步步高 第八章 第2讲Word格式文档下载.docx

步步高 第八章 第2讲Word格式文档下载.docx

《步步高 第八章 第2讲Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《步步高 第八章 第2讲Word格式文档下载.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

（1）内容：

闭合电路中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

①电势降落表达式：

E＝U外＋U内或E＝U外＋Ir；

②功率表达式：

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：

①当外电路断路时，I＝0，U＝E；

②当外电路短路时，I短＝

，U＝0.

自测2　电源的电动势为4.5V、外电阻为4.0Ω时，路端电压为4.0V，若在外电路中分别并联一个6.0Ω的电阻和串联一个6.0Ω的电阻，则两种情况下的路端电压分别约为（　　）

A．4.3V　　3.72VB．3.73V　　4.3V

C．3.72V　　4.3VD．4.2V　　3.73V

答案　C

三、电路中的功率

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＝I2（R＋r）＝

.

2．电源内部消耗的功率

P内＝I2r＝IU内＝P总－P出．

3．电源的输出功率

P出＝IU＝IE－I2r＝P总－P内．

P出＝I2R＝

（3）纯电阻电路中输出功率随R的变化关系

①当R＝r时，电源的输出功率最大为Pm＝

②当R>

r时，随着R的增大输出功率越来越小．

③当R<

r时，随着R的增大输出功率越来越大．

自测3　（2020·

辽宁沈阳市第一次质检）某同学将一闭合电路电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标系中，如图1中的a、b、c所示，则下列判断正确的是（　　）

图1

A．直线a表示电源内部的发热功率随电流I变化的图线

B．曲线b表示电源的总功率随电流I变化的图线

C．曲线c表示电源的输出功率随电流I变化的图线

D．电源的电动势E＝3V，内电阻r＝2Ω

解析　由电源消耗总功率和电源内部消耗功率表达式PE＝EI，Pr＝I2r可知，a是直线，表示的是电源消耗的总功率PE随电流I变化的图线，b是抛物线，表示的是电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线，c表示外电阻的功率即为电源的输出功率PR，所以A、B错误，C正确；

由题图可知，当短路时电流为2A，总功率PE＝EI＝6W，则可知电源电动势为：

E＝3V，则内电阻为r＝

Ω＝1.5Ω，故D错误.

1．动态电路的特点

断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动、电阻增大或减小，导致电路电压、电流、功率等的变化．

2．动态分析的方法

（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

→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．

例1

　（2019·

吉林“五地六校”合作体联考）在图2所示的电路中，R1、R2是定值电阻，当滑动变阻器滑片向上移动时（　　）

图2

A．电压表示数变大，电流表示数变小

B．电压表示数变小，电流表示数变大

C．电压表示数变大，电流表示数变大

D．电压表示数变小，电流表示数变小

解析　根据题意，由题图可知，电流表与滑动变阻器串联而电压表与滑动变阻器并联，当向上移动滑片时滑动变阻器接入电路的阻值变小，再根据结论“串反并同”，可知电流表示数变大而电压表示数变小，B选项正确．

变式1

　（多选）（2019·

福建福州市期末）如图3所示，电源电动势E和内阻r一定，R1、R2是定值电阻，R3是光敏电阻（光敏电阻阻值随光照强度的增大而减小）．闭合开关，当照射到R3的光照强度变化时，R2功率变大，以下判断正确的是（　　）

图3

A．电流表示数一定变小

B．电压表示数一定变小

C．R3的功率一定变大

D．照射到R3的光照强度一定增加

答案　BD

解析　由于R2功率变大，根据P＝I2R可知R2的电流增大，根据“串反并同”可得R3的阻值减小，照射到R3的光照强度一定增加，电路总电阻减小，电路总电流增大，电源内电压增大，路端电压减小，所以电压表示数减小，电流表示数增大，故B、D正确，A错误；

R3的阻值减小，通过R3的电流增大，根据P＝I2R可知，R3的功率无法确定变化，故C错误．

1．电源的效率

η＝

×

100%＝

100%.

2．纯电阻电路

P总＝EI＝

，

P出＝

R，

3．电源的最大输出功率

P出＝UI＝I2R＝

P出与外电阻R的函数关系可用如图4所示图象表示，由图象可以看出：

图4

（1）当R＝r时，输出功率最大，Pm＝

（2）当R“接近”r时，P出增大，当R“远离”r时，P出减小．

（3）当P出<

Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1R2＝r2.

例2

　如图5所示，E＝8V，r＝2Ω，R1＝8Ω，R2为变阻器接入电路中的有效阻值，问：

图5

（1）要使变阻器获得的电功率最大，则R2的取值应是多大？

这时R2的功率是多大？

（2）要使R1得到的电功率最大，则R2的取值应是多大？

R1的最大功率是多少？

这时电源的效率是多大？

（3）调节R2的阻值，能否使电源以最大的功率

输出？

为什么？

答案　

（1）10Ω　1.6W　

（2）0　5.12W　80%

（3）不能　理由见解析

解析　

（1）将R1和电源等效为一新电源，则新电源的电动势E′＝E＝8V，内阻r′＝r＋R1＝10Ω，且为定值．利用电源的输出功率随外电阻变化的结论知，当R2＝r′＝10Ω时，R2有最大功率，即P2max＝

W＝1.6W.

（2）因R1是定值电阻，所以流过R1的电流越大，R1的功率就越大．当R2＝0时，电路中有最大电流，即Imax＝

＝0.8A，R1的最大功率P1max＝I

R1＝5.12W，这时电源的效率η＝

100%＝80%.

（3）不能．因为即使R2＝0，外电阻R1也大于r，不可能有

的最大输出功率．

变式2

福建龙岩市期末质量检查）某同学在研究微型直流电动机的性能时，采用如图6所示的实验电路．闭合开关，并调节滑动变阻器R的阻值，使电动机不转动，此时电流表和电压表的示数分别为I1和U1.重新调节R的阻值，使电动机正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为I2和U2.则（　　）

图6

A．这台电动机的线圈电阻为

B．这台电动机正常运转时线圈的发热功率为U1I1

C．这台电动机正常运转时的输出功率为U2I2－I

D．这个电源的内阻为

答案　AC

解析　电动机不转动时满足欧姆定律，电动机的线圈电阻r0＝

，故A对；

电动机正常转动时的发热功率为P1＝I

r0＝

，故B错；

这台电动机正常运转时输入功率为P2＝U2I2，所以输出功率为P3＝P2－P1＝U2I2－I

，故C对；

若滑动变阻器的阻值R恒定不变，则根据闭合电路欧姆定律可知：

E＝U1＋I1（r＋R），E＝U2＋I2（r＋R），解得：

r＋R＝

，由于滑动变阻器的阻值变化，且不知道具体是多少，所以电源内阻不等于

，故D错．

1.截距

纵轴上的截距等于电源的电动势；

横轴上的截距等于外电路短路时的电流，即I短＝

（如图7所示）．

图7

2．斜率

图线斜率的绝对值等于电源的内阻，即r＝|

|＝

，斜率的绝对值越大，电源的内阻越大．

3．面积

面积UI为电源的输出功率，而电源的总功率P总＝EI，P总－P出＝EI－UI为电源的发热功率．

4．图线上的点

图线上任一点对应的U、I的比值为此时外电路的电阻，即R＝

例3

　（多选）如图8所示，图中直线①表示某电源的路端电压与电流的关系图线，图中曲线②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

Ω

C．电流为2.5A时，外电路的电阻为15Ω

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①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＝

Ω＝5Ω，A正确，B错误；

当电流为I1＝2.5A时，由回路中电流I1＝

，解得外电路的电阻R外＝15Ω，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.

变式3

　（多选）如图9所示，直线A是电源的路端电压和电流的关系图线，直线B、C分别是电阻R1、R2的两端电压与电流的关系图线，若将这两个电阻分别接到该电源上，则（　　）

图9

A．R1接在电源上时，电源的效率高

B．R2接在电源上时，电源的效率高

C．R2接在电源上时，电源的输出功率大

D．电源的输出功率一样大

解析　电源的效率η＝

100%，当R1与R2分别接到电源上时，UR1>

UR2，故R1接在电源上时，电源的效率高，A正确，B错误；

由题图可知，R2与电源的内阻相等，R1>

R2，所以R2接在电源上时，电源的输出功率大，C正确，D错误．

1．电路简化

把电容器所在的支路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上．

2．电容器的电压

（1）电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压．

（2）电容器所在的支路中没有电流，与之串联的电阻无电压，相当于导线．

3．电容器的电荷量及变化

（1）利用Q＝UC计算电容器初、末状态所带的电荷量Q1和Q2；

（2）如果变化前后极板带电的电性相同，通过所连导线的电荷量为|Q1－Q2|；

（3）如果变化前后极板带电的电性相反，通过所连导线的电荷量为Q1＋Q2.

例4

　（2016·

全国卷Ⅱ·

17）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10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（　　）

图10

A.

B.

C.

D.

解析　S断开时等效电路图如图甲所示．

甲

电容器两端电压为U1＝

R×

E；

S闭合时等效电路图如图乙所示．

乙

电容器两端电压为U2＝

E，

由Q＝CU得

，故选项C正确．

变式4

广东珠海市质量监测）如图11所示，直流电路中，R1、R2是定值电阻，R3是光敏电阻，其阻值随光照增强而减小．当开关S闭合时，处在电容器两板间M点的带电液滴恰好能保持静止．现用强光照射电阻R3时（　　）

图11

A．电源的总功率减小

B．A板的电势降低

C．液滴向上运动

D．电容器所带电荷量增加

答案　CD

解析　电路稳定时电容器两板间的电压等于R1两端的电压，当用强光照射光敏电阻R3时，光敏电阻的阻值减小，电路中电流增大，电源的总功率P＝EI增大，R1两端的电压增大，电容器的电压增大，板间场强增大，带电液滴所受的电场力增大，液滴向上运动，故A错误，C正确；

电容器的电压增大，电容不变，由Q＝CU知，电容器所带电荷量增加，故D正确；

由于电路中的电流增大，R1两端的电势差增大，又因为R1下端接地，电势为零，所以R1上端电势升高，A板的电势也升高，故B错误．

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用电器或电阻两端电压为零．

2．检测方法

（1）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；

（2）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；

（3）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，被检测元件应从电路中拆下来；

（4）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．

例5

　如图12所示电路中，由于某处出现了故障，导致电路中的A、B两灯变亮，C、D两灯变暗，故障的原因可能是（　　）

图12

A．R1短路　　　B．R2断路

C．R2短路　　　D．R3短路

答案　D

解析　A灯在干路上，A灯变亮，说明电路中总电流变大，由闭合电路欧姆定律可知电路的外电阻减小，这就说明电路中只会出现短路而不会出现断路，选项B错误．因为短路部分的电阻变小，分压作用减小，与其并联的用电器两端的电压减小，C、D两灯变暗，A、B两灯变亮，这说明发生短路的电阻与C、D两灯是并联的，而与A、B两灯是串联的．观察电路中电阻的连接形式，只有R3短路符合条件，故选项A、C错，D正确．

1.（多选）在如图1所示的U－I图象中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图线，直线Ⅱ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（　　）

A．电源的电动势为3V，内阻为0.5Ω

B．电阻R的阻值为1Ω

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Ⅰ可知，电源的电动势为3V，内阻为r＝

＝0.5Ω；

由图线Ⅱ可知，电阻R的阻值为1Ω，该电源与电阻R直接相连组成的闭合电路的电流为I＝

＝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

100%≈66.7%，故选项A、B、C正确，D错误．

2．（2019·

贵州遵义市调研）如图2所示电路，电源内阻不可忽略，电表均为理想电表．开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中（　　）

A．电压表与电流表的示数都减小

B．电压表与电流表的示数都增大

C．电压表的示数增大，电流表的示数减小

D．电压表的示数减小，电流表的示数增大

答案　A

解析　由变阻器R0的滑动端向下滑动可知，R0接入电路的有效电阻减小，R外减小，由I＝

可知I增大，由U内＝Ir可知U内增大，由E＝U内＋U外可知U外减小，故电压表示数减小．由U1＝IR1可知U1增大，由U外＝U1＋U2可知U2减小，由I2＝

可知电流表示数减小，故A正确．

3.（多选）如图3所示，R1为定值电阻，R2为可变电阻，E为电源电动势，r为电源内电阻，以下说法中正确的是（　　）

A．当R2＝R1＋r时，R2获得最大功率

B．当R1＝R2＋r时，R1获得最大功率

C．当R2＝0时，R1获得最大功率

D．当R2＝0时，电源的输出功率最大

解析　在讨论R2的电功率时，可将R1视为电源内阻的一部分，即将原电路等效为外电阻R2与电动势为E、内阻为R1＋r的电源（等效电源）连成的闭合电路（如图所示），R2的电功率是等效电源的输出功率．显然当R2＝R1＋r时，R2获得的电功率最大，故A项正确；

讨论R1的电功率时，由于R1为定值，根据P＝I2R知，电路中电流越大，R1上的电功率就越大（P1＝I2R1），所以，当R2＝0时，R1获得的电功率最大，故B项错误，C项正确；

讨论电源的输出功率时，R1＋R2为外电阻，内电阻r恒定，由于题目没有给出R1和r的具体数值，所以当R2＝0时，电源输出功率不一定最大，故D项错误．

4．如图4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（　　）

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

解析　当灯泡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R1两端的电压减小，由闭合电路的欧姆定律可知，路端电压增大，故电容器C两端的电压增大，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．

5．如图5所示是某物理小组同学研究串联电路中电流、电压特点的实物连接图，当开关闭合时，灯L1亮，灯L2不亮，电流表和电压表均有读数，则故障原因可能是（　　）

A．L1断路B．L1短路

C．L2断路D．L2短路

解析　电流表有示数，说明电路故障不可能是断路；

电压表有示数，说明电压表所测部分没有短路，综合判断，所以是L2短路．

6．（2019·

江西赣州市上学期期末）如图6所示是汽车蓄电池与车灯、启动电动机组成的电路，蓄电池内阻为0.05Ω，电表可视为理想电表．只接通S1时，电流表示数为10A，电压表示数为12V，再接通S2，启动电动机时，电流表示数变为8A，则此时通过启动电动机的电流是（　　）

A．2AB．8AC．50AD．58A

解析　只接通S1时，由闭合电路欧姆定律得：

E＝U＋Ir＝12V＋10×

0.05V＝12.5V，R灯＝

Ω＝1.2Ω，再接通S2后，流过启动电动机的电流为：

I电动机＝

A－8A＝50A，故选C.

7.（多选）（2019·

贵州安顺市上学期质量监测）如图7所示，曲线C1、C2分别是纯电阻电路中，内、外电路消耗的电功率随电流变化的图线．由该图可知下列说法中正确的是（　　）

A．两条图线的交点表示内、外电路消耗的总功率为4W

B．电源的内电阻为1Ω

C．电源输出功率最大值为4W

D．电源的效率最大可达50%

答案　BC

解析　根据题图可以知道，曲线C1、C2的交点的位置，此时电路的内、外功率相等，由于内、外电路的电流是相等的，所以此时电源的内阻和外电路总电阻大小是相等的，内、外电路消耗的功率相等，总功率为8W，即此时电源的输出功率是最大的，由题图可知电源输出功率最大值为4W，所以A错误，C正确；

根据P＝I2R＝I2r可知，当输出功率最大时，P＝4W，I＝2A，所以R＝r＝1Ω，所以B正确；

电源的效率η＝

100%，R越大，效率越大，只当r＝R时，电源的效率才是50%，但不是效率的最大值，选项D错误．

8.如图8，直线A为某电源的U－I图线，曲线B为某灯泡L1的U－I图线的一部分，用该电源和灯泡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（　　）

A．此电源的内阻为

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1Ω的纯电阻，电源的输出功率将变小

D．由于灯泡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

解析　由题图知，电源的内阻为r＝

Ω＝0.5Ω，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＝

＝1.5Ω，换成R2＝1Ω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；

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，故D错误．

9．（2019·

山东枣庄市上学期期末）如图9甲所示，一个简单的闭合电路由内、外两部分电路构成．已知内电路的电源是一个化学电池，电池的正、负极附近分别存在着化学反应层，反应层中非静电力（化学作用）把正电荷从电势低处移到电势高处，在这两个地方，电势会沿电流方向“跃升”．这样整个闭合电路的电势高低变化情况如图乙所示，图乙中各点位置的高低表示电路中相应各点电势的高低，D点的高度略低于C点．若减小外电路电阻R，则下列说法正确的是（　　）

A．C、D两点之间的高度差将变大

B．A、D两点之间的高度差和C、B两点之间的高度差之和将变小

C．A、B两点之间的高度差不变

D．在电子从A点经D、C移动至B点的过程中，非静电力做功将变大

解析　因电动势不变，减小外电路电阻R，电路中的电流增大，内电压变大，外电压减小，A、B两点的高度差为外电压，将减小；

C、D两点高度差类似于内电压，将变大，故A正确，C错误；

A与D，C与B高度差的总和为电动势，故应不变，故B错误；

电子从A处经D、C至B处，非静电力做功W＝Eq，将不变，故D错误．

10.如图10所示，电源的电动势为30V，内电阻为1Ω，一个标有“6V　12W”的灯泡与一个绕线电阻为2Ω的电动机串联．开关闭合后，电路中的灯泡正常发光，则电动机输出的机械功率为（　　）

A．36WB．44W

C．48WD．60W

解析　电路中灯泡正常发光，所以UL＝6V，则电路中电流为I＝

A＝2A，电动机两端的电压UM＝E－Ir－UL＝30V－2×

1V－6V＝22V，则电动机输出的机械功率

P出＝P电－P热＝UMI－I2RM＝22×

2W－22×

2W＝36W.

11.（多选）如图11所示，C1＝6μF，C2＝3μF，R1＝3Ω，R2＝6Ω，电源电动势E＝18V，内阻不计，下列说法正确的是（　　）

A．开关S断开时，a、b两点电势相等

B．开关S闭合后，a、b两点间的电流是2A

C．开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量大

D．不论开关S断开还是闭合，C1带的电荷量总比C2带的电荷量大

解析　S断开时外电路处于断路状态，两电阻中均无电流通过，电阻两端电势相等，由题图知a点电势与电源负极电势相等，而b点电势与电源正极电势相等，