新课标高考物理总复习配套讲义第43课时 闭合电路欧姆定律.docx

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新课标高考物理总复习配套讲义第43课时闭合电路欧姆定律

第43课时　闭合电路欧姆定律（重点突破课）

[必备知识]

1．电源的电动势和内阻

（1）电动势的计算：

非静电力搬运电荷所做的功与搬运的电荷量的比值，E＝。

（2）电动势的物理含义：

电动势表示电源把其他形式的能转化成电势能本领的大小，在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。

（3）内阻：

电源内部导体的电阻。

2．闭合电路的欧姆定律

（1）内容：

闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电阻之和成反比。

（2）公式：

I＝（只适用于纯电阻电路）。

（3）其他表达形式

a．电压表达式：

E＝U＋Ir。

b．能量表达式：

EI＝UI＋I2r。

3．路端电压与外电阻的关系

（1）一般情况：

U＝IR＝·R＝，当R增大时，U增大。

（2）特殊情况：

a．当外电路断路时，I＝0，U＝E。

b．当外电路短路时，I短＝，U＝0。

[小题热身]

1．关于电源的电动势，下面叙述正确的是（　　）

A．电源的电动势就是接在电源两极间的电压表测得的电压

B．同一电源接入不同的电路，电动势就会发生变化

C．电源的电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量

D．在闭合电路中，当外电阻变大时，路端电压增大，电源的电动势也增大

详细分析：

选C　接在电源两极间的电压表测得的电压为路端电压，而不是电源电动势。

同一电源接入不同的电路中电动势不会发生变化，所以A、B均错误。

在闭合电路中，当外电阻增大时I总减小，据U＝E－I总r知路端电压变大，但电动势不变，故D错误。

2.某电路如图所示，已知电池组的总内阻r＝1Ω，外电路电阻R＝5Ω，理想电压表的示数U＝3.0V，则电池组的电动势E等于（　　）

A．3.0V　　　　　　　　　B．3.6V

C．4.0VD．4.2V

详细分析：

选B　由于电压表的示数为路端电压，而U＝IR，则I＝＝0.6A，由闭合电路欧姆定律可得E＝I（R＋r）＝0.6×（5＋1）V＝3.6V，故选项B正确。

3.如图所示，已知R1＝R2＝R3＝1Ω。

当开关S闭合后，电压表的读数为1V；当开关S断开后，电压表的读数为0.8V，则电池的电动势等于（　　）

A．1VB．1.2V

C．2VD．4V

详细分析：

选C　当S闭合时，I＝＝A＝1A，故有E＝I（1.5＋r）；当S断开时，I′＝＝0.8A，故有E＝I′（2＋r），解之得E＝2.0V，C正确。

4.如图为测量某电源的电动势和内阻时得到的UI图线。

用此电源与三个阻值均为3Ω的电阻连接成电路，测得路端电压为4.8V。

则该电路可能为（　　）

详细分析：

选B　根据UI图像可知E＝6V，r＝0.5Ω，A图中U外＝4V，B图中U外＝4.8V，C图中U外≈5.7V，D图中U外＝5.4V。

提能点

（一）　闭合电路的动态分析

1.程序法

2．“串反并同”结论法

（1）所谓“串反”，即某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小，反之则增大。

（2）所谓“并同”，即某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大，反之则减小。

即：

←R↑→

3．极限法

因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑片分别滑至两个极端，让电阻最大或电阻为零去讨论。

[典例]　（2017·苏州检测）如图所示的电路中，电源的电动势E和内阻恒定不变，滑片P在变阻器的中点位置时，电灯L正常发光，现将滑片P移到最右端，则（　　）

A．电压表的示数变大

B．电流表的示数变小

C．电灯L消耗的功率变小

D．电阻R1消耗的功率变小

[详细分析]　将滑片P移到最右端的过程中，滑动变阻器连入电路的电阻减小，导致电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律可得，电路的总电流增大，而电流表在干路中，测量电路总电流，所以电流表的示数变大，因为电压表测量滑动变阻器两端的电压，而滑动变阻器的电阻减小，故电压表的示数减小，A、B错误；路端电阻减小，则路端电压减小，即灯泡两端的电压减小，根据公式PL＝可得灯泡消耗的功率减小，C正确；通过灯泡的电流减小，而总电流是增大的，所以通过R1的电流增大，根据公式P＝I2R1可得R1消耗的电功率增大，故D错误。

[答案]　C

（1）当外电路的任何一个电阻增大（或减小）时，电路的总电阻一定增大（或减小）。

（2）若开关的通、断使串联的用电器增多时，电路的总电阻增大；若开关的通、断使并联的支路增多时，电路的总电阻减小。

[集训冲关]

1.（2017·如东中学期中）如图所示，电路中电源的电动势为E，内阻为r，开关S闭合后，当滑动变阻器R的滑动片P向左移动的过程中，三盏规格相同的小灯泡L1、L2、L3的亮度变化情况是（　　）

A．灯L2变亮，灯L1、L3变暗

B．灯L1变亮，灯L2、L3变暗

C．灯L1、L2变亮，灯L3变暗

D．灯L2、L3变亮，灯L1变暗

详细分析：

选A　图中变阻器R与灯L3并联后与灯L2串联，再与灯L1并联。

灯L1的电压等于路端电压，将滑动变阻器的滑片P向左移动的过程中，变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律得知：

干路电流I增大，路端电压减小，则灯L1变暗，流过灯L2电流I2＝I－I1，I增大，I1减小，则I2增大，灯L2变亮，灯L3的电压U3＝U－U2，U减小，U2增大，U3减小，灯L3变暗，故A正确。

2.如图所示的电路，闭合开关S，待电路中的电流稳定后，减小R的阻值，则（　　）

A．电流表的示数减小

B．电压表的示数减小

C．电阻R2两端的电压减小

D．路端电压增大

详细分析：

选B　题图中的电路结构是R1与R先并联，再与R2串联，故R↓→R总↓→I干↑→U内↑→U外↓。

R2两端电压U2＝I干R2，U2增大，所以R与R1的并联电压减小，电压表示数减小，A、C、D错误，B项正确。

提能点

（二）　含电容器电路问题

1.电路的简化

不分析电容器的充、放电过程时，把电容器所在的电路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上。

2．电路稳定时电容器的处理方法

电路稳定后，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，即电阻不起降低电压的作用，但电容器两端的电压与其并联电器两端电压相等。

3．电压变化带来的电容器变化

电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电。

若电容器两端电压升高，电容器将充电；若电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电，可由ΔQ＝C·ΔU计算电容器上电荷量的变化量。

[典例]　（2016·全国甲卷）阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E（内阻可忽略）连接成如图所示电路。

开关S断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S，电流再次稳定后，C所带的电荷量为Q2。

Q1与Q2的比值为（　　）

A.　　　　　　　　B.

C.D.

[详细分析]　断开S和闭合S后等效电路分别如图甲、乙所示。

根据串联电路的电压与电阻成正比可得甲、乙两图中电容器两极板间的电压U1＝E，U2＝E，C所带的电荷量Q＝CU，则Q1∶Q2＝3∶5，选项C正确。

[答案]　C

含电容器电路问题的解题思路

第一步

理清电路的串、并联关系

第二步

确定电容器两极板间的电压。

在电容器充电和放电的过程中，欧姆定律等电路规律不适用，但对于充电或放电完毕的电路，电容器的存在与否不再影响原电路，电容器接在某一支路两端，可根据欧姆定律及串、并联规律求解该支路两端的电压U。

第三步

分析电容器所带的电荷量。

针对某一状态，由电容器两端的电压U求电容器所带的电荷量Q＝CU，由电路规律分析两极板电势的高低，高电势板带正电，低电势板带负电。

[集训冲关]

1.（多选）（2017·佛山质检）在如图所示的电路中，开关闭合后，灯泡L能正常发光。

当滑动变阻器的滑片向右移动时，下列判断正确的是（　　）

A．滑动变阻器R的阻值变小

B．灯光L变暗

C．电源消耗的功率增大

D．电容器C的电荷量增大

详细分析：

选BD　滑动变阻器的滑片向右移动时，其电阻R增大，流过R的电流减小，灯泡L变暗，故A错误，B正确；由P总＝EI知电源消耗的功率减小，C错误；电容器C上电压为路端电压，由U路＝E－Ir知路端电压增大，即电容器C上的电荷量增大，D正确。

2．（2017·沈阳质检）如图所示，R1＝R2＝R3＝R4＝R，开关S闭合时，间距为d的平行板电容器C的正中间有一质量为m、电荷量为q的小球恰好处于静止状态；则开关S断开时，小球的运动情况为（　　）

A．不动B．向上运动

C．向下运动D．不能确定

详细分析：

选C　开关S断开，电路的总电阻变大，干路电流减小，R4两端电压减小，则电容器两端的电压也减小，匀强电场的场强减小，小球受到的电场力减小，所以小球所受合力向下，C正确。

提能点（三）　电路故障问题

1.故障特点

（1）断路特点：

表现为路端电压不为零而电流为零。

（2）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。

在使用电流表检测时，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。

在使用欧姆表检测时，电路一定要切断电源

假设法

将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分电路发生某种故障，运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理

　　[典例]　（多选）某学生做研究串联电路电压特点的实验时，接成如图所示的电路，接通S后，他将多用电表电压挡的红、黑表笔并联在A、C两点间时，电压表读数为U；当并联在A、B两点间时，电压表读数也为U；当并联在B、C两点间时，电压表读数为零，故障的原因可能是（　　）

A．AB段断路B．BC段断路

C．AB段短路D．BC段短路

[详细分析]　由题意可得UAB＝UAC＝U，说明由A、B分别至电源的线路均已接通。

若BC段完好，则AB段断路；若BC段短路，则AB段可能断路，也可能完好。

又由题述得UBC＝0，因而可能AB段断路，或BC段短路，也有可能出现两者同时发生的情况。

分析时考虑要全面，要把故障的可能原因全部找出来，不要漏掉正确选项。

[答案]　AD

（1）断路故障的判断：

用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则该段电路中有断点。

（2）短路故障的判断：

用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则该并联段电路被短路；若电压表示数有偏转，则该并联段电路没有被短路或不完全被短路。

[集训冲关]

1.如图所示的电路中，电源的电动势为6V，当开关S接通后，灯泡L1和L2都不亮，用电压表测得各部分的电压是Uab＝6V，Uad＝0V，Ucd＝6V，由此可断定（　　）

A．L1和L2的灯丝都烧断了　　B．L1的灯丝烧断了

C．L2的灯丝烧断了D．变阻器R断路

详细分析：

选C　由Uab＝6V可知，电源完好，灯泡都不亮，说明电路当中出现断路故障，且在a、b之间。

由Ucd＝6V可知，灯泡L1与变阻器R是通的，断路故障出现在c、d之间，故灯L2断路。

所以选项C正确。

2.（2017·西安一中期末）如图所示的电路中，灯泡A和灯泡B原来都是正常发光的，现在突然灯泡A比原来变暗了些，灯泡B比原来变亮了些，则电路中出现的故障可能是（　　）

A．R3断路B．R2断路

C．R1短路D．R1、R2同时短路

详细分析：

选B　由电路图可知，通过灯泡A的电流等于通