- 2021-05-26 发布 |
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文档介绍
【物理】2019届一轮复习鲁科版第八章电路 闭合电路的欧姆定律学案
基础课2 电路 闭合电路的欧姆定律 知识点一、电阻的串联、并联 串联电路 并联电路 电路图 基本特点 电压 U=U1+U2+…+Un U=U1=U2=…=Un 电流 I=I1=I2=…=In I=I1+I2+…+In 总电阻 R=R1+R2+…+Rn =++…+ 知识点二、电动势和内电阻 1.电动势 (1)定义:电源在内部移动电荷过程中,非静电力对电荷做的功与移动电荷的电荷量的比值。 (2)定义式:E=,单位为V。 (3)大小:电动势在数值上等于在电源内部非静电力把1 C正电荷从负极移送到正极所做的功。 2.内电阻:电源内部导体的电阻。 知识点三、闭合电路的欧姆定律 1.闭合电路的欧姆定律 (1)内容:流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成正比,跟内、外电阻之和成反比。 (2)公式 ①I=(只适用于纯电阻电路); ②E=U外+Ir(适用于所有电路)。 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 [思考判断] (1)电动势的大小反映了电源把电能转化为其他形式的能的本领强弱。( ) (2)电动势由电源中非静电力的特性决定,与电源的体积无关,与外电路无关。( ) (3)电动势等于电源的路端电压。( ) (4)电路中某电阻增大,该电阻的功率一定增大。( ) (5)闭合电路中外电阻越大,路端电压越大。( ) (6)在闭合电路中,外电阻越大,电源的输出功率越大。( ) (7)电源的输出功率越大,电源的效率越高。( ) 答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)× 电路的动态变化分析 1.判定总电阻变化情况的规律 (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。 (3)在如图1所示分压电路中,滑动变阻器可视为由两段电阻构成,其中一段R并与用电器并联,另一段R串与并联部分串联。A、B两端的总电阻与R串的变化趋势一致。 图1 2.电路动态分析的常用“两法” (1)程序判断法:遵循“局部→整体→部分”的思路,按以下步骤分析: (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动端分别滑至两个极端去讨论。 1.[电压表、电流表示数变化问题](多选)如图2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( ) 图2 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 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,R1两端电压变大,并联电路的电压即电压表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。 答案 AD 2.[小灯泡亮度变化问题](多选)如图3所示的电路,L1、L2、L3是3只小电灯,R是滑动变阻器,开始时,它的滑片P位于中点位置。当S闭合时,3只小电灯都发光。现使滑动变阻器的滑片P向右移动时,则小电灯L1、L2、L3的变化情况( ) 图3 A.L1变亮 B.L2变亮 C.L3变暗 D.L1、L2、L3均变亮 解析 当滑动变阻器的滑片向右移动时,变阻器的有效电阻变大,导致外电路的总电阻增大,由闭合电路的欧姆定律I=知,总电流I总减小,路端电压U路=E-I总r将增大,因此,通过L1灯的电流IL1变小,L1灯变暗;U路=UL1+UL2,得L2灯两端的电压变大,L2灯变亮。而IL1=IL2+IL3,通过L1灯的电流IL1变小,通过L2灯的电流IL2变大,则通过L3灯的电流IL3变小,L3灯变暗。由以上分析可知,选项B、C正确。 答案 BC 3.[含容电路中的电荷量变化问题](多选)如图4所示,R1、R2、R3、R4均为可变电阻,C1、C2均为电容器,电源的电动势为E,内阻r≠0。若改变四个电阻中的一个阻值,则( ) 图4 A.减小R1,C1、C2所带的电荷量都增加 B.增大R2,C1、C2所带的电荷量都增加 C.增大R3,C1、C2所带的电荷量都增加 D.减小R4,C1、C2所带的电荷量都增加 解析 R1上没有电流流过,R1是等势体,故减小R1,C1两端电压不变,C2两端电压不变,C1、C2所带的电荷量都不变,选项A错误;增大R2,C1、C2两端电压都增大,C1、C2所带的电荷量都增加,选项B正确;增大R3,C1两端电压减小,C2两端电压增大,C1所带的电荷量减小,C2所带的电荷量增加,选项C错误;减小R4,C1、C2两端电压都增大,C1、C2所带的电荷量都增加,选项D正 确。 答案 BD 方法技巧 1.分析动态变化问题要注意以下三点 (1)两个公式:闭合电路欧姆定律E=U+Ir(E、r不变)和部分电路欧姆定律U=IR。 (2)两个关系:外电压等于外电路上串联各部分电压之和;总电流等于各支路电流之和。 (3)一个方法(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→支路的变化。 2.分析电容器带电荷量的变化要注意以下两点 (1)把电容器当成断路简化电路图,按照电路动态分析的基本方法来分析各部分电路电压与电流的变化。 (2)电路稳定时,找到与电容器并联的电阻,而电容器的电压等于与之并联的电阻两端的电压。 闭合电路的功率及效率问题 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% 【典例】 如图5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,则当电阻箱R读数为多少时,保护电阻R0 消耗的电功率最大,且这个最大值为:( ) 图5 A.1 Ω 4 W B.1 Ω 8 W C.0 8 W D.0.5 Ω 8 W 解析 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。 答案 C 【拓展延伸1】 在【典例】中的条件不变,则当电阻箱R的读数为多少时,电阻箱R消耗的功率PR最大且这个最大值为( ) A.1 Ω 6 W B.0.5 Ω 8 W C.1 Ω 1.5 W D.1.5 Ω 6 W 解析 这时要把保护电阻R0与电源内阻r算在一起,据以上结论,当R=R0+r即R=(1+0.5) Ω=1.5 Ω时,PRmax== W=6 W。故选项D正确。 答案 D 【拓展延伸2】 在【典例】中,若电阻箱R的最大值为3 Ω,R0=5 Ω,则当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R的功率最大且这个最大值为( ) A.3 Ω 4 W B.2 Ω W C.3 Ω W D.1 Ω 4 W 解析 把R0=5 Ω当作电源内阻的一部分,则等效电源内阻r等为6 Ω,而电阻箱R的最大值为3 Ω,小于6 Ω,P=()2R=,则不能满足R=r等,当电阻箱R的电阻取3 Ω时,R消耗功率最大,最大值为:P=()2R= W。故选项C正确。 答案 C 【拓展延伸3】 在【典例】中的条件不变,则电源的最大输出功率为( ) A.3 W B.4 W C.5 W D.9 W 解析 由电功率公式P出=()2R外=,当R外=r时,P出最大,即R=r-R0=0.5 Ω时,P出max== W=9 W。故选项D正确。 答案 D 方法技巧 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%。 1.[电源的P-R图象问题]将一电源与一电阻箱连接成闭合回路,测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线如图6所示,由此可知( ) 图6 A.电源最大输出功率可能大于45 W B.电源内阻一定等于5 Ω C.电源电动势为45 V D.电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率大于50% 解析 由于题述将一电源与一电阻箱连接成闭合回路,电阻箱所消耗功率P等于电源输出功率。由电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线可知,电阻箱所消耗功率P最大为45 W,所以电源最大输出功率为45 W,选项A 错误;由电源输出功率最大的条件可知,电源输出功率最大时,外电路电阻等于电源内阻,所以电源内阻一定等于5 Ω,选项B正确;由电阻箱所消耗功率P最大值为45 W可知,此时电阻箱读数为R=5 Ω,电流I==3 A,电源电动势E=I(R+r)=30 V,选项C错误;电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率为50%,选项D错误。 答案 B 2.[纯电阻电路和非纯电阻电路](2017·唐山模拟)(多选)如图7所示,电源电动势E=3 V,小灯泡L标有“2 V 0.4 W”,开关S接1,当滑动变阻器调到R=4 Ω 时,小灯泡L正常发光。现将开关S接2,小灯泡L和电动机M均正常工作。则( ) 图7 A.电源内阻为1 Ω B.电动机的内阻为4 Ω C.电动机正常工作电压为1 V D.电源效率约为93.3% 解析 小灯泡正常工作时的电阻RL==10 Ω,流过小灯泡的电流I==0.2 A。当开关S接1时,R总==15 Ω,电源内阻r=R总-R-RL=1 Ω,A正确;当开关S接2时,电动机M两端的电压UM=E-Ir-U=0.8 V,C错误;电动机对外功率未知,不能求出电动机的内阻,选项B错误;电源的效率η==×100%=93.3%,D正确。 答案 AD 电路相关图象问题的分析与计算 两种图象的比较 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 1.[电源U-I图象的理解](多选)如图8所示是某电源的路端电压与电流的关系图象,下列结论正确的是( ) 图8 A.电源的电动势为6.0 V B.电源的内阻为12 Ω C.电源的短路电流为0.5 A D.电流为0.3 A时的外电阻是18 Ω 解析 由于该电源的U-I图象的纵轴坐标不是从零开始的,故纵轴上的截距仍为电源的电动势,即E=6.0 V,但横轴上的截距0.5 A并不是电源的短路电流,故内阻应按斜率的绝对值计算,即r=||= Ω=2 Ω。由闭合电路欧姆定律可得电流I=0.3 A时,外电阻R=-r=18 Ω。故选项A、D正确。 答案 AD 2.[电源U-I图象与电阻U-I图象的结合](2017·黑龙江哈尔滨第一中学考试)( 多选)如图9所示的U-I图象中,直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系图线,直线Ⅱ为某一电阻R的U-I图线,用该电源直接与电阻R连接成闭合电路,由图象可知( ) 图9 A.R的阻值为1.5 Ω B.电源电动势为3 V,内阻为0.5 Ω C.电源的输出功率为3.0 W D.电源内部消耗功率为1.5 W 解析 由于电源的路端电压与电流的关系曲线Ⅰ和电阻R的U-I图线Ⅱ都为直线,所以电源的路端电压与电流的关系图线Ⅰ的斜率的绝对值等于电源内阻,r=1.5 Ω;电阻R的U-I图线Ⅱ的斜率等于电阻R的阻值,R=1.5 Ω,选项A正确,B错误;电源的路端电压与电流的关系图线和电阻R的U-I图线交点纵、横坐标的乘积表示电源的输出功率,电源的输出功率为P=UI=1.5×1.0 W=1.5 W,选项C错误;由EI=P+Pr解得电源内部消耗的功率为Pr=EI-P=3.0×1.0 W-1.5 W=1.5 W,选项D正确。 答案 AD 方法技巧 利用两种图象解题的基本方法 利用电源的U-I图象和电阻的U-I图象解题,无论电阻的U-I图象是线性还是非线性,解决此类问题的基本方法是图解法,即把电源和电阻的U-I图线画在同一坐标系中,图线的交点即电阻的“工作点”,电阻的电压和电流可求,其他的量也可求。 电路故障的分析方法 1.故障特点 (1) 断路特点:断路部分电路中电流为零,而电压不为零。因此,若外电路中某两点间电压不为零,电流为零,则两点间有断点,而这两点与电源的两极之间无断点。 (2)短路特点:表现为有电流通过而某元件两端电压为零。 2.故障的分析方法 (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。在使用电流表检测时,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。在使用欧姆表检测时,电路一定要切断电源。 (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现象符合,则故障可能发生在这部分电路,直到找出发生故障的全部可能为止,亦称排除法。 如图10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( ) 图10 A.R1短路 B.R2断路 C.R2短路 D.R3短路 解析 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,与其并联的用电器上的电压降低,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。故应选D。 答案 D 如图11所示,电源电动势为6 V,当开关S接通时,灯泡L1和 L2都不亮,用电压表测得各部分电压是Uad=0,Ucd=6 V,Uab=6 V,由此可判定( ) 图11 A.L1和L2的灯丝都断了 B.L1的灯丝断了 C.L2的灯丝断了 D.变阻器R断路 解析 根据电路发生断路的特点可以判断。因Uab=6 V则说明电源没有问题,是外电路出现故障,而Ucd=6 V,则说明L1、R完好,又Uad=0,则说明L2的灯丝断了,故C正确。 答案 C 1.(2016·全国卷Ⅱ,17)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12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( ) 图12 A. B. C. D. 解析 S断开时等效电路如图甲所示。 甲 电容器两端电压为U1=×R×=E; S闭合时等效电路如图乙所示。 乙 电容器两端电压为U2=×R=E, 由Q=CU得==,故选项C正确。 答案 C 2.(2016·江苏单科,8)(多选)如图13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( ) 图13 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 外电路的总电阻R= Ω=10 Ω,总电流I==1 A,则路端电压U=IR=10 V,A对;电源的总功率P总=EI=12 W,B错;a、b间电压大小为Uab=0.5×15 V-0.5×5 V= 5 V,C项对;a、b间用导线连接后,外电路的总电阻为R′=2× Ω=7.5 Ω,电路中的总电流I==1.26 A,D项错误。 答案 AC 3.(2014·天津理综,2)如图14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,闭合开关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( ) 图14 A.增大R1的阻值 B.增大R2的阻值 C.增大两板间的距离 D.断开开关S 解析 带电油滴原来平衡,则q=mg。当增大R1的阻值时,电路的总电阻增大,总电流减小,内压减小,路端电压U增大,带电油滴向上加速,选项A错误;增大R2的阻值,路端电压不变,油滴仍静止,选项B正确;增大两板间距离,<mg,油滴向下加速,选项C错误;断开开关S后,电容器放电,使板间场强减小,油滴受到的电场力减小而向下加速,选项D错误。 答案 B 4.(2017·山东潍坊模拟)(多选)两位同学在实验室中利用如图15(a)所示的电路进行实验,调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时,一位同学记录电流表和电压表的测量数据,另一位同学记录电流表和电压表的测量数据。两位同学根据记录的数据描绘出如图(b)所示的两条U-I图线。则图象中两图线的交点表示的物理意义是 ( ) 图15 A.滑动变阻器的滑动触头P滑到了最右端 B.电源的输出功率最大 C.定值电阻R0消耗的功率为0.5 W D.电源的效率达到最大值 解析 由题图可得,电源电动势E=1.5 V,内阻r=1 Ω,在交点位置有R+R0==2 Ω,R0==2 Ω,则R=0,滑动变阻器的滑动触头P滑到了最左端,选项A错误;当电路中外电阻等于电源内阻时,电源的输出功率最大,但R0>r,故改变滑动变阻器的阻值时无法使电路中外电阻等于电源内阻,此时外电阻越接近电源内阻,电源的输出功率越大,故选项B正确;P0=U2I=0.5 W,选项C正确;电源的效率η=,电流越小,电源的效率越大,可见滑动变阻器的滑动触头P滑到最右端时电源的效率最大,选项D错误。 答案 BC查看更多