- 2021-05-26 发布 |
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文档介绍
【物理】2020届一轮复习人教版第八章第2节电路闭合电路的欧姆定律学案
第 2 节 电路 闭合电路的欧姆定律 考点 1 ? 串联电路和并联电路 电表的改装 【p132】 夯实基础 把灵敏电流表(微安表)改装成电压表或大量程的电流表 改装成电压表 改装成电流表 内部电路 改装原理 串联分压 并联分流 改装后 的量程 U＝Ig(R＋Rg) I＝R＋Rg R Ig 接入电阻 的阻值 R 串＝UR Ug Rg＝U Ig －Rg＝(n－1)Rg R 并＝Ig IR Rg＝ IgRg I－Ig ＝ Rg n－1 量程扩大 的倍数 n＝U Ug n＝I Ig 与扩程倍 数 n 的关系 串联的电阻是原电表内阻的 n －1 倍 串联的电阻是原电表内阻的 1 n－1 改装后的 总内阻 RV＝Rg＋R＝nRg RA＝R·Rg R＋Rg ＝Rg n 校准电路 考点突破 例 1 如图所示，其中电流表 A 的量程为 0.6 A，表盘均匀划分为 30 个小格，每一小格表示 0.02 A； R1 的阻值等于电流表内阻的1 2 ；R2 的阻值等于电流表内阻的 2 倍，若用电流表 A 的表盘刻度表示流过接线柱 1 的电流值，则下列分析正确的是( ) A．将接线柱 1、2 接入电路时，每一小格表示 0.04 A B．将接线柱 1、2 接入电路时，每一小格表示 0.02 A C．将接线柱 1、3 接入电路时，每一小格表示 0.06 A D．将接线柱 1、3 接入电路时，每一小格表示 0.01 A 【解析】将接线柱 1、2 接入电路时，通过 R1 的电流是通过电流表的 2 倍，每一小格表示 0.02 A＋0.04 A＝0.06 A，选项 A、B 错误；将接线柱 1、3 接入电路时，通过 R1 的电流仍然是通过电流表的 2 倍，每一 小格仍然表示 0.06 A，选项 C 正确，选项 D 错误． 【答案】C 针对训练 1．有两个相同的电流表，允许通过的最大电流(满偏电流)为 Ig＝1 mA，表头电阻 Rg＝30 Ω，若改装 成一个量程为 3 V 的电压表和一个量程为 0.6 A 的电流表应分别(C) A．串联一个 2 990 Ω的电阻和并联一个 0.15 Ω的电阻 B．并联一个 2 990 Ω的电阻和串联一个 0.15 Ω的电阻 C．串联一个 2 970 Ω的电阻和并联一个 0.05 Ω的电阻 D．并联一个 2 970 Ω的电阻和串联一个 0.05 Ω的电阻 2．如图所示，有三个电阻，已知 R1∶R2∶R3＝1∶3∶6，则电路工作时，电压 U1∶U2 为(D) A．1∶6 B．1∶9 C．1∶3 D．1∶2 【解析】由题图可知 R2 与 R3 并联再与 R1 串联，U1 为 R1 两端电压，U2 为并联部分电压，由电阻关系知 R2＝3R1，R3＝6R1，R2 与 R3 并联总电阻 R23＝3R1·6R1 3R1＋6R1 ＝2R1，根据串联电路电压分配规律有 U1∶U2＝R1∶R23＝1∶ 2. 考点 2 ? 闭合电路的欧姆定律 【p133】 夯实基础 1．电动势 反映电源__把其他形式的能转化为电能__的本领大小的物理量．电动势在数值上等于非静电力把 1 C 的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功． (1)电动势在数值上等于电源__不接入电路时__电源两极间的电压； (2)电动势等于__电路断开时电源__正、负极间电压； (3)电动势等于__内、外电路__电压之和． 2．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__电路中的总电阻__成反比． (2)表达式：__I＝ E R＋r __①或__E＝U 外＋Ir__②或__E＝U 外＋U 内__③ 注意：①式只适用于外电路为纯电阻电路时的情形，②、③式对外电路无特殊要求． 3．路端电压 __电源两极间的电压__叫路端电压． (1)跟外电阻的关系 U＝IR＝ E R＋r R＝ E 1＋r R 讨论：①当 R 增大时，U__增大__，当 R 减小时，U__减小__； ②当外电路开路时，R→∞，I＝0，__U＝E__； ③当外电路短路时，R＝0，I＝E r ，__U＝0__． (2)电源的 U－I 图象如图所示 U＝E－Ir ①直线斜率的绝对值表示__电源内阻 r__，纵轴的截距为__电源的电动势 E__，横轴的截距为__短路 电流 I 短＝E r __．(仅对电压、电流均以坐标原点为 0 值而言) ②U 随 I 变化的原因是电源有内阻． ③图线上每一点的坐标的乘积为__电源的输出功率__，即图中阴影部分“面积”． 考点突破 例 2 在如图 a 所示的电路中，R1 为定值电阻，R2 为滑动变阻器．闭合开关 S，将滑动变阻器的滑动触 头 P 从最右端滑到最左端，两个电压表的示数随电路中电流变化的完整过程图线如图 b 所示．则( ) A．图线甲是电压表 V2 示数随电流变化的图线 B．电源内电阻的阻值为 10 Ω C．电源的最大输出功率为 3.6 W D．滑动变阻器 R2 的最大功率为 0.9 W 【解析】R1 为定值电阻，图线甲是电压表错误!示数随电流变化的图线，A 对．由图线知，R1＝ 3－1 0.6－0.2 Ω＝5 Ω.设电源电动势为 E，内阻为 r，把 R1 放入电源内，依图线可得：E＝4＋0.2(5＋r)，0.6＝ E 5＋r ， 解得 E＝6 V，r＝5 Ω，B 错；电源最大输出功率 Pm＝E2 4r ＝1.8 W，C 错．视 R1 为电源内阻的一部分，而 R2m ＝ 4 0.2 Ω＝20 Ω，R2m>R1＋r，∴R2 的最大功率 P2＝ E2 4（R1＋r） ＝0.9 W，D 对． 【答案】AD 【小结】定值电阻的 U－I 图象与电源的 U－I 图象的比较 定值电阻 电源 U－I 图象 物理意义 表示电阻两端的电压与通过电 阻的电流之间的变化关系，描述 了电阻的性质 表示电源的路端电压与电源中 电流之间的变化关系，描述了电 源的性质 截距、斜率 斜率表示电阻的阻值 在 U 轴上的截距等于电源的电 动势，斜率的绝对值等于电源的 内阻 坐标值的乘积 UI 表示电阻消耗的电功率 表示电源的输出功率 两图线交点的物理意义 交点的纵坐标 U 既为定值电阻 两端的电压又是电源的路端电 压，横坐标 I 既是定值电阻的电 流又是电源中的电流，故交点坐 标表示该电阻与该电源组成闭 合回路时的电压、电流值. 针对训练 3．(多选)如图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(AD) 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】图线横轴从零开始，故纵轴上截距等于电动势，即 E＝6 V，而纵轴不是从零开始，故横轴上 的截距 0.5 A 不是电源的短路电流，故内阻应按斜率的绝对值计算，即 r＝|ΔU ΔI|＝6.0－5.0 0.5－0 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＝E I －r＝18 Ω.故选项 A、D 正确． 4．如图所示，电源电动势为 E，内阻为 r，三个灯泡 A、B、C 原来都是正常发光的，电路突然发生了 故障，结果灯泡 A 比原来暗了些，灯泡 B 和 C 比原来亮了些，假设三个灯泡灯丝的电阻恒定不变，则电路 中出现的故障可能是(A) A．R2 断路 B．R2 短路 C．R1 短路 D．无法判断 【解析】若 R2 断路，外电阻增大，路端电压增大，干路电流减小，灯泡 C 中的电流增大，灯泡 C 变亮， 则通过灯泡 A 的电流减小，灯泡 A 变暗；灯泡 A 和 R1 两端电压减小，故灯泡 B 两端电压增大，灯泡 B 变亮， 符合题意，故 A 正确；若 R2 短路，灯泡 B 不亮，不符合题意，故 B 错误；若 R1 短路，外电阻减小，路端电 压减小，干路电流增大，灯泡 C 中的电流减小，则通过灯泡 A 的电流增大，灯泡 A 变亮，不符合题意，故 C 错误． 考点 3 ? 闭合电路的动态变化 【p134】 夯实基础 闭合电路的动态分析 1．特点：闭合电路中只要某一电阻的阻值发生变化，就会影响整个电路，使总电路和每一部分的电 流和电压都发生变化． 2．基本依据：闭合电路的欧姆定律、部分电路的欧姆定律、串联电路的电压关系、并联电路的电流 关系等． 3．基本方法 (1)程序法：基本思路是“部分→整体→部分” 即 R 局 增大 减小 →R 总 增大 减小 →I 总 减小 增大 →U 外 增大 减小 → I 部分 U 部分 (2)结论法 运用“串反并同”这个结论(仅适用单变量电路) ①所谓“串反”是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端的电压、电功率都 将减小，反之则增大． ②所谓“并同”，是指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流，两端的电压，电功率 都将增大，反之则减小． (3)极限法：即因变阻器滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑动触头分别滑至两个极端去讨论． (4)特殊值法：对于某些问题，可以采取代入特殊值去判定，从而得出结论． (5)等效电源法： ①电源与一定值电阻串联后，这一整体看做一个新的电源(等效电源) ②电源与一定值电阻 R1 并联后，这一整体可看做一个新的电源 考点突破 例 3 在如图所示电路中，闭合开关 S，当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时，四个理想电表的示数 都发生变化，电表的示数分别用 I、U1、U2 和 U3 表示，电表示数变化量的绝对值分别用ΔI、ΔU1、ΔU2 和 ΔU3 表示．下列说法正确的是( ) A．U1 变小，U2 变大，U3 变小，I 变大 B．U1 变大，U2 变小，U3 变大，I 变大 C.U1 I 变大，U2 I 变大，U3 I 变大 D.ΔU1 ΔI 不变，ΔU2 ΔI 不变，ΔU3 ΔI 不变 【解析】当滑动变阻器 R2 的滑动触头 P 向上滑动，其阻值变小，总电阻变小，电流表示数 I 变大，路 端电压 U3 减小，R1 的电压 U1 增大，故 R2 的电压 U2 减小，故 A、B 错误．因 R1 是定值电阻，则有U1 I ＝ΔU1 ΔI ＝ R1，不变．因为U2 I ＝R2，R2 变小，U2 I 变小；U3 I ＝R1＋R2，变小，故 C 错误．根据闭合电路欧姆定律得 U3＝E－ I(r＋R3)，则ΔU3 ΔI ＝r＋R3，不变．U2＝E－I(R1＋r＋R3)，则ΔU2 ΔI ＝R1＋r＋R3，不变，故 D 正确． 【答案】D 针对训练 5．某市区某学校创建绿色校园，如图甲为新装的一批节能路灯，该路灯通过光控开关实现自动控制： 电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变．如图乙为其内部电路简化原理图，电源电动势为 E，内 阻为 r，Rt 为光敏电阻(光照强度增加时，其电阻值减小)．现增加光照强度，下列判断正确的是(B) A．电源路端电压不变 B．R0 两端电压变大 C．B 灯变暗，A 灯变亮 D．电源总功率不变 【解析】由题意，增加光的强度，Rt 减小，外电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律，干路电流 I 增大，电源的内电压增大，路端电压 U 减小，则 A 灯变暗；通过 R0 电流 I0＝I－IA，I 增大，而 IA 减小，则 I0 增大，R0 两端电压 U0 增大，而 R0、B 灯的电压之和等于路端电压，路端电压减小，则知，B 的两端电压减 小，B 灯变暗；电源的总功率 P＝EI，I 增大，则 P 增大，故 B 正确，A、C、D 错误． 6．如图所示电路，当滑动变阻器 R3 的滑片向右移动一段距离后，电压表 V1 和电压表 V2 的示数的变化 量分别为ΔU1 和ΔU2(均取绝对值)．下列说法中正确的是(B) A．电压表 V1 的示数变大，电压表 V2 的示数变小，且有ΔU1>ΔU2 B．电压表 V1 的示数变小，电压表 V2 的示数增大，且有ΔU1>ΔU2 C．电容器的左极板带正电，且两极板间电场强度减小 D．电源的输出功率比 R3 的滑片移动前大 【解析】滑动变阻器 R3 的滑片向右移动一小段距离后，R3 接入电路的电阻减小，电路外电阻减小，总 电阻减小，电源输出电流增大，R2 中电流增大，R2 两端电压增大，电压表 V2 的示数增大，与其并联的电容 器 C 两端电压增大，极板带电荷量增大，两板间电场强度增大，C 错．电源内阻电压增大，导致电源路端 电压减小，电源输出功率不一定增大，选项 D 错误；根据闭合电路欧姆定律，E＝U1＋U2＋Ir，电源输出电 流 I 增大，则 U1＋U2 减小，电压表 V2 的示数增大，则电压表 V1 的示数减小，且有ΔU1＝ΔU2＋ΔI·r，即 ΔU1>ΔU2，选项 B 正确，A 错误． 考点 4 ? 含电容器的电路 【p135】 夯实基础 含容电路的分析 电容器是一个储存电荷的元件．在直流电路中，当电容器充、放电时，电路里有充、放电电流，一旦 电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑电容器是理想的不漏电的情况)的元 件，在电容器处电路看做断路，简化电路时可去掉它．简化后若要求电容器所带电荷量时，可在相应的位 置补上． 1．解决这类问题的一般方法：通过稳定的两个状态来了解不稳定的中间变化过程． 2．只有当电容器充、放电时，电容器支路中才会有电流，当电路稳定时，电容器处电路相当于断路． 3．电路稳定时，与电容器串联的电阻为等势体，相当于一段导线，电容器的电压为与之并联的电阻 两端的电压．有时要求出电容器两端电势，然后求电势差． 4．在计算出电容器的带电量后，必须同时判定两板的极性，并在图上标出． 5．在充放电时，电容器两根引线上的电流方向总是相同的，所以要根据正极板电荷变化情况来判断 电流方向． 6．如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量的差； 如果变化前后极板带电的电性改变，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和，可用公 式ΔQ＝CΔU 计算电容器上电荷的变化量． 考点突破 例 4 如图所示，R0 为热敏电阻(温度降低电阻增大)，D 为理想二极管(正向电阻为零，反向电阻无穷大)， C 为平行板电容器，C 中央有一带电液滴刚好静止，M 点接地．下列各项单独操作可能使带电液滴向上运动 的是( ) A．变阻器 R 的滑动头 P 向上移动 B．将热敏电阻 R0 降温 C．开关 S 断开 D．电容器 C 的上极板向上移动 【解析】要使液滴向上运动，则应增大液滴受到的电场力；即应增大两极间的电场强度；当变阻器的 滑片向上移动时，滑动变阻器接入电阻减小，则总电流增大，内电压及 R0 两端的电压增大，则滑动变阻器 两端的电压减小，由于二极管具有单向导电性，电荷不会向右流出，所以电容器两板间的电场强度不变， 故 A 错误；热敏电阻降温时，热敏电阻阻值增大，则由闭合电路欧姆定律可知，滑动变阻器两端的电压减 小，由于二极管具有单向导电性，电荷不会向右流出，所以电容器两板间的电场强度不变，液滴仍然静止， 故 B 错误；开关 S 断开时，电容器直接接在电源两端，电压增大，电场强度变大，则液滴向上运动，故 C 正确；电容器 C 的上极板向上移动，d 增大，则电容 C 减小，由于二极管具有单向导电性，电荷不会向右 流出，由 U＝Q C ，C＝ εS 4πkd ，E＝U d ，所以 E＝4πkQ εS ，由于极板上的电量、电容器的正对面积不变，所以电 场强度 E 不变，液滴仍然静止，故 D 错误． 【答案】C 针对训练 7．(多选)如图所示，一电荷量 q＝3×10－5 C 的带正电小球，用绝缘细线悬挂于竖直放置、足够大的 平行金属板中的 O 点．开关 S 合上后，小球静止时细线与竖直方向的夹角θ＝37°.已知两板间距 d＝0.1 m， 电源电动势 E＝15 V，内阻 r＝0.5 Ω，电阻箱 R1＝3 Ω，R2＝R3＝R4＝8 Ω.g 取 10 m/s2，已知 sin 37° ＝0.6，cos 37°＝0.8，重力加速度 g＝10 m/s2.则以下表达正确的是(BD) A．电源的输出功率为 14 W B．两板间的电场强度的大小为 140 V/m C．带电小球的质量为 5.6×10－3 kg D．若增加 R1 的大小，会有瞬时电流从左向右流过 R4 【解析】外电路电阻 R＝ R2R3 R2＋R3 ＋R1，电路中总电流 I＝ E R＋r ，路端电压 U＝E－Ir，输出功率 P＝UI， 解得 P＝28 W，两板间的场强 E0＝U d ＝140 V/m，A 错误，B 正确；设小球质量为 m，由共点力平衡条件有 mgtan θ＝qE0，解得 m＝5.6×10－4 kg，C 错误；若增加 R1 的大小，电容器两端电压增大，会有瞬时电流从左向 右流过 R4，D 正确． 8．如图所示的电路中，电源的电动势 E＝6 V，内阻 r＝1 Ω，电阻 R1＝3 Ω，R2＝6 Ω；电容器的电 容 C＝3.6 μF，二极管 D 具有单向导电性，开始时，开关 S1 闭合，S2 断开； (1)合上 S2，待电路稳定后，求电容器 C 上电量变化了多少？ (2)合上 S2，待电路稳定后再断开 S1 后流过 R1 的电量是多少？ 【解析】(1)设开关 S1 闭合，S2 断开时，电容器两端的电压为 U1，干路电流为 I1，根据闭合电路欧姆 定律有 I1＝ E R1＋r ＝1.5 A，U1＝I1R1＝4.5 V 合上开关 S2 后，设电容器两端电压为 U2，干路电流为 I2，根据闭合电路欧姆定律有 I2＝ E R1R2 R1＋R2 ＋r ＝2 A U2＝I2 R1R2 R1＋R2 ＝4 V 所以电容器上电量变化了ΔQ＝(U2－U1)C＝－1.8×10－6 C 故电容器的电量减少了 1.8×10－6 C. (2)合上 S2 后，设电容器上的电量为 Q，则 Q＝CU2＝1.44×10－5 C 断开 S1 后，R1 和 R2 的电流与阻值成反比，因而流过的电量与阻值也成反比，故流过 R1 的电量 Q1＝ R2 R1＋R2 Q ＝9.6×10－6 C 故断开 S1 后流过 R1 的电量是 9.6×10－6 C. 考点 5 ? 闭合电路中的功率 【p135】 夯实基础 闭合电路中的能量转化关系 1．电源的功率__P＝IE__，普遍适用； P＝ E2 R＋r ＝I2(R＋r)，__只适用于外电路为纯电阻元件的情况__． 2．电源内阻消耗的功率 P 内＝__I2r__． 3．电源的输出功率 P 出＝IU 外，普遍适用； 对于纯电阻电路，当 r 包含在 R 的变化范围内时有：P 出＝I2R＝ E R＋r 2 R；当 R＝r 时，P 出最大，__Pmax ＝E2 4r __．电源的输出功率 P 出跟外电阻 R 的关系如图，由图可知 ①当 R＝r 时，电源输出功率最大为 Pm ②当 R查看更多