2025版高考物理一輪復(fù)習第七章恒定電流課時2閉合電路的歐姆定律學案新人教版

PAGE12-課時2閉合電路的歐姆定律一、閉合電路1.組成2.內(nèi)、外電壓的關(guān)系:E=U內(nèi)+U外。二、閉合電路歐姆定律1.內(nèi)容:在外電路為純電阻的閉合電路中,電流的大小跟電源的電動勢成正比,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。2.公式:(1)I=(只適用于純電阻電路)。(2)E=U外+Ir(適用于全部電路)。三、路端電壓U與電流I的關(guān)系1.關(guān)系式:U=E-Ir。2.U-I圖象如圖所示。(1)當電路斷路即I=0時,縱坐標的截距為電源電動勢。(2)當外電路短路即U=0時,橫坐標的截距為短路電流。(3)圖線的斜率的肯定值為電源的內(nèi)阻?？键c一閉合電路歐姆定律1.閉合電路歐姆定律對于全部電源都是成立的。2.表達式I=適用于純電阻電路;表達式E=U外+U內(nèi)或U=E-Ir適用于任何閉合電路。3.當外電路斷路時,電源電動勢等于路端電壓(外電壓);當外電路短路時,外電阻R=0,I=。[典例1]某電路如圖所示,已知電池組的總內(nèi)阻r=1Ω,外電路電阻R=5Ω,志向電壓表的示數(shù)U=3.0V,則電池組的電動勢E等于()A.3.0VB.3.6VC.4.0VD.4.2V解析:由于電壓表的示數(shù)為路端電壓,而U=IR,則I==0.6A,由閉合電路歐姆定律可得E=I(R+r)=0.6×(5+1)V=3.6V,故選項B正確。答案:B變式1:其次屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會于2015年12月16日至18日在桐鄉(xiāng)烏鎮(zhèn)實行,為迎接大會召開,桐鄉(xiāng)市對部分道路亮化工程進行了改造,如圖所示是烏鎮(zhèn)某行政村運用的太陽能路燈的電池板銘牌,則該電池板的內(nèi)阻約為(D)太陽能電池板的參數(shù)開路電壓43V短路電流5.85A工作電壓35.3V工作電流0.567A額定功率20W工作溫度-40～85A.7.58Ω B.6.03Ω C.6.23Ω D.7.35Ω解析:開路電壓即為電動勢,所以內(nèi)阻r==Ω≈7.35Ω,D正確?？键c二閉合電路的功率1.電源的總功率(1)隨意電路:P總=IE=IU外+IU內(nèi)=P出+P內(nèi)。(2)純電阻電路:P總=I2(R+r)=。2.電源內(nèi)部消耗的功率P內(nèi)=I2r=IU內(nèi)=P總-P出。3.電源的輸出功率(1)隨意電路:P出=IU=IE-I2r=P總-P內(nèi)。(2)純電阻電路:P出=I2R==。(3)純電阻電路中輸出功率隨R的變更關(guān)系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(yīng)兩個外電阻值R1和R2,且R1R2=r2。⑤P出與R的關(guān)系如圖所示。4.電源的效率(1)隨意電路:η=×100%=×100%。(2)純電阻電路:η=×100%=×100%。因此在純電阻電路中R越大,η越大。5.用電器獲得最大功率問題的分析方法(1)定值電阻依據(jù)P=I2R或P=探討,要功率P最大,需通過該電阻的電流或電阻兩端的電壓最大。(2)可變電阻通常采納等效電源法,解題時依據(jù)須要選用不同的等效方式,將用電器獲得最大功率問題轉(zhuǎn)化為電源最大輸出功率問題。[典例2]如圖所示,R1為定值電阻,R2為變阻器,E為電源電動勢,r為電源內(nèi)電阻,以下說法中正確的是()A.當R1+R2=r時,R2獲得最大功率B.當R1=R2+r時,R1獲得最大功率C.當R2=0時,R1上獲得最大功率D.當R2=0時,電源的輸出功率最大解析:將R1等效為電源內(nèi)阻,R2上的功率為電源的輸出功率,當外電阻變更時,電源的輸出功率隨外電阻的變更而變更,當外電阻等于內(nèi)阻,即R2=R1+r時,輸出功率最大,即R2上的功率最大,故選項A錯誤;對電路中的定值電阻R1,電流最大時其功率最大,當外電阻R2=0時,電流最大,故選項B錯誤,C正確;當外電阻等于內(nèi)阻時,即R1+R2=r時,電源的輸出功率最大,故選項D錯誤。答案:C變式2: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)電阻的試驗中得到的試驗圖線如圖所示,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(D)A.ηa=80%ηb=50% B.ηa=40%ηb=80%C.ηa=50%ηb=80% D.ηa=66.7%ηb=33.3%解析:依據(jù)效率的定義得η==,從UI圖象中可知電源電動勢對應(yīng)為6個單位長度,a點路端電壓對應(yīng)為4個單位長度,b點路端電壓對應(yīng)為2個單位長度,綜上所述D正確,A,B,C錯誤?？键c三電源與電阻U-I圖象的比較圖象上的特征物理意義電源UI圖象電阻UI圖象圖形圖象表述的物理量變更關(guān)系電源的路端電壓隨電路電流的變更關(guān)系電阻兩端電壓隨電阻中的電流的變更關(guān)系圖線與坐標軸交點與縱軸交點表示電源電動勢E,與橫軸交點表示短路電流過坐標軸原點,表示沒有電壓時電流為零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對應(yīng)U,I比值表示外電阻的大小,不同點對應(yīng)的外電阻大小不同每一點對應(yīng)的比值均等大,表示此電阻的大小不變圖線斜率的肯定值大小內(nèi)阻r電阻大小[典例3]如圖所示是某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖象,下列結(jié)論正確的是()A.電源的電動勢為5.0VB.電源的內(nèi)阻為12ΩC.電源的短路電流為0.5AD.電流為0.3A時的外電阻是18Ω解析:當電流為零時,路端電壓等于電源電動勢,由此可知電源的電動勢為6.0V,選項A錯誤;圖線的斜率表示電源內(nèi)阻r=Ω=2Ω,選項B錯誤;只有當路端電壓為零時的電流才是短路電流,由于圖線沒有從原點起先,因此圖線與橫軸交點不是短路電流,選項C錯誤;當電流為0.3A時,由閉合電路歐姆定律I=知R=-r=Ω-2Ω=18Ω,選項D正確。答案:D(1)分析圖象問題時,肯定要明確圖線的含義,即要確定兩坐標軸表示的物理意義。(2)對閉合電路的U-I圖象,圖線上每一點縱、橫坐標的乘積為電源的輸出功率;純電阻電路的圖線上每一點縱、橫坐標的比值為此時外電路的電阻。變式3:兩電源電動勢分別為E1,E2(E1>E2),內(nèi)阻分別為r1,r2。當這兩個電源分別和一阻值為R的電阻連接時,電源輸出功率相等。若將R減小為R′,電源輸出功率分別為P1,P2,則(D)A.r1<r2,P1<P2 B.r1>r2,P1>P2C.r1<r2,P1>P2 D.r1>r2,P1<P2解析:如圖所示,由U-I圖線可知,r1>r2,若將R減小為R′,電源輸出功率P1<P2,選項D正確?？键c四閉合電路的動態(tài)分析1.判定總電阻變更狀況的規(guī)律(1)當外電路的任何一個電阻增大(或減小)時,電路的總電阻肯定增大(或減小)。(2)若開關(guān)的通、斷使串聯(lián)的用電器增多時,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,電路的總電阻減小。(3)在如圖所示分壓電路中,滑動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串的變更趨勢一樣。2.電路動態(tài)分析的方法(1)程序法:電路結(jié)構(gòu)的變更→R的變更→R總的變更→I總的變更→U外的變更→固定支路→支路的變更。(2)極限法:即因滑動變阻器滑片滑動引起的電路變更問題,可將滑動變阻器的滑動端分別滑至兩個極端去探討。[典例4]小吳同學設(shè)計了一種煙霧報警裝置,其設(shè)計原理如圖所示。M為煙霧傳感器,其阻值RM隨著煙霧濃度的變更而變更,R為定值電阻。當裝置所在區(qū)域出現(xiàn)煙霧且濃度增大時,將導致a,b兩端電壓減小,觸發(fā)警報裝置發(fā)出警報。當煙霧濃度增大時()A.RM增大,電流表示數(shù)增大B.RM增大,電流表示數(shù)減小C.RM減小,電流表示數(shù)增大D.RM減小,電流表示數(shù)減小解析:依據(jù)煙霧濃度增大時,a,b兩端電壓減小,可知a,b之間電阻減小,故RM減小,依據(jù)閉合電路歐姆定律知電路中電流增大,所以電流表示數(shù)增大,故選項C正確。答案:C變式4:如圖所示的電路中,電源的內(nèi)阻不行忽視,當開關(guān)S斷開時,電流表的示數(shù)為0.30A,則當S閉合時,電流表的示數(shù)可能是(B)A.0.28AC.0.52A D.0.58A解析:當開關(guān)S由斷開到閉合時,外電路的電阻減小,則回路的電流增大而路端電壓減小,即有I2>I1,U2<U1,故I2R2<I1(R1+R2),得0.5A>I2>0.30A,故選項B正確?？键c五含容電路的分析和計算電容器是一個儲存電能的元件,在直流電路中,當電容器充、放電時,電路有充電、放電電流,一旦電路達到穩(wěn)定狀態(tài),電容器在電路中就相當于一個阻值無限大(只考慮電容器是志向不漏電的狀況)的元件,在電容器處電路可看做是斷路。分析和計算含有電容器的直流電路時,關(guān)鍵是精確地推斷和求出電容器兩端的電壓,詳細做法是:1.確定電容器和哪個電阻并聯(lián),該電阻兩端電壓即為電容器兩端電壓。2.當電容器和某一電阻串聯(lián)后,任何電阻其阻值都應(yīng)視為零。接在某一電路兩端時,此電路兩端電壓即為電容器兩端電壓。3.電路的電流、電壓變更時,將會引起電容器的充放電。假如電容器兩端電壓上升,電容器將充電;假如電壓降低,電容器將通過與它連接的電路放電。電荷量的多少可依據(jù)ΔQ=C·ΔU計算。[典例5]圖示電路中,電容器與電阻R2并聯(lián)后,經(jīng)電阻R1與電源和開關(guān)相連。電源電動勢E=24V,內(nèi)電阻r=1Ω,電阻R1=15Ω,R2=8Ω,電容器的電容C=2×10-9FA.電源兩端的電壓為1VB.電容器兩端的電壓為24VC.通過電阻R1的電流為1.5AD.電容器所帶電荷量為1.6×10-8解析:閉合開關(guān)S,穩(wěn)定后電容器相當于開關(guān)斷開,依據(jù)閉合電路歐姆定律得I==1A,電源兩端的電壓是路端電壓,即U=I(R1+R2)=1×(15+8)V=23V,電容器兩端的電壓即R2兩端的電壓U2=IR2=1×8V=8V,則電容器的電荷量為Q=CU2=2×10-9×8C=1.6×10-8C,故選項D正確。答案:D變式5:如圖所示,M,N是平行板電容器的兩個極板,R0為定值電阻,R1,R2為可調(diào)電阻,用絕緣細線將質(zhì)量為m、帶正電的小球懸于電容器內(nèi)部。閉合開關(guān)S,小球靜止時受到懸線的拉力為F。調(diào)整R1,R2,關(guān)于F的大小推斷正確的是(D)A.保持R1不變,緩慢增大R2時,F將變大B.保持R1不變,緩慢增大R2時,F不變C.保持R2不變,緩慢增大R1時,F將變大D.保持R2不變,緩慢增大R1時,F不變解析:保持R1不變,緩慢增大R2時,由于R0和R2串聯(lián),R0兩端的電壓減小,即平行板電容器的兩個極板的電壓U減小,帶電小球受到的電場力F電=qE=q減小,懸線的拉力為F=將減小,選項A,B錯誤。保持R2不變,緩慢增大R1時,R0兩端的電壓不變,F電不變,懸線的拉力F不變,C錯誤,D正確?？键c六電路故障問題的分析1.故障特點(1)斷路特點:表現(xiàn)為電源電壓不為零而電流為零;假如外電路中兩點間的電壓不為零而電流為零,則說明這兩點間有斷點,而這兩點與電源的連接部分沒有斷點。(2)短路特點:用電器或電阻發(fā)生短路,表現(xiàn)為有電流通過電路但它兩端電壓為零。2.檢查方法(1)電壓表檢測:假如電壓表示數(shù)為零,則說明可能在并聯(lián)路段之外有斷路,或并聯(lián)路段短路。(2)電流表檢測:當電路中接有電源時,可用電流表測量各部分電路上的電流,通過對電流值的分析,可以確定故障的位置。在運用電流表檢測時,肯定要留意電流表的極性和量程。(3)歐姆表檢測:當測量值很大時,表示該處是斷路,當測量值很小或為零時,表示該處是短路。在運用歐姆表檢測時,電路肯定要切斷電源。(4)假設(shè)法:將整個電路劃分為若干部分,然后逐一假設(shè)某部分電路發(fā)生某種故障,運用閉合電路或部分電路的歐姆定律進行推理。[典例6]用電壓表檢查如圖所示電路中的故障,測得Uad=5.0V,Ucd=0V,Ubc=0V,Uab=5.0V,則此故障可能是()A.L斷路 B.R斷路C.R′斷路 D.S斷路解析:Uad=5.0V,dcba間斷路,其余電路接通;Ucd=0V,燈L短路或其余電路某處斷路;Ubc=0V,電阻R′短路或其余電路某處斷路;Uab=5.0V,滑動變阻器R斷路,其余電路接通,綜上所述,故障為R斷路,選項B正確。答案:B變式6:如圖所示,一只玩具電動機用一節(jié)干電池供電,閉合開關(guān)后發(fā)覺電動機轉(zhuǎn)速較慢。經(jīng)檢測,電動機性能完好;用電壓表測a,b間電壓,只有0.6V;斷開開關(guān)S,測a,b間電壓接近1.5V,由此推斷,電動機轉(zhuǎn)動較慢的緣由是(D)A.開關(guān)S接觸不良B.電動機兩端接線接觸不良C.電動機兩端接線短路D.電池過舊,內(nèi)阻過大解析:開關(guān)閉合時,路端電壓很小,說明內(nèi)電壓很大,即電池內(nèi)阻很大,選項D正確。1.(閉合電路中的功率)如圖所示,直線A為某電源的U-I圖線,曲線B為某小燈泡的U-I圖線,用該電源和小燈泡組成閉合電路時,電源的輸出功率和電源的總功率分別是(D)A.4W,8W B.2W,4WC.2W,3W D.4W,6W解析:電源的U-I圖線A在縱軸上的截距表示電源電動勢為3V,圖線A,B的交點表示電路工作點,對應(yīng)的工作電壓為U=2V,工作電流為I=2A。用該電源和小燈泡組成閉合電路時,電源的輸出功率P出=UI=2×2W=4W,電源的總功率P總=EI=3×2W=6W,選項D正確。2.(電阻和電源的U-I圖線)如圖所示為某一電源的U-I曲線,由圖可知(D)A.電源電動勢為1.2VB.電源內(nèi)電阻為ΩC.電源短路時電流為6AD.電路路端電壓為1V時,電路中電流為5A解析:圖線與縱坐標的交點為電源電動勢,即E=2V。圖線的斜率為電源的內(nèi)阻,即r=0.2Ω,所以電源短路電流為I==10A,當路端電壓為1V時,I′==5A,即D正確。3.(電路的動態(tài)分析)如圖所示電路中,電源E的電動勢為3.2V,電阻R的阻值為30Ω,小燈泡L的額定電壓為3.0V,額定功率為4.5W,當開關(guān)接位置1時,電壓表的讀數(shù)為3V,那么當開關(guān)接到位置2時,小燈泡L的發(fā)光狀況是(A)A.很暗,甚至不亮 B.正常發(fā)光C.比正常發(fā)光略亮 D.有可能被燒壞解析:小燈泡的電阻RL==2Ω<R,當開關(guān)由位置1接到位置2時,外電路的電阻減小,路端電壓減小,即小于額定電壓3V。4.(含電容電路的分析)如圖所示的電路中,水平放置的平行板電容器中有一個帶電液滴正好處于靜止狀態(tài),現(xiàn)將滑動變阻器的滑片P向左移動,則(B)A.電容器中的電場強度將增大B.電容器上的電荷量將削減C.電容器的電容將減小D.