2019年高考物理一轮复习第八章恒定电流第2讲闭合电路欧姆定律学案.pdf

第 2 讲闭合电路欧姆定律 一 闭合电路的欧姆定律 1 内容 在外电路为纯电阻的闭合电路中 电流的大小跟电源的电动势成正比 跟内 外 电路的电阻之和成反比 2 公式 1 I E R r 只适用于纯电阻电路 2 E U外 Ir 适用于所有电路 3 路端电压U与电流I的关系 1 关系式 U E Ir 2 U I图象如图1所示 图 1 当电路断路即I 0 时 纵坐标的截距为电源电动势 当外电路短路即U 0 时 横坐标的截距为短路电流 图线的斜率的绝对值为电源的内阻 二 电路中的功率及效率问题 1 电源的总功率 1 任意电路 P总 IE IU外 IU内 P出 P内 2 纯电阻电路 P总 I 2 R r E 2 R r 2 电源内部消耗的功率 P内 I 2r IU内 P总 P出 3 电源的输出功率 1 任意电路 P出 IU IE I 2r P总 P内 2 纯电阻电路 P出 I 2R E 2R R r 2 E 2 R r 2 R 4r 3 纯电阻电路中输出功率随R的变化关系 当R r时 电源的输出功率最大为Pm E 2 4r 当R r时 随着R的增大输出功率越来越小 当R r时 随着R的增大输出功率越来越大 当P出 Pm时 每个输出功率对应两个外电阻R1和R2 且R1R2 r 2 P出与R的关系如图2 所示 图 2 4 电源的效率 1 任意电路 P 出 P总 100 U E 100 2 纯电阻电路 R R r 100 1 1 r R 100 因此在纯电阻电路中R越大 越大 深度思考 当R r时 电源的输出功率最大 则此时电源的效率是不是最大 答案不是 解析由 1 1 r R 100 可知 当R r时 50 故此时效率不是最大 1 判断下列说法是否正确 1 闭合电路中的电流跟电源电动势成正比 跟整个电路的电阻成反比 2 电动势是电源两极间的电压 3 当外电阻增大时 路端电压也增大 4 闭合电路中的短路电流无限大 5 电动势的单位跟电压的单位一致 所以电动势就是两极间的电压 6 在闭合电路中 外电阻越大 电源的输出功率越大 7 电源的输出功率越大 电源的效率越高 2 人教版选修3 1P63第 3 题 许多人造卫星都用太阳电池供电 太阳电池由许多片电池 板组成 某电池板不接负载时的电压是600 V 短路电流是30 A 则这块电池板的内阻 A 2 B 20 C 200 D 2000 答案B 3 人教版选修3 1P63第 4题 电源的电动势为4 5V 外电阻为 4 0 时 路端电压为4 0V 若在外电路中分别并联一个6 0 的电阻和串联一个6 0 的电阻 则两种情况下的路端电 压为 A 4 3V 3 72V B 3 73V 4 3V C 3 72V 4 3V D 4 2V 3 73V 答案C 4 人教版选修3 1P66 第 2 题 一个量程为0 150V 的电压表 内阻为20k 把它与一 个大电阻串联后接在110V 电路的两端 电压表的读数是5V 这个外接电阻是 A 240 B 420k C 240k D 420 答案B 命题点一闭合电路欧姆定律及动态分析 1 电路动态分析的两种方法 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 并联分流I 串联分压U 变化支路 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片分别滑 至两个极端去讨论 2 闭合电路的故障分析 1 故障特点 断路特点 表现为路端电压不为零而电流为零 短路特点 用电器或电阻发生短路 表现为有电流通过电路但它两端电压为零 2 检查方法 电压表检测 如果电压表示数为零 则说明可能在并联路段之外有断路 或并联路段被短 路 电流表检测 当电路中接有电源时 可用电流表测量各部分电路上的电流 通过对电流值 的分析 可以确定故障的位置 在运用电流表检测时 一定要注意电流表的极性和量程 欧姆表检测 当测量值很大时 表示该处断路 当测量值很小或为零时 表示该处短路 在 运用欧姆表检测时 电路一定要切断电源 例 1 多选 如图 3 所示的电路中 电源电动势为12V 内阻为 2 四个电阻的阻值已在 图中标出 闭合开关S 下列说法正确的有 图 3 A 路端电压为10V B 电源的总功率为10W C a b间电压的大小为5V D a b间用导线连接后 电路的总电流为1A 答案AC 解析外电路的总电阻R 20 20 20 20 10 总电流 I E R r 1A 则路端电压U IR 10V A对 电源的总功率P总 EI 12W B错 a b间电压大小为Uab 0 5 15V 0 5 5V 5V C 项对 a b间用导线连接后 外电路的总电阻为R 2 5 15 5 15 7 5 电路中的总 电流I E R r 1 26A D项错误 1 如图4 所示 E为内阻不能忽略的电池 R1 R2 R3为定值电阻 S0 S 为开关 V 与 A 分别为电压表与电流表 初始时S0与 S均闭合 现将S断开 则 图 4 A V的读数变大 A的读数变小 B V的读数变大 A的读数变大 C V的读数变小 A的读数变小 D V的读数变小 A的读数变大 答案B 解析S断开 相当于外电阻变大 由闭合电路欧姆定律知电路中总电流减小 则路端电压 增大 V的示数变大 R1的电压减小 故R3的电压增大 故电流表示数变大 B正确 2 如图 5 所示 虚线框内为高温超导限流器 它由超导部件和限流电阻并联组成 超导部件 有一个超导临界电流IC 当通过限流器的电流I IC时 将造成超导体失超 从超导态 电 阻为零 即R1 0 转变为正常态 一个纯电阻 且R1 3 以此来限制电力系统的故障电 流 已知超导临界电流IC 1 2A 限流电阻R2 6 小灯泡L 上标有 6V 6W 的字样 电源电动势E 8V 内阻r 2 原来电路正常工作 超导部件处于超导态 灯泡L 正常发 光 现灯泡L 突然发生短路 则 图 5 A 灯泡 L短路前通过R2的电流为 4 7A B 灯泡 L短路后超导部件将由超导态转化为正常态 通过灯泡的电流为1A C 灯泡 L短路后通过R1的电流为 4 3A D 灯泡 L短路后通过R2的电流为2A 答案C 解析标有 6V 6W 的小灯泡L 电阻R U 2 P 6 灯泡 L 正常发光时通过灯泡 L 的电流I P U 1A 超导部件处于超导态 其电阻为零 1A电流全部通过超导部件 即灯泡L 短路前 通过R2的电流为零 A错误 灯泡L短路后 电流增大超过超导部件超导临界电流 将由超 导态转化为正常态 外电路电阻R 2 由闭合电路欧姆定律可得 通过灯泡的电流I E R r 2A B错误 由并联电路电流分配规律可知 灯泡L 短路后通过R1的电流为 4 3A 通过R2的电流为 2 3A C正确 D错误 命题点二电路中的功率及效率问题 例 2如图 6 所示的电路中 两平行金属板之间的带电液滴处于静止状态 电流表和电压 表均为理想电表 由于某种原因灯泡L 的灯丝突然烧断 其余用电器均不会损坏 则下列说 法正确的是 图 6 A 电流表 电压表的读数均变小 B 电源内阻消耗的功率变大 C 液滴将向上运动 D 电源的输出功率变大 答案C 解析当 L 的灯丝突然烧断时电路中总电阻增大 则总电流减小 电源的内电压和R1电压 减小 由闭合电路的欧姆定律可知 路端电压增大 故电容器C的电压增大 板间场强增大 带电液滴所受的电场力增大 则该液滴将向上运动 C正确 由于C两端的电压增大 R2 R3中的电流增大 则电流表 电压表的读数均变大 A错误 因干路电流减小 则电源内阻 消耗的功率变小 B错误 由于电源的内外电阻的关系未知 不能判断电源的输出功率如何 变化 D错误 选C 3 多选 在如图 7 所示的U I图象中 直线 为某一电源的路端电压与电流的关系图线 直线 为某一电阻R的U I图线 用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路 由图象可知 图 7 A 电源的电动势为3V 内阻为0 5 B 电阻R的阻值为1 C 电源的输出功率为4W D 电源的效率为50 答案ABC 解析由图线 可知 电源的电动势为3V 内阻为r E I短 0 5 由图线 可知 电阻 R 的阻值为1 该电源与电阻R直接相连组成的闭合电路的电流为I E r R 2A 路端电压 U IR 2V 可由题图读出 电源的输出功率为P UI 4W 电源的效率为 UI EI 100 66 7 故选项A B C正确 D错误 4 多选 如图 8 所示 图中直线 表示某电源的路端电压与电流的关系图线 图中曲线 表示该电源的输出功率与电流的关系图线 则下列说法正确的是 图 8 A 电源的电动势为50V B 电源的内阻为 25 3 C 电流为2 5A 时 外电路的电阻为15 D 输出功率为120W时 输出电压是30V 答案ACD 解析电源的路端电压和电流的关系为 U E Ir 显然直线 的斜率的绝对值等于r 纵 轴的截距为电源的电动势 从题图中看出E 50V r 50 20 6 0 5 A正确 B错误 当 电流为I1 2 5A 时 由回路中电流I1 E r R外 解得外电路的电阻 R外 15 C 正确 当 输出功率为120W时 由题图中P I关系图线看出对应干路电流为4A 再从U I图线读取 对应的输出电压为30V D正确 命题点三电源和电阻U I图象的比较 图象上的特征 物理意义 电源U I图象电阻U I图象 图形 图象表述的物理量变化关系 电源的路端电压随电路电流 的变化关系 电阻两端电压随电阻中的电 流的变化关系 图线与坐标轴交点 与纵轴交点表示电源电动势 E 与横轴交点表示短路电流 E r 过坐标轴原点 表示没有电压 时电流为0 图线上每一点坐标的乘积UI 表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率 图线上每一点对应的U I比 值 表示外电阻的大小 不同点对 应的外电阻大小不同 每一点对应的比值均等大 表 示此电阻的大小不变 图线斜率的绝对值大小内阻r 电阻大小 例 3如图 9 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 图 9 A 此电源的内电阻为 2 3 B 灯泡 L1的额定电压为3V 额定功率为6W C 把灯泡L1换成阻值恒为1 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 答案B 解析由图象知 电源的内阻为r U I 4 1 6 0 5 A错误 因为灯L1正常发光 故灯 L1的额定电压为3V 额定功率为P UI 3 2W 6W B 正确 正常工作时 灯L1的电 阻为R1 U I 1 5 换成R2 1 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 小灯泡是纯电阻 适用欧姆定律 其U I图线是一条曲线的原因是灯 泡的电阻随温度的变化而发生变化 5 多选 如图 10 所示 a b分别表示一个电池组和一只电阻的伏安特性曲线 以下说法正 确的是 图 10 A 电池组的内阻是1 B 电阻的阻值为0 33 C 将该电阻接在该电池组两端 电池组的输出功率将是4W D 改变外电阻的阻值时 该电池组的最大输出功率是4W 答案AD 解析a图线斜率的绝对值的倒数等于电源的内阻 则电池组的内阻是r U I 4 4 1 选项 A正确 b图线的斜率的倒数等于电阻R 则R U I 3 1 3 选项 B错误 由a 图线可知 电源的电动势为E 4V 将该电阻接在该电池组两端 电池组的输出功率将是P E R r 2R 4 3 1 2 3W 3W 选项 C错误 改变外电阻的阻值时 该电池组的最大输出功 率为Pm E 2 4r 4 2 4 1W 4W 选项 D正确 故选 A D 6 多选 如图 11 所示 直线 分别是电源1 与电源 2 的路端电压随输出电流变化的特 性图线 曲线 是一个小灯泡的伏安特性曲线 如果把该小灯泡分别与电源1 电源 2 单独 连接 则下列说法正确的是 图 11 A 电源 1与。