高考物理复习第八章第2讲闭合电路欧姆定律讲义（含解析）新人教版 11页

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　n②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3－1P63第1题改编)一个电源接8Ω电阻时，通过电源电流为0.15A，接13Ω电阻时，通过电源的电流为0.10A，则电源的电动势和内阻分别为(　　)A．2V　1.5Ω　　　　B．1.5V　2ΩC．2V　2ΩD．1.5V　1.5Ω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＝2Ω，E＝1.5V．]2．(人教版选修3－1P63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600μV，短路电流是30μA.则这块电池板的内阻为(　　)A．2ΩB．20ΩC．200ΩD．2000Ω答案：B3．(人教版选修3－1P63第4题改编)电源的电动势为4.5V、外电阻为4.0Ω时，路端电压为4.0V，若在外电路中分别并联一个6.0Ω的电阻和串联一个6.0Ω的电阻．则两种情况下的路端电压为(　　)A．4.3V　3.72VB．3.73V　4.3VC．3.72V　4.3VD．4.2V　3.73V答案：C4．(人教版选修3－1P52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0～10V，当使用a、c两个端点时，量程为0～100V．已知电流表的内阻Rg为500Ω，满偏电流Ig为1mA，则电阻R1、R2的值分别为(　　)nA．9500Ω　90000ΩB．90000Ω　9500ΩC．9500Ω　9000ΩD．9000Ω　9500Ω解析：A　[接a、b时，由串联电路特点有R总＝R1＋Rg＝得R1＝－Rg＝9500Ω.接a、c时，同理有R总′＝R1＋R2＋Rg＝得R2＝－Rg－R1＝90000Ω.]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nC．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．]n2．(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：n(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6V，内阻为1Ω，保护电阻R0＝0.5Ω，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．1Ω　4W　　　　　B．1Ω　8WC．0　8WD．0.5Ω　8W[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＝8W，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＝12V，电解槽内阻rA＝2Ω.当S1闭合，S2、S3断开时，电流表A示数为6A；当S2闭合，S1、S3断开时，电流表A示数为5A，且电动机输出功率为35W；当S3闭合，S1、S2断开时，电流表A示数为4A．则(　　)A．电炉的电阻为2ΩnB．仅S1闭合时，电炉的发热功率为72WC．电动机的内阻为1.2ΩD．在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为48W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＝2Ω，其发热功率为P＝UI1＝12×6W＝72W，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＝1Ω，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＝16W，选项D错误．]2．如图所示，电源电动势E＝12V，内阻r＝3Ω，R0＝1Ω，直流电动机内阻R0′＝1Ω，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＝2W)，则R1和R2的值分别为(　　)A．2Ω，2Ω　　　　　B．2Ω，1.5ΩC．1.5Ω，1.5ΩD．1.5Ω，2Ω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＝2Ω；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＝＝2A时，输出功率P有最大值，此时电动机的输出功率为P0＝2W，发热功率为P热＝I2R0′＝4W，所以电动机的输入功率为P入＝P0＋P热＝6W，电动机两端的电压为UM＝＝3V，电阻R2两端的电压为UR2＝E－UM－Ir＝3V，所以R2＝＝1.5Ω，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n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50VB．电源的内阻为ΩC．电流为2.5A时，外电路的电阻为15ΩD．输出功率为120W时，输出电压是30V[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＝50V，r＝Ω＝5Ω，A正确，B错误；当电流为I1＝2.5A时，由回路中电流I1＝，解得外电路的电阻R外＝15Ω，C正确；当输出功率为120W时，由题图中P－I关系图线看出对应干路电流为4A，再从U－I图线读取对应的输出电压为30V，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]n1．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ΩB．灯泡L1的额定电压为3V，额定功率为6WC．把灯泡L1换成阻值恒为1Ω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＝0.5Ω，A错误；因为灯L1正常发光，故灯L1的额定电压为3V，额定功率为P＝UI＝3×2W＝6W，B正确；正常工作时，灯L1的电阻为R1＝＝1.5Ω，换成R2＝1Ω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．5.5Ω　　　　　B．7.0ΩC．12.0ΩD．12.5Ω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＝3.6V，根据两图线交点处的状态可知，电阻的电压为U＝2.5V，电流为I＝0.2A，则硅光电池的内阻为r＝＝Ω＝5.5Ω，故选项A正确．]思想方法(十七)　电路故障分析方法n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(　　)nA．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．]