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高考總復(fù)電動勢閉合電路的歐姆定律第1頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四(對應(yīng)學(xué)生用書P125)一、電源的電動勢和內(nèi)阻(Ⅱ)1.定義:非靜電力把正電荷從電源負(fù)極移送到正極所做的功和移送電荷量的比值.3.物理意義:反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能的本領(lǐng)大小的物理量,在數(shù)值上等于非靜電力把1C的正電荷在電源內(nèi)部從負(fù)極移送到正極所做的功.第2頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四問題探究1
電動勢E=1V和電壓U=1V物理意義為什么不同?[提示]
E=1V是指在電源內(nèi)部從負(fù)極將單位正電荷移送到正極,非電場力做功為1J;而U=1V是指在外電路,電場力移送單位正電荷,電場力做功為1J.雖然數(shù)值相等,但二者的物理意義不同.第3頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四二、閉合電路的歐姆定律(Ⅱ)1.閉合電路(2)內(nèi)、外電壓的關(guān)系:E=U外+U內(nèi).第4頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四2.閉合電路的歐姆定律(1)內(nèi)容:閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比.第5頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四4.路端電壓跟電流的關(guān)系(1)關(guān)系式:U=E-Ir.(2)U-I圖象如右圖所示.圖中直線的斜率表示電源內(nèi)阻大小,直線與縱軸的交點的縱坐標(biāo)表示電源電動勢的大?。?dāng)r=0(理想電源)時,路端電壓不隨電流的變化而變化,此時U外=E.5.閉合電路中的功率EI=IU外+I2r,EI是電源的總功率,UI是外電路的功率,I2r是電源內(nèi)阻的功率.第6頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四對于U-I圖象中縱軸不從零開始的情況,直線與縱軸交點的縱坐標(biāo)仍表示電源的電動勢,直線的斜率仍為電源的內(nèi)阻,但內(nèi)阻并不等于縱軸和橫軸的截距之比.第7頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四問題探究2
閉合電路中E=U外+U內(nèi),在等式兩端同乘以q得到的等式其意義是什么?[提示]
E=U內(nèi)+U外兩端同乘以q得qE=qU內(nèi)+qU外,等號兩邊分別為非靜電力做功與電場力做功量值相等,即其他形式能轉(zhuǎn)化為電能再由電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,是能量守恒的體現(xiàn).第8頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四(對應(yīng)學(xué)生用書P125)要點一電源、電動勢的理解1.電源是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,如干電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,太陽能電池是把光能轉(zhuǎn)化為電能,手搖發(fā)電機是把機械能轉(zhuǎn)化為電能.第9頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四2.非靜電力是指除靜電力以外的能對電荷流動起作用的力.(1)在電源外部的電路里,自由電荷在靜電力作用下移動,靜電力做正功,正電荷從正極流向負(fù)極,電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.(2)在電源內(nèi)部的電路里,自由電荷在非靜電力作用下移動,非靜電力做正功,把正電荷從負(fù)極移送到正極,其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.第10頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四3.電動勢與電壓的區(qū)別與聯(lián)系(1)電源電動勢是表征電源特性的物理量,只與電源有關(guān),與外電路的狀況無關(guān);電路中任意兩點之間的電壓與電源的電動勢和電路參數(shù)有關(guān).(2)電動勢的大小反映了電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng),即非靜電力移送單位正電荷從電源負(fù)極至正極所做的功;電壓的大小表示電場力在電場中兩點之間移動單位正電荷做的功,是把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.(3)兩者之間的聯(lián)系:電路閉合時,E=E內(nèi)+U外;電路斷開時,E=U外.第11頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四下列關(guān)于電源的說法,正確的是(
)A.電源向外提供的電能越多,表示電動勢越大B.電動勢就是電源兩端的電壓C.電源的電動勢與外電路有關(guān),外電路電阻越大,電動勢就越大D.電動勢越大的電源,將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)越大[解析]
電源向外提供的電能除與電動勢有關(guān)之外,還與輸出的電流、通電時間有關(guān),故A錯誤;只有當(dāng)外電路斷路時,電動勢才等于電源兩端的電壓,故B錯誤;電源的電動勢由電源自身的性質(zhì)決定、與有無外電路無關(guān),故選項C錯誤;電動勢是反映電源把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量,故選項D正確.[答案]
D第12頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四第13頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四第14頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四(1)當(dāng)電源的輸出功率最大時,效率并不是最大,只有50%.當(dāng)R→∞時,η→100%,但此時P出→0,無實際意義.(2)對于內(nèi)、外電路上的固定電阻,其消耗的功率根據(jù)P=I2R來判斷,與輸出功率大小的判斷方法不同.第15頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四(2010·新課標(biāo)全國)電源的效率η定義為外電路電阻消耗的功率與電源的總功率之比.在測電源電動勢和內(nèi)電阻的實驗中得到的實驗圖線如圖所示,圖中U為路端電壓,I為干路電流,a、b為圖線上的兩點,相應(yīng)狀態(tài)下電源的效率分別為ηa、ηb.由圖可知ηa、ηb的值分別為(
)第16頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四[答案]
D第17頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四(對應(yīng)學(xué)生用書P126)題型一電路的動態(tài)問題分析(1)電路的動態(tài)分析問題是指由于斷開或閉合開關(guān)、滑動變阻器滑片的滑動等造成電路結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,一處變化又引起了一系列的變化,對它們的分析要熟練掌握閉合電路歐姆定律,部分電路歐姆定律,串、并聯(lián)電路中電壓和電流的關(guān)系.
(2)分析這類問題的一般步驟是:①明確局部電路變化時所引起的局部電路電阻的變化.②根據(jù)局部電阻的變化,確定電路的外電阻R外總?cè)绾巫兓?8頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四④由U內(nèi)=I總
r確定電源的內(nèi)電壓如何變化.⑤由U外=E-U內(nèi)確定電源的外電壓如何變化.⑥由部分電路歐姆定律確定干路上某定值電阻兩端的電壓如何變化.⑦確定支路兩端的電壓如何變化以及通過各支路的電流如何變化.由以上步驟可以看出,解決此類問題,基本思路是“局部→整體→局部”,同時要靈活地選用公式,每一步推導(dǎo)都要有確切的依據(jù).(3)電路的動態(tài)分析問題還可以用極限法來分析,即因變阻器滑片滑動引起電路變化的問題,可將變阻器的滑動端分別滑至兩個極端去討論.第19頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四例1(2011·遼寧撫順六校聯(lián)考)在某控制電路中,需要連成如下圖所示的電路,主要由電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源與定值電阻R1、R2及電位器(滑動變阻器)R連接而成,L1、L2是紅、綠兩個指示燈,當(dāng)電位器的觸頭由弧形碳膜的中點逆時針滑向a端時,下列說法中正確的是(
)A.L1、L2兩個指示燈都變亮B.L1、L2兩個指示燈都變暗C.L1變亮,L2變暗D.L1變暗,L2變亮第20頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四[思路誘導(dǎo)]
本題可采用“局部→整體→局部”的思路進行分析:[嘗試解答]
當(dāng)電位器的觸頭由弧形碳膜的中點逆時針滑向a端時,電位器接入電路的電阻減小,根據(jù)串、并聯(lián)電路特點可知電路中總電阻減小,由閉合電路歐姆定律可得干路電流增大,內(nèi)阻分擔(dān)電壓增大,路端電壓減小,L1燈變暗,通過其電流減??;由U1=I2R1及I2=I-I1可知R1分擔(dān)電壓增大,L2及R2兩端電壓減小,L2功率減小而變暗,選項B正確.[答案]
B第21頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四不能正確分析電路中電阻的連接,認(rèn)為滑動變阻器連入電路的有效電阻為下半部分,從而導(dǎo)致錯選A,還有認(rèn)為R1支路電流增大,所以L2燈變亮而錯選D.第22頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四(2011·北京)如圖所示電路,電源內(nèi)阻不可忽略.開關(guān)S閉合后,在變阻器R0的滑動端向下滑動的過程中(
)A.電壓表與電流表的示數(shù)都減小B.電壓表與電流表的示數(shù)都增大C.電壓表的示數(shù)增大,電流表的示數(shù)減小D.電壓表的示數(shù)減小,電流表的示數(shù)增大[解析]
滑動變阻器R0的滑片向下滑動,R0接入電路的電阻變小,電路的總電阻變小,總電流變大,電源的內(nèi)電壓變大,外電壓變小,電壓表的示數(shù)變小,R1兩端的電壓變大,R2兩端的電壓變小,電流表的示數(shù)變小,A項正確.答案為A.[答案]
A第23頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四題型二含容電路的分析與計算含電容器電路的分析(1)簡化電路時可以把電容器處電路作為斷路去掉,求電容器所帶電荷量時再在相應(yīng)位置補上.(2)電路穩(wěn)定后,與電容器同支路的電阻相當(dāng)于導(dǎo)線.(3)電路中電流、電壓的變化可能會引起電容器的充放電.若電容器兩端電壓升高,電容器將充電;若電壓降低,電容器將通過與它連接的電路放電.可由ΔQ=CΔU計算電容器上電荷量的變化.(4)在直流電路中,如果串聯(lián)或并聯(lián)了電容器應(yīng)該注意,在與電容器串聯(lián)的電路中沒有電流,所以電阻不起降低電壓的作用,但電容器兩端可能出現(xiàn)電勢差;如果電容器與電源并聯(lián),電路中有電流通過.電容器兩端的充電電壓不是電源電動勢E,而是路端電壓U.第24頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四(5)在含容電路中,當(dāng)電路發(fā)生變化時,除了要判斷和計算電容器兩端的電壓外,還必須判斷電容器極板上極性的變化,防止出現(xiàn)電容器先放電后反向充電的現(xiàn)象.
第25頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四例2(2011·寧波模擬)如右圖所示,將一根粗細(xì)均勻的電阻絲彎成一個閉合的圓環(huán),接入電路中,電路與圓環(huán)的O點固定連接,P為與圓環(huán)良好接觸的滑動頭.閉合開關(guān)S,在滑動頭P緩慢地由m點經(jīng)n點移到q點的過程中,電容器C所帶的電荷量將(
)A.由小變大 B.由大變小C.先變小后變大 D.先變大后變小[思路誘導(dǎo)]
將閉合圓環(huán)電阻等效為優(yōu)弧和劣弧的并聯(lián),明確在圖示位置時并聯(lián)電阻最大,然后再分析滑動頭P由m點經(jīng)n點移到q點的過程中電阻R兩端的電壓的變化,最后確定電容器所帶電荷量的變化情況.第26頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四[答案]
C第27頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四在求解含有電容器的電路問題時,首先應(yīng)弄清電路結(jié)構(gòu),準(zhǔn)確地判斷和求出電容器兩端的電壓.其有效方法是:確定電容器與哪個電阻并聯(lián),電容器兩端電壓始終與該電阻兩端電壓相同.第28頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四如圖所示,電源電動勢E=6V,內(nèi)阻r=1Ω,電阻R1=2Ω,R2=3Ω,R3=7.5Ω,電容器的電容C=4μF.開關(guān)S原來斷開,現(xiàn)在合上開關(guān)S到電路穩(wěn)定,試問這一過程中通過電流表的電量是多少?第29頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四[答案]
1.92×10-5C第30頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四題型三電路中能量和功率的分析與計算分析閉合電路中的功率問題時就注意以下三個問題:(1)電流發(fā)生變化時,路端電壓發(fā)生變化,功率比較與計算時不要忘記這一點.(2)利用當(dāng)外電阻等于內(nèi)阻時輸出功率最大這一結(jié)論,必要時要將某一電阻看作內(nèi)阻,作等效電源處理.(3)注意所求功率是電路中哪部分電路的功率,不同部分電路分析思路不同.
第31頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四例3(14分)如右圖所示的電路中,直流發(fā)電機M的電動勢E=250V,內(nèi)阻r=0.5Ω,R1=R2=1Ω.電熱器組中裝有50只完全相同的電熱器,每只電熱器的額定電壓為200V,額定功率為1000W,其他電阻不計,也不計電熱器電阻隨溫度的變化.問:(1)當(dāng)接通幾只電熱器時,實際使用的電熱器都能正常工作?(2)當(dāng)接通幾只電熱器時,被接通電熱器的總消耗功率最大?(3)當(dāng)被接通電熱器的總消耗功率最大時,電阻R1、R2和內(nèi)阻r上消耗的功率分別為多少?第32頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四[思路誘導(dǎo)]
純電阻電路中,電阻的大小和串并聯(lián)形式,決定了電壓和電流的分配,也就決定了功率的大小.本題中可以根據(jù)用電器的功率要求,來計算用電器的總電阻和電熱器的個數(shù).在討論功率的最大值時,往往將功率表示為關(guān)于電阻的函數(shù)形式,然后通過函數(shù)特點來討論極值問題.第33頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四第34頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四第35頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四如圖所示,RB=4Ω,A、C、D是額定電壓和額定功率相同的3個用電器,電源內(nèi)阻是1Ω,S閉合后,當(dāng)變阻器的電阻調(diào)為5Ω時,各用電器均正常工作.(1)S斷開后,若仍要各用電器正常工作,變阻器電阻R應(yīng)調(diào)為多少?(2)S閉合和斷開時,RB上的電功率之比為多少?變阻器上消耗的功率之比為多少?第36頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四第37頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四[答案]
(1)10Ω
(2)9:49:8第38頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四(對應(yīng)學(xué)生用書P128)易錯點1:對閉合電路輸出功率最大的條件適用對象不明確如右圖所示,現(xiàn)有甲、乙、丙三個電動勢E相同而內(nèi)阻r不同的電源,由這三個電源分別給定值電阻R供電,已知它的阻值大小關(guān)系為R>r甲>r乙>r丙,如果將R先后接在三個電源上時的情況相比較,下列說法正確的是(
)A.接在甲電源上時,電源內(nèi)阻消耗的功率最大B.接在乙電源上時,電源的總功率最大C.接在丙電源上時,電源的輸出功率最大D.接在甲電源上時,電源的輸出功率最大第39頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四第40頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四第41頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四求解最大功率時要弄清是屬于定值電阻的功率還是變阻器的功率,若屬于定值電阻的功率,根據(jù)P=I2R可知當(dāng)電流最大時有最大值;若屬于可變電阻的功率,可將其他電阻等效為電源的內(nèi)阻,利用等效電源的最大輸出功率進行求解.第42頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四下圖中電源的電動勢為6V,內(nèi)阻為1Ω,R1為2Ω,R2全阻值為3Ω,下列說法錯誤的是(
)A.當(dāng)R2為1Ω時,R1消耗的功率最大B.通過改變R2的阻值,路端電壓的最大值為5V,最小值為4VC.R2的阻值越小,R1消耗的功率越大D.當(dāng)R2的阻值為3Ω時,R2消耗的功率最大第43頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四[答案]
A第44頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四易錯點2:不運用規(guī)律或推論引起失分
(2011·江蘇省鎮(zhèn)江市2月調(diào)研)如圖所示電路中,R1=4Ω,R2=6Ω,電源內(nèi)阻不可忽略,當(dāng)開關(guān)S2閉合時,電流表A的示數(shù)為3A,則當(dāng)開關(guān)S2斷開時,電流表示數(shù)可能為(
)A.3.2A B.2.1AC.1.2A D.0.8A小明同學(xué)選擇的答案是B,而小華同學(xué)認(rèn)為:當(dāng)開關(guān)S2斷開后,電路總電阻變大,電路總電流變小,因此,B,C,D三種情況都是可能的.你同意哪位同學(xué)的判斷?并請你寫出判斷的依據(jù)及過程.第45頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四[易錯分析]
錯解:小華同學(xué)分析是正確的.因為當(dāng)開關(guān)S2斷開后,電路總電阻變大,電路總電流變小,因此,B,C,D三種情況都是可能的.本題屬于沒有使用規(guī)律引起的失分.“錯解”沒用使用歐姆定律進行計算,而僅僅是憑主觀想象得出的錯誤結(jié)論.第46頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四第47頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源與定值電阻R1,R2及滑動變阻器R連接成如圖所示的電路,當(dāng)滑動變阻器的觸頭由中點滑向b端時,下列說法正確的是(
)A.電壓表和電流表讀數(shù)都增大B.電壓表和電流表讀數(shù)都減小C.電壓表讀數(shù)增大,電流表讀數(shù)減小D.電壓表讀數(shù)減小,電流表讀數(shù)增大第48頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四[答案]
A第49頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四(對應(yīng)學(xué)生用書P129)1.(2010·上海)在如右圖的閉合電路中,當(dāng)滑片P向右移動時,兩電表讀數(shù)的變化是(
)A.A變大,V變大B.A變小,V變大C.A變大,V變小D.A變小,V變小第50頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四[答案]
B第51頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四2.如右圖所示,甲、乙為兩個獨立電源的路端電壓與通過它們的電流I的關(guān)系圖線,下列說法中正確的是(
)A.當(dāng)路端電壓都為U0時,它們的外電阻相等B.電流都是I0時,兩電源的內(nèi)電壓相等C.電源甲的電動勢大于電源乙的電動勢D.電源甲的內(nèi)阻小于電源乙的內(nèi)阻第52頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四圖線與U軸交點的坐標(biāo)值表示電動勢的大小,與I軸交點的坐標(biāo)值表示電路中的短路電流,圖線的斜率大小表示電源內(nèi)電阻的大小(電動勢與短路電流的比值),由圖線可知,甲與U軸交點的坐標(biāo)值比乙的大,表明甲的電動勢大于乙的電動勢;甲與I軸交點的坐標(biāo)值比乙的小,表明甲的短路電流小于乙的短路電流;圖線甲的斜率大于圖線乙的斜率,表明甲的內(nèi)阻大于乙的內(nèi)阻,可見選項C正確,選項D錯誤.電源的內(nèi)電壓等于通過電源的電流與電源內(nèi)阻的乘積,即U內(nèi)=Ir,因為甲的內(nèi)阻較乙的內(nèi)阻大,所以當(dāng)電流都為I0時,甲電源的內(nèi)電壓較大,選項B錯誤.[答案]
AC第53頁,共57頁,2023年,2月20日,星期四3.在如圖所示的閃光燈電路中,電源的電動勢為E,電容器
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