浙江省2021版高考物理一轮复习第七章恒定电流第2节闭合电路欧姆定律教案 1 15页

1 第 2 节 闭合电路欧姆定律 【基础梳理】 提示：非静电力 负极 正极 W q 其他形式的能 电能 内阻 正比 反比 E R＋r 电源电动势 电源内阻 短路电流 【自我诊断】 判一判 (1)电路中某电阻的阻值最大，该电阻的功率不一定最大．( ) (2)电路中只有一个电阻增大时，电路的总电阻不一定增大．( ) (3)电流表改装时，并联的电阻越小，改装后的量程越大．( ) (4)电动势就是电源两极间的电压．( ) (5)闭合电路中的电流跟电源电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比．( ) (6)闭合电路中的短路电流无限大．( ) 提示：(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)× 做一做 (多选)如图所示为某一电源的 U－I 图线，由图可知( ) A．电源电动势为 2V B．电源内电阻为1 3 Ω 2 C．电源短路时电流为 6A D．电路路端电压为 1V 时，电路中电流为 5A 提示：AD 闭合电路的动态分析 【题组过关】 1．如图所示，L1、L2、L3 三只电灯泡均能发光，当把滑动变阻器的触头 P 向下滑动时， 三只电灯泡亮度的变化是( ) A．L1、L2、L3 都变亮 B．L1、L2 变亮，L3 变暗 C．L1、L3 变亮，L2 变暗 D．L1 变亮，L2、L3 变暗 解析：选 B.滑动变阻器的触头 P 向下滑动时，滑动变阻器连入电路的阻值 R 减小，所 以电路总电阻值 R 总减小，由闭合电路欧姆定律知总电流 I 总＝ E R 总＋r 变大，通过 L1 的电流 增大，L1 两端的电压 UL1 增大，故 L1 变亮；由于 I 总变大，所以内阻上的电压(U 内＝I 总 r)变大， 所以 L3 两端的电压(UL3＝E－UL1－U 内)变小，通过 L3 的电流 IL3 变小，所以 L3 变暗；由于 I 总 变大，IL3 变小，所以通过 L2 的电流(IL2＝I 总－IL3)一定增大，L2 变亮，选 B. 2．(2020·金华高三月考)如图所示电路中，L1、L2 为两只相同的灯泡，R 为光敏电阻(随 光照的增强电阻减小)，当光照强度逐渐增强的过程中，下列判断正确的是( ) A．L1、L2 两灯均逐渐变暗 B．L1 灯逐渐变暗，L2 灯逐渐变亮 C．电源内电路消耗功率逐渐减小 D．光敏电阻 R 和灯泡 L1 消耗的总功率逐渐增大 解析：选 B.当光照增强时，光敏电阻 R 的阻值减小，电路的总电阻减小，由闭合电路 欧姆定律可得，电路中总电流增大，则 L2 灯逐渐变亮，由 U＝E－Ir 可知，路端电压减小， L2 灯的电压增大，则 L1 灯两端的电压减小，故 L1 灯逐渐变暗，故 A 错误，B 正确；总电流增 3 大，由 P＝I2r 知电源内电路消耗功率逐渐增大，故 C 错误；将 L2 灯看成电源内电路的一部 分，光敏电阻 R 和灯泡 L1 消耗的总功率是等效电源的输出功率，由于等效电源的内阻大于 外电阻，所以当光敏电阻的阻值减小，即外电阻减小时，等效电源的内外电阻差加大，输出 功率减小，则光敏电阻 R 和灯泡 L1 消耗的总功率逐渐减小，故 D 错误． 闭合电路的动态分析方法 (1)程序法：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 局和 U 局． 注意：当外电路的任何一部分电阻增大(或减小)时，电路的总电阻一定增大(或减小)． (2)直观法：①任一电阻 R 阻值增大，必引起通过该电阻的电流 I 的减小和该电阻两端 电压 U 的增大；②任一电阻 R 阻值增大，必将引起与之并联的支路中电流 I 并的增大和与之 串联的各电路电压 U 串的减小． (3)极限法：由滑动变阻器引起的电路变化的问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个 极端或将变阻器的阻值推向两个极端进行分析讨论．但此时要注意是否出现极值情况，即变 化是否单调． (4)特殊值法：对于某些特殊电路问题，可以采取代入特殊值的方法去判定． 闭合电路的故障分析 【题组过关】 1．如图所示的电路中，电源的电动势为 6V，当开关 S 接通后，灯泡 L1、L2 都不亮，用 电压表测得各部分的电压是 Uab＝6V，Uad＝0，Ucd＝6V，由此可判定( ) 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．滑动变阻器 R 断路 解析：选 C.由 Uab＝6V 可知，电源完好，灯泡都不亮，说明电路中出现断路故障．由 Ucd ＝6V 可知，灯泡 L1 与滑动变阻器 R 是接通的，断路故障出现在 c、d 之间，故灯 L2 断路，选 项 C 正确． 2．(2020·绍兴质检)如图所示是某物理小组同学研究串联电路中电流、电压特点的实 物连接图．当开关闭合时，灯 L1 亮，灯 L2 不亮，电流表和电压表均有读数．则故障原因可 能是( ) 4 A．L1 断路 B．L1 短路 C．L2 断路 D．L2 短路 答案：D 常用电路故障检查方法 (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，或关联路 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，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． 对 U－I 图象的理解与应用 【题组过关】 1．(多选)(2020·杭州四校联考)在如图所示的 U－I 图象中，直线Ⅰ为某一电源的路端 电压与电流的关系图象，直线Ⅱ为某一电阻 R 的伏安特性曲线，用该电源直接与电阻 R 相连 组成闭合电路，由图象可知下列说法正确的是( ) A．电源的电动势为 3V，内阻为 0.5Ω B．电阻 R 的阻值为 1Ω C．电源的输出功率为 4W D．电源的效率为 50% 解析：选 ABC.由图线Ⅰ纵轴截距读出电源的电动势 E＝3V，其斜率的绝对值等于电源的 内阻 r＝|ΔU ΔI|＝3 6 Ω＝0.5Ω，故 A 正确．电阻 R 的阻值为 R＝U I ＝2 2 Ω＝1Ω，故 B 正确．两 图线的交点表示该电源直接与电阻 R 相连组成闭合电路时电路中电流和路端电压，则有 U＝ 5 2V，I＝2A，电源的输出功率为 P＝UI＝2×2W＝4W，故 C 正确．电源的效率为η＝UI EI ＝2 3 ≈ 66.7%，故 D 错误． 2．(多选)A、B 两电源分别供电时其路端电压与电流的关系图线如图所示，则下述正确 的是( ) A．电源电动势 EA＝EB B．电源内阻 rA＝rB C．电源 A 的短路电流为 0.2A D．电源 B 的短路电流为 0.3A 解析：选 BD.由闭合电路欧姆定律得 U＝E－Ir，当 I＝0 时，U＝E，U－I 图线的斜率的 绝对值等于电源内阻大小．由图看出，A 的电动势为 2V，B 的电动势为 1.5V，即有电源电动 势 EA＞EB，故 A 错误．两图线平行，说明电源的内阻相等，即 rA＝rB，故 B 正确．电源 A 的 短路电流为 IA＝EA rA ＝ 2 2－1 0.2 A＝0.4A，故 C 错误．电源 B 的短路电流为 IB＝EB rB ＝ 1.5 1.5－1 0.1 A＝0.3A， 故 D 正确． 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 电阻两端电压随电阻中的电流的 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E r 过坐标轴原点，表示没有电压时电 流为零 坐标的乘积 UI 表示电源的输出功率 表示电阻消耗的功率 坐标的比值U I 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 6 斜率 内电阻 r 电阻大小 闭合电路的功率和效率 【题组过关】 1．(2020·杭州八校联考)两电源电动势分别为 E1、E2(E1＞E2)，内阻分别为 r1、r2.当这 两个电源分别和一阻值为 R 的电阻连接时，电源输出功率相等．若将 R 减小为 R′，电源输 出功率分别为 P1、P2，则( ) A．r1＜r2，P1＜P2 B．r1＞r2，P1＞P2 C．r1＜r2，P1＞P2 D．r1＞r2，P1＜P2 解析：选 D.如图所示，由伏安特性曲线可知，r1＞r2，若将 R 减小为 R′，电源输出功 率 P1＜P2，选项 D 正确． 2．直流电路如图所示，在滑动变阻器的滑片 P 向右移动时，关于电源的说法错误的是 ( ) A．总功率一定减小 B．效率一定增大 C．内部损耗功率一定减小 D．输出功率一定先增大后减小 解析：选 D.滑片 P 向右移动时外电路电阻 R 外增大，由闭合电路欧 姆定律知总电流减小，由 P 总＝EI 可得 P 总减小，故选项 A 正确．根据 η＝ R 外 R 外＋r ＝ 1 1＋ r R 外 可知选项 B 正确．由 P 内＝I2r 可知，选项 C 正确．由 P 输－R 外图象，因不知道 R 外的初始值与 r 的关系，所以无法判断 P 输的变化情况，选项 D 错 误． 当电源的输出功率最大时，效率并不是最大，只有 50%；当 R→∞时，η→100%，但此 时 P 出→0，无实际意义． 7 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)＝ E2 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＝ E2R （R＋r）2 P 出与外电 阻 R 的关系 电源的 效率 任意电路：η＝P 出 P 总 ×100%＝U E ×100% 纯电阻电路：η＝ R R＋r ×100% [随堂检测] 1．(多选)(2020·金华基础测试)手电筒中的干电池的电动势为 1.5V，用它给某小灯泡 供电时，电流为 0.3A，在某次接通开关的 10s 时间内，下列说法正确的是( ) A．干电池把化学能转化为电能的本领比电动势为 2V 的蓄电池强 B．干电池在 10s 内将 4.5J 的化学能转化为电能 C．电路中每通过 1C 的电量，电源把 1.5J 的化学能转化为电能 D．该干电池外接电阻越大，输出功率越大 解析：选 BC.电动势越大则将其他形式的能转化为电能的本领越大，A 错误；由 W＝EIt 可知，10s 内转化的电能 W＝1.5×0.3×10J＝4.5J，B 正确；由 W＝Eq 可知，电路中每通过 1C 的电量，电源把 1.5J 的化学能转化为电能，C 正确；电源的输出功率取决于内外电阻的 关系，因本题中不明确二者关系，故无法确定功率变化，D 错误． 2．某一导体的伏安特性曲线如图(曲线)所示，关于导体的电阻，以下说法正确的是 ( ) 8 A．B 点的电阻为 12Ω B．B 点的电阻为 40Ω C．当电压由 3V 变为 6V 时，导体的电阻因温度的影响改变了 1Ω D．当电压由 3V 变为 6V 时，导体的电阻因温度的影响改变了 9Ω 解析：选 B.根据电阻的定义式可以求出 A、B 两点的电阻分别为 RA＝ 3 0.1 Ω＝30Ω，RB ＝ 6 0.15 Ω＝40Ω，所以ΔR＝RB－RA＝10Ω，故 B 对，A、C、D 错． 3．(2020·浙江名校联考)巨磁电阻(GMR)电流传感器可用来准确检测大容量远距离直流 输电线路中的强电流，其原理是巨磁电阻效应．巨磁电阻效应是指某些磁性材料的电阻 R 在一定磁场作用下随磁感应强度 B 的增加而急剧减小的特性．如图所示检测电路，设输电线 路电流为 I(不是 GMR 中的电流)，GMR 为巨磁电阻，R1、R2 为定值电阻，已知输电线路电流 I 在巨磁电阻 GMR 处产生的磁场的磁感应强度 B 的大小与 I 成正比，下列有关说法正确的是 ( ) A．如果 I 增大，电压表 V1 示数减小，电压表 V2 示数增大 B．如果 I 增大，电流表 A 示数减小，电压表 V1 示数增大 C．如果 I 减小，电压表 V1 示数增大，电压表 V2 示数增大 D．如果 I 减小，电流表 A 示数增大，电压表 V2 示数减小 解析：选 A.巨磁电阻的电阻值随着外电流的增大而减小，如果 I 增大，巨磁电阻的电 阻值减小，根据闭合电路欧姆定律，电流 I′增大，路端电压 U1＝E－I′r 减小，电阻 R2 两 端的电压 U2＝I′R2 增大，即电压表 V1 示数减小，电压表 V2 示数增大，电流表 A 示数增大， 故 A 正确，B 错误；如果 I 减小，巨磁电阻的电阻值增大，根据闭合电路欧姆定律，电流 I′ 减小，路端电压 U1＝E－I′r 增大，电阻 R2 两端的电压 U2＝I′R2 减小，即电压表 V1 示数增 大，电压表 V2 示数减小，电流表 A 示数减小，故 C、D 错误． 4．(2020·浙江 9＋1 联盟测试)如图，E 为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3 为定值电 阻，S0、S 为开关，V 与 A 分别为电压表与电流表．初始时 S0 与 S 均闭合，现将 S 断开，则( ) 9 A．V 的读数变大，A 的读数变小 B．V 的读数变大，A 的读数变大 C．V 的读数变小，A 的读数变小 D．V 的读数变小，A 的读数变大 解析：选 B.S 断开，相当于电阻变大，则由闭合电路欧姆定律可得电路中总电流减小， 故路端电压增大，V 的读数变大；而 R1 两端的电压减小，故 R3 两端的电压增大，由欧姆定律 可知 R3 中的电流也增大，A 的读数变大，故 B 正确． [课后达标] 一、选择题 1．某同学将标称值为“220V，100W”的灯泡 A 和标称值为“220V，40W”的灯泡 B 串联 接入电路，发现灯泡 B 反而比灯泡 A 更亮，如图所示．对该现象的分析正确的是( ) A．流过灯泡 B 的电流较灯泡 A 更大 B．加在灯泡 B 两端的电压较灯泡 A 更高 C．灯泡 B 的电阻较灯泡 A 更小，所以流过电流更大 D．这种现象不正常，可能标称值有误 答案：B 2．(2020·丽水质检)将一电源电动势为 E，内阻为 r 的电池，与外电路连接，构成一 个闭合电路，用 R 表示外电路电阻，I 表示电路的总电流，下列说法正确的是( ) A．由 U 外＝IR 可知，外电压随 I 的增大而增大 B．由 U 内＝Ir 可知，电源两端的电压随 I 的增大而增大 C．由 U 外＝E－Ir 可知，电源输出电压随输出电流 I 的增大而减小 D．由 P＝IU 外可知，电源的输出功率 P 随输出电流 I 的增大而增大 答案：C 3.如图所示，一只玩具电动机用一节干电池供电，闭合电键后发现电动机 转速较慢．经检测，电动机性能完好；用电压表测 a、b 间电压，只有 0.6V； 10 断开电键 S，测 a、b 间电压接近 1.5V，由此判断，电动机转动较慢的原因是( ) A．开关 S 接触不良 B．电动机两端接线接触不良 C．电动机两端接线短路 D．电池过旧，内阻过大 答案：D 4．在校园冬季安全大检查中，某学习小组发现学校宿舍楼的火警报警装置的电路如图 所示，R1 为热敏电阻，温度升高时，R1 急剧减小，当电铃两端电压达到一定值时，电铃会响， 则下列说法正确的是( ) A．若报警器的电池老化(内阻变大，电动势不变)，不会影响报警器的安全性能 B．若试验时发现当有火时装置不响，应把 R2 的滑片 P 向下移 C．若试验时发现当有火时装置不响，应把 R2 的滑片 P 向上移 D．增大电源的电动势，会使报警的临界温度升高 解析：选 C.设电铃工作电压为 U，当 IR2＝U 时报警；若电池内阻较大，同一温度时， R2 上电压较小，可能不会报警，A 错误；R2 减小时，R1 上电压增大，R2 上电压减小，可能不 报警，B 错误；反之，R2 上电压增大，易报警，C 正确；电源电动势增大时，报警温度应降 低，D 错误． 5．(2020·嘉兴基础测试)某同学将一直流电源的总功率 PE、输出功率 PR 和电源内部的 发热功率 Pr 随电流 I 变化的图线画在同一坐标系内，如图所示，根据图线可知错误的是 ( ) A．反映 Pr 变化的图线是 c B．电源电动势为 8V C．电源内阻为 2Ω D．当电流为 0.5A 时，外电路的电阻为 6Ω 解析：选 B.电源的总功率 PE＝IE，功率与电流成正比，由 Pr＝I2r 知电源内部的发热功 11 率与电流的平方成正比，A 正确．电流为 2A 时电源的总功率与电源内阻发热功率相等，可 得出电源电动势为 4V，内阻为 2Ω，当电流为 0.5A 时，根据闭合电路欧姆定律可得出外电 路的电阻为 6Ω，B 错误，C、D 正确． 6．(2020·浙江七市联考)有一个电动势为 3V、内阻为 1Ω的电源．下列电阻与其连接 后，使电阻的功率大于 2W，且使该电源的效率大于 50%的是( ) A．0.5Ω B．1Ω C．1.5ΩD．2Ω 解析：选 C.由闭合电路欧姆定律得 I＝ E R＋r ，η＝ IR I（R＋r） ×100%＞50%，P＝I2R＞2W， 即 E R＋r 2 R＞2W，得1 2 Ω＜R＜2Ω，要使电源的效率大于 50%，应使 R＞r＝1Ω，故选项 C 正确． 7.如图所示的电路中，已知电源电动势为 E，内电阻为 r，滑动变阻器 R 的阻值可以从零连续增大到 Rmax，定值电阻 R1 的阻值 rrb B．Ia>Ib C．R0 接到 a 电源上，电源的输出功率较大，但电源的效率较低 D．R0 接到 b 电源上，电源的输出功率较小，电源的效率较低 解析：选 D.在电源路端电压与电流的关系图象中斜率表示电源内阻，ra>rb，A 正确．在 图象中作出定值电阻 R0 的伏安特性曲线，与电源的伏安特性曲线交点表示电路工作点，Ia>Ib， B 正确．R0 接到 a 电源上，电源的输出功率较大，但电源的效率较低，R0 接到 b 电源上，电 源的输出功率较小，但电源的效率较高，C 正确，D 错误． 二、非选择题 13．(2020·浙江十校联考)如图所示的电路中，输入电压 UAB＝200V，可变电阻的总阻 值 R0＝150Ω，允许通过的电流为 4A，求： (1)当输出端 a、b 开路时 Uab 的值； (2)当输出端接入 R＝40Ω的负载时，Uab 的可能变化范围． 解析：(1)a、b 开路时，Uab＝UAB＝200V. (2)画出变阻器的等效电路图如图所示，当滑动触头向下方移动，下方部分电流达到临 界状态，即为 4A 时，下方部分电阻 R0 下＝200 4 Ω＝50Ω，上方部分电阻为 100Ω，此时 Uab＝ 40 100＋40 ×200V≈57.1V．当滑动触头向上方移动，上方部分电流达到临界状态，即为 4A 时， 同理可知，上方部分的电阻 R0 上＝ 200 4 －40 Ω＝10Ω，此时 Uab＝40 50 ×200V＝160V. 答案：(1)200V (2)57.1V≤Uab≤160V 14．(2020·浙江猜题卷)如图甲所示的电路中，R1、R2 均为定值电阻，且 R1＝100Ω， R2 阻值未知，R3 为一滑动变阻器．当其滑片 P 从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随电 源中流过的电流变化图线如图乙所示，其中 A、B 两点是滑片 P 在变阻器的两个不同端点得 到的．求： 15 (1)电源的电动势和内阻； (2)定值电阻 R2 的阻值； (3)滑动变阻器的最大阻值． 解析：(1)题图乙中 AB 延长线，交 U 轴于 20V 处，交 I 轴于 1.0A 处，所以电源的电动 势为 E＝20V，内阻 r＝ E I 短 ＝20Ω. (2)当 P 滑到 R3 的右端时，电路参数对应图乙中的 B 点，即 U2＝4V、I2＝0.8A，得 R2＝U2 I2 ＝5Ω. (3)当 P 滑到 R3 的左端时，由图乙知此时 U 外＝16V，I 总＝0.2A， 所以 R 外＝U 外 I 总 ＝80Ω 因为 R 外＝ R1R3 R1＋R3 ＋R2， 所以滑动变阻器的最大阻值为：R3＝300Ω. 答案：见解析