高届高级高中物理步步高一轮复习学案配套课件学案第八章第2讲.docx

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高届高级高中物理步步高一轮复习学案配套课件学案第八章第2讲

第2讲　闭合电路欧姆定律

一、串、并联电路的特点

1.特点对比

串联

并联

电流

I＝I1＝I2＝…＝In

I＝I1＋I2＋…＋In

电压

U＝U1＋U2＋…＋Un

U＝U1＝U2＝…＝Un

电阻

R＝R1＋R2＋…＋Rn

＝＋＋…＋

2.几个常用的推论

（1）串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻.

（2）并联电路的总电阻小于其中任一支路的总电阻,且小于其中最小的电阻.

（3）无论电阻怎样连接,每一段电路的总耗电功率P总是等于各个电阻耗电功率之和.

（4）无论电路是串联还是并联,电路中任意一个电阻变大时,电路的总电阻变大.

自测1　一个量程为0～150V的电压表,内阻为20kΩ,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.240ΩB.420kΩC.240kΩD.420Ω

答案　B

二、电源　闭合电路的欧姆定律

1.电源

（1）电动势

①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物理含义：

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

（2）内阻：

电源内部导体的电阻.

2.闭合电路欧姆定律

（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：

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

（1）任意电路：

P出＝IU＝IE－I2r＝P总－P内.

（2）纯电阻电路：

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

自测3　（多选）如图1所示,一直流电动机与阻值R＝9Ω的电阻串联在电源上,电源的电动势E＝30V,内阻r＝1Ω,闭合开关,用理想电压表测出电动机两端电压U＝10V,已知电动机线圈的电阻RM＝1Ω,则下列说法中正确的是（　　）

图1

A.通过电动机的电流为10A

B.电动机的输入功率为20W

C.电源的输出功率为4W

D.电动机的输出功率为16W

答案　BD

解析　根据闭合电路欧姆定律得回路中电流I＝＝A＝2A,故A错误；电动机的输入功率为P入＝UI＝10×2W＝20W,故B正确；电源的输出功率P出＝EI－I2r＝（30×2－22×1）W＝56W,故C错误；电动机的输出功率P出′＝UI－I2RM＝（10×2－22×1）W＝16W,故D正确.

命题点一　电路的动态分析

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.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→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　（多选）（2018·天津市部分区上学期期末）如图2所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,电表均为理想电表.闭合开关S后,若减小R的阻值,则下列说法正确的是（　　）

图2

A.电流表的示数一定增大

B.电压表的示数一定增大

C.电源的输出功率一定增大

D.R1上的电压一定减小

答案　AD

解析　减小R的阻值,电路的总电阻减小,电路中总电流I增大,由U＝E－Ir得路端电压减小,所以电流表的示数一定增大,电压表的示数一定减小,故A正确,B错误；当电源的外电阻与内电阻相等时,电源的输出功率最大,由于不知外电阻与内电阻的大小关系,所以当电源的负载电阻减小时,电源的输出功率不一定增大,故C错误；电路中总电流I增大,R2的两端电压增大,又因为路端电压减小,由串联分压得R1上的电压减小,故D正确.

变式1　在校园冬季安全大检查中,某学习小组发现学校宿舍楼的火警报警装置的电路如图3所示,R1为热敏电阻,温度升高时,R1急剧减小,当电铃两端电压达到一定值时,电铃会响,则下列说法正确的是（　　）

图3

A.若报警器的电池老化（内阻变大,电动势不变）,不会影响报警器的安全性能

B.若试验时发现当有火时装置不响,应把R2的滑片P向下移

C.若试验时发现当有火时装置不响,应把R2的滑片P向上移

D.增大电源的电动势,会使报警的临界温度升高

答案　C

解析　设电铃工作电压为U,当IR2＝U时报警,若电池内阻较大,同一温度时,R2上电压较小,可能不会报警,选项A错误；R2减小时,R1上电压增大,R2上电压减小,可能不报警,选项B错误；反之,R2上电压增大,易报警,选项C正确；电源电动势增大时,报警温度应降低,选项D错误.

变式2　（2018·山东省济宁市上学期期末）如图4所示,E为电源,其内阻为r,L为小灯泡（其灯丝电阻可视为不变）,R1、R2为定值电阻,R1>r,R3为光敏电阻,其阻值随光照强度的增加而减小,闭合开关S后,若照射R3的光照强度减弱,则（　　）

图4

A.R1两端的电压变大

B.通过R2的电流变大

C.电源的输出功率变大

D.小灯泡消耗的功率变大

答案　B

解析　光照强度减弱,光敏电阻的阻值增大,电路中的总电阻增大,由闭合电路欧姆定律可得,电路中干路电流减小,故R1两端的电压减小,故A错误；因干路电流减小,电源的内电压减小,路端电压增大,同时R1两端的电压减小,故并联电路部分电压增大,则流过R2的电流增大,由并联电路的电流规律可知,流过灯泡的电流减小,由PL＝I2RL可知,小灯泡消耗的功率变小,故B正确,D错误；因R1>r,外电路总电阻R外>r,又R外增大,故电源的输出功率变小,故C错误.

命题点二　电路中的功率及效率问题

1.电源的效率

η＝×100%＝×100%.

2.纯电阻电路

P总＝EI＝,

P出＝R,

η＝×100%＝×100%.

3.电源的最大输出功率

P出＝UI＝I2R＝R＝＝

P出与外电阻R的函数关系可用如图5所示图象表示,由图象可以看出：

图5

（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

例2　如图6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6

（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＝IR1＝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3　（2018·天津市实验中学模拟）如图7所示为一玩具起重机的电路示意图.电源电动势为6V,内阻为0.5Ω,电阻R＝2.5Ω,当电动机以0.5m/s的速度匀速向上提升一质量为320g的物体时（不计一切摩擦阻力,g＝10m/s2）,标有“3V,0.6W”的灯泡恰好正常发光.则电动机的内阻为（　　）

图7

A.1.25ΩB.3.75Ω

C.5.625ΩD.1Ω

答案　A

解析　由电路图可知,灯泡与电动机并联,灯泡正常发光,电压为UL＝3V,电流为IL＝＝A＝0.2A,故电动机两端的电压为UM＝UL＝3V；R和电源内阻r两端的总电压为U1＝3V,由欧姆定律可得,总电流为：

I＝＝A＝1A；

电动机的电流为：

IM＝I－IL＝1A－0.2A＝0.8A；

电动机的输出功率为：

P＝mgv＝UMIM－IM2rM

代入数据解得：

rM＝1.25Ω.

命题点三　对电源U－I图线的理解和应用

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8所示）.

图8

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.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＝.

4.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.

例3　（多选）如图9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9

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4　（多选）如图10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10

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

答案　AC

解析　电源的效率η＝×100%＝×100%＝×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.

命题点四　含电容器电路的分析

1.电路简化

把电容器所处的支路视为断路,简化