12.2 閉合電路的歐姆定律 【練習】2024-2025學年高二物理 同步練（ 人教版2019必修第三冊）（原卷版）

12.2閉合電路的歐姆定律學習目標學習目標課程標準物理素養(yǎng)3.2.4理解閉合電路歐姆定律。3.2.6能分析和解決家庭電路中的簡單問題，能將安全用電和節(jié)約用電的知識應用于生活實際。物理觀念：知道電源是通過非靜電力做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，科學思維：知道電動勢的定義式。理解閉合電路歐姆定律。能根據(jù)閉合電路歐姆定律解釋路端電壓與負載的關(guān)系。知道歐姆表測電阻的原理?？茖W探究：經(jīng)歷閉合電路歐姆定律的理論推導過程，理解內(nèi)、外電路的能量轉(zhuǎn)化，體驗能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在電路中的具體應用。通過探究電源兩端電壓與電流的關(guān)系，體會圖像法在研究物理問題中的作用?？茖W態(tài)度與責任：了解電源短路可能會帶來的危害，加強安全用電意識。002思維導圖解題中常用到的二級結(jié)論(1)外電路任一處的一個電阻增大，總電阻增大，總電流減小，路端電壓增大；外電路任一處的一個電阻減小，總電阻減小，總電流增大，路端電壓減小。(2)純電阻電路，內(nèi)、外電路阻值相等時輸出功率最大，Pm＝eq\f(E2,4r)；R1R2＝r2時輸出功率相等。(3)含電容器電路中，電容器是斷路，電容器不是電路的組成部分，僅借用與之并聯(lián)部分的電壓。穩(wěn)定時，與它串聯(lián)的電阻是虛設，如導線。在電路變化時電容器有充、放電電流。路端電壓與外電阻的關(guān)系(1)純電阻電路：U＝IR＝eq\f(E,R＋r)·R＝eq\f(E,1＋\f(r,R))，當R增大時，U增大．(2)特殊情況：①當外電路斷路時，I＝0，U＝E.②當外電路短路時，I短＝eq\f(E,r)，U＝0.動態(tài)分析常用方法(1)程序法：遵循“局部—整體—局部”的思路．①分析步驟(如圖)：②分析時：串聯(lián)電路注意分析電壓關(guān)系，并聯(lián)電路注意分析電流關(guān)系．(2)結(jié)論法：“串反并同”，應用條件為電源內(nèi)阻不為零．兩類U－I圖像的比較電源的U－I圖像電阻的U－I圖像圖像表述的物理量的關(guān)系電源的路端電壓與電路電流的關(guān)系電阻兩端電壓與流過電阻的電流的關(guān)系圖線與坐標軸交點①與縱軸交點表示電源電動勢E②與橫軸交點表示電源短路電流eq\f(E,r)過坐標軸原點，表示沒有電壓時電流為零圖線的斜率－r(r為內(nèi)阻)表示電阻大小(電阻為純電阻時)圖線上每一點坐標的乘積UI表示電源的輸出功率表示電阻消耗的功率圖線上每一點坐標比值eq\f(U,I)表示外電阻的大小，不同點對應的外電阻大小不同每一點對應的比值均表示此電阻的阻值大小003知識梳理課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)知識：一、電源1．電動勢(1)定義：電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把1C的正電荷在電源內(nèi)從移送到所做的功。(2)表達式：E＝eq\f(W,q)。反映了電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化成的本領(lǐng)大小。2．內(nèi)阻電源內(nèi)部的，叫作電源的內(nèi)阻。電動勢E和內(nèi)阻r是電源的兩個重要參數(shù)。二、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，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成。2．公式(1)I＝eq\f(E,R＋r)，適用于純電阻電路；(2)E＝U內(nèi)＋U外，適用于任何電路。3．路端電壓U與外電阻R的關(guān)系(1)R增大，則U；(2)斷路時，I＝0，U＝eq\a\vs4\al(E)；(3)短路時，I短＝eq\f(E,r)，U＝eq\a\vs4\al(0)。4．路端電壓U與電流I的關(guān)系：U＝E－Ir。三、閉合電路的功率及效率問題1．閉合電路的功率和效率電源總功率任意電路：P總＝EI＝P出＋P內(nèi)純電阻電路：P總＝I2(R＋r)＝eq\f(E2,R＋r)電源內(nèi)部消耗的功率P內(nèi)＝I2r＝P總－P出電源的輸出功率任意電路：P出＝UI＝P總－P內(nèi)純電阻電路：P出＝I2R＝eq\f(E2R,R＋r2)電源的效率任意電路：η＝eq\f(P出,P總)×100%＝eq\f(U,E)×100%純電阻電路：η＝eq\f(R,R＋r)×100%2.純電阻電路中P出與外電阻R的關(guān)系在純電阻外電路中，電源的輸出功率P出＝I2R＝eq\f(E2R,R＋r2)，作出P出-R圖像，如圖所示。由P出與外電阻R的關(guān)系圖像可知：(1)當R＝r時，電源的輸出功率最大，為Pm＝。(2)當R＞r時，隨著R的增大輸出功率越來越小。(3)當R＜r時，隨著R的增大輸出功率越來越大。(4)當P出＜Pm時，每個輸出功率對應兩個外電阻R1和R2，且R1R2＝。四、閉合電路的動態(tài)分析1．一般電路動態(tài)分析的三種方法(1)程序法(2)結(jié)論法用口訣表述為“串反并同”：①所謂“串反”，即某一電阻增大時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、消耗的電功率都將減小，反之則增大。②所謂“并同”，即某一電阻增大時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、消耗的電功率都將增大，反之則減小。(3)極限法因滑動變阻器滑片滑動引起電路變化的問題，可將滑動變阻器的滑片分別滑至兩個極端，讓電阻最大或電阻為零進行討論。2．含熱敏、光敏電阻電路動態(tài)分析的三點提醒(1)明確熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特點，弄清題目中的溫度變化方向，從而判定熱敏電阻的阻值變化情況；(2)明確光敏電阻的阻值隨光照強度變化的特點，弄清題目中的光照強度變化方向，從而判定光敏電阻的阻值變化情況；(3)在明確了熱敏、光敏電阻的阻值變化情況下，對電路的分析思路與一般電路的動態(tài)分析思路相同。3．含容電路動態(tài)分析的三個步驟第一步理清電路的串、并聯(lián)關(guān)系第二步確定電容器兩極板間的電壓。在電容器充電和放電的過程中，歐姆定律等電路規(guī)律不適用，但對于充電或放電完畢的電路，電容器的存在與否不再影響原電路，電容器接在某一支路兩端，可根據(jù)歐姆定律及串、并聯(lián)規(guī)律求解該支路兩端的電壓U第三步分析電容器所帶的電荷量。針對某一狀態(tài)，根據(jù)Q＝CU，由電容器兩端的電壓U求電容器所帶的電荷量Q，由電路規(guī)律分析兩極板電勢的高低，高電勢板帶正電，低電勢板帶負電五、電源的U-I圖像的理解1．圖線上的點：圖線上任一點對應的U、I表示該狀態(tài)下的路端電壓及電流，對于純電阻外電路，其比值為此時外電路的電阻，即R＝eq\f(U,I)。2．截距：縱軸上的截距等于電源的電動勢；橫軸上的截距等于外電路短路時的電流，即I短＝eq\f(E,r)。3．斜率：圖線斜率的絕對值等于電源的內(nèi)阻，即r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))＝eq\f(E,I短)，斜率的絕對值越大，電源的內(nèi)阻越大。[注意]如果U軸或I軸不從零開始，則圖線截距的意義會發(fā)生變化，但斜率的意義不變。4．面積：圖中的陰影“面積”表示電源的輸出功率。5．電源與電阻的U-I圖像的對比圖形圖像表述的物理量間的變化關(guān)系圖線與坐標軸交點圖線上每一點坐標的乘積UI圖線上每一點對應的U、I比值圖線的斜率的大小電阻U-I圖像電阻中的電流隨電阻兩端電壓的變化關(guān)系過坐標軸原點，表示沒有電壓時電流為零表示電阻消耗的功率每一點對應的比值均等大，表示此電阻的大小電阻的大小電源U-I圖像電源的路端電壓隨電路電流的變化關(guān)系與縱軸交點表示電源電動勢E，與橫軸交點表示電源短路電流eq\f(E,r)(注意坐標數(shù)值是否從零開始)表示電源的輸出功率表示外電阻的大小，不同點對應的外電阻大小不同圖線斜率的絕對值等于內(nèi)電阻r的大小六、含容電路的分析1．電路簡化把電容器所在的支路穩(wěn)定時視為斷路，簡化電路時可以去掉，求電荷量時再在相應位置補上．2．電容器的電壓(1)電容器所在的支路中沒有電流，與之串聯(lián)的電阻兩端無電壓，相當于導線．(2)電容器兩端的電壓等于與之并聯(lián)的電阻兩端的電壓．3．電容器的電荷量及變化(1)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．(2)如果變化前后極板帶電的電性相同，通過所連導線的電荷量為|Q1－Q2|.(3)如果變化前后極板帶電的電性相反，通過所連導線的電荷量為Q1＋Q2.004題型精講【題型一】電動勢的理解及動態(tài)分析問題【典型例題1】（多選）干電池的電動勢為1.5V，這表示（）A．電路中每通過1C的電量，電源把1.5J的化學能轉(zhuǎn)化為電能B．干電池在1s內(nèi)將1.5J的化學能轉(zhuǎn)化為電能C．干電池與外電路斷開時兩極間電勢差為1.5VD．干電池把化學能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)比電動勢為2V的蓄電池強【典型例題2】.(多選)如圖所示，電源電動勢E和內(nèi)阻r一定，R1、R2是定值電阻，R0是光敏電阻(光敏電阻的阻值隨光照強度的增大而減小)，L是小燈泡。閉合開關(guān)，當照射到R0的光照強度減小時，以下分析正確的是()A．電流表示數(shù)減小 B．電壓表示數(shù)不變C．燈泡亮度變亮 D．電源效率增大【對點訓練1】（多選）關(guān)于電源的電動勢，下面說法正確的是（）A．電動勢是表征電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量B．電動勢在數(shù)值上等于電路中通過1C電量時電源提供的能量C．電源的電動勢跟電源的體積有關(guān)，跟外電路有關(guān)D．電動勢有方向，因此電動勢是矢量【對點訓練2】如圖所示，E為內(nèi)阻不能忽略的電池，R1、R2、R3均為定值電阻，電壓表與電流表均為理想電表；開始時開關(guān)S閉合，電壓表、電流表均有示數(shù)，某時刻發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表讀數(shù)均變大，則電路中可能出現(xiàn)的故障是()A．R1斷路 B．R2斷路C．R1短路 D．R3短路【題型二】閉合電路能量分析【典型例題3】(多選)如圖所示電路中，C為電容器，R1為0～99.00Ω的電阻箱，電源內(nèi)阻r＝5Ω，定值電阻R2＝2Ω，R3＝R4＝5Ω。現(xiàn)閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)R1使其電阻從零逐漸增至最大，在此過程中()A．電容器的a板先帶正電后帶負電B．電容器的a板先帶負電后帶正電C．電源的輸出功率先增大后減小D．電容器兩板間的電壓先增大后減小【典型例題4】如圖所示，已知電源電動勢E＝6V，內(nèi)阻r＝1Ω，保護電阻R0＝0.5Ω。(1)當電阻箱R讀數(shù)為多少時，保護電阻R0消耗的電功率最大，并求這個最大值。(2)當電阻箱R讀數(shù)為多少時，電阻箱R消耗的功率PR最大，并求這個最大值。(3)求電源的最大輸出功率。(4)若電阻箱R的最大值為3Ω，R0＝5Ω，當電阻箱R讀數(shù)為多少時，電阻箱R的功率最大，并求這個最大值?！緦c訓練3】交警使用的某型號酒精測試儀如圖甲所示，其工作原理如圖乙所示，傳感器電阻R的阻值隨氣體中酒精濃度的增大而減小，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，電路中的電表均為理想電表．當一位酒駕駕駛員對著測試儀吹氣時，下列說法中正確的是()A．電壓表的示數(shù)變大，電流表的示數(shù)變小B．電壓表的示數(shù)變小，電流表的示數(shù)變小C．酒精氣體濃度越大，電源的輸出功率越大D．電壓表示數(shù)變化量與電流表示數(shù)變化量的絕對值之比保持不變【對點訓練4】(多選)如圖所示，圖甲中M為一電動機，開關(guān)S閉合后，當滑動變阻器R的滑片從一端滑到另一端的過程中，兩電壓表V1和V2的讀數(shù)隨電流表A讀數(shù)的變化情況如圖乙所示，已知電流表A讀數(shù)在0.2A以下時，電動機沒有轉(zhuǎn)動．不考慮電表內(nèi)阻，以下判斷正確的是()A．圖線①為V2讀數(shù)隨電流表讀數(shù)的變化圖線B．電路中電源電動勢為3.4VC．此電路中，電動機的最大輸入功率是0.9WD．滑動變阻器的最大阻值為30Ω【題型三】圖像問題及含容電路 【典型例題5】某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系和電阻R1、R2的電壓與電流的關(guān)系如圖所示。用此電源和電阻R1、R2組成電路，R1、R2可以同時接入電路，也可以單獨接入電路。為使電源輸出功率最大，可采用的接法是()A．將R1單獨接到電源兩端B．將R1、R2并聯(lián)后接到電源兩端C．將R1、R2串聯(lián)后接到電源兩端D．將R2單獨接到電源兩端【典型例題6】(多選)直流電源E、定值電阻R1、R2以及電容器C和開關(guān)S構(gòu)成的電路如圖所示。電源的電動勢E＝5V，內(nèi)阻忽略不計，R1＝2Ω，R2＝3Ω，C＝5μF，開關(guān)S處于閉合狀態(tài)，下面說法正確的是()A．電容器C上的電荷量為1.0×10－5CB．電容器C上的電荷量為1.5×10－5CC．斷開開關(guān)S，電容器C增加的電荷量為1.5×10－5CD．斷開開關(guān)S，電容器C增加的電荷量為1.0×10－5C【對點訓練5】[多選]如圖所示，圖線甲、乙分別為電源和某金屬導體的U-I圖線，電源的電動勢和內(nèi)阻分別用E、r表示，根據(jù)所學知識分析下列選項正確的是()A．E＝50VB．r＝eq\f(25,3)ΩC．當該導體直接與該電源相連時，該導體的電阻為20ΩD．當該導體直接與該電源相連時，電路消耗的總功率為80W【對點訓練6】如圖所示，電源電動勢E＝6V，內(nèi)阻r＝1Ω，R0＝3Ω，R1＝7.5Ω，R2＝3Ω，R3＝2Ω，電容器的電容C＝2μF.開始時開關(guān)S處于閉合狀態(tài)，則下列說法正確的是()A．開關(guān)S閉合時，電容器上極板帶正電B．開關(guān)S閉合時，電容器兩極板間電勢差是3VC．將開關(guān)S斷開，穩(wěn)定后電容器極板所帶的電荷量是3.6×10－6CD．將開關(guān)S斷開至電路穩(wěn)定的過程中通過R0的電荷量是9.6×10－6C00501強化訓練【基礎(chǔ)強化】1．(多選)如圖所示，三個電阻R1、R2、R3的阻值均為R，電源的內(nèi)阻r<R，c為滑動變阻器的中點。閉合開關(guān)后，將滑動變阻器的滑片由c點向a端滑動，下列說法正確的是()A．R2消耗的功率變小 B．R3消耗的功率變大C．電源輸出的功率變大 D．電源內(nèi)阻消耗的功率變大2.有兩位同學用同一組電學元件分別連接成圖甲和圖乙的調(diào)光電路。在閉合開關(guān)后，使滑動變阻器的滑片由最左端開始向右滑動，直到燈泡正常發(fā)光。則燈泡正常發(fā)光時電源總功率和整個過程中燈泡的亮度變化情況是()A．甲電路中的電源總功率小，亮度變化范圍大B．甲電路中的電源總功率小，亮度變化范圍小C．乙電路中的電源總功率小，亮度變化范圍大D．乙電路中的電源總功率小，亮度變化范圍小3.如圖所示，電路中c點接地。若不考慮電流表和電壓表對電路的影響，將滑動變阻器的滑片向a點移動，則()A．a(chǎn)點電勢升高B．電源的輸出功率增加C．電壓表讀數(shù)減小D．電源的效率變小4.在如圖甲所示的電路中，定值電阻。R1=4Ω、R2=5Ω，電容器的電容C=3μF，電源路端電壓U隨總電流I的變化關(guān)系如圖乙所示。現(xiàn)閉合開關(guān)S，則電路穩(wěn)定后（）A.電源的內(nèi)阻為2ΩB.電源的效率為75%C.電容器所帶電荷量為1.5×10-5CD.若增大電容器兩極板間的距離，電容器內(nèi)部的場強不變5.如圖所示的電路中，為定值電阻，電壓表和電流表均為理想電表，閉合開關(guān)S，滑動變阻器的滑片從b端向a端緩慢滑動的過程中，下列說法正確的是（）A.電壓表V示數(shù)先變小后變大 B.電容器C一直處于充電狀態(tài)C.電流表A示數(shù)一直變小 D.電源的輸出功率先變大后變小6.電源是將其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，設電源的電動勢為E、路端電壓為U，I為電源的輸出電流，對電源和電路的理解正確的是()A．R＝eq\f(U,I)一定是外電路的總電阻B．電動勢的大小等于在電源內(nèi)部電場力把正電荷從負極送到正極所做的功C．由電源的輸出功率P出＝EI－I2r可知，P出隨I的增大而減小D．若外電路為純電阻電路，且外電阻為R時，有I＝eq\f(E,R＋r)，因此閉合電路的歐姆定律實質(zhì)上是能量守恒定律在閉合電路中的具體體現(xiàn)【素養(yǎng)提升】7.在如圖所示的電路中，電源內(nèi)阻和定值電阻的阻值均為r，滑動變阻器的最大阻值為2r。閉合開關(guān)，將滑動變阻器的滑片P由a端向b端滑動的過程中，下列選項正確的是()A．電壓表的示數(shù)變大 B．電流表的示數(shù)變大C．電源的效率變大 D．滑動變阻器消耗功率變大8．如圖所示，接通開關(guān)S，燈泡L1、L2都正常發(fā)光。某時刻由于電路故障兩燈突然熄滅。若故障只有一處，則下列說法正確的是()A．如果將電壓表并聯(lián)在cd兩端有示數(shù)，說明cd間完好B．如果將電壓表并聯(lián)在ac兩端示數(shù)為0，說明ac間斷路C．如果將電流表并聯(lián)在ac兩端示數(shù)為0，說明cd間完好D．如果將電壓表并聯(lián)在ad兩端有示數(shù)，并聯(lián)ac兩端示數(shù)為0，說明cd間斷路9.某同學按如圖電路進行實驗，電壓表內(nèi)阻看作無限大，電流表內(nèi)阻看作零．實驗中由于電路發(fā)生故障，發(fā)現(xiàn)兩電壓表示數(shù)相同了(但不為零)，若這種情況的發(fā)生是由于某一電阻引起的，則可能的故障是()A．RP斷路 B．R2斷路C．R1短路 D．R3短路10．用某種材料做成的電池，其路端電壓U和電流I的關(guān)系如圖中曲線a所示(電池電動勢一定，內(nèi)阻可變)，一電阻兩端電壓U和通過的電流I的關(guān)系如圖中直線b所示，當用該電池只對該電阻供電時，電池的內(nèi)阻為()A．13Ω B．20ΩC．22Ω D．25Ω11．在圖示電路中，燈L1、L2的電阻分別為R1、R2，變阻器的最大電阻為R0，且R0＞R2，電容器的電容量為C。若有電流通過，燈就能發(fā)光，假設燈的電阻不變，當變阻器的滑片P由a端向b端移動過程中，以下說法中正確的是()A．L1先變暗后變亮，L2一直變亮B．L1先變亮后變暗，L2先變暗后變亮C．電容器極板所帶的電量先減小后增大D．電源的效率先減小后增大12.(多選)在如圖所示電路中，閉合開關(guān)S，當滑動變阻器的滑片P向下滑動時，各電表的示數(shù)分別用I、U1、U2和U3表示，電表示數(shù)變化量的大小分別用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示。下列說法正確的是()A.eq\f(U1,I)不變，eq\f(ΔU1,ΔI)不變 B.eq\f(U2,I)變大，eq\f(ΔU2,ΔI)變大C.eq\f(U2,I)變大，eq\f(ΔU2,ΔI)不變 D.eq\f(U3,I)變大，eq\f(ΔU3,ΔI)不變13.(多選)有一種測量人體重的電子秤，其原理如圖中的虛線所示，它主要由三部分構(gòu)成：踏板、壓力傳感器R(是一個阻值可隨壓力大小而變化的電阻器)、顯示體重的儀表G(實質(zhì)是理想電流表)。設踏板的質(zhì)量可忽略不計，已知理想電流表的量程為3A，電源電動勢為12V，內(nèi)阻為2Ω，電阻R隨壓力變化的函數(shù)式為R＝30－0.02F(F和R的單位分別是N和Ω)。下列說法正確的是()A．該秤能測量的最大體重是1400NB．該秤能測量的最大體重是1300NC．該秤零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應標在電流表G刻度盤0.375A處D．該秤零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應標在電流表G刻度盤0.400A處14.如圖所示，圖中的四個電表均為理想電表，當滑動變阻器的滑片P向右端移動時，下列說法中正確的是()A．電源的輸出功率一定變小B．電壓表V1的讀數(shù)變小，電流表A1的讀數(shù)變小C．電壓表V2的讀數(shù)變大，電流表A2的讀數(shù)變小D．電壓表V2的讀數(shù)變小，電流表A2的讀數(shù)變小【能力培優(yōu)】15.如圖所示，電源內(nèi)阻不可忽略且電源電動勢和內(nèi)阻保持不變，當滑變阻器的滑片向下移動時，關(guān)于電燈L的亮度及電容器C所帶電荷量Q的變化判斷正確的是()A．L變暗，Q增大