- 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