2018版浙江省高考物理教师文档讲义：第七章第2课时-电路、闭合电路欧姆定律（23页） 20页

第2课时　电路　闭合电路欧姆定律 考点一　串联电路和并联电路(c/c)‎ ‎[基础过关]‎ ‎1．电路的串、并联 串联电路 并联电路 电路 电流 I＝I1＝I2＝…＝In I＝I1＋I2＋…＋In 电压 U＝U1＋U2＋…＋Un U＝U1＝U2＝…＝Un 总电阻 R总＝R1＋R2＋…＋Rn ＝＋＋…＋ 功率 分配 ＝ P总＝P1＋P2＋…＋Pn ＝ P总＝P1＋P2＋…＋Pn ‎2.电压表和电流表 ‎(1)电压表和电流表的电路结构 常用的电压表和电流表都是由灵敏电流表(表头)改装而成的。电压表是表头串联了一个分压电阻，电流表是表头并联了一个分流电阻。‎ ‎(2)电压表的分压原理 小量程电流表改装成电压表时，要串联一个适当的分压电阻R，改装后的量程为U＝Ug＋IgR。‎ ‎(3)电流表的分流原理 小量程电流表改装成大量程电流表时，要并联一个适当的分流电阻R，改装后的量程为I＝Ig＋。‎ ‎【过关演练】‎ ‎1．(2015·浙江9月学考测试)如图所示，一个电阻R和一个灯泡L串联接在电压恒为U的电源上，电路中的电流为I。电阻两端的电压为U1，电功率为P1；灯泡两端的电压为U2，电功率为P2，则下列关系式正确的是(　　)‎ A．P1＝UI B．P2＝ C．U2＝U－IR D．U1＝U－IR 解析　根据串联电路特点和焦耳定律可知C对。‎ 答案　C ‎2．电压表、电流表均由小量程电流表(表头)改装而成，则下列说法中正确的是(　　)‎ ‎①由表头改装成电压表，需给表头串联一个大电阻 ‎②由表头改装成电压表，需给表头并联一个大电阻 ‎③由表头改装成电流表，需给表头并联一个小电阻 ‎④由表头改装成电流表，需给表头串联一个大电阻 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④‎ 解析　利用串联电阻的分压作用，将表头和大电阻串联，让大部分电压被串联电阻分担，扩大量程，改装成电压表；利用并联电阻的分流作用，将表头和小电阻并联，大部分电流被并联电阻分担，扩大量程，改装成电流表，故正确选项为A。‎ 答案　A ‎[要点突破]‎ 要点一　电阻串、并联特点 ‎1．串联电路的特点 ‎(1)串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的电阻，且当一个大电阻和一个小电阻串联时，总电阻接近大电阻。‎ ‎(2)串联电路中各电阻两端的电压跟它的阻值成正比，即＝＝…＝＝I。‎ ‎2．并联电路的特点 ‎(1)并联电路的总电阻小于其中最小的电阻。当一个大电阻和一个小电阻并联时，总电阻接近小电阻。‎ ‎(2)并联电路中通过各支路电阻的电流跟它们的阻值成反比，即I1R1＝I2R2＝…＝InRn＝U。‎ ‎(3)多个电阻无论串联还是并联，其中任一电阻增大，总电阻也随之增大。以两电阻R1、R2为例加以说明。串联时R＝R1＋R2，并联时R＝＝或R＝＝。可见，当R2或R1增大时，R都随之增大。‎ ‎【例1】 (2016·绍兴一中期中)某同学用伏安法测小灯泡的电阻时，误将电流表和电压表接成如图所示的电路。接通电源后，可能出现的情况是(　　)‎ A．电流表烧坏 B．电压表烧坏 C．小灯泡不亮 D．小灯泡烧坏 解析　因电流表的内阻很小，而电压表的内阻很大，故此电路中的电阻很大，接通电源后的电流很小，故小灯泡不亮，故选C。‎ 答案　C 要点二　电表的改装 ‎1．电压表和电流表的电路结构：‎ ‎2．电压表的分压原理：U＝Ug＋UR，＝＝Ig，R＝＝。‎ ‎3．电流表的分流原理：I＝Ig＋IR，U＝IgRg＝IRR，R＝＝。‎ ‎【例2】 有两个相同的灵敏电流计，允许通过的最大电流(满偏电流)为Ig＝1 mA，表头电阻Rg＝20 Ω，若改装成一个量程为0～3 V的电压表和一个量程为0～0.6 A的电流表应分别(　　)‎ A．串联一个2 980 Ω的电阻和并联一个0.033 Ω的电阻 B．并联一个2 990 Ω的电阻和串联一个0.033 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 解析　若改装成一个量程为0～3 V的电压表需串联一个分压电阻，由U＝Ig(R＋Rg)得，所串联的分压电阻阻值R＝2 980 Ω。若改装成一个量程为0～0.6 A的电流表需并联一个分流电阻，由IgRg＝(I－Ig)R得，所并联的分流电阻阻值R≈0.033 Ω。故A选项正确。‎ 答案　A ‎[精练题组]‎ ‎1．有两个电阻R1＝2 Ω，R2＝3 Ω，则有(　　)‎ A．R1、R2串联总电阻为5 Ω B．R1、R2并联总电阻为1 Ω C．R1、R2串联总电阻为2.5 Ω D．R1、R2并联总电阻为1.5 Ω 解析　由于串联电路总电阻等于各部分电阻之和，即R串＝R1＋R2＝5 Ω；两个电阻并联，其总电阻R并＝＝1.2 Ω，选项A正确。‎ 答案　A ‎2．三个电阻的阻值之比R1∶R2∶R3＝1∶2∶5，若将这三个电阻并联，则通过它们的电流之比I1∶I2∶I3为(　　)‎ A．1∶2∶5 B．5∶2∶1‎ C．10∶5∶2 D．1∶1∶1‎ 解析　并联电路电压相等，设为U，因为R1∶R2∶R3＝1∶2∶5，设R1＝R，则R2＝2R，R3＝5R，所以并联后，通过它们的电流之比为∶∶＝10∶5∶2，选项C正确。‎ 答案　C ‎3．用两个相同的小量程电流表，分别改装成了两个量程不同的大量程电流表A1、A2，若把A1、A2分别采用串联或并联的方式接入电路，如图所示，则闭合开关后，下列有关电表的示数和电表指针偏转角度的说法正确的是(　　)‎ A．图(a)中的A1、A2的示数相同 B．图(a)中的A1、A2的指针偏角相同 C．图(b)中的A1、A2的示数和偏角都不同 D．图(b)中的A1、A2的指针偏角相同 解析　大量程电流表是小量程电流表并联一适当小的分流电阻改装而成的。当A1、A2并联时，由于A1、A2的电阻不同，通过A1、A2的电流不等，A1、A2的示数不同。但通过每个小量程电流表的电流相同，故指针偏角相同，A错，B对；当A1、A2串联时，通过A1、A2的电流相同，故示数相同，但A1、A2的量程不同，故指针偏角不同，C、D均错。‎ 答案　B ‎ ‎4．如图所示电路，开关S断开和闭合时电流表示数之比是1∶3，则可知电阻R1和R2之比为(　　)‎ A．1∶3 B．1∶2‎ C．2∶1 D．3∶1‎ 解析　开关闭合时电路中只有电阻R2，根据欧姆定律可得：I＝，开关断开时电路中两电阻串联，根据欧姆定律可得，I′＝，则＝，解得：R1∶R2＝2∶1。选项C正确。‎ 答案　C ‎5．(多选)(2016·绍兴一中期中)两个电压表甲、乙是由完全相同的电流表改装而成，它们的量程分别为5 V、15 V，为了测量15～20 V的电压，把甲、乙串联起来使用，则两表的(　　)‎ A．读数相同 B．指针偏转角度相同 C．读数正比于表的内阻 D．指针偏转角度正比于表的内阻 解析　两电压表是由完全相同的电流表改装而成，都是电流表串联一个分压电阻，所以甲、乙串联起来使用，则两表的电流相同，指针偏转角度相同，选项B正确，A错误；改装以后的电压表的内阻之比等于量程之比，而读数之比等于量程之比，故可知读数正比于表的内阻，选项C正确，D错误。‎ 答案　BC 考点二　闭合电路的欧姆定律(c/d)‎ ‎[基础过关]‎ ‎1．闭合电路欧姆定律 ‎(1)内容 闭合电路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 ‎①I＝(只适用于纯电阻电路)；‎ ‎②E＝U外＋Ir(适用于所有电路)。‎ ‎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 ‎(2)当外电路短路时，I短＝，U＝0‎ ‎【过关演练】‎ ‎1．(2014·浙江7月学考)图示电路中，电容器与电阻R2并联后，经电阻R1与电源和开关相连，电源电动势E＝24 V，内电阻r＝1 Ω，电阻R1＝15 Ω，R2＝ 8 Ω，电容器的电容C＝2×10－9 F，闭合开关S，待电路稳定后，下列说法正确的是(　　)‎ A．电源两端的电压为1 V B．电容器两端的电压为24 V C．通过电阻R1的电流为1.5 A D．电容器所带电荷量为1.6×10－8 C 解析　闭合开关S，稳定后电容器相当于开关断开，根据闭合电路欧姆定律得：I＝＝ A＝1 A，电源两端的电压是路端电压，即：‎ U＝I(R1＋R2)＝1×(15＋8) V＝23 V 电容器两端的电压即R2两端的电压 U2＝IR2＝1×8 V＝8 V 则电容器所带电荷量为Q＝CU2＝2×10－9 ×8 C＝1.6×10－8 C，故D项正确。‎ 答案　D ‎2．(2014·浙江1月学考)某中学生科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的水果制作了水果电池，该电池能使一个发光二极管发光，却不能使标有“2.5 V　0.3 A”的小灯泡发光。断开电路用电压表测量该电池两端的电压值，却发现接近于2.5 V。对小灯泡不亮的原因，该小组同学进行以下一些猜想，你认为可能正确的是(　　)‎ A．水果电池的电动势太大 B．水果电池的电动势太小 C．小灯泡的电阻太大 D．水果电池的内阻太大 解析　电池两端的电压值接近于2.5 V，说明电池的电动势约为2.5 V，接近小灯泡的额定电压，但小灯泡却不亮。根据闭合电路的欧姆定律可判断出，水果电池的内阻远大于小灯泡的电阻，使小灯泡分得的电压很小，所以小灯泡不亮。故D项正确。‎ 答案　D ‎[要点突破]‎ 要点一　电路动态分析的方法 ‎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→支路的变化。‎ ‎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动端分别滑至两个极端去讨论。‎ ‎【例1】 (2015·浙江湖州中学检测)在输液时，药液有时会有针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图所示。M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻RM发生变化，导致S两端电压U增大，装置发出警报，此时(　　)‎ A．RM变大，且R越大，U增大越明显 B．RM变大，且R越小，U增大越明显 C．RM变小，且R越大，U增大越明显 D．RM变小，且R越小，U增大越明显 解析　由题意和电路特点知，M接触到药液时，U变大，即电路中电流变大，由I＝及UM变小知RM变小，且R越大，R与RM的关联阻值与RM越接近，故U变化越明显。故选C。‎ 答案　C 要点二　电源的U－I图象的应用 ‎1．纵轴上的截距等于电源的电动势；横轴上的截距等于外电路短路时的电流，即I短＝。‎ ‎2．图线斜率的绝对值等于电源的内阻，即r＝||＝，斜率的绝对值越大，表明电源的内阻越大。‎ ‎3．图线上任一点对应的U、I的比值为此时外电路的电阻，即R＝。‎ ‎4．面积UI为电源的输出功率，而电源的总功率P总＝EI，P总－P出＝EI－UI为电源的发热功率。‎ ‎【例2】 (多选)如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U－I图象，则下列说法中正确的是(　　)‎ A．电动势E1＝E2，短路电流I1＞I2‎ B．电动势E1＝E2，内阻r1＞r2‎ C．电动势E1＞E2，内阻r1＜r2‎ D．当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化较大 解析　由题图可知两电源的U－I图线交纵轴于一点，则说明两电源的电动势相同；交横轴于两不同的点，很容易判断电源1的短路电流大于电源2的短路电流，则A项正确；又由两图线的倾斜程度可知图线2的斜率的绝对值大于图线1的斜率的绝对值，即电源2的内阻大于电源1的内阻，则可知B、C项错误；由图象可判断当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压的变化量大于电源1的路端电压的变化量，可知D项正确。‎ 答案　AD 要点三　电源的功率 ‎1．电源的总功率 ‎(1)任意电路：P总＝EI＝(U外＋U内)I＝P出＋P内。‎ ‎(2)纯电阻电路：P总＝I2(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 ‎(1)任意电路：P出＝UI＝EI－I2r＝P总－P内。‎ ‎(2)纯电阻电路：‎ P出＝I2R＝ ‎＝。‎ 当R＝r时：Pm＝ P出与R的关系如图所示。‎ ‎【例3】 (多选)如图所示，R1为定值电阻，R2为变阻器，E为电源电动势，r为电源内电阻，以下说法中正确的是(　　)‎ A．当R2＝R1＋r时，R2获得最大功率 B．当R1＝R2＋r时，R1获得最大功率 C．当R2＝0时，R1上获得最大功率 D．当R2＝0时，电源的输出功率最大 解析　将R1等效为电源内阻，R2上的功率为电源的输出功率，当外电阻变化时，电源的输出功率随外电阻的变化而变化，当外电阻等于内阻，即R2＝R1＋r时，输出功率最大，即R2上的功率最大，故选项A正确；对电路中的定值电阻R1，电流最大时其功率最大，当外电阻R2＝0时，电流最大，故选项B错误，C正确；当外电阻等于内阻时，即R1＋R2＝r时，电源的输出功率最大，故选项D错误。‎ 答案　AC 要点四　电路故障问题 电路故障一般是短路或断路，检查故障的基本方法有两种： ‎ ‎(1)仪表检测法 ‎ ‎①对于断路故障，可用电压表测量电路中两点间的电压，若电压表有读数，说明这两点与电源之间的连线是通路，断路故障点就在 这两点之间；若电压表无读数，说明这两点与电源之间的连线是断路，断路故障点就在这两点与电源的连线上。逐渐缩小测量范围，找到断路故障点。而短路故障的表现为电流不为零而两点之间电压为零。 ‎ ‎②用欧姆表测电路两点之间电阻，但必须把待测两点从电路中断开，如果电阻无穷大，说明断路。 ‎ ‎(2)假设法 ‎ 已知电路发生某种故障，寻找故障发生的位置时，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，运用欧姆定律进行正向推理。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。 ‎ ‎【例4】 (2016·浙江永康一中期中)如图所示，因线路故障，接通S时，灯泡L1和L2均不亮，用电压表测得Uab＝0，Ubc＝0，Ucd＝4 V。因此可知开路处为(　　)‎ A．灯泡L1 B．灯泡L2‎ C．变阻器 D．不能确定 解析　由Ucd＝4 V可知，c、d间电路之外的部分必是通路，否则电压表无示数，再由Uab＝0，Ubc＝0，可知C选项正确。‎ 答案　C ‎[精练题组]‎ ‎1．如图所示的电路，闭合电键S，待电路中的电流稳定后，减小R的阻值，则(　　)‎ A．电流表的示数减小 B．电压表的示数减小 C．电阻R2两端的电压减小 D．路端电压增大 解析　题图中的电路结构是R1与R先并联，再与R2串联，故R↓→R总↓→I干↑→U内↑→U外↓。R2两端电压U2＝I干R2，U2增大，所以R与R1的并联电压减小，读数减小，A、C、D错误，B项正确。‎ 答案　B ‎2．如图所示直线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 Ω B．灯泡L1的额定电压为3 V，额定功率为6 W C．把灯泡L1换成阻值恒为1 Ω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　由图象知，电源的内阻为r＝＝ Ω＝0.5 Ω，A错误；因为灯L1正常发光，故灯L1的额定电压为3 V，额定功率为P＝UI＝3×2 W＝6 W，B正确；正常工作时，灯L1的电阻为R1＝＝1.5 Ω，换成R2＝1 Ω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；虽然灯泡L1的U－I图线是一条曲线，但由于小灯泡为纯电阻，所以欧姆定律仍适用，D错误。‎ 答案　B ‎3．如图所示，当开关S闭合时，灯L1、L2均不亮。某同学用一根导线检查电路，将导线接在L1两端时，发现L2发光。由此可判断故障的可能原因是(　　)‎ A．灯L1短路 B．灯L1断路 C．灯L2短路 D．灯L2断路 答案　B ‎4．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(　　)‎ A．电源的电动势为5.0 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　当电流为零时，路端电压等于电源电动势，由此可知电源的电动势为6.0 V，选项A错误；图线的斜率表示电源内阻r＝ Ω＝2 Ω，选项B错误；只有当路端电压为零时的电流才是短路电流，由于图线没有从原点开始，因此图线与横轴交点不是短路电流，选项C错误；当电流为0.3 A时，由闭合电路欧姆定律I＝知R＝－r＝ Ω－2Ω＝18 Ω，选项D正确。‎ 答案　D ‎5．如图所示的电路中，电源的电动势E和内电阻r恒定不变，电灯L恰能正常发光，如果变阻器的滑片向b端滑动，则(　　)‎ A．电灯L更亮，电流表的示数减小 B．电灯L更亮，电流表的示数增大 C．电灯L更暗，电流表的示数减小 D．电灯L更暗，电流表的示数增大 解析　变阻器的滑片P向b端滑动，R1接入电路的有效电阻增大，外电阻R外增大，干路电流I减小，安培表的示数减小，路端电压U增大，电灯两端电压增大，电灯L更亮，A正确，B、C、D错误。‎ 答案　A ‎6.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的阻值范围为r