【物理】2018届一轮复习人教版闭合电路欧姆定律学案

【物理】2018届一轮复习人教版闭合电路欧姆定律学案

第43课时　闭合电路欧姆定律(重点突破课)‎ ‎[必备知识]‎ ‎1．电源的电动势和内阻 ‎(1)电动势的计算：非静电力搬运电荷所做的功与搬运的电荷量的比值，E＝。‎ ‎(2)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。‎ ‎(3)内阻：电源内部导体的电阻。‎ ‎2．闭合电路的欧姆定律 ‎(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 a．电压表达式：E＝U＋Ir。‎ b．能量表达式：EI＝UI＋I2r。‎ ‎3．路端电压与外电阻的关系 ‎(1)一般情况：U＝IR＝·R＝，当R增大时，U增大。‎ ‎(2)特殊情况：‎ a．当外电路断路时，I＝0，U＝E。‎ b．当外电路短路时，I短＝，U＝0。‎ ‎[小题热身]‎ ‎1．关于电源的电动势，下面叙述正确的是(　　)‎ A．电源的电动势就是接在电源两极间的电压表测得的电压 B．同一电源接入不同的电路，电动势就会发生变化 C．电源的电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量 D．在闭合电路中，当外电阻变大时，路端电压增大，电源的电动势也增大 解析：选C　接在电源两极间的电压表测得的电压为路端电压，而不是电源电动势。同一电源接入不同的电路中电动势不会发生变化，所以A、B均错误。在闭合电路中，当外电阻增大时I总减小，据U＝E－I总r知路端电压变大，但电动势不变，故D错误。‎ ‎2.某电路如图所示，已知电池组的总内阻r＝1 Ω，外电路电阻R＝5 Ω，理想电压表的示数U＝3.0 V，则电池组的电动势E等于(　　)‎ A．3.0 V　　　　　　　　 　B．3.6 V C．4.0 V D．4.2 V 解析：选B　由于电压表的示数为路端电压，而U＝IR，则I＝＝‎0.6 A，由闭合电路欧姆定律可得E＝I(R＋r)＝0.6×(5＋1) V＝3.6 V，故选项B正确。‎ ‎3.如图所示，已知R1＝R2＝R3＝1 Ω。当开关S闭合后，电压表的读数为1 V；当开关S断开后，电压表的读数为0.8 V，则电池的电动势等于(　　)‎ A．1 V B．1.2 V C．2 V D．4 V 解析：选C　当S闭合时，I＝＝ A＝‎1 A，故有E＝I(1.5＋r)；当S断开时，I′＝＝‎0.8 A，故有E＝I′(2＋r)，解之得E＝2.0 V，C正确。‎ ‎4.如图为测量某电源的电动势和内阻时得到的UI图线。用此电源与三个阻值均为3 Ω的电阻连接成电路，测得路端电压为4.8 V。则该电路可能为(　　)‎ 解析：选B　根据UI图像可知E＝6 V，r＝0.5 Ω，A图中U外＝4 V，B图中U外＝4.8 V，C图中U外≈5.7 V，D图中U外＝5.4 V。‎ 提能点(一)　闭合电路的动态分析 ‎1.程序法 ‎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：←R↑→ ‎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。‎ ‎[典例]　(2017·苏州检测)如图所示的电路中，电源的电动势E和内阻恒定不变，滑片P在变阻器的中点位置时，电灯L正常发光，现将滑片P移到最右端，则(　　)‎ A．电压表的示数变大 B．电流表的示数变小 C．电灯L消耗的功率变小 D．电阻R1消耗的功率变小 ‎[解析]　将滑片P移到最右端的过程中，滑动变阻器连入电路的电阻减小，导致电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律可得，电路的总电流增大，而电流表在干路中，测量电路总电流，所以电流表的示数变大，因为电压表测量滑动变阻器两端的电压，而滑动变阻器的电阻减小，故电压表的示数减小，A、B错误；路端电阻减小，则路端电压减小，即灯泡两端的电压减小，根据公式PL＝可得灯泡消耗的功率减小，C正确；通过灯泡的电流减小，而总电流是增大的，所以通过R1的电流增大，根据公式P＝I2R1可得R1消耗的电功率增大，故D错误。‎ ‎[答案]　C ‎(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。‎ ‎[集训冲关]‎ ‎1.(2017·如东中学期中)如图所示，电路中电源的电动势为E，内阻为r，开关S闭合后，当滑动变阻器R的滑动片P向左移动的过程中，三盏规格相同的小灯泡L1、L2、L3的亮度变化情况是(　　)‎ A．灯L2变亮，灯L1、L3变暗 B．灯L1变亮，灯L2、L3变暗 C．灯L1、L2变亮，灯L3变暗 D．灯L2、L3变亮，灯L1变暗 解析：选A　图中变阻器R与灯L3并联后与灯L2串联，再与灯L1并联。灯L1的电压等于路端电压，将滑动变阻器的滑片P向左移动的过程中，变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律得知：干路电流I增大，路端电压减小，则灯L1变暗，流过灯L2电流I2＝I－I1，I增大，I1减小，则I2增大，灯L2变亮，灯L3的电压U3＝‎ U－U2，U减小，U2增大，U3减小，灯L3变暗，故A正确。‎ ‎2.如图所示的电路，闭合开关S，待电路中的电流稳定后，减小R的阻值，则(　　)‎ A．电流表的示数减小 B．电压表的示数减小 C．电阻R2两端的电压减小 D．路端电压增大 解析：选B　题图中的电路结构是R1与R先并联，再与R2串联，故R↓→R总↓→I干↑→U内↑→U外↓。R2两端电压U2＝I干R2，U2增大，所以R与R1的并联电压减小，电压表示数减小，A、C、D错误，B项正确。‎ 提能点(二)　含电容器电路问题 ‎1.电路的简化 不分析电容器的充、放电过程时，把电容器所在的电路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上。‎ ‎2．电路稳定时电容器的处理方法 电路稳定后，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，即电阻不起降低电压的作用，但电容器两端的电压与其并联电器两端电压相等。‎ ‎3．电压变化带来的电容器变化 电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电。若电容器两端电压升高，电容器将充电；若电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电，可由ΔQ＝C·ΔU计算电容器上电荷量的变化量。‎ ‎[典例]　(2016·全国甲卷)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. ‎[解析]　断开S和闭合S后等效电路分别如图甲、乙所示。‎ 根据串联电路的电压与电阻成正比可得甲、乙两图中电容器两极板间的电压U1＝E，U2＝E，C所带的电荷量Q＝CU，则Q1∶Q2＝3∶5，选项C正确。‎ ‎[答案]　C 含电容器电路问题的解题思路 第一步 理清电路的串、并联关系 第二步 确定电容器两极板间的电压。在电容器充电和放电的过程中，欧姆定律等电路规律不适用，但对于充电或放电完毕的电路，电容器的存在与否不再影响原电路，电容器接在某一支路两端，可根据欧姆定律及串、并联规律求解该支路两端的电压U。‎ 第三步 分析电容器所带的电荷量。针对某一状态，由电容器两端的电压U求电容器所带的电荷量Q＝CU，由电路规律分析两极板电势的高低，高电势板带正电，低电势板带负电。‎ ‎[集训冲关]‎ ‎1.(多选)(2017·佛山质检)在如图所示的电路中，开关闭合后，灯泡L能正常发光。当滑动变阻器的滑片向右移动时，下列判断正确的是(　　)‎ A．滑动变阻器R的阻值变小 B．灯光L变暗 C．电源消耗的功率增大 D．电容器C的电荷量增大 解析：选BD　滑动变阻器的滑片向右移动时，其电阻R增大，流过R的电流减小，灯泡L变暗，故A错误，B正确；由P总＝EI知电源消耗的功率减小，C错误；电容器C上电压为路端电压，由U路＝E－Ir知路端电压增大，即电容器C上的电荷量增大，D正确。‎ ‎2．(2017·沈阳质检)如图所示，R1＝R2＝R3＝R4＝R，开关S闭合时，间距为d的平行板电容器C的正中间有一质量为m、电荷量为q的小球恰好处于静止状态；则开关S断开时，小球的运动情况为(　　)‎ A．不动 B．向上运动 C．向下运动 D．不能确定 解析：选C　开关S断开，电路的总电阻变大，干路电流减小，R4‎ 两端电压减小，则电容器两端的电压也减小，匀强电场的场强减小，小球受到的电场力减小，所以小球所受合力向下，C正确。‎ 提能点(三)　电路故障问题 ‎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它两端电压为零。‎ ‎2．检查方法 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 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。在使用电流表检测时，一定要注意电流表的极性和量程 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。在使用欧姆表检测时，电路一定要切断电源 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]　(多选)某学生做研究串联电路电压特点的实验时，接成如图所示的电路，接通S后，他将多用电表电压挡的红、黑表笔并联在A、C两点间时，电压表读数为U；当并联在A、B两点间时，电压表读数也为U；当并联在B、C两点间时，电压表读数为零，故障的原因可能是(　　)‎ A．AB段断路 B．BC段断路 C．AB段短路 D．BC段短路 ‎[解析]　由题意可得UAB＝UAC＝U，说明由A、B分别至电源的线路均已接通。若BC段完好，则AB段断路；若BC段短路，则AB段可能断路，也可能完好。又由题述得UBC＝0，因而可能AB段断路，或BC段短路，也有可能出现两者同时发生的情况。分析时考虑要全面，要把故障的可能原因全部找出来，不要漏掉正确选项。‎ ‎[答案]　AD ‎(1)断路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则该段电路中有断点。‎ ‎(2)短路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则该并联段电路被短路；若电压表示数有偏转，则该并联段电路没有被短路或不完全被短路。‎ ‎[集训冲关]‎ ‎1.如图所示的电路中，电源的电动势为6 V，当开关S接通后，灯泡L1和L2都不亮，用电压表测得各部分的电压是Uab＝6 V，Uad＝0 V，Ucd＝6 V，由此可断定(　　)‎ A．L1和L2的灯丝都烧断了　 　B．L1的灯丝烧断了 C．L2的灯丝烧断了 D．变阻器R断路 解析：选C　由Uab＝6 V可知，电源完好，灯泡都不亮，说明电路当中出现断路故障，且在a、b之间。由Ucd＝6 V可知，灯泡L1与变阻器R是通的，断路故障出现在c、d之间，故灯L2断路。所以选项C正确。‎ ‎2.(2017·西安一中期末)如图所示的电路中，灯泡A和灯泡B原来都是正常发光的，现在突然灯泡A比原来变暗了些，灯泡B比原来变亮了些，则电路中出现的故障可能是(　　)‎ A．R3断路 B．R2断路 C．R1短路 D．R1、R2同时短路 解析：选B　由电路图可知，通过灯泡A的电流等于通过灯泡B的电流与通过R2的电流之和。灯泡A比原来变暗了些，灯泡B比原来变亮了些，说明通过灯泡B的电流变大，而通过灯泡A的电流变小，结合电路分析可知R2断路，所以B正确。R3断路或R1短路都会使两灯泡都比原来变亮；R1、R2同时短路会使灯泡A比原来变亮，灯泡B熄灭。‎ 一、单项选择题 ‎1．测得蓄电池开路电压为2 V，下列结论正确的是(　　)‎ A．该电池的电动势大于2 V B．该电池的电动势等于2 V C．电池的内电压为2 V D．电池内每移动‎1 C电荷，电场力做功2 J 解析：选B　电源电动势在数值上等于电源开路时电源两端的电压，故A错误，B正确。电池的内电压随外电路的变化而变化，一般小于电源电动势，故C错误。在电池内部电场力做负功，故D错误。‎ ‎2.在如图所示电路中E为电源，其电动势E＝9.0 V，内阻可忽略不计；AB为滑动变阻器，其电阻R＝30 Ω；L为一小灯泡，其额定电压U＝6.0 V，额定功率P＝1.8 W；S为开关，开始时滑动变阻器的触头位于B端，现在接通开关S，然后将触头缓慢地向A端滑动，当到达某一位置C处时，小灯泡刚好正常发光。则CB之间的电阻应为(　　)‎ A．10 Ω　　　　　　　　 　B．20 Ω C．15 Ω D．5 Ω 解析：选B　本题中小灯泡刚好正常发光，说明此时小灯泡达到额定电流I额＝＝A＝‎0.3 A，两端电压达到额定电压U额＝6.0 V，而小灯泡和电源、滑动电阻AC串联，则电阻AC的电流与小灯泡的电流相等，RAC＝＝10 Ω，RCB＝R－RAC＝20 Ω，B项正确。‎ ‎3.如图所示的电路中，电源的电动势E和内电阻r恒定不变，电灯L恰能正常发光，如果变阻器的滑片向b端滑动，则(　　)‎ A．电灯L更亮，安培表的示数减小 B．电灯L更亮，安培表的示数增大 C．电灯L更暗，安培表的示数减小 D．电灯L更暗，安培表的示数增大 解析：选A　变阻器的滑片P向b端滑动，R1接入电路的有效电阻增大，外电阻R外增大，干路电流I减小，安培表的示数减小，路端电压U增大，电灯两端电压增大，电灯L更亮，A正确，B、C、D错误。‎ ‎4.如图所示电路，R由2 Ω变为6 Ω时，电路中的电流变为原来的一半，则电源的内阻是(　　)‎ A．1 Ω B．2 Ω C．3 Ω D．4 Ω 解析：选B　根据闭合电路欧姆定律＝·，解得r＝2 Ω，B正确。‎ ‎5.(2016·江苏淮海中学月考)如图所示，电源A的电压为6 V，电源B的电压为8 V，电容器的电容为200 pF，当开关S合向A，稳定后再合向B，再次达到稳定，则在这个过程中通过电流计的电荷量为(　　)‎ A．4×10－‎9 C B．1.2×10－‎‎9 C C．1.6×10－‎9 C D．2.8×10－‎‎9 C 解析：选D　开关S打在A时，电容器的电压为U1＝6 V，电量为：Q1＝CU1＝2×10－10×‎6 C＝1.2×10－‎9 C。开关S打在B时，稳定时，电容器的电压为U2＝8 V，电量为：Q2＝CU2＝2×10－10×‎8 C＝1.6×10－‎9 C。故通过电流计的电荷量为：Q＝Q1＋Q2＝2.8×10－‎9 C。‎ ‎6.如图所示，灯泡L1、L2原来都正常发光，在两灯突然熄灭后，用电压表测得c、d间电压比灯泡正常发光时的电压高，故障的原因可能是(假设电路中仅有一处故障)(　　)‎ A．a、c间断路 B．c、d间断路 C．b、d间断路 D．b、d间短路 解析：选B　因电路中L1、L2、R 及电源串联，电路中只有一处故障且两灯不亮，电路中必是断路，故D错误。电路中无电流，但c、d间电压升高，是因为c、d间断路，c、d两点分别与电源正、负极等电势。故正确答案为B。‎ ‎7.如图所示，R4是半导体材料制成的热敏电阻，电阻率随温度的升高而减小，这就是一个火警报警器的电路，电流表是安放在值班室的显示器，电源两极之间接一个报警器，当R4所在处出现火情时，显示器的电流I和报警器两端的电压U的变化情况是(　　)‎ A．I变大，U变小 B．I变大，U变大 C．I变小，U变大 D．I变小，U变小 解析：选A　当R4所在处出现火情时，R4阻值变小，外电路总电阻变小，则总电流变大，电源的内电压变大，路端电压变小，即U变小。电路中并联部分的电压U并＝E－I总(R1＋r)，I总变大，则U并变小，流经R3的电流减小，所以电流表示数变大。故A项正确。‎ ‎8.(2017·乌鲁木齐一诊)如图所示，电路中灯泡A、B均正常发光。忽然灯泡B比原来变暗了些，而灯泡A比原来变亮了些。电路中出现的故障可能是(　　)‎ A．R2发生断路 B．R3发生断路 C．R2、R3同时发生断路 D．R1、R3同时发生断路 解析：选A　假设R2断路，则A灯所在并联支路的总电阻增大，导致外电路总电阻增大，干路电流减小，路端电压U增大，流过R1的电流I1增大，流过灯泡所在并联支路的总电流I2(I2＝I总－I1)减小，B灯的电压UB＝I2RB3并减小，B灯变暗。A灯的电压UA(UA＝U－UB)增大，A灯变亮。选项A正确，同样的方法可得选项B、C、D错误。‎ 二、多项选择题 ‎9．(2016·江苏高考)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 解析：选AC　根据串、并联电路的特点可得，外电路总电阻为10 Ω，根据闭合电路欧姆定律得通过电源的电流为I＝ A＝‎1 A，则路端电压为U＝IR外＝10 V，选项A正确；电源的总功率P＝EI＝12 W，选项B错误；若取电源负极的电势为0，则a点电势为φa ‎＝2.5 V，b点电势为φb＝7.5 V，a、b间电压的大小为5 V，选项C正确；a、b间用导线连接起来后外电路总电阻为7.5 Ω，电路的总电流为I＝ A≈‎1.26 A，选项D错误。‎ ‎10.(2017·泰州模拟)如图所示电路，已知电源电动势为E，内阻为r，R0为固定电阻，当滑动变阻器R的触头向下移动时，下列论述正确的是(　　)‎ A．灯泡L一定变亮 B．电流表的示数变小 C．电压表的示数变小 D．R0消耗的功率变小 解析：选ABD　当R的滑动触头向下移动时，R变大，外电路总电阻变大，则由闭合电路欧姆定律知，总电流变小，路端电压变大，则电压表读数增大，灯泡L的电压增大，则灯L一定变亮，电路中并联部分电压增大，通过L的电流增大，而总电流减小，则电流表A的读数减小，R0消耗的功率变小，故A、B、D正确，C错误。‎ ‎11．在某控制电路中，需要连成如图所示的电路，主要由电动势为E、内阻为r的电源与定值定阻R1、R2及电位器(滑动变阻器)R连接而成，L1、L2是红、绿两个指示灯，当电位器的触头由弧形碳膜的中点逆时针滑向a端时，下列说法中正确的是(　　)‎ A．L1、L2两个指示灯都变亮 B．L1、L2两个指示灯都变暗 C．L1变亮，L2变暗 D．R1两端电压增大 解析：选BD　当电位器向a段滑动时，电路的总电阻减小，干路电流增大，故R1两端电压增大，同时内电压增大，路段电压减小，所以灯L1变暗；通过电阻R1的电流变大，所以电位器两端的电压减小，即灯L2两端的电压减小，所以此灯变暗，故A、C错误，B、D正确。‎ ‎12.(2017·济宁月考)在如图所示的电路中，电源的电动势恒定，要想使灯泡L变暗，可以(　　)‎ A．增大R1的阻值 B．减小R1的阻值 C．增大R2的阻值 D．减小R2的阻值 解析：‎ 选AD　(等效思维法)因电容器具有隔直流通交流的特征，所以其电路可等效为如图所示。当R2的阻值减小并趋于零时，L被短路，L变暗，当R1的阻值增大并趋近无穷大时，可视为断路，总电流趋近于零，灯泡L也变暗，所以A、D正确。‎ ‎13.(2016·江西大学附中期末)如图所示电路中，电阻R1∶R2∶R3∶R4＝1∶2∶3∶4，C为电容器，A为电流表，当电路中某个电阻断路瞬间，发现有自上而下的电流通过电流表A，则断路的电阻可能是(　　)‎ A．R1 B．R2‎ C．R3 D．R4‎ 解析：选BC　设路端电压为U，则根据欧姆定律可得UR1＝U，UR2＝U，UR3＝U，UR4＝U，设电源负极的电势为零，则电容器上极板的电势φ上＝U，下极板的电势为φ下＝U，上极板电势大于下极板电势，有自上而下的电流通过电流表，说明电容器两端电压变大，所以可能为电阻R2变大或者电阻R3变大，故B、C正确。‎ ‎14．(2017·汕头模拟)如图所示，电路中R1、R2均为可变电阻，电源内阻不能忽略，二极管D为理想二极管，平行板电容器C的极板水平放置，闭合开关S，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两极板之间处于静止状态，下列操作中，油滴仍然能保持静止的有(　　)‎ A．只增大R1的阻值 B．只增大R2的阻值 C．只增大两板间的距离 D．只断开开关S 解析：选BCD　电路稳定时，电容器的电压等于可变电阻R1的电压，增大R1的阻值，路端电压增大，所以电容器两端的电压增大，故两极板间的电场强度增大，粒子向上运动，A错误；只增大R2的阻值，而R2处于断路的支路中，对电路的电压、电流没有影响，所以油滴仍保持静止状态，B正确；增大两板间的距离，根据公式C＝可知电容减小，电荷量要减小，但是由于二极管的存在，电容器不能放电，故电荷量仍保持不变，两极板间的电场强度不变，所以油滴仍能保持静止，C正确；断开开关，电容充电完毕，又不能放电，所以电容两极板间的电压恒定不变，即电场强度不变，所以油滴仍保持静止，D正确。‎