2020年高考物理复习 第7章 试题解析34 12页

1 学案 34 闭合电路欧姆定律 一、概念规律题组 1．关于电动势的说法错误的是(　　) A．电动势就是电压，它是内外电压之和 B．电动势不是电压，但它数值上等于内外电压之和 C．电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量 D．电动势的大小与外电路的结构有关 2．有关电压与电动势的说法中正确的是(　　) A．电压与电动势的单位都是伏特，所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法 B．电动势是电源两极间的电压 C．电动势公式 E＝W q 中 W 与电压 U＝W q 中的 W 是一样的，都是电场力做的功 D．电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量 3. 图 1 如图 1 所示，当开关 S 断开时，电压表示数为 3 V，当开关 S 闭合时，电压表示数为 1.8 V，则外电阻 R 与电源内阻 r 之比为(　　) A．5∶3　　　　　　 B．3∶5 C．2∶3 D．3∶2 二、思想方法题组 4. 图 2 如图 2 所示为两个独立电路 A 和 B 的路端电压与其总电流 I 的关系图线，则(　　) A．路端电压都为 U1 时，它们的外电阻相等 B．电流都是 I1 时，两电源内电压相等 C．电路 A 的电动势大于电路 B 的电动势 D．A 中电源的内阻大于 B 中电源的内阻 5．如图 3 所示的电路中，在滑动变阻器的滑片 P 向上端 a 滑动过程中，两表的示数情 况为(　　) 2 图 3 A．电压表示数增大，电流表示数减小 B．电压表示数减小，电流表示数增大 C．两电表示数都增大 D．两电表示数都减小 一、闭合电路的功率计算 1．电源的总功率：P 总＝EI＝IU 外＋IU 内＝P 出＋P 内． 若外电路是纯电阻电路，则有 P 总＝I2(R＋r)＝ E2 R＋r. 2．电源内部消耗的功率：P 内＝I2r＝U 内 I＝P 总－P 出． 3．电源的输出功率：P 出＝UI＝EI－I2r＝P 总－P 内． 若外电路是纯电阻电路，则有 P 出＝I2R＝ E2R (R＋r)2 ＝ E2 (R－r)2 R ＋4r . 由上式可以看出 (1)当 R＝r 时，电源的输出功率最大为 Pm＝E2 4r. (2)当 R>r 时，随着 R 的增大输出功率越来越小． (3)当 REB，rA>rB.图中两直线的交点坐标为(I1、 U1)，由 R＝U I 可知，路端电压都为 U1 时，它们的外电阻相等．由 U′＝Ir 可知，电流都是 I1 时，因 r 不相等，故两电源内电压不相等．所以选项 A、C、D 正确．] 5．A 思维提升 1．电源没有接入电路时，两极间的电压在数值上与电动势相等，但意义绝对不同． 2．I＝ E R＋r只适用于纯电阻电路，而 E＝U＋I·r 适用于所有电路． 3．在 U－I 图象中，电源的内阻等于图象斜率的大小，但不等于图象倾角的正切值． 【核心考点突破】 例 1 (1)0　0.56 W　(2)4 Ω　0.56 W　(3)2 Ω 0．75 W　(4)25%　62.5%　50% 解析　(1)R1 为定值电阻，当 R2＝0 时，流经 R1 的电流最大，电阻 R1 消耗的功率最大； 此时 I1＝ E r＋R1＝0.75 A，电阻 R1 消耗的最大功率为： PR1＝I21·R1≈0.56 W (2)电源与定值电阻 R1 可看做一个电动势为 E＝3 V，内阻为 r′＝r＋R1＝4 Ω 的“电源”， 由前面的分析可知，当滑动变阻器阻值 R2＝r′＝4 Ω，变阻器消耗的功率最大，此时 PR2＝ E2 4r′≈0.56 W. (3)同理，由前面分析可知，当 R 外＝r 时，即 R2′＝2 Ω 时，电源输出的功率最大，此 时 P 出＝E2 4r＝0.75 W. (4)电阻 R1 消耗功率最大时，电源的效率 η1＝ R1 R1＋r×100%＝25%； 变阻器消耗的功率最大时，电源的效率：η2＝ R1＋R2 r＋R1＋R2×100%＝62.5%； 当电源输出功率最大时，电源的效率：η3＝ R1＋R2′ r＋R1＋R2′×100%＝50%. [规范思维]　(1)在求最大功率时要分清是求电阻的最大输出功率还是电源的最大输出 功率；(2)若求变阻器 R2 上的最大功率可以将 R1 等效为电源的内阻，等效内阻 r′＝r＋R. 例 2 A　[在电路中，变阻器 R0 的滑动端向下滑动的过程中，变阻器 R0 接入电路中的电 10 阻变小，从而使整个电路中的外电阻变小，干路电流变大，内阻 r 分得的电压 U 内＝Ir 变大， U 外变小，电压表示数变小，由 U1＝IR1 知 U1 变大，因 U 外＝U1＋U2，故 U2 变小，由于 I2＝ U2 R2，所以流过 R2 的电流变小，电流表示数变小，选项 A 正确．] [规范思维]　闭合电路的动态分析的关键是搞清电路的串并联关系，及各电表的测量对 象．利用程序法判断是最基本的分析方法． 例 3 B　[Uad＝5.0 V 说明 a 到电源正极，d 到电源负极均通路．Uab＝5.0 V，说明 a 到电 源正极，b 到电源负极均通路，故 R 一定断路．] [规范思维]　用电压表检查电路故障是最常用的方法，检查时注意所用电压表的量程应 大于或等于电源电动势． 例 4 1.92×10－5 C 解析　S 断开，C 相当于断路，R 3 中无电流，C 两端电压即 R 2 两端电压 U2 ＝ E R1＋R2＋r·R2＝3 V. Q＝CU2＝12×10－6 C，且 a 板带正电，b 板带负电． S 闭合，C 两端电压即 R1 两端电压，由电路分析：U1＝ R1 R1＋R2· E r＋R外·R 外＝1.8 V. Q′＝CU1＝7.2×10－6 C．且 a 板带负电，b 板带正电． 据此通过电流表的电量 ΔQ＝Q＋Q′＝1.92×10－5 C. [规范思维]　(1)电容器两极板间的电压等于该支路两端的电压． (2)当电容器和用电器并联后接入电路时，电容器两极板间的电压与其并联用电器两端 的电压相等． (3)电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充(放)电． 思想方法总结 1．电源的输出功率 P 与外电阻 R 的关系 P＝UI＝I 2R＝( E R＋r)2R＝ E2R (R－r)2＋4Rr ＝ E2 (R－r)2 R ＋4r 由上式可知：当 R＝r 时，P 有最大值，且最大值 Pm＝E2 4r. 根据电源的输出功率与外电阻的关系可知，二者关系如图所示． 2．闭合电路的动态分析是一类非常典型的题目类型，解决这类问题的关键是抓住电源 的 E、r 不变，思路是外电路电阻变化，引起全电路中电流的变化，根据闭合电路欧姆定律 公式 I＝ E R＋r，以及 E＝U 外＋U 内＝IR＋Ir 进行正确推理，从而判定路端电压 U 外和内电压 U 内的变化．然后再应用串、并联电路的特点判断外电路的电流或某个电阻的变化情况，即应 用“部分——整体——部分”这样的顺序分析． 3．分析闭合电路中的功率问题时应注意以下三个问题： 11 (1)电流发生变化时，路端电压发生变化，功率比较与计算时不要忘记这一点． (2)利用当外电阻等于内阻时输出功率最大这一结论，必要时要将某一电阻看作内阻， 作等效电源处理． (3)注意所求功率是电路中哪部分电路的功率，不同部分电路分析思路不同． 4．分析电路故障的基本方法是假设法：如果电路发生某种故障，寻求故障发生在何处 时，可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故障，运用电路定律进行 正向推理，推理结果若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路；若推理结果 与题述物理现象符合，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． 【课时效果检测】 1．C　2.B　3.AD　4.A　5.B 6．D　[电源的总功率为 PE＝EI，电源的输出功率为 PR＝EI－I2r，电源内部的发热功率 Pr＝I2r，所以直线 a 表示电源的总功率，选项 A 正确；曲线 b 表示电源内部的发热功率，曲 线 c 表示电源的输出功率，选项 B 正确；直线 a 的斜率表示电动势 E，解得 E＝3 V，由曲 线 b 上某点坐标可得电源内阻为 1 Ω，选项 C 正确；当外电路电阻等于电源内阻时，电源输 出功率最大，Pm＝E2 4r＝2.25 W，对应曲线 c 的最高点，选项 D 错误．] 7．B　[当电位器的触头由弧形碳膜的中点逆时针滑向 a 端时，电位器接入电路的电阻 减小，根据串并联电路特点可知电路中总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可得干路电流增大， 内阻分担电压增大，路端电压减小，L1 灯变暗，通过其电流减小；由 U1＝I2R1 及 I2＝I－I1 可知 R1 分担电压增大，L2 及 R2 两端电压减小，L2 功率减小而变暗，选项 B 正确．] 8．AD　[将 R3 和电源串联在一起看做等效电源，则该等效电源的电动势为 E，等效内 阻为 r′＝r＋R3，K 闭合时，两电表的示数分别为：U＝ R1E R1＋r′，I＝ E R1＋r′.当 K 断开时， 两电表的示数分别为：U′＝ (R1＋R2)E R1＋R2＋r′，I′＝ E R1＋R2＋r′.又 U′＝ E 1＋ r′ R1＋R2 >U＝ E 1＋r′ R1 ，故选项 C 错．由以上各式可得：U′－U I－I′ ＝r′，故 D 选项正确．据题意，UI＝ U′I′，代入解得：R1(R1＋R2)＝r′2，显然 A 选项正确，B 选项错误．] 9．B　[若通过每盏小灯泡的电流强度为 0.2 A，则电源输出电流为 I＝0.4 A，由闭合电 路欧姆定律计算得此时小灯泡两端电压为 U＝E－I(R＋r)＝3 V．由题图甲可知小灯泡的电 流强度为 0.2 A 时小灯泡两端电压仅为 1.3 V，显然通过每盏小灯泡的电流强度不可能为 0.2 A，A、C 错误；若通过每盏小灯泡的电流强度为 0.3 A，由题图甲可知小灯泡两端电压为 2.0 V，电阻 R 和内阻 r 上的电压为 3.0 V，此时每盏小灯泡的电功率为 P＝UI＝0.6 W，B 正 确、D 错误．] 10．(1)1 A　4 V　(2)6 V　2 Ω　(3)0.5 A 解析　(1)K 接 a 时，R1 被短路，外电阻为 R2，根据电功率公式可得 通过电源的电流 I1＝ P R2＝1 A， 电源两端的电压 U1＝ PR2＝4 V. (2)K 接 a 时，有 E＝U1＋I1r＝4＋r，① K 接 b 时，R1 和 R2 串联，R 外′＝R1＋R2＝6 Ω， 12 通过电源的电流 I2＝ U2 R1＋R2＝0.75 A， 这时有：E＝U2＋I2r＝4.5＋0.75r.② 联立①②式得：E＝6 V，r＝2 Ω. (3)K 接 c 时，R 总＝R1＋r＋R23＝6 Ω， 总电流 I3＝E/R 总＝1 A，通过 R2 的电流 I′＝1 2I3＝0.5 A. 易错点评 1．在第 6 题中，由于考生对各个功率的表达式不清晰，或不能把各功率的表达式与各 个图象对应起来，不能理解图象的交点，最值的意义，导致无从下手解题． 2．对于第 7 题，有关闭合电路动态分析的问题，错误主要有两个方面：①不能按正常 程序进行分析，凭想当然去做题． ②不根据闭合电路欧姆定律进行定量分析与计算，导致错误． 3．在 10 题中，清楚电键 K 接 a、b、c 时的等效电路，明确各电阻间的串并联关系是解 题成功的关键．