高届高级高三物理一轮复习步步高全书学案第八章 第2讲.docx

1、高届高级高三物理一轮复习步步高全书学案第八章 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II1I2InII1I2In电压UU1U2UnUU1U2Un电阻RR1R2Rn2.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0150 V的电压表,内阻为20 k,把它与一个大电阻串联后接在110 V电路的两端,电压表

2、的读数是5 V.这个外接电阻是()A.240 B.420 k C.240 k D.420 答案B二、电源闭合电路的欧姆定律1.电源(1)电动势计算:非静电力搬运电荷所做的功与搬运的电荷量的比值,E；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)其他表达形式电势降落表达式:EU外U内或EU外Ir；能量表达式:EIUII2r.3.路端电压与外电阻的关系(1)一般情况:UIR

3、R,当R增大时,U增大；(2)特殊情况:当外电路断路时,I0,UE；当外电路短路时,I短,U0.自测2 电源的电动势为4.5 V、外电阻为4.0 时,路端电压为4.0 V,若在外电路中分别并联一个6.0 的电阻和串联一个6.0 的电阻,则两种情况下的路端电压分别约为()A.4.3 V3.72 V B.3.73 V4.3 VC.3.72 V4.3 V D.4.2 V3.73 V答案C三、电路中的功率1.电源的总功率(1)任意电路:P总IEIU外IU内P出P内.(2)纯电阻电路:P总I2(Rr).2.电源内部消耗的功率P内I2rIU内P总P出.3.电源的输出功率(1)任意电路:P出IUIEI2rP

4、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的变化关系当Rr时,电源的输出功率最大为Pm.当Rr时,随着R的增大输出功率越来越小.当Rr,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4A.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

5、增大,由并联电路的电流规律可知,流过灯泡的电流减小,由PLI2RL可知,小灯泡消耗的功率变小,故B正确,D错误；因R1r,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100%100%.2.纯电阻电路P总EI,P出R,100%100%.3.电源的最大输出功率P出UII2RRP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Rr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

6、相等,R1R2,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QUC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|Q1Q2|；(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Q1Q2.例4(2016全国卷17)阻值相等的四个电阻、电容

7、器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图11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11A. B. C. D. 答案C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U1RE；S闭合时等效电路图如图乙所示.乙电容器两端电压为U2RE,由QCU得,故选项C正确.变式5(2018河北省定州中学承智班月考)阻值相等的四个电阻R、电容器C及电池E(内阻可忽略)接成如图12所示的电路.保持S1闭合,开关S2断开且电流稳定时,C所带的电荷量为Q1；闭合开关S2,电流再次稳定后,C所带的电荷量为Q2.Q1与Q2的比值为

8、()图12A.53 B.21 C.12 D.13答案A解析电池E的内阻可忽略,保持开关S1闭合、S2断开且电流稳定时,电容器两端的电压为:U12R；闭合开关S2,电流再次稳定后,电容器两端的电压为:U2R,由QCU得,Q1Q2U1U253.变式6(2018吉林省长春市八中模拟)如图13所示,平行金属板中带电质点P处于静止状态,不考虑电流表和电压表对电路的影响,当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时,则()图13A.质点P将向上运动B.电流表读数减小C.电压表读数减小D.R3上消耗的功率逐渐增大答案C解析由题图可知,R2与滑动变阻器R4串联后与R3并联,再与R1串联接在电源两端,电容器与R3并联,当

9、滑片向b移动时,滑动变阻器接入电阻减小,则电路中总电阻减小,电路中电流增大,路端电压减小,R1两端的电压增大,故并联部分的电压减小.由欧姆定律可知流过R3的电流减小,而流过并联部分的电流增大,故电流表示数增大,故B错误；因并联部分电压减小,而R2中电压增大,故电压表示数减小,故C正确；因R3两端的电压减小,由公式P可知,R3上消耗的功率减小,故D错误；因电容器两端电压减小,故质点P受到的向上电场力减小,则重力大于电场力,质点P将向下运动,故A错误.命题点五电路故障分析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

10、电阻两端电压为零.2.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,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14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,

11、C、D两灯变暗,故障的原因可能是()图14A.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D正确.变式7(多选)如图15所示的电路中,电源电压保持不变,闭合开关S,电路正常工作,过了一会儿,电流表的示数变为零.若电路中故障发

12、生在灯L、电阻R上,用一根导线来判断电路故障,则下列判断正确的是()图15A.将导线并联在R两端,电流表无示数,一定是L断路B.将导线并联在L两端,电流表无示数,一定是R断路C.将导线并联在R两端,电流表有示数,一定是R断路D.将导线并联在L两端,电流表有示数,一定是L断路答案CD解析电流表的示数变为零,说明电路故障为断路.将导线与用电器并联进行检测时,若电流表有示数,说明与导线并联的用电器断路；若电流表无示数,说明另一个用电器断路或两个用电器都断路.若将导线并联在R两端,电流表无示数,则可能是L断路,也可能是R、L都断路,故选项A错误；若将导线并联在L两端,电流表无示数,则可能是R断路,也可

13、能是R、L都断路,故选项B错误；若将导线并联在R两端,电流表有示数,则一定是R断路,选项C正确；若将导线并联在L两端,电流表有示数,则一定是L断路,选项D正确.1.(多选)在如图1所示的UI图象中,直线为某一电源的路端电压与电流的关系图线,直线为某一电阻R的UI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()图1A.电源的电动势为3 V,内阻为0.5 B.电阻R的阻值为1 C.电源的输出功率为4 WD.电源的效率为50%答案ABC解析由图线可知,电源的电动势为3 V,内阻为r0.5 ；由图线可知,电阻R的阻值为1 ,该电源与电阻R直接相连组成的闭合电路的电流为I2 A,路端电压UIR

14、2 V(可由题图读出),电源的输出功率为PUI4 W,电源的效率为100%66.7%,故选项A、B、C正确,D错误.2.(2019贵州省遵义市调研)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()图2A.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总减小,由I可知I增大,由U内Ir可知U内增大,由EU内U外可知U外减小,故电压表示数减小.由U1IR1可知U1增大,由U外U1U2

15、可知U2减小,由I2可知电流表示数减小,故A正确.3.(多选)已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小,有磁场时电阻变大,并且磁场越强电阻越大.为探测有无磁场,利用磁敏电阻作为传感器设计了如图3所示电路,电源的电动势E和内阻r不变,在没有磁场时调节变阻器R使电灯L正常发光.若探测装置从无磁场区进入强磁场区,则()图3A.电灯L变亮 B.电灯L变暗C.电流表的示数减小 D.电流表的示数增大答案AC解析探测装置从无磁场区进入强磁场区时,磁敏电阻阻值变大,则电路的总电阻变大,根据I可知总电流变小,所以电流表的示数减小,根据UEIr,可知I减小,U增大,所以电灯两端的电压增大,电灯L变亮,故A、C正确,B、D

16、错误.4.(2017宁夏银川2月模拟)如图4甲所示为某一小灯泡的UI图线,现将两盏这样的小灯泡并联后再与一个4 的定值电阻R串联,接在内阻为1 、电动势为3 V的电源两端,如图乙所示,则()图4A.通过每盏小灯泡的电流约为0.2 A,此时每盏小灯泡的电功率约为0.6 WB.通过每盏小灯泡的电流约为0.3 A,此时每盏小灯泡的电功率约为0.6 WC.通过每盏小灯泡的电流约为0.2 A,此时每盏小灯泡的电功率约为0.2 WD.通过每盏小灯泡的电流约为0.3 A,此时每盏小灯泡的电功率约为0.4 W答案C解析由题图甲可以看出,当通过小灯泡的电流为0.2 A时,对应灯泡两端的电压为1 V,此时小灯泡的

17、电阻为5 ,两小灯泡并联后的电阻R并2.5 ,灯泡两端电压U并E3 V1 V,恰好符合串联电路电压关系,则每盏小灯泡的功率PL0.2 W,则A项错误,C项正确.同理,可知B、D项错误.5.如图5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()图5A.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答案C解析当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

18、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.6.如图6所示的电路中,闭合开关S,灯L1、L2正常发光.由于电路突然出现故障,发现灯L1变亮,灯L2变暗,电流表的读数变小,根据分析,发生的故障可能是(电源内阻不计)()图6A.R1断路 B.R2断路C.R3短路 D.R4短路答案A解析等效电路图如图所示,出现故障后,发现灯L1变亮,灯L2变暗,说明L1两端

19、的电压变大,L2两端的电压变小,可能是R1断路,此时示数减小,故A正确；如果R2断路,则灯L2变亮,灯L1变暗,与条件不符,B错误；若R3短路或R4短路,电流表示数变大,C、D错误.7.(多选)如图7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()图7A.当R2R1r时,R2获得最大功率B.当R1R2r时,R1获得最大功率C.当R20时,R1获得最大功率D.当R20时,电源的输出功率最大答案AC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R1r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R2R1r时,R2获得的电功率最大,A项正确；讨论R1的电功率时,由于R1为定值,根据PI2R知,电路中电流越大,R1上的电功率就越大(P1I2R1),所以,当R20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,R1R2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R20时,电源输出功率不一定最大,故D项错误.8.如图8,直线A为某电源的UI图线,曲线B为某小灯泡L1的UI图线的一部分,用该电源和小灯