【物理】2020届一轮复习人教版闭合电路欧姆定律学案

【物理】2020届一轮复习人教版闭合电路欧姆定律学案

第2讲闭合电路欧姆定律 ‎[基础知识·填一填]‎ ‎[知识点1]电源的电动势和内阻 ‎1．电动势 ‎(1)电源：电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化成电势能的装置．‎ ‎(2)电动势：非静电力搬运电荷所做的功与搬运的电荷量的比值，E＝.‎ ‎(3)电动势的物理含义：电动势表示电源把其他形式的能转化成电势能本领的大小，在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压．‎ ‎2．内阻：电源内部导体的电阻．‎ 判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”．‎ ‎(1)电动势是电源两极间的电压．(×)‎ ‎(2)电动势的单位跟电压的单位一致，所以电动势就是两极间的电压．(×)‎ ‎(3)非静电力做的功越多，电动势就越大．(×)‎ ‎(4)E＝只是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小是由电源内非静电力的特性决定的．(√)‎ ‎[知识点2]闭合电路的欧姆定律 ‎1．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、外电阻之和成反比.‎ ‎(2)公式：I＝(只适用于纯电阻电路)．‎ ‎(3)其他表达形式 ‎①电势降落表达式：E＝U外＋U内或E＝U外＋Ir.‎ ‎②能量表达式：EI＝UI＋I2r.‎ ‎2．路端电压与外电阻的关系 一般情况 U＝IR＝·R＝，当R增大时，U增大 特殊情况 ‎①当外电路断路时，I＝0，U＝E ‎②当外电路短路时，I短＝，U＝0‎ 判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”．‎ ‎(1)闭合电路中外电阻越大，路端电压越小．(×)‎ ‎(2)闭合电路中的短路电流无限大．(×)‎ ‎(3)在闭合电路中，外电阻越大，电源的输出功率越大．(×)‎ ‎(4)电源的输出功率越大，电源的效率越高．(×)‎ ‎[教材挖掘·做一做]‎ ‎1．(人教版选修3－1 P63第1题改编)一个电源接8 Ω电阻时，通过电源电流为‎0.15 A，接13 Ω电阻时，通过电源的电流为‎0.10 A，则电源的电动势和内阻分别为()‎ A．2 V1.5 Ω B．1.5 V2 Ω C．2 V2 Ω D．1.5 V1.5 Ω 解析：B[由闭合电路欧姆定律得 E＝I1(R1＋r)‎ E＝I2(R2＋r)‎ 代入数据联立得r＝2 Ω，E＝1.5 V．]‎ ‎2．(人教版选修3－1 P63第3题改编)许多人造卫星都用太阳电池供电．太阳电池由许多片电池板组成．某电池板不接负载时的电压是600 μV，短路电流是30 μA.则这块电池板的内阻为()‎ A．2 Ω B．20 Ω C．200 Ω D．2 000 Ω 答案：B ‎3．(人教版选修3－1 P63第4题改编)电源的电动势为4.5 V、外电阻为4.0 Ω时，路端电压为4.0 V，若在外电路中分别并联一个6.0 Ω的电阻和串联一个6.0 Ω的电阻．则两种情况下的路端电压为()‎ A．4.3 V3.72 V B．3.73 V4.3 V C．3.72 V4.3 V D．4.2 V3.73 V 答案：C ‎4．(人教版选修3－1 P52第4题改编)如图是有两个量程的电压表，当使用a、b两个端点时，量程为0～10 V，当使用a、c两个端点时，量程为0～100 V．已知电流表的内阻Rg为500 Ω，满偏电流Ig为1 mA，则电阻R1、R2的值分别为( )‎ A．9 500 Ω90 000 Ω B．90 000 Ω9 500 Ω C．9 500 Ω9 000 Ω D．9 000 Ω9 500 Ω 解析：A[接a、b时，由串联电路特点有R总＝R1＋Rg＝得R1＝－Rg＝9 500 Ω.接a、c时，同理有R总′＝R1＋R2＋Rg＝得R2＝－Rg－R1＝90 000 Ω.]‎ 考点一闭合电路的动态分析 ‎[考点解读]‎ ‎1．动态电路的特点 断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动、电阻增大或减小，导致电路电压、电流、功率等的变化．‎ ‎2．电路动态分析的两种方法 ‎(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)极限法：即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论．‎ ‎[典例赏析]‎ ‎[典例1](多选)如图所示，电源电动势为E，内阻为r.电路中的R2、R3分别为总阻值一定的滑动变阻器，R0为定值电阻，R1为光敏电阻(其电阻随光照强度增大而减小)．当开关S闭合时，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态．下列说法中正确的是( )‎ A．只逐渐增大对R1的光照强度时，电阻R0消耗的电功率增大，电阻R3中有向上的电流 B．只调节电阻R3的滑动端P2向上端移动时，电源消耗的电功率变大，电阻R3中有向上的电流 C．只调节电阻R2的滑动端P1向下端移动时，电压表示数变大，带电微粒向下运动 D．若断开开关S，带电微粒向下运动 ‎[解析]AD[当逐渐增大光照强度时，光敏电阻R1的阻值减小，依据“串反并同”可知电流I增大，则PR0增大，UC增大，QC＝CUC增大，即电容器充电，R3中有向上的电流，A正确；当P2向上移动时，UC不变，R3中没有电流，故B错误；当P1向下移动时，I 不变，但UC变大，EC＝变大，电场力FC＝qEC变大，微粒向上运动，故C错误；若断开开关S，电容器放电，UC降为0，则微粒只受重力作用而向下运动，故D正确．]‎ ‎1．总电阻变化情况的判断 ‎(1)当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时，电路的总电阻一定增大(或减小)．‎ ‎(2)若开关的通、断使串联的用电器增多时，电路的总电阻增大；若开关的通、断使并联的支路增多时，电路的总电阻减小．‎ ‎2．“串反并同”‎ ‎(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．‎ ‎[题组巩固]‎ ‎1．(2019·怀化模拟)(多选)如图所示，图中的四个电表均为理想电表，当滑动变阻器滑片P向右端移动时，下面说法中正确的是()‎ A．电压表V1的读数减小，电流表A1的读数增大 B．电压表V1的读数增大，电流表A1的读数减小 C．电压表V2的读数减小，电流表A2的读数增大 D．电压表V2的读数增大，电流表A2的读数减小 解析：AD[滑动变阻器滑片P向右端移动，使得RP变小，总电阻变小，总电流变大，即电流表A1的读数增大．内电压变大，R1所分电压变大，并联电路电压即电压表V1的读数变小，即R3两端电压变小，通过R3的电流变小，即电流表A2的读数减小，由于总电流增大，所以经过另外一个支路即经过R2的电流变大，R2两端电压变大，即电压表V2的读数增大，选项A、D正确．]‎ ‎2．(多选)在探究电路故障时，某实验小组设计了如图所示的电路，当开关闭合后，电路中的各用电器正常工作，经过一段时间，发现小灯泡A的亮度变暗，小灯泡B的亮度变亮．则下列对电路故障的分析正确的是( )‎ A．可能是定值电阻R1短路 B．可能是定值电阻R2断路 C．可能是定值电阻R3断路 D．可能是定值电阻R4短路 解析：BC[由于小灯泡A串联于干路中，且故障发生后小灯泡A变暗，可知电路中总电流变小，即电路总电阻变大，由此推知，故障应为某一电阻断路，排除选项A、D.若R2断路，则R1和小灯泡B所在支路的电压增大，而R2的断路又使小灯泡B分配的电压增大，故小灯泡B变亮，选项B对；若R3断路，必引起与之并联的支路(即R1所在支路)中电流增大，小灯泡B分得的电流也变大，小灯泡B变亮，故选项C对．]‎ 考点二闭合电路的功率及效率问题 ‎[考点解读]‎ 电源总功率 任意电路：P总＝EI＝P出＋P内 纯电阻电路：P总＝I2(R＋r)＝ 电源内部消耗的功率 P内＝I2r＝P总－P出 电源的输出功率 任意电路：P出＝UI＝P总－P内 纯电阻电路：P出＝I2R＝ P出与外电阻R的关系 电源的效率 任意电路：η＝×100%＝×100%‎ 纯电阻电路：η＝×100%‎ 由P出与外电阻R的关系图象可以看出：‎ ‎(1)当R＝r时，电源的输出功率最大为Pm＝.‎ ‎(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外电阻R1和R2，且R1R2＝r2.‎ ‎[典例赏析]‎ ‎[典例2]如图所示，已知电源电动势为6 V，内阻为1 Ω，保护电阻R0＝0.5 Ω，则当保护电阻R0消耗的电功率最大时，这个电阻箱R的读数和电阻R0消耗的电功率的最大值为( )‎ A．1 Ω4 W B．1 Ω8 W C．0 8 W D．0.5 Ω8 W ‎[解析]C[保护电阻消耗的功率为P0＝，因R0和r是常量，而R是变量，所以R最小时，P0最大，即R＝0时，P0max＝＝ W＝8 W，故选项C正确．]‎ 解决最大功率问题的两点注意 ‎1．解决最大功率问题时，要弄清是定值电阻还是可变电阻的最大功率，定值电阻的最大功率用P＝I2R＝分析，可变电阻的最大功率用等效电源法求解．‎ ‎2．电源输出功率最大时，效率不是最大，只有50%.‎ ‎[题组巩固]‎ ‎1．(多选)如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉，恒定电压U＝12 V，电解槽内阻rA＝2 Ω.当S1闭合，S2、S3断开时，电流表A示数为‎6 A；当S2闭合，S1、S3断开时，电流表A示数为‎5 A，且电动机输出功率为35 W；当S3闭合，S1、S2断开时，电流表A示数为‎4 A．则( )‎ A．电炉的电阻为2 Ω B．仅S1闭合时，电炉的发热功率为72 W C．电动机的内阻为1.2 Ω D．在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为48 W 解析：AB[电炉为纯电阻电器，仅当S1闭合时，由欧姆定律得R＝＝ Ω＝2‎ ‎ Ω，其发热功率为P＝UI1＝12×6 W＝72 W，所以选项A、B正确；电动机为非纯电阻设备，仅当S2闭合时，由能量守恒定律得UI2＝IrM＋P输出，所以rM＝＝ Ω＝1 Ω，选项C错误；电解槽为非纯电阻装置，仅当S3闭合时，由能量守恒定律得P化＝UI3－IrA，所以P化＝(12×4－42×2) W＝16 W，选项D错误．]‎ ‎2．如图所示，电源电动势E＝12 V，内阻r＝3 Ω，R0＝1 Ω，直流电动机内阻R0′＝1 Ω，当调节滑动变阻器R1时可使甲电路输出功率最大，调节R2时可使乙电路输出功率最大，且此时电动机刚好正常工作(额定输出功率为P0＝2 W)，则R1和R2的值分别为( )‎ A．2 Ω，2 Ω B．2 Ω，1.5 Ω C．1.5 Ω，1.5 Ω D．1.5 Ω，2 Ω 解析：B[因为题中甲电路是纯电阻电路，当外电阻与电源内阻相等时，电源的输出功率最大，所以R1＝2 Ω；而乙电路是含电动机电路，欧姆定律不适用，电路的输出功率P＝IU＝I(E－Ir)，当I＝＝‎2 A时，输出功率P有最大值，此时电动机的输出功率为P0＝2 W，发热功率为P热＝I2R0′＝4 W，所以电动机的输入功率为P入＝P0＋P热＝6 W，电动机两端的电压为UM＝＝3 V，电阻R2两端的电压为UR2＝E－UM－Ir＝3 V，所以R2＝＝1.5 Ω，选项B正确．]‎ 考点三两类U－I图象的比较与应用 ‎[考点解读]‎ 电源U－I图象 电阻U－I图象 图形 物理意义 电源的路端电压随电路电流的变化关系 电阻中的电流随电阻两端电压的变化关系 截距 与纵轴交点表示电源电动势E，与横轴交点表示电源短路电流 过坐标轴原点，表示没有电压时电流为零 坐标U、I的乘积 表示电源的输出功率 表示电阻消耗的功率 坐标U、I的比值 表示外电阻的大小，不同点对应的外电阻大小不同 每一点对应的比值均等大，表示此电阻的大小 斜率(绝对值)‎ 电源电阻r 电阻大小 ‎[典例赏析]‎ ‎[典例3](多选)如图所示，图中直线①表示某电源的路端电压与电流的关系图线，图中曲线②表示该电源的输出功率与电流的关系图线，则下列说法正确的是( )‎ A．电源的电动势为50 V B．电源的内阻为 Ω C．电流为‎2.5 A时，外电路的电阻为15 Ω D．输出功率为120 W时，输出电压是30 V ‎[审题指导]根据U－I图线可以求出电源的内阻和电动势，由P－I图线可以求出电路中的电流，并由电源的路端电压和电流的关系求出路端电压．‎ ‎[解析]ACD[电源的路端电压和电流的关系为：U＝E－Ir，显然直线①的斜率的绝对值等于r，纵轴的截距为电源的电动势，从题图中看出E＝50 V，r＝ Ω＝5 Ω，A正确，B错误；当电流为I1＝‎2.5 A时，由回路中电流I1＝，解得外电路的电阻R外＝15 Ω，C正确；当输出功率为120 W时，由题图中P－I关系图线看出对应干路电流为‎4 A，再从U－I图线读取对应的输出电压为30 V，D正确．]‎ 非线性元件有关问题的求解，关键在于确定其实际电压和电流，确定方法如下：‎ ‎(1)先根据闭合电路欧姆定律，结合实际电路写出元件的电压U随电流I的变化关系式．‎ ‎(2)在原U－I图象中，画出U、I关系图象．‎ ‎(3)两图象的交点坐标即为元件的实际电压和电流．‎ ‎[题组巩固]‎ ‎1．如图，直线A为某电源的U－I图线，曲线B为某小灯泡L1的U－I图线的一部分，用该电源和小灯泡L1串联起来组成闭合回路时灯泡L1恰能正常发光，则下列说法中正确的是( )‎ A．此电源的内电阻为 Ω B．灯泡L1的额定电压为3 V，额定功率为6 W C．把灯泡L1换成阻值恒为1 Ω的纯电阻，电源的输出功率将变小 D．由于小灯泡L1的U－I图线是一条曲线，所以灯泡发光过程中欧姆定律不适用 解析：B[由图象知，电源的内阻为r＝＝ Ω＝0.5 Ω，A错误；因为灯L1正常发光，故灯L1的额定电压为3 V，额定功率为P＝UI＝3×2 W＝6 W，B正确；正常工作时，灯L1的电阻为R1＝＝1.5 Ω，换成R2＝1 Ω的纯电阻后，该电阻更接近电源内阻r，故电源的输出功率将变大，C错误；小灯泡是纯电阻，适用欧姆定律，其U－I图线是一条曲线的原因是灯泡的电阻随温度的变化而发生变化，故D错误．]‎ ‎2．(2019·河南南阳模拟)硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点．如图所示，图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图象(电池内阻不是常量)，图线b是某电阻R的U－I 图象．在该光照强度下将它们组成闭合回路时，硅光电池的内阻为( )‎ A．5.5 Ω B．7.0 Ω C．12.0 Ω D．12.5 Ω 解析：A[由欧姆定律得U＝E－Ir，当I＝0时，E＝U，由图线a与纵轴的交点读出电源的电动势为E＝3.6 V，根据两图线交点处的状态可知，电阻的电压为U＝2.5 V，电流为I＝‎0.2 A，则硅光电池的内阻为r＝＝ Ω＝5.5 Ω，故选项A正确．]‎ 思想方法(十七)电路故障分析方法 方 法 阐 述 ‎1.故障特点 ‎(1)断路特点：表现为路端电压不为零而电流为零．‎ ‎(2)短路特点：用电器或电阻发生短路，表现为有电流通过电路但用电器或电阻两端电压为零．‎ ‎2.检查方法 ‎(1)电压表检测：如果电压表示数为零，则说明可能在并联路段之外有断路，或并联路段短路．‎ ‎(2)电流表检测：当电路中接有电源时，可用电流表测量各部分电路上的电流，通过对电流值的分析，可以确定故障的位置．在运用电流表检测时，一定要注意电流表的极性和量程．‎ ‎(3)欧姆表检测：当测量值很大时，表示该处断路；当测量值很小或为零时，表示该处短路．在运用欧姆表检测时，被检测元件应从电路中拆下来．‎ ‎(4)假设法：将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分电路发生某种故障，运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理.‎ ‎[典例赏析]‎ ‎[典例]在如图所示的电路中，闭合开关S后，L1、L2两灯泡都正常发光，后来由于某种故障使L2突然变亮，电压表读数减小，由此推断，该故障可能是( )‎ A．L1灯丝烧断 B．电阻R2断路 C．电阻R2短路 D．电容器被击穿短路 ‎[解析]D[若L1灯丝烧断，则总电阻增大，总电流减小，L2两端电压减小，L2变暗，选项A错误；若R2断路，则总电阻增大，电压表读数增大，总电流减小，L1与R1并联部分两端的电压减小，故L2两端的电压增大，L2变亮，选项B错误；若电阻R2短路，则通过L2的电流为零，L2不亮，选项C错误；若电容器被击穿短路，则电路总电阻减小，路端电压减小，总电流增大，L2变亮，选项D正确．]‎ ‎[题组巩固]‎ ‎1．如图所示电路中，由于某处出现了故障，导致电路中的A、B两灯变亮，C、D两灯变暗，故障的原因可能是( )‎ A．R1短路 B．R2断路 C．R2短路 D．R3短路 解析：D[A灯在干路上，A灯变亮，说明电路中总电流变大，由闭合电路欧姆定律可知电路的外电阻减小，这就说明电路中只会出现短路而不会出现断路，选项B被排除．因为短路部分的电阻变小，分压作用减小，与其并联的用电器两端的电压减小，C、D两灯变暗，A、B两灯变亮，这说明发生短路的电阻与C、D两灯是并联的，而与A、B两灯是串联的．观察电路中电阻的连接形式，只有R3短路符合条件，故选D.]‎ ‎2．(多选)如图所示的电路中，电源电压保持不变，闭合开关S，电路正常工作，过了一会儿，电流表的示数变为零．若电路中故障发生在灯L、电阻R上，用一根导线来判断电路故障，则下列判断正确的是( )‎ A．将导线并联在R两端，电流表无示数，一定是L断路 B．将导线并联在L两端，电流表无示数，一定是R断路 C．将导线并联在R两端，电流表有示数，一定是R断路 D．将导线并联在L两端，电流表有示数，一定是L断路 解析：CD[电流表的示数变为零，说明电路故障为断路．将导线与用电器并联进行检测时，若电流表有示数，说明与导线并联的用电器断路；若电流表无示数，说明另一个用电器断路或两个用电器都断路．若将导线并联在R两端，电流表无示数，则可能是L断路，也可能是R、L都断路，故选项A错误；若将导线并联在L两端，电流表无示数，则可能是R断路，也可能是R、L都断路，故选项B错误；若将导线并联在R两端，电流表有示数，则一定是R断路，选项C正确；若将导线并联在L两端，电流表有示数，则一定是L断路，选项D正确．]‎