资源简介 (共42张PPT)课时2 闭合电路的欧姆定律基础梳理一、闭合电路1.组成内电路外电路2.内、外电压的关系:E=。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,跟内、外电路的电阻之和成。U内+U外正比反比U外+Ir(2)E=(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-Ir2.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。(2)当外电路短路即U=0时,横坐标的截距为。(3)图线的斜率的绝对值为电源的内阻。电源电动势短路电流考点一 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。夯实考点[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.3.0VB.3.6VC.4.0VD.4.2V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.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当R>r时,随着R的增大输出功率越来越小。③当R④当P出⑤P出与R的关系如图所示。(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答案:C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。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( )DA.ηa=80% ηb=50%B.ηa=40% ηb=80%C.ηa=50% ηb=80%D.ηa=66.7% ηb=33.3%考点三 电源与电阻U-I图象的比较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5.0VB.电源的内阻为12ΩC.电源的短路电流为0.5AD.电流为0.3A时的外电阻是18Ω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。特别提醒D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( )A.r1B.r1>r2,P1>P2C.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)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:CB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( )A.0.28AB.0.42AC.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,U2A>I2>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1VB.电容器两端的电压为24VC.通过电阻R1的电流为1.5AD.电容器所带电荷量为1.6×10-8C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( )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D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( )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。D课堂训练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( )A.4W,8WB.2W,4WC.2W,3WD.4W,6WD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( )D3.(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.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A4.(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( )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B5.(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( )①AB段断路 ②BC段断路 ③AB段短路 ④BC段短路A.①②B.②③C.③④D.①④D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课时2 闭合电路的欧姆定律1.如图所示的电路中,电阻R=2Ω。断开S后,电压表的读数为3V;闭合S后,电压表的读数为2V,则电源的内阻r为( A )A.1ΩB.2ΩC.3ΩD.4Ω解析:当S断开后,电压表读数为U=3V,可认为电动势E=3V,当S闭合后,由闭合电路欧姆定律知E=U′+Ir,且I=,整理得电源内阻r==1Ω,选项A正确。2.一电池外电路断开时的路端电压为3V,接上8Ω的负载后路端电压降为2.4V,则可以判定电池的电动势E和内阻r为( B )A.E=2.4V,r=1ΩB.E=3V,r=2ΩC.E=2.4V,r=2ΩD.E=3V,r=1Ω解析:当外电路断路时,I=0,U外=E=3V;接上8Ω负载时,I′==A=0.3A,则r===Ω=2Ω。3.在正常照射下,太阳能电池的光电转换效率可达23%。单片单晶硅太阳能电池可产生0.6V的电动势,可获得0.1A的电流,则每秒照射到这种太阳能电池上的太阳光的能量是( C )A.0.24JB.0.25JC.0.26JD.0.28J解析:根据W=UIt可得每秒单片单晶硅太阳能电池产生的能量为W=0.6×0.1×1J=0.06J,设太阳能每秒照射的能量为Q,则由能的转化和守恒定律得Q×23%=W,所以Q≈0.26J。4.如图所示,某中学生科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的水果制作了水果电池,该电池能使一个发光二极管发光,但却不能使标称值为“2.5V,0.3A”的小灯泡发光。断开电路用电表测量该电池两端的电压值,却发现接近于2.5V。对小灯泡不亮的原因,该小组同学进行以下一些猜想,你认为可能正确的是( D )A.水果电池的电动势太大B.水果电池的电动势太小C.小灯泡的电阻太大D.水果电池的内阻太大解析:断开电路用电表测量该电池两端的电压值接近于2.5V,表明水果电池的电动势接近于2.5V,选项A,B错误;如果是小灯泡的电阻太大,则水果电池的内压降接近于0,故小灯泡应正常发光,C错误;如果是水果电池的内阻太大,水果电池的内压将很大,使得路端电压很小,则小灯泡不能发光,D正确。5.如图所示,a,b,c为三只相同且功率较大的电炉,接于电压恒定的照明电路中,a极靠近电源,b,c离电源较远,而离用户电灯L很近,输电线有电阻。关于电炉接入电路后对电灯的影响,下列说法中正确的是( B )A.使用电炉a时对电灯的影响最大B.使用电炉b时对电灯的影响比使用电炉a时大C.使用电炉c时对电灯几乎没有影响D.使用电炉b对电灯的影响比使用电炉c时大解析:电炉a极靠近电源,Ua即为电源电压,b,c离电源较远,而离用户电灯L很近,故UL=Ub=Uc=Ua-U线,U线=IR线。接入电炉a时,其后的输电线上的电流基本不变,b,c,L的电压也基本不变,而接入电炉b,c时,输电线上电流明显增加,UL将明显减小。离电源越远,影响越大,故使用电炉b对电灯的影响比使用电炉c时小。6.如图所示,把两个电源的UI关系曲线取相同的坐标,画在同一坐标系中,由图象可得出的正确结论是( B )A.E1=E2,内电阻r1>r2B.E1=E2,发生短路时I1>I2C.E1r2D.E1I2解析:由闭合电路欧姆定律可知U=E-Ir,UI关系曲线上的纵截距表示电源的电动势E,横截距表示短路电流I短,斜率大小表示电源内阻r。所以图示电源电动势相等,内电阻r1I2,B正确。7.硅光电池是一种太阳能电池,具有低碳环保的优点。如图所示,图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图象(电池内阻不是常量),图线b是某电阻R的UI图象。在该光照强度下将它们组成闭合回路时,硅光电池的内阻为( A )A.5.5ΩB.7.0ΩC.12.0ΩD.12.5Ω解析:由UI图象可知,E=3.6V,而U=2.5V时,I=0.2A,代入U=E-Ir得硅光电池的内阻为r==Ω=5.5Ω,故选项A正确。8.如图所示,直线a、抛物线b和c为某一稳恒直流电源在纯电阻电路中的总功率PE、输出功率PR、电源内部发热功率Pr随路端电压U变化的图象,但具体对应关系未知,根据图象可判断( C )A.PEU图象对应图线a,由图知电动势为9V,内阻为3ΩB.PrU图象对应图线b,由图知电动势为3V,内阻为3ΩC.PRU图象对应图线c,图象中任意电压值对应的功率关系为PE=Pr+PRD.外电路电阻为1.5Ω时,输出功率最大且为2.25W解析:稳恒直流电源在纯电阻电路中的总功率PE=EI,路端电压U=E-Ir,联立解得PE==-U,PEU图象对应图线a,由图可知,=9W,=3,解得电动势E=3V,内阻r=1Ω,选项A错误;输出功率PR=UI=·U=U-U2可知PRU图象对应图线c,图象中任意电压值对应的功率关系为PE=I2r+PR=Pr+PR,选项C正确;电源内部发热功率Pr=I2r==-U+U2,可知PrU图象对应图线b,将坐标(0,9)和(3,0)代入,解得电动势为3V,内阻为1Ω,选项B错误;由图线c可知,当U=1.5V时输出功率最大,此时有=,解得R=1Ω,最大功率PRm=()2R=2.25W,选项D错误。9.某同学做电学实验(电源内阻r不能忽略),通过改变滑动变阻器电阻大小,观察到电压表和电流表的读数同时变大,则他所连接的电路可能是图中的( C )解析:设图中定值电阻的阻值为R,则四个选项中电压表的读数分别为UA=E-I(r+R),UB=E-Ir,UC=IR和UD=E-Ir,则可知只有选项C满足要求。10.热敏电阻是一种广泛应用于自动控制电路中的重要电子元件,它的重要特性之一是其电阻值随着环境温度的升高而减小。如图为一自动温控电路,C为电容器,A为零刻度在中央的电流计,R为定值电阻,Rt为热敏电阻。开关S闭合稳定后,观察电流表A的偏转情况,可判断环境温度的变化情况。以下关于该自动温控电路的分析,正确的是( A )A.当发现电流计A中的电流方向是由a到b时,表明环境温度是正在逐渐升高B.当发现电流计A中的电流方向是由a到b时,表明环境温度是正在逐渐降低C.为了提高该温控装置的灵敏度,应取定值电阻R的阻值远大于热敏电阻Rt的阻值D.为了提高该温控装置的灵敏度,应取定值电阻R的阻值远小于热敏电阻Rt的阻值解析:当电流计A中的电流方向是由a到b时,表明电容器C正在充电,即定值电阻R两端的电压升高,故热敏电阻Rt的阻值在减小,则环境温度在逐渐升高。为了提高该温控装置的灵敏度,应取定值电阻R的阻值与热敏电阻Rt的阻值相差不多。11.图甲是观察电容器放电的电路。先将开关S与1端相连,电源向电容器充电,然后把开关S掷向2端,电容器通过电阻R放电,传感器将电流信息传入计算机,在屏幕上显示出电流随时间变化的It曲线如图乙所示。则下列判断正确的是( D )A.随着放电过程的进行,该电容器的电容逐渐减小B.根据It曲线可估算出该电容器的电容大小C.电容器充电过程的It曲线电流应该随时间的增加而增大D.根据It曲线可估算出电容器在整个放电过程中释放的电荷量解析:电容器的电容由电容器本身的特性决定,与板间的电荷量无关,因此在放电过程中,该电容器的电容不变,故A错误;It图线与时间轴围成的面积表示电荷量,可估算出电容器在整个放电过程中释放的电荷量,但由于不知道电容器电压的变化量,由C=知,不能估算出该电容器的电容大小,故B错误,D正确;电容器充电过程,电流应该随时间的增加而减小,充电完毕时电流减为零,故C错误。12.如图所示电路中,电源内阻不计,当S断开时,理想电压表的示数为6V,当S闭合后,a,b两点间电压可能是( D )A.11VB.10VC.9VD.8V解析:当S断开时,由电阻R1,R2和R3组成串联电路,电源的电压为U=(R1+R2+R3),即U=(10Ω+20Ω+R3),①当S闭合时,电阻R1被短路,R2,R3组成串联电路,电源的电压为U=(R2+R3),即U=(20Ω+R3),②由①②可得U2′=6V·,当R3→0时,U2′=9V,当R3→∞时,U2′=6V,S闭合后电压表取值范围为6VV,即a,b两点间电压的取值范围,故选项D正确。13.在如图所示的电路中,由于某一电阻发生短路或断路,A灯变暗,B灯变亮,则故障可能是( B )A.R1短路B.R2断路C.R3短路D.R4短路解析:假设R1或R4短路,电路总电阻减小,干路电流变大,A灯变亮,A,D错误;假设R2断路,则其断路后,电路总电阻变大,总电流变小,A灯变暗,同时R2断路必引起与之并联的B灯中电流变大,使B灯变亮,推理结果与现象相符,故选项B正确;假设R3短路,则引起总电阻变小,总电流变大,使A灯变亮,C错误。能力提升14.如图所示的电路中,电源电动势为E、内电阻为r,闭合开关S,待电流达到稳定时,电流表示数为I,电压表示数为U,电容器C所带电荷量为Q。将滑动变阻器的滑动触头P从图示位置向a端移动一些,待电流达到稳定后,则与P移动前相比( B )A.U变小B.I变小C.Q不变D.Q减小解析:当电流稳定时,电容器可视为断路,当P向a端移动时,滑动变阻器连入电路中的阻值R增大,根据闭合电路欧姆定律得,电路中的电流I=减小,电压表的示数U=E-I(R2+r)增大,A错误,B正确;由于电容器两端电压与滑动变阻器两端电压相同,P向a端移动时,其两端电压变大,则电容器的电荷量Q=CU增大,C,D错误。15.(多选)锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中。现用充电器为一手机锂电池充电,等效电路如图所示,充电器电源的输出电压为U,输出电流为I,手机电池的内阻为r,下列说法正确的是( AC )A.电能转化为化学能的功率为UI-I2rB.充电器输出的电功率为UI+I2rC.电池产生的热功率为I2rD.充电器的充电效率为×100%解析:充电器将电能转化为锂电池的化学能和内能,即UIt=E化+I2rt,充电器输出的电功率为UI,电池产生的热功率为I2r,据此可知,电能转化为化学能的功率为UI-I2r,充电器的充电效率为×100%,所以选项A,C正确。16.一辆电动观光车蓄电池的电动势为E,内阻不计,当空载的电动观光车以大小为v的速度匀速行驶时,流过电动机的电流为I,电动观光车的质量为m,电动观光车受到的阻力是车重的k倍,忽略电动观光车内部的摩擦,则下列说法中错误的是( A )A.电动机的内阻为R=B.电动机的内阻为R=-C.电动机的工作效率η=D.电动机的发热效率η′=解析:由功能关系EI=kmgv+I2R,所以电动机的内阻为R=-,所以选项A错误,B正确;电动机的工作效率等于输出功率与总功率之比,即η=,所以选项C正确;电动机的发热效率η′=,所以选项D正确。17.高温超导限流器由超导部件和限流电阻并联组成,如图。超导部件有一个超导临界电流IC,当通过限流器的电流I>IC时,将造成超导体失超,从超导态(电阻为零)转变为正常态(一个纯电阻)。以此来限制电力系统的故障电流,已知超导部件的正常态电阻为R1=3Ω,超导临界电流IC=1.2A,限流电阻R2=6Ω,小灯泡L上标有“6V,6W”的字样,电源电动势E=8V,内阻r=2Ω,原来电路正常工作,现L突然发生短路,则( D )A.短路前通过R1的电流为AB.短路后超导部件将由正常态转化为超导状态C.短路后通过r的电流为AD.L短路后超导部件将由超导状态转化为正常态解析:若超导部件的电阻为零,则电路中的电流I==1A,所以超导部件处于超导态,此时通过R1的电流为1A,故A错误;当L短路后,若超导部件的电阻仍为零,则电路中的电流I′==4A>IC,故此时超导部件转变为正常态,通过r的电流I″==2A,故B,C错误,D正确。18.如图1所示,用电动势为E、内阻为r的电源,向滑动变阻器R供电,改变变阻器R的阻值,路端电压U与电流I均随之变化。(1)以U为纵坐标,I为横坐标,在图2中画出变阻器阻值R变化过程中UI图象的示意图,并说明UI图象与两坐标轴交点的物理意义。(2)①请在图2画好的UI关系图线上任取一点,画出带网格的图形,以其面积表示此时电源的输出功率。②请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件。(3)请写出电源电动势定义式,并结合能量守恒定律证明:电源电动势在数值上等于内、外电路电势降落之和。解析:(1)变阻器的电阻R变化时,其U随I增大而减小,且遵循U=E-Ir,则UI图像如图所示。图象与纵轴交点的横坐标电流值为零,由U=E-Ir=E,因此与纵轴交点的纵坐标的值为电源电动势;图象与横轴交点的纵坐标电压值为零,由U=E-Ir=0,因此与横轴交点的横坐标值为短路电流,I短=。(2)①在画好的UI关系图线上任取一点,其坐标值U和I的乘积即为此时电源的输出功率P,因此可画出如图所示的带网格的图形,以其面积表示此时电源的输出功率。②电源的输出功率P=I2R=()2R=,当外电路电阻R=r时电源的输出功率最大,为Pmax=。(3)电动势定义式E=,根据能量守恒,在题图1所示的电路中,非静电力做功W产生的电能等于在外电路和内电路上产生的电热,即W=I2rt+I2Rt=Irq+IRq,则E==Ir+IR=U内+U外。答案:见解析19.图甲为某元件R的UI特性曲线,把它连成图乙所示电路。已知电源电动势E=5V,内阻r=1Ω,定值电阻R0=4Ω。闭合开关S后,求:(1)该元件的电功率;(2)电源的输出功率。解析:(1)等效电源的电动势E′=E=5V,内阻r′=r+R0=5Ω。根据U=E′-Ir′=5-5I画出等效电源的UI图线如图所示,两图线交点坐标为(0.4,3),元件的电功率PR=UI=3×0.4W=1.2W。(2)电源的输出功率P=PR0+PR=I2R0+PR=0.42×4W+1.2W=1.84W。答案:(1)1.2W (2)1.84WPAGE-10-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.3.0VB.3.6VC.4.0VD.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R④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UI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UI图象电阻UI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5.0VB.电源的内阻为12ΩC.电源的短路电流为0.5AD.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.r1B.r1>r2,P1>P2C.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.0.42AC.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,U2A>I2>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1VB.电容器两端的电压为24VC.通过电阻R1的电流为1.5AD.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,4WC.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1.2VB.电源内电阻为ΩC.电源短路时电流为6AD.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==2ΩV。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.②③C.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 1ΩPAGE-12- 展开更多...... 收起↑ 资源列表 2021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.doc 2021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课件新人教版.ppt 2021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课时训练(含解析)新人教版.doc