推荐学习K12江苏专版高考物理总复习 第30讲 闭合电路欧姆定律焦耳定律讲义Word文档格式.docx
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一、电功与电功率
1.电功
(1)定义:
电路中________移动电荷做的功.
(2)公式:
W=________=________.
(3)电流做功的实质:
是静电力做的功,将________转化成其他形式的能.
2.电功率
单位时间内电流所做的功,表示电流做功的________.
P=________=________.
二、电热和焦耳定律
1.电热:
电流流过一段导体时产生的________.
2.公式:
Q=________.
3.热功率:
三、电源电动势及内阻
1.电源:
电源是________________________的装置.
2.电源的电动势:
表征电源________的本领,在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压.电动势由电源自身的非静电力的特性决定.
3.内阻:
电流通过电源内部时也受阻碍作用,阻碍的强弱用________表示.电池用久后,r会________.
四、闭合电路欧姆定律
1.内容:
闭合电路里的电流跟电源的________成正比,跟内、外电路的________成反比.
________,变形后也可以写成E=IR+Ir或E=U外+U内.
3.适用条件:
外电路为纯电阻电路.
五、路端电压
1.定义:
外电路两端的电压即电源的输出电压,U=E-Ir.
2.与外电阻的关系:
当外电路总电阻R增大时,由I=
知,总电流I________,由U=E-Ir知,路端电压U________.如图所示为UR图象.
六、电源的UI图象
电源的输出电压与输出电流的变化关系图线.
由U=E-Ir可画出UI关系图线如图所示.
2.规律
(1)当电路断路即I=0时,纵轴上的截距为________;
(2)当电路短路即U=0时,横轴上的截距为________;
(3)图线斜率的绝对值为电源的________;
(4)图线上任一点对应的U、I比值为相应外电路的电阻.
方法技巧考点1 电功与电功率
1.电功与电热的比较
实例
电功与电热
电功率与热功率
纯电阻
电路
白炽灯、电炉、电饭锅、电热毯、电熨斗及转子被卡住的电动机等
W=UIt,
Q=I2Rt=
t
W=Q
P电=UI,
P热=I2R=
P电=P热
非纯电
阻电路
电动机、电解槽、日光灯等
Q=I2Rt
W>
Q
P热=I2R
P电>
P热
【典型例题1】 如图所示,A为电解槽,M为电动机,N为电阻,恒定电压U=12V,电解槽内阻rA=2Ω,当S1闭合,S2、S3断开时,电流表A的示数为6A;
当S2闭合,S1、S3断开时,电流表A的示数为5A,且电动机输出功率为35W;
当S3闭合,S1、S2断开时,电流表A的示数为4A.求:
(1)电阻的阻值及发热功率各多大?
(2)电动机的内阻是多少?
(3)在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率为多少?
1.(多选)如图所示,一直流电动机与阻值R=9Ω的电阻串联在电源上,电源电动势E=30V,内阻r=1Ω,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( )
A.通过电动机的电流I=10A
B.电动机的输出功率P=16W
C.10s内电动机产生的热量Q=40J
D.10s内通过电动机的电荷量q=20C
考点2 闭合电路动态电路的分析方法
(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:
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.
【典型例题2】 (多选)如图所示,电源内阻不可忽略,当滑动变阻器的滑动片向右滑动时,下列说法中正确的是( )
A.电流表A1读数变小B.电流表A2读数变大
C.电压表V读数变大D.电压表V读数不变
2.(多选)如图所示电路中,电源电动势为E内阻为r,当滑动变阻器R2滑动端向右滑动后,理想电流表A1、A2的示数变化量的绝对值分别为ΔI1、ΔI2,
理想电压表示数变化量的绝对值为ΔU.下列说法中正确的是( )
A.电压表V的示数减小
B.电流表A2的示数变小
C.ΔU与ΔI1比值一定小于电源内阻r
D.ΔU与ΔI2比值一定小于电源内阻r
考点3 电路中的功率
1.电源的总功率
(1)任意电路:
P总=EI=U外I+U内I=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=U内I=P总-P出.
3.电源的输出功率
P出=UI=EI-I2r=P总-P内.
P出=I2R=
=
(3)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.
④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R1·
R2=r2.
⑤P出与R的关系如图所示.
4.电源的效率
η=
×
100%=
100%.
因此在纯电阻电路中R越大,η越大;
当R=r时,电源有最大输出功率,但效率仅为50%.
【典型例题3】 (多选)直流电路如图所示,在滑动变阻器的滑片P向右移动时,电源的( )
A.总功率一定减小
B.效率一定增大
C.内部损耗功率一定减小
D.输出功率一定先增大后减小
考点4 电源的UI图象的应用
1.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Im=
2.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,表明电源的内阻越大.
3.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.
【典型例题4】 (多选)如图所示是
某电源的路端电压与电流的关系图象,下列结论正确的是( )
A.电源的电动势为6.0V
B.电源的内阻为12Ω
C.电源的短路电流为0.5A
D.电流为0.3A时的外电阻是18Ω
3.直线A为电源的UI图线,直线B为电阻R的UI图线,用该电源和电阻组成闭合电路时,电源的输出功率和电路的总功率分别是( )
A.4W,8WB.2W,4W
C.4W,6WD.2W,6W
考点5 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
(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,电路一定要切断电源.
(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.
【典型例题5】 用电压表检查如图所示电路中的故障,测得Uad=5.0V,Ucd=0V,Ubc=0V,Uab=5.0V,则此故障可能是( )
A.L断路B.R断路C.R′断路D.S断路
考点6 含电容器电路的分析与计算
1.电路的简化:
不分析电容器的充、放电过程时,把电容器处的电路视为断路,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,但电容器两端可能出现电势差.
3.电压变化带来的电容器带电荷量的变化:
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.
【典型例题6】 如图所示的电路中,R1、R2、R3是定值电阻,R4是光敏电阻,其阻值随光照强度的增强而减小.当开关S闭合且没有光照射时,电容器C不带电.当用强光照射R4且电路稳定时,则与无光照射时比较( )
A.电容器C的上极板带正电
B.电容器C的下极板带正电
C.通过R4的电流变小,电源的路端电压增大
D.通过R4的电流变大,电源提供的总功率变小
当堂检测 1.在某控制电路中,需要连成如图所示的电路,主要由电动势E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及电位器(滑动变阻器)R连接而成,L1、L2是红、绿两个指示灯,当电位器的触头由弧形碳膜的中点逆时针滑向a端时,下列说法中正确的是( )
A.L1、L2两个指示灯都变亮
B.L1、L2两个指示灯都变暗
C.L1变亮,L2变暗
D.L1变暗,L2变亮
第1题图
第2题图
2.(多选)如图所示,电源电动势E=3V,小灯泡L标有“2V、0.4W”,开关S接1,当变阻器调到R=4Ω时,小灯泡L正常发光;
现将开关S接2,小灯泡L和电动机M均正常工作.则( )
A.电源内阻为1Ω
B.电动机的内阻为4Ω
C.电动机的正常工作电压为1V
D.电源效率约为93.3%
第3题图
3.(多选)如图所示的电路中,电源电动势为12V,内阻为2Ω,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( )
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
4.(多选)两位同学在实验室中利用如图(a)所示的电路进行实验,调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时,一位同学记录电流表
和电压表
的测量数据,另一位同学记录电流表
的测量数据.两位同学根据记录的数据描绘出如图(b)所示的两条UI图线.则图象中两图线的交点表示的物理意义是( )
第4题图
A.滑动变阻器的滑动触头P滑到了最右端
B.电源的输出功率最大
C.定值电阻R0消耗的功率为0.5W
D.电源的效率达到最大值
5.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( )
第5题图
A.
B.
C.
D.
第30讲 闭合电路欧姆定律
焦耳定律
基础自测
一、1.
(1)电场力
(2)qU UIt (3)电势能
2.
(1)快慢
(2)
IU
二、1.热量 2.I2Rt 3.
I2R
三、1.把其他形式的能转化成电能 2.能量转化 3.内阻 变大
四、1.电动势 电阻 2.E=I(R+r)
五、2.变小 增大
六、2.
(1)E
(2)I短 (3)内阻
方法技巧
·
典型例题1·
(1)2Ω 72W
(2)1Ω (3)16W 【解析】
(1)由欧姆定律I=
得R=
=2Ω,其发热功率PR=UI1=12×
6W=72W.
(2)电动机为非纯电阻元件,由能量守恒定律得UI2=I
rM+P输出,解得rM=1Ω.(3)电解槽工作时,由能量守恒定律得P化=UI3-I
rA,解得P化=(12×
4-42×
2)W=16W.
变式训练1·
BCD 【解析】 由E=30V,电动机两端电压10V可得R和电源内阻上分担的电压为20V,则I=
A=2A,故A错误;
电动机输入功率P=UI=10V×
2A=20W,P热=I2rM=4×
1W=4W,P输出=P-P热=20W-4W=16W,故B正确;
根据焦耳定律10s内电动机产生的热量Q=I2rMt=40J,故C正确;
根据电流的定义式可知10s内通过电动机的电量q=It=20C,故D正确.
典型例题2·
AC 【解析】 滑动片向右滑动,滑动变阻器的电阻将增大,电路中的总电阻将增大,总电流减小,故电流表A1读数变小,选项A正确;
路端电压U=E-Ir变大,故电压表的示数变大,选项C正确,选项D错误;
则通过定值电阻的电流增大,由于总电流减小,所以通过滑动变阻器的电流减小,故电流表A2读数变小,选项B错误;
故选AC.
变式训练2·
BC 【解析】 滑动端向右滑动后,变阻器的电阻增大,外电路总电阻增大,则总电流减小,所以电流表A2的示数减小.根据串联电路分压的特点分析可知,并联部分电压增大,即电压表V的示数增大,故A错误,B正确;
根据并联电路的电流规律I2=I1+I,A2的示数I2变小,通过定值电阻R1的电流增大,则A1的示数I1变小,所以ΔI1一定大于ΔI2.电压表测量路端电压,根据闭合电路欧姆定律U=E-I2r可知,
=r,而ΔI1大于ΔI2,所以
<
r,故D错误,C正确.
典型例题3·
ABC 【解析】 滑片P向右移动时,接入电路的电阻变大,整个回路的电流变小,电源内部损耗的功率P内=I2r一定减小,C正确;
总功率P=EI一定减小,A正确;
而内电压降低,外电压升高,电源的效率增大,B正确;
当内电阻等于外电阻时,输出功率最大,此题中无法知道内、外电阻的大小关系,因此D错误.
典型例题4·
AD
变式训练3·
C 【解析】 两图像的交点表示电路中的电流为2A,路端电压为2V,电源电动势为3V,因此输出功率P=UI=4W,电路总功率P总=EI=6W.
典型例题5·
B 【解析】 电压表有示数的,说明与电源两极之间是相通的,根据现象判断故障可能是滑动变阻器断路.
典型例题6·
B 【解析】 因有光照射时,光敏电阻的阻值减小,故总电阻减小;
干路中电流增大,由E=U+Ir可知路端电压减小;
R1与R2支路中电阻不变,故该支路中的电流减小、通过R4的电流增大,故C、D错误;
当没有光照时,C不带电说明C所接两点电势相等,以电源正极为参考点,R1上的分压减小,而R3上的分压增大,故上极板所接处的电势低于下极板的电势,故下极板带正电;
故A错误,B正确.
当堂检测
1.B 【解析】 当电位器的滑片滑向a端时,外电阻变小,干路电流变大,内阻分压增大,外电阻分压减小,即L1、L2的分压都减小,故L1、L2都变暗,B项正确.
2.AD 【解析】 由小灯泡的额定功率P=UI可知,I=0.2A,由欧姆定律得RL=
,可知小灯泡正常发光时电阻RL=10Ω,由闭合电路欧姆定律可知,I=
,解得r=1Ω,A正确;
接2时小灯泡正常发光,说明电路中电流仍为0.2A,故电动机两端电压U′=E-IRL-Ir=0.8V,电动机为非纯电阻用电器,故电动机内阻不等于4Ω,B、C错误;
由P电源=I2r,η=
100%,代入数据可得电源效率约93.3%,D正确.
3.AC 【解析】 设四个电阻的等效电阻为R路,R路=10Ω,由闭合电路欧姆定律知,I=
A=1A,设路端电压为U,则U=IR路=1A×
10Ω=10V,选项A正确;
电源的总功率P=EI=12W,选项B错误;
设电源负极电势为0V,则a点电势Φa=0.5A×
5Ω-0=2.5V,b点电势Φb=0.5A×
15Ω-0=7.5V,则a、b两点的电势差Uab=Φa-Φb=2.5V-7.5V=-5V,所以a、b间电压的大小为5V,选项C正确;
当将a、b两点用导线连接后,由于导线没有电阻,此时a、b两点电势相等,其等效电路图如图所示.其中一个并联电路的等效电阻为3.75Ω,显然总电阻为9.5Ω,电流I=
A,故选项D错误.
4.BC 【解析】 由题图可得,电源电动势E=1.5V,内阻r=1Ω,在交点位置有R+R0=
=2Ω,R0=
=2Ω,则R=0,滑动变阻器的滑动触头P滑到了最左端,选项A错误;
当电路中外电阻等于电源内阻时,电源的输出功率最大,但R0>
r,故改变滑动变阻器的阻值时无法使电路中外电阻等于电源内阻,此时外电阻越接近电源内阻,电源的输出功率越大,故选项B正确;
P0=U2I=0.5W,选项C正确;
电源的效率η=
,电流越小,电源的效率越大,可见滑动变阻器的滑动触头P滑到最右端时电源的效率最大,选项D错误.
5.C 【解析】 S断开时等效电路如图甲所示.
甲
电容器两端电压为U1=
R×
E;
S闭合时等效电路如图乙所示.
乙
电容器两端电压为U2=
R=
E,
由Q=CU得
,故选项C正确.