版高考物理一轮复习第七章恒定电流课时2闭合电路的欧姆定律学案新人教版.docx

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版高考物理一轮复习第七章恒定电流课时2闭合电路的欧姆定律学案新人教版

课时2　闭合电路的欧姆定律

一、闭合电路

1.组成

2.内、外电压的关系:

E=U内+U外。

二、闭合电路欧姆定律

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=

（只适用于纯电阻电路）。

（2）E=U外+Ir（适用于所有电路）。

三、路端电压U与电流I的关系

1.关系式:

U=E-Ir。

2.U-I图象如图所示。

（1）当电路断路即I=0时,纵坐标的截距为电源电动势。

（2）当外电路短路即U=0时,横坐标的截距为短路电流。

（3）图线的斜率的绝对值为电源的内阻。

考点一　闭合电路欧姆定律

1.闭合电路欧姆定律对于所有电源都是成立的。

2.表达式I=

适用于纯电阻电路;表达式E=U外+U内或U=E-Ir适用于任何闭合电路。

3.当外电路断路时,电源电动势等于路端电压（外电压）;当外电路短路时,外电阻R=0,I=

。

[典例1]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.4.0V

D.4.2V

解析:

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。

答案:

B

变式1:

第二届世界互联网大会于2015年12月16日至18日在桐乡乌镇举行,为迎接大会召开,桐乡市对部分道路亮化工程进行了改造,如图所示是乌镇某行政村使用的太阳能路灯的电池板铭牌,则该电池板的内阻约为（　D　）

太阳能电池板的参数

开路电压43V

短路电流5.85A

工作电压35.3V

工作电流0.567A

额定功率20W

工作温度-40～85℃

A.7.58ΩB.6.03ΩC.6.23ΩD.7.35Ω

解析:

开路电压即为电动势,所以内阻r=

=

Ω≈7.35Ω,D正确。

考点二　闭合电路的功率

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

④当P出

⑤P出与R的关系如图所示。

4.电源的效率

（1）任意电路:

η=

×100%=

×100%。

（2）纯电阻电路:

η=

×100%=

×100%。

因此在纯电阻电路中R越大,η越大。

5.用电器获得最大功率问题的分析方法

（1）定值电阻

根据P=I2R或P=

讨论,要功率P最大,需通过该电阻的电流或电阻两端的电压最大。

（2）可变电阻

通常采用等效电源法,解题时根据需要选用不同的等效方式,将用电器获得最大功率问题转化为电源最大输出功率问题。

[典例2]如图所示,R1为定值电阻,R2为变阻器,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R1+R2=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上获得最大功率

D.当R2=0时,电源的输出功率最大

解析:

将R1等效为电源内阻,R2上的功率为电源的输出功率,当外电阻变化时,电源的输出功率随外电阻的变化而变化,当外电阻等于内阻,即R2=R1+r时,输出功率最大,即R2上的功率最大,故选项A错误;对电路中的定值电阻R1,电流最大时其功率最大,当外电阻R2=0时,电流最大,故选项B错误,C正确;当外电阻等于内阻时,即R1+R2=r时,电源的输出功率最大,故选项D错误。

答案:

C

变式2:

电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比。

在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示,图中U为路端电压,I为干路电流,a,b为图线上的两点,相应状态下电源的效率分别为ηa,ηb。

由图可知ηa,ηb的值分别为（　D　）

A.ηa=80%　ηb=50%B.ηa=40%　ηb=80%

C.ηa=50%　ηb=80%D.ηa=66.7%　ηb=33.3%

解析:

根据效率的定义得η=

=

从U

I图象中可知电源电动势对应为6个单位长度,a点路端电压对应为4个单位长度,b点路端电压对应为2个单位长度,综上所述D正确,A,B,C错误。

考点三　电源与电阻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

过坐标轴原点,表示没有电压时电流为零

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

[典例3]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5.0V

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

解析:

当电流为零时,路端电压等于电源电动势,由此可知电源的电动势为6.0V,选项A错误;图线的斜率表示电源内阻r=

Ω=2Ω,选项B错误;只有当路端电压为零时的电流才是短路电流,由于图线没有从原点开始,因此图线与横轴交点不是短路电流,选项C错误;当电流为0.3A时,由闭合电路欧姆定律I=

知R=

-r=

Ω-2Ω=18Ω,选项D正确。

答案:

D

（1）分析图象问题时,一定要明确图线的含义,即要确定两坐标轴表示的物理意义。

（2）对闭合电路的U-I图象,图线上每一点纵、横坐标的乘积为电源的输出功率;纯电阻电路的图线上每一点纵、横坐标的比值为此时外电路的电阻。

变式3:

两电源电动势分别为E1,E2（E1>E2）,内阻分别为r1,r2。

当这两个电源分别和一阻值为R的电阻连接时,电源输出功率相等。

若将R减小为R′,电源输出功率分别为P1,P2,则（　D　）

A.r1r2,P1>P2

C.r1P2D.r1>r2,P1

解析:

如图所示,由U-I图线可知,r1>r2,若将R减小为R′,电源输出功率P1

考点四　闭合电路的动态分析

1.判定总电阻变化情况的规律

（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。

（3）在如图所示分压电路中,滑动变阻器可视为由两段电阻构成,其中一段R并与用电器并联,另一段R串与并联部分串联。

A,B两端的总电阻与R串的变化趋势一致。

2.电路动态分析的方法

（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外的变化→固定支路

→支路的变化。

（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动端分别滑至两个极端去讨论。

[典例4]小吴同学设计了一种烟雾报警装置,其设计原理如图所示。

M为烟雾传感器,其阻值RM随着烟雾浓度的变化而变化,R为定值电阻。

当装置所在区域出现烟雾且浓度增大时,将导致a,b两端电压减小,触发警报装置发出警报。

当烟雾浓度增大时（　　）

A.RM增大,电流表示数增大

B.RM增大,电流表示数减小

C.RM减小,电流表示数增大

D.RM减小,电流表示数减小

解析:

根据烟雾浓度增大时,a,b两端电压减小,可知a,b之间电阻减小,故RM减小,根据闭合电路欧姆定律知电路中电流增大,所以电流表示数增大,故选项C正确。

答案:

C

变式4:

如图所示的电路中,电源的内阻不可忽略,当开关S断开时,电流表的示数为0.30A,则当S闭合时,电流表的示数可能是（　B　）

A.0.28AB.0.42A

C.0.52AD.0.58A

解析:

当开关S由断开到闭合时,外电路的电阻减小,则回路的电流增大而路端电压减小,即有I2>I1,U2I2>0.30A,故选项B正确。

考点五　含容电路的分析和计算

电容器是一个储存电能的元件,在直流电路中,当电容器充、放电时,电路有充电、放电电流,一旦电路达到稳定状态,电容器在电路中就相当于一个阻值无限大（只考虑电容器是理想不漏电的情况）的元件,在电容器处电路可看做是断路。

分析和计算含有电容器的直流电路时,关键是准确地判断和求出电容器两端的电压,具体做法是:

1.确定电容器和哪个电阻并联,该电阻两端电压即为电容器两端电压。

2.当电容器和某一电阻串联后,任何电阻其阻值都应视为零。

接在某一电路两端时,此电路两端电压即为电容器两端电压。

3.电路的电流、电压变化时,将会引起电容器的充放电。

如果电容器两端电压升高,电容器将充电;如果电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电。

电荷量的多少可根据ΔQ=C·ΔU计算。

[典例5]图示电路中,电容器与电阻R2并联后,经电阻R1与电源和开关相连。

电源电动势E=24V,内电阻r=1Ω,电阻R1=15Ω,R2=8Ω,电容器的电容C=2×10-9F,闭合开关S,待电路稳定后,下列说法正确的是（　　）

A.电源两端的电压为1V

B.电容器两端的电压为24V

C.通过电阻R1的电流为1.5A

D.电容器所带电荷量为1.6×10-8C

解析:

闭合开关S,稳定后电容器相当于开关断开,根据闭合电路欧姆定律得I=

=1A,电源两端的电压是路端电压,即U=I（R1+R2）=1×（15+8）V=23V,电容器两端的电压即R2两端的电压U2=IR2=1×8V=8V,则电容器的电荷量为Q=CU2=2×10-9×8C=1.6×10-8C,故选项D正确。

答案:

D

变式5:

如图所示,M,N是平行板电容器的两个极板,R0为定值电阻,R1,R2为可调电阻,用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部。

闭合开关S,小球静止时受到悬线的拉力为F。

调节R1,R2,关于F的大小判断正确的是（　D　）

A.保持R1不变,缓慢增大R2时,F将变大

B.保持R1不变,缓慢增大R2时,F不变

C.保持R2不变,缓慢增大R1时,F将变大

D.保持R2不变,缓慢增大R1时,F不变

解析:

保持R1不变,缓慢增大R2时,由于R0和R2串联,R0两端的电压减小,即平行板电容器的两个极板的电压U减小,带电小球受到的电场力F电=qE=q

减小,悬线的拉力为F=

将减小,选项A,B错误。

保持R2不变,缓慢增大R1时,R0两端的电压不变,F电不变,悬线的拉力F不变,C错误,D正确。

考点六　电路故障问题的分析

1.故障特点

（1）断路特点:

表现为电源电压不为零而电流为零;如果外电路中两点间的电压不为零而电流为零,则说明这两点间有断点,而这两点与电源的连接部分没有断点。

（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,表示该处是断路,当测量值很小或为零时,表示该处是短路。

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。

[典例6]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

解析:

Uad=5.0V,dcba间断路,其余电路接通;Ucd=0V,灯L短路或其余电路某处断路;Ubc=0V,电阻R′短路或其余电路某处断路;Uab=5.0V,滑动变阻器R断路,其余电路接通,综上所述,故障为R断路,选项B正确。

答案:

B

变式6:

如图所示,一只玩具电动机用一节干电池供电,闭合开关后发现电动机转速较慢。

经检测,电动机性能完好;用电压表测a,b间电压,只有0.6V;断开开关S,测a,b间电压接近1.5V,由此判断,电动机转动较慢的原因是（　D　）

A.开关S接触不良

B.电动机两端接线接触不良

C.电动机两端接线短路

D.电池过旧,内阻过大

解析:

开关闭合时,路端电压很小,说明内电压很大,即电池内阻很大,选项D正确。

1.（闭合电路中的功率）如图所示,直线A为某电源的U-I图线,曲线B为某小灯泡的U-I图线,用该电源和小灯泡组成闭合电路时,电源的输出功率和电源的总功率分别是（　D　）

A.4W,8WB.2W,4W

C.2W,3WD.4W,6W

解析:

电源的U-I图线A在纵轴上的截距表示电源电动势为3V,图线A,B的交点表示电路工作点,对应的工作电压为U=2V,工作电流为I=2A。

用该电源和小灯泡组成闭合电路时,电源的输出功率P出=UI=2×2W=4W,电源的总功率P总=EI=3×2W=6W,选项D正确。

2.（电阻和电源的U-I图线）如图所示为某一电源的U-I曲线,由图可知（　D　）

A.电源电动势为1.2V

B.电源内电阻为

Ω

C.电源短路时电流为6A

D.电路路端电压为1V时,电路中电流为5A

解析:

图线与纵坐标的交点为电源电动势,即E=2V。

图线的斜率为电源的内阻,即r=0.2Ω,所以电源短路电流为I=

=10A,当路端电压为1V时,I′=

=5A,即D正确。

3.（电路的动态分析）如图所示电路中,电源E的电动势为3.2V,电阻R的阻值为30Ω,小灯泡L的额定电压为3.0V,额定功率为4.5W,当开关接位置1时,电压表的读数为3V,那么当开关接到位置2时,小灯泡L的发光情况是（　A　）

A.很暗,甚至不亮B.正常发光　

C.比正常发光略亮D.有可能被烧坏

解析:

小灯泡的电阻RL=

=2Ω

4.（含电容电路的分析）如图所示的电路中,水平放置的平行板电容器中有一个带电液滴正好处于静止状态,现将滑动变阻器的滑片P向左移动,则（　B　）

A.电容器中的电场强度将增大

B.电容器上的电荷量将减少

C.电容器的电容将减小

D.液滴将向上运动

解析:

电容器两板间电压等于R2两端电压。

当滑片P向左移动时,总电阻增大,则总电流减小,则R2两端电压U减小,电容器的电荷量减少,由E=

知电容器中电场强度变小,则带电液滴所受电场力变小,液滴将向下运动,选项A,D错误,B正确;但电容器的电容是一个固定值,不会随电压的变化而变化,C错误。

5.（电路故障分析）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,他将电压表的红、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（　D　）

①AB段断路　②BC段断路　③AB段短路　④BC段短路

A.①②B.②③

C.③④D.①④

解析:

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,故选D。

6.（闭合电路的欧姆定律）如图所示的电路中,当S2闭合时,电压表和电流表（均为理想电表）的示数分别为1.6V和0.4A。

当S2断开时,它们的示数分别改变0.1V和0.1A,求电源的电动势和内电阻。

解析:

当S2闭合时,R1,R2并联接入电路,由公式E=U外+Ir,得E=1.6+0.4r。

当S2断开时,只有R1接入电路,由公式E=U外+Ir得E=（1.6+0.1）+（0.4-0.1）r。

解以上两式得E=2V,r=1Ω。

答案:

2V　1Ω