高考物理一輪復(fù)習(xí)講義專題8.2　閉合電路的歐姆定律（原卷版）

專題8.2閉合電路的歐姆定律【講】【講核心素養(yǎng)】1.物理觀念：（1）了解電動(dòng)勢(shì)的物理含義。（2）了解串、并聯(lián)電路電阻的特點(diǎn)。。2.科學(xué)思維：（1）理解并會(huì)應(yīng)用閉合電路歐姆定律。（2）掌握路端電壓和電流的關(guān)系及電源的U－I圖象3.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：電路設(shè)計(jì)與安全。能分析和解決家庭電路中的簡(jiǎn)單問題，能將安全用電和節(jié)約用電的知識(shí)應(yīng)用于生活實(shí)際?！局v考點(diǎn)題型】【知識(shí)點(diǎn)一】閉合電路歐姆定律1．閉合電路的歐姆定律（1）內(nèi)容：閉合電路中的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。（2）公式：I＝E/（R＋r）。2．路端電壓跟電流的關(guān)系（1）關(guān)系式：U＝E－Ir。（2）用圖像表示：如圖所示，其中縱軸截距為電源電動(dòng)勢(shì)，橫軸截距為短路電流，斜率的絕對(duì)值為電源內(nèi)阻。【例1】（2020·江西·寧岡中學(xué)高三開學(xué)考試）如圖所示的電路中，所用電源的電動(dòng)勢(shì)E=4V，內(nèi)阻r=1.0Ω，電阻R1可調(diào)．現(xiàn)將R1調(diào)到3Ω后固定．已知R2=6Ω，R3=3Ω．（1）開關(guān)S斷開和接通時(shí)，通過R1的電流分別為多大？（2）為了使A、B之間電路的電功率在開關(guān)S接通時(shí)能達(dá)到最大值，應(yīng)將R1的阻值調(diào)到多大？這時(shí)A、B間消耗的最大電功率為多少？【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念及科學(xué)思維?！咀兪接?xùn)練1】（多選）（2020·云南省墨江第二中學(xué)高三期末）如圖所示，燈泡L標(biāo)有“3V、3W”字樣，其電阻不變，R1＝5Ω，R2阻值未知，R3是最大電阻為6Ω的滑動(dòng)變阻器，P為滑動(dòng)片，電流表內(nèi)阻不計(jì)。當(dāng)P滑到A端時(shí)，燈泡L正常發(fā)光；當(dāng)P滑到B端時(shí)，電源的輸出功率為20W。則A．可求得電源電動(dòng)勢(shì)為3VB．當(dāng)P滑到變阻器中點(diǎn)G時(shí)，電源內(nèi)電路損耗功率為2.56WC．當(dāng)P由A滑到B時(shí)電流表示數(shù)增大D．當(dāng)P由A滑到B時(shí)燈泡L變亮【必備知識(shí)】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(dāng)R增大時(shí)，U增大；（2）特殊情況：①當(dāng)外電路斷路時(shí)，I＝0，U＝E；②當(dāng)外電路短路時(shí)，I短＝eq\f(E,r)，U＝0.【知識(shí)點(diǎn)二】電路的動(dòng)態(tài)分析判定總電阻變化情況的規(guī)律（1）當(dāng)外電路的任何一個(gè)電阻增大（或減?。r(shí)，電路的總電阻一定增大（或減?。?。（2）若開關(guān)的通、斷使串聯(lián)的用電器增多時(shí)，電路的總電阻增大；若開關(guān)的通、斷使并聯(lián)的支路增多時(shí)，電路的總電阻減小。（3）在如圖所示分壓電路中，滑動(dòng)變阻器可視為由兩段電阻構(gòu)成，其中一段R并與用電器并聯(lián)，另一段R串與并聯(lián)部分串聯(lián)。A、B兩端的總電阻與R串的變化趨勢(shì)一致?！纠?】（2020·全國(guó)·高三專題練習(xí)）在如圖所示電路中，電源內(nèi)阻不可忽略。開關(guān)S閉合后，在滑動(dòng)變阻器R2的滑動(dòng)端由a向b緩慢滑動(dòng)的過程中（）A．電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)減小B．電容器C所帶電荷量減小。C．R1的電功率增大D．電源的輸出功率一定增大【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念、科學(xué)思維?！咀兪接?xùn)練2】（2020·河南·模擬預(yù)測(cè)）如圖所示，定值電阻R和電阻箱電阻R串聯(lián)在恒定電壓為U的電路中，電壓表V1、V2和電流表A均為理想電表，且電壓表V1的示數(shù)大于電壓表V2的示數(shù)。已知電阻箱電阻R2的最大值大于定值電阻R1的值，若現(xiàn)在逐漸增大電阻箱的電阻直至最大，則下列有關(guān)說法正確的是（）A．SKIPIF1<0不變，SKIPIF1<0不變B．SKIPIF1<0變大，SKIPIF1<0變大C．電阻箱電阻消耗的功率逐漸增大D．電阻箱電阻消耗的功率先增大后減小【技巧方法】電路動(dòng)態(tài)分析問題常用的“三法”（1）程序判斷法：遵循“局部→整體→部分”的思路，按以下步驟分析：（2）“串反并同”結(jié)論法（應(yīng)用條件：電源內(nèi)阻不為零）①所謂“串反”，即某一電阻增大時(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、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(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大，反之則減小。即：eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(U串↓,I串↓,P串↓))←R↑→eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(U并↑,I并↑,P并↑))（3）極限法：即因滑動(dòng)變阻器滑片滑動(dòng)引起的電路變化問題，可將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)端分別滑至兩個(gè)極端去討論?！局R(shí)點(diǎn)三】電路的功率及效率問題1．電源的功率及效率問題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＋r）2)P出與外電阻R的關(guān)系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.純電阻電路中電源的輸出功率P出與外電阻R的關(guān)系（1）表達(dá)式：P出＝I2R＝eq\f(E2R,R＋r2)＝eq\f(E2,\f(R－r2,R)＋4r)（2）關(guān)系圖象①根據(jù)如圖所示圖象可知：隨著外電阻的增大，輸出功率先增大后減小，即：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a.當(dāng)R<r時(shí)：R↑→P出↑,b.當(dāng)R>r時(shí)：R↑→P出↓))②當(dāng)R＝r時(shí)，輸出功率最大，為Pm＝eq\f(E2,4r)。③P出<Pm時(shí)，每個(gè)輸出功率對(duì)應(yīng)兩個(gè)不同的外電阻R1和R2，且滿足R1R2＝r2，因此需要注意題目可能出現(xiàn)多解的情況?！纠?】（2020·全國(guó)·模擬預(yù)測(cè)）如圖所示的電路中，R1和R2是兩個(gè)阻值相等的定值電阻，R是滑動(dòng)變阻器，電源電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)電阻為r，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭從右向左移動(dòng)的過程中，下列說法正確的是（）A．R1、R2消耗的電功率均逐漸變小B．R1消耗的功率逐漸變小，R2消耗的功率逐漸變大C．電源內(nèi)電阻r消耗的熱功率逐漸減小D．R和R1消耗的總功率逐漸增大【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維。【變式訓(xùn)練3】（2020·山東·高三專題練習(xí)）如圖所示電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)電阻為r，R1為定值電阻，R2為可變電阻，變阻器的最大阻值滿足R1<r<R1＋R2。求：（1）當(dāng)變阻器R2的阻值為多大時(shí)，電源輸出的功率最大？最大值為多少？（2）求此時(shí)電源的效率；（3）當(dāng)變阻器R2的阻值為多大時(shí)，R1的功率最大？最大值為多少？（4）當(dāng)變阻器R2的阻值為多大時(shí)，R2的功率最大？最大值為多少？【方法技巧】解決最大功率問題的兩點(diǎn)注意（1）解決最大功率問題時(shí)，要弄清是定值電阻還是可變電阻的最大功率，定值電阻的最大功率用P＝I2R＝eq\f(U2,R)分析，可變電阻的最大功率用等效電源法求解。（2）電源輸出功率最大時(shí)，效率不是最大，只有50%?！局R(shí)點(diǎn)四】對(duì)電源U－I圖線的理解和應(yīng)用電源的U－I圖象與電阻的U－I圖象比較電源U－I圖象電阻U－I圖象圖形物理意義電源的路端電壓隨電路中電流的變化關(guān)系電阻兩端的電壓隨電阻中電流的變化關(guān)系截距與縱軸交點(diǎn)表示電源電動(dòng)勢(shì)E，與橫軸交點(diǎn)表示電源短路電流eq\f(E,r)過坐標(biāo)原點(diǎn)，表示電流為零時(shí)電阻兩端的電壓為零坐標(biāo)U、I的乘積表示電源的輸出功率表示電阻消耗的功率坐標(biāo)U、I的比值表示外電阻的大小，不同點(diǎn)對(duì)應(yīng)的外電阻大小不同表示電阻的大小，每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的比值均等大斜率的絕對(duì)值電源內(nèi)阻r電阻大小【例4】（2020·全國(guó)·高三專題練習(xí)）某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系和電阻SKIPIF1<0的電壓與電流的關(guān)系如圖所示。用此電源和電阻SKIPIF1<0組成電路，SKIPIF1<0可以同時(shí)接入電路，也可以單獨(dú)接入電路。為使電源輸出功率最大，可采用的接法是（）A．將SKIPIF1<0單獨(dú)接到電源兩端 B．將SKIPIF1<0并聯(lián)后接到電源兩端C．將SKIPIF1<0串聯(lián)后接到電源兩端 D．將SKIPIF1<0單獨(dú)接到電源兩端．【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維。【變式訓(xùn)練4】（2020·北京海淀·高三期末）圖為某一電源的路端電壓U與干路電流I之間的關(guān)系曲線，由圖可知（）A．電源的電動(dòng)勢(shì)為2.0VB．電源的短路電流為0.4AC．電源最大功率為0.8WD．電源外電路接一滑動(dòng)變阻器時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值，電源最大輸出功率為0.2W【必備知識(shí)】1、利用兩種圖象解題的基本方法利用電源的U-I圖象和電阻的U-I圖象解題，無論電阻的U-I圖象是線性還是非線性，解決此類問題的基本方法是圖解法，即把電源和電阻的U-I圖線畫在同一坐標(biāo)系中，圖線的交點(diǎn)即電阻的“工作點(diǎn)”，電阻的電壓和電流可求，其他的量也可求．2．類別線性元件非線性元件電源圖象物理意義反映I和U的正比關(guān)系反映I和U的非正比關(guān)系反映電源的輸出特性，縱軸截距為電源電動(dòng)勢(shì)，橫軸截距為短路電流注意問題圖線的斜率的倒數(shù)表示導(dǎo)體的電阻，R＝eq\f(U,I)＝eq\f(ΔU,ΔI)，遵從歐姆定律圖線的斜率僅表示電阻的變化趨勢(shì)，某點(diǎn)的電阻值需用點(diǎn)的坐標(biāo)值計(jì)算，即R＝eq\f(U1,I1)圖線斜率的絕對(duì)值表示電源的內(nèi)阻（注意縱坐標(biāo)數(shù)值是否從零開始）2、電源的U-I圖象截距：縱軸上的截距等于電源的電動(dòng)勢(shì)；橫軸上的截距等于外電路短路時(shí)的電流，即I短＝eq\f(E,r)斜率：圖線斜率的絕對(duì)值等于電源的內(nèi)阻，即r＝eq\f(ΔU,ΔI)＝eq\f(E,I短)，斜率的絕對(duì)值越大，表明電源的內(nèi)阻越大圖線上的點(diǎn)：圖線上任一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的U、I的比值為此時(shí)外電路的電阻，即R＝eq\f(U,I)面積：面積UI為電源的輸出功率，而電源的總功率P總＝EI，P總－P出＝EI－UI為電源的發(fā)熱功率【知識(shí)點(diǎn)五】含電容器電路的分析與計(jì)算1.電路簡(jiǎn)化把電容器所在的支路視為斷路，簡(jiǎn)化電路時(shí)可以去掉，求電荷量時(shí)再在相應(yīng)位置補(bǔ)上。2.電容器的電壓（1）電容器兩端的電壓等于與之并聯(lián)的電阻兩端的電壓。（2）電容器所在的支路中沒有電流，與之串聯(lián)的電阻無電壓，相當(dāng)于導(dǎo)線。3.電容器的電荷量及變化（1）利用Q＝CU計(jì)算電容器初、末狀態(tài)所帶的電荷量Q1和Q2。（2）如果變化前后極板帶電的電性相同，通過所連導(dǎo)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(dǎo)線的電荷量為Q1＋Q2。【例5】（2020·全國(guó)·高三課時(shí)練習(xí)）如圖所示，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，C=30μF，電池內(nèi)阻可忽略。（1）閉合開關(guān)S，求電路穩(wěn)定后通過SKIPIF1<0的電流；（2）再將開關(guān)S斷開求斷開開關(guān)后流過SKIPIF1<0的總電荷量?！舅仞B(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念、科學(xué)思維。【變式訓(xùn)練5】（多選）（2020·山西·一模）如圖所示電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r，R為定值電阻，電容器的電容為C。閉合開關(guān)S，增大可變電阻R的阻值，電壓表示數(shù)的變化量為SKIPIF1<0U，電流表示數(shù)的變化量為SKIPIF1<0I，則（）A．電源的輸出功率一定增大 B．變化過程中SKIPIF1<0U和SKIPIF1<0I的比值保持不變C．電阻R0兩端電壓減小，減小量大于SKIPIF1<0U D．電容器的帶電量增大，增加量為CSKIPIF1<0U【總結(jié)升華】電路穩(wěn)定時(shí)電容器的處理方法電路穩(wěn)定后，與電容器串聯(lián)的電路中沒有電流，同支路的電阻相當(dāng)于導(dǎo)線，即電阻不起降低電壓的作用，電容器兩端的電壓與其并聯(lián)電器兩端電壓相等?！痉椒偨Y(jié)】1.確定電容器和哪個(gè)電阻并聯(lián)，該電阻兩端電壓即為電容器兩端電壓．2.當(dāng)電容器和某一電阻串聯(lián)后，該電阻阻值應(yīng)視為零．接在某一電路兩端時(shí)，此電路兩端電壓即為電容器兩端電壓．3.電路的電流、電壓變化時(shí)，將會(huì)引起電容器的充、放電．如果電容器兩端電壓升高，電容器將充電；如果電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電．電荷量的多少可根據(jù)ΔQ＝C·ΔU計(jì)算．【知識(shí)點(diǎn)六】電路故障的分析電路故障特點(diǎn)（1）斷路特點(diǎn)：表現(xiàn)為路端電壓不為零而電流為零。（2）短路特點(diǎn)：用電器或電阻發(fā)生短路，表現(xiàn)為有電流通過電路但用電器或電阻兩端電壓為零?！纠?】（2020·全國(guó)·高三專題練習(xí)）如圖所示的電路中，閉合開關(guān)S后，燈L1和L2都正常發(fā)光，后來由于某種故障使燈L2突然變亮，電壓表讀數(shù)增加，由此推斷，這故障可能是（）A．燈L1燈絲燒斷B．電阻R2斷路C．電阻R2短路D．電容器被擊穿短路【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維。【變式訓(xùn)練6】（2020·全國(guó)·高三課時(shí)練習(xí)）如圖所示，電燈L的規(guī)格為“4V

1W”，滑動(dòng)變阻器R的總電阻為SKIPIF1<0．當(dāng)滑片P滑至某位置時(shí)，L恰好正常發(fā)光，此時(shí)電流表示數(shù)為0.45A．由于外電路發(fā)生故障，電燈L突然熄滅，此時(shí)電流表示數(shù)變?yōu)?.5A，電壓表示數(shù)為10V．若導(dǎo)線連接完好，電路中各處接觸良好．試問：（1）發(fā)生的故障是短路還是斷路？發(fā)生在何處？（2）發(fā)生故障前，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為多大？（3