:1 C．3:2:1 D．以上都不对 14．（2018·青岛校级月考）某玩具赛车充电电池的输出功率 P 随电流 I 的变化图像如图所示，由图可知下 列选项错误的是 A．该电池的电动势 =4 V B．该电池的内阻 r=1 Ω C．该电池的输出功率为 3 W 时，电路中的电流可能为 1 A D．输出功率为 3 W 时，此电源的效率一定为 25% 15．（2018·淄博校级期中）如图电路中，电源有内阻，当滑动变阻器的滑片 P 向上端 a 滑动过程中，两表 的示数情况为 A．电压表示数增大，电流表示数减少 B．电压表示数减少，电流表示数增大 C．两电表示数都增大 D．两电表示数都减少 16．（2018·淮南二模）如图所示的电路中， 是光敏电阻，其阻值随光照强度的增强而减小。 、 、 是定值电阻，当开关 S 闭合且没有光照射时，电容器 C 不带电。当用强光照射 且电路稳定时。与 无光照射时比较，下列说法中正确的是  1R 2R 3R 4R 1R 18 A．电容器 C 的下极板带负电 B． 两端电压降低 C． 两端电压降低 D．电源提供的总功率变小 17．（2018·南通校级期中）许多人造卫星都用太阳能电池供电。某太阳能电池不接负载时的电压是 600 μV， 短路电流是 30 μA，则该太阳能电池的内阻为__________Ω，当外电路接上 40 Ω 电阻时，电路中的电 流强度为__________μA。 18．（2018·三明一中期中）如图所示，M、N 间电压恒定，当开关 S 合在 a 点时，电压表示数为 5.5 V，电 流表示数为 0.2 A；当开关 S 合在 b 点时，电压表示数为 6 V，电流表示数为 0.1 A，可以推断 （1）电流表的内阻是______Ω。 （2）Rx 的真实值_______Ω。 19．（2018·金山中学期中）在如图所示的电路中，Rl、R2 为定值电阻，R3 为滑动变阻器。已知电源电压 U 恒为 8 V，Rl 为 10 Ω，开始时滑动变阻器的滑片 P 处于某一位置。电键 S 断开时电流表的示数为 0.4 A，电键 S 闭合后电压表的示数为 5 V，求： （1）电键 S 断开时电压表示数。 （2）定值电阻 R2 的阻值。 （3）电键 S 闭合后电流表的示数。 2R 4R 19 20．如图所示电路中，电阻 R1=R2=R3=10 Ω，电源内阻 r=5 Ω，电压表可视为理想电表。当开关 S1 和 S2 均 闭合时，电压表的示数为 U1=10 V。 （1）电阻 R2 中的电流为多大？ （2）路端电压为多大？ （3）电源的电动势为多大？ （4）当开关 S1 闭合而 S2 断开时，电压表的示数为多大？ 21．如图所示电路中，电源电动势 E=10 V，内阻不计，电阻 R1=14 Ω，R2=6.0 Ω，R3=2.0 Ω，R4=8.0 Ω，R5=10 Ω，电容器的电容 C=2 μF。求： （1）电容器所带的电荷量，并说明电容器哪个 极板带正电； （2）若 R2 突然断路，将有多少电荷量通过 R5？电流的方向如何？ 22．（2016·新课标全国Ⅱ卷）阻值相等的四个电阻、电容器 C 及电池 E（内阻可忽略）连接成如图所示 电路。开关 S 断开且电流稳定时，C 所带的电荷量为 Q1；闭合开关 S，电流再次稳定后，C 所带的电 荷量为 Q2。Q1 与 Q2 的比值为 A． B． C． D． 23．（2016·江苏卷）如图所示的电路中，电源电动势为 12 V，内阻为 2 Ω，四个电阻的阻值已在图中标 2 5 1 2 3 5 2 3 20 出。闭合开关 S，下列说法正确的有 A．路端电压为 10 V B．电源的总功率为 10 W C．a、b 间电压的大小为 5 V D．a、b 间用导线连接后，电路的总电流为 1 A 24．（2016·上海卷）如图所示电路中，电源内阻忽略不计。闭合电键，电压表示数为 U，电流表示数为 I；在滑动变阻器 R1 的滑片 P 由 a 端滑到 b 端的过程中 A．U 先变大后变小 B．I 先变小后变大 C．U 与 I 比值先变大后变小 D．U 变化量与 I 变化量比值等于 R3 25．（2014·上海卷）如图，电路中定值电阻阻值R 大于电源内阻阻值 r。将滑动变阻器滑片向下滑动，理 想电压表 示数变化量的绝对值分别为 ，理想电流表 示数变化量的绝对 值 ，则 A．A 的示数增大 B． 的示数增大 C． 与 的比值大于 r 1 2 3V V V、 、 1 2 3V V V  、 、 A I 2V 3V I 21 D． 大于 26．（2014·天津卷）如图所示，电路中 R1、R2 均为可变电阻，电源内阻不能忽略。平行板电容器 C 的极 板水平放置。闭合电键 S，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两板之间静止不动。 如果仅改变下列某 一个条件，油滴仍能静止不动的是 A．增大 R1 的阻值 B．增大 R２的阻值 C．增大两板间的距离 D．断开电键 S 1．D【解析】串联电路的总电阻等于各串联电阻之和，即 ，D 正确，选 D。 【名师点睛】本题考查闭合电路欧姆定律及功率公式，在解题时要注意明确电源的输出功率的极值问题 的应用，注意电源的总功率随外电阻的变化而变化。 3．B【解析】A、导体电阻由导体材料、长度、横截面积决定，与导体两端的电压和通过导体的电流无关， 导体电阻在数值上等于它两端的电压与通过它的电流之比，由 可知，对于一个确定的导体来说， 所加的电压跟通过的电流的比值是一确定值；故 A 错误；B、由欧姆定律可得 ，即导体中的电流 跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，故 B 正确；C、导体的电阻变化时，电流也会发生变 化，故如不控制变量的话，不能说明电压跟电阻成正比；故 C 错误；D、导体电阻由导体材料、长度、 横截面积决定，与导体两端的电压和通过导体的电流无关；故 D 错误；故选 B。 1ΔV 2V 20 30 50R      串 UR I UI R 22 5 ． D 【 解 析 】 R2 和 R3 并 联 后 再 与 R1 串 联 ， 所 以 串 联 电 路 正 比 分 压 可 得 ： ， 所 以 ，所以 D 正确。 6．AC【解析】A、B、根据电阻的定义式 得，根据图象可以知道，当电流都为 1 A 时，电阻之比等 于电压的正比，所以导体 A、B 的电阻 ，故 A 项正确，B 项错误；C、根据公式 ， 当两段导体中的电流相等时，他们的电压之比 ，所以 C 选项正确；D 、根据公式： ，当两段导体中的电压相等时，他们的电流之比 ，故 D 错误；故选 AC。 7．AD【解析】由图示图象可知，电源 U–I 图象与纵轴交点坐标值为 1.40，则电源的电动势 1.40 V，A 正确； 电源内阻 ，B 错误；由图示图象可知，路端电压为 1.00 V 时，电路电流为 0.4 A，C 错误；当电压表示数为 1.20 V 时， ，D 正确；故选 AD。 【名师点睛】本题考查闭合电路的欧姆定律的数据处理，要明确图象的意义，同时注意纵坐标是否从零 开始的，不能想当然的将横坐标的截距当作短路电流。 8．C【解析】由直线A 可知，E=6 V，r=1 Ω，由直线 B、C 可知，R1=2 Ω，R2=0.5 Ω，P1=( )2·R1=8 W，η1= 并R R U U 1 2 1  2 1 63 63 11 2 1    并R R U U UR I 1 1 2 2 1 3 R U R U  U IR 1 1 2 2 1 3 U R U R  U IR 1 2 2 1 3 1 I R I R  Δ 1.40-1.00= = Ω=1ΩΔ 0.4 Ur I 1.40 1.20 A=0.20 A1 E UI r     1 E R r 23 = ，P2=( )2R2=8 W，η2= = ，故有 P1=P2，η1>η2，只有 C 正确。 10．CD【解析】开关断开时外电路总电阻大于闭合时外电路总电阻，则开关断开时电压表的示数一定大于 闭合时的示数，故 A 错误；由题，开关 S 断开与闭合时，ab 段电路消耗的电功率相等，则有 ，将 3 Ω、9 Ω 代入方程成立，而将 4 Ω、6 Ω 代入方程不成立，故 C 正确，B 错误；根据闭合电路欧姆定律得 ，则电压表的示数变化量大小与电流表的示 数变化量大小之比为 ，故 D 正确。~网 11．CD【解析】由电源消耗功率和电源内部消耗功率表达式PE=EI、Pr=I2r 可知，a 是直线，表示的是电源 消耗的总电功率，b 是抛物线，表示的是电源内电阻上消耗的功率，c 表示外电阻的功率即为电源的输 出功率 PR，所以 AB 错误；在 a、b、c 三条图线上分别取横坐标相同的 A、B、C 三点，因为直流电源 的总功率 PE 等于输出功率 PR 和电源内部的发热功率 PR 的和，所以这三点的纵坐标一定满足关系 PA=PB+PC，所以 C 正确；当内电阻和外电阻相等时，电源输出的功率最大，此时即为 b、c 线的交点 M 时的电流，此时电流的大小为 ，功率的大小为 ，a、b 线的交点 N 表示电源的总功率 PE 和电源内部的发热功率 Pr 相等，此时只有电源的内电阻，所以此时的电流的大小为 ，功率的大小为 ，所以横坐标之比为 1:2，纵坐标之比为 1:4，所以 D 正确。 12 ．BD 【解析】当 cd 端短路时，ab 间电路的结构是：电阻 R2 、R3 并联后与 R1 串联，等效电阻为 ，故 A 错误；当 ab 端短路时，cd 之间电路结构是：电 阻 R1、R3 并联后与 R2 串联，等效电阻为 ，故 B 正确； 当 ab 两 端 接 通 测 试 电 源 时 ， cd 两 端 的 电 压 等 于 电 阻 R3 两 端 的 电 压 1 1 R R r 2 3 2 E R r 2 2 R R r 1 3 2 2 1 2 1 1 2 1 ( ) ( ) ( )E ER R RR R r R r    3( )U E R r I   3 Δ 6 ΩΔ U R rI    2 E E R r r 2 4 E r E r 2E r 2 3 1 2 3 10 40 120 12810 40 R RR RR R          1 3 2 1 3 120 40 10 40120 40 R RR RR R          24 ，故 C 错误；当 cd 两端接通测试电源时，ab 两端的电压等 于电阻 R3 两端的电压： ，故 D 正确。所以 BD 正确，AC 错 误。 13．A【解析】当a、b 接入 100 V 的电压时，c、d 间的输出电压为 ；解得 2R2=R1；当 c、d 间接入 100 V 的电压时，a、b 两点间的输出电压为 ；解得 R2=2R3；故电阻之比为 R1:R2:R3=4:2:1，故选 A。 15．A【解析】当滑动变阻器的滑片 P 向上滑动时，接入电路的电阻增大，与 R2 并联的电阻增大，外电路 总电阻 R 总增大，总电流 I 减小，路端电压 U=E–Ir 增大，电压表读数增大，并联部分的电阻增大，分 担的电压增大，U2 增大，流过 R2 的电流 I2 增大，电流表的读数 IA=I–I2，则减小，故 BCD 错误，A 正 确。 16．C【解析】强光照射，R1 电阻减小，那么电路总电阻减小，故总电流增大，所以路端电压 减 小，电源提供的总功率 变大；故通过 R3、R4 的电流减小，所以通过 R1、R2 的电流增大，故 R4 两端的电压变小，R2 两端电压变大；故 BD 错误，C 正确；强光照射，R1 电阻减小，那么 R1、R2 上电 压降的比值减小，而 R3、R4 上电压降的比值不变，故电容器 C 上极板电压比下极板电压低，所以电容 器 C 的下极板带正电，故 A 错误。%网 17．20 10 【解析】短路时，外电阻 ，根据闭合电路欧姆定律，有 ，解得 ； 当外电路接上 40 Ω 电阻时，电路中的电流 。 18．（1）2.5 （2）57.5 【解析】（1）设 M、N 间电压为 U，当 S 在 b 点时，应有：U=UV =6 V，当 S 合在 a 点时，根据欧姆 定律应有：U-5.5=0.2RA，解得：RA=2.5 Ω； （2）当 S 合在 b 点时，应有：U=I（Rx+RA） 解得：Rx= Ω−2.5 Ω=57.5 Ω 19．（1）4 V （2）10 Ω （3）0.3 A 3 1 3 40 100 V 25 V120 40 RU ER R     3 2 3 40 100 V 80 V10 40 RU ER R      2 1 2 20= 1002 R R R  2 3 2 50= 1002 R R R  U E Ir  P EI 0R  E Ir 6 6 600 10 2030 10 Er I        600 μA 10 μA20 40 EI R r     6 0.1 25 20．（1）1 A （2）15 V （3）20 V （4）16 V （1）电阻 R2 中的电流 （2）外电阻 所以路端电压为 U=RI=15×1 V=15 V （3）根据闭合电路欧姆定律 得 E=I(R+r)，代入数据解得 E=20 V （4）S1 闭合而 S2 断开，电路中的总电流 电压表示数 U′=I′(R1+R2)=0.8×20 V=16 V 21．（1）1.0×10–5 C （2）1.4×10–5 C 电流方向从上到下 （1）分析题中所给的电路可知，电容器两端的电压即为 ab 两点间的电势差 因为 设 d 点的电势为零电势参考点，则 故 Uc=5 V，电容器的下极板带正电，此时电容器带电荷量 Q=CUc=1.0×105 C （2）当 R2 突然断路后，Uc＇= U3=2 V 此时电容器的上极板带正电，带电荷量 Q＇=CUc＇=4.0×10–6 C 流过 R5 的电荷量为 Q+Q＇=1.4×105 C，电流方向从上到下 22．C【解析】根据等效电路，开关 S 断开时，电容器的电压 ，得 Q1=CU1；S 闭 合时， ，Q2=C2，故 ，故选 C。 23．AC【解析】由题图知外电路的总电阻为10　Ω，回路的总电阻为 12 Ω，根据欧姆定律可求得干路电流 2 1 1AUI R  1 3 2 1 3 15R RR R R R    EI R r  1 2 20 A=0.8 A20 5 EI R R r     2 1 3 3 1 2 3 4 7 V 2 VE EU R U RR R R R     ， 3 V 8 Va b  ， 1 2 1 1 2 3 2 5 3 EU R E R R      2 1 1 1 2 3 2 EU R E R R     1 1 2 2 3= 5 Q U Q U 26 ，所以路端电压为 ，A 正确；电源的总功率 ，故 B 错误；根据 并联电路的特点可求得流过 a、b 的电流均为 0.5 A，所以 ，故 C 正确；a、b 间用导线连接后，根据电路的连接可求得外电路的电阻为 7.5 Ω，回路的总电阻为 9.5 Ω，故 D 错误。 24．BC【解析】根据题意，由于电源内阻不计，电压表的示数总是不变，故选项A 错误；滑片滑动过程中， 电阻 R1 的阻值先增大后减小，电压不变，所以电流表示数先减小后增加，故选项 BC 正确；由于电压 表示数没有变化，故选项 D 错误。 26 ．B 【解析】以油滴为研究对象进行受力分析可知，油滴静止不动，所受电场力与重力平衡，即 ，现欲使油滴仍能处于平衡状态，则保证电场强度不发生变化即可，R1 的电压不变即 可，题中 R2 没有电流通过，故改变 R2 时对电路工作状态无影响，所以选项 B 正确、A 错误；而增大两 板间距离时，电场强度减小，油滴下落，所以选项 C 错误；断开电键 S 时，电容器与可变电阻构成闭 合回路，电容器放电，油滴下落，所以选项 D 错误。*网 1AEI R  = =10 VU IR外 外 12 WP IE  0.5 (15 5) V 5 VbaU     qd UEqmg 