2020年高考物理一轮复习第9章恒定电流第40讲电路的基本概念和规律（二）学案（含解析）.docx

第40讲电路的基本概念和规律(二)考点一串、并联电路闭合电路欧姆定律一、串、并联电路的特点1特点对比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。二、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、外电路的电阻之和成反比。3路端电压与外电阻的关系(1)负载R增大I减小U内减小U外增大外电路断路时(R)，I0，U外E。(2)负载R减小I增大U内增大U外减小外电路短路时(R0)，I，U内E。4UI关系图：由UEIr可知，路端电压随着电路中电流的增大而减小；UI关系图线如图所示。(1)当电路断路即I0时，纵轴的截距为电动势E。(2)当外电路电压为U0时，横轴的截距为短路电流Im。(3)图线的斜率的绝对值为电源的内阻r。1教材母题(人教版选修31 P63T3)许多人造卫星都用太阳电池供电。太阳电池由许多片电池板组成。某电池板不接负载时的电压是600 V，短路电流是30 A。求这块电池板的内阻。变式子题卫星在太空中可以利用太阳电池板供电。若一太阳电池板，测得它的开路电压为800 mV，短路电流为40 mA，将该电池板与一阻值为20 的电阻连成一闭合电路，则它的路端电压是()A0.10 V B0.20 VC0.30 V D0.40 V答案D解析电源没有接入外电路时，路端电压值等于电源电动势，所以电动势E800 mV。由闭合电路欧姆定律得，短路电流I短，所以电源内阻r 20 。该电源与20 的电阻连成闭合电路时，电路中的电流I mA20 mA，所以路端电压UIR2020 mV400 mV0.40 V，故D正确。2.如图所示电路中，r是电源的内阻，R1和R2是外电路中的电阻，如果用Pr、P1和P2分别表示电阻r、R1和R2上所消耗的功率，当R1R2r时，PrP1P2等于()A111 B211 C144 D411答案D解析设干路电流为I，流过R1和R2的电流分别为I1和I2。由题，R1和R2并联，电压相等，电阻也相等，则电流相等，故I1I20.5I；根据公式PI2R，三个电阻相等，功率之比等于电流平方之比，即PrP1P2411。故选D。3.如图所示为测量某电源电动势和内阻时得到的UI图线，用此电源与三个阻值均为3 的电阻连接成电路，测得路端电压为4.8 V。则该电路可能是下图中的()答案B解析由UI图象可得电源的电动势E6 V，内阻r 0.5 ；外电路连接电阻R时，路端电压为4.8 V，由闭合电路欧姆定律得EUIr，I A2.4 A。又因为I，所以Rr 2 。选项A、B、C、D四个电路的外电路电阻分别是1 、2 、9 、4.5 ，因此只有B正确。考点二闭合电路的动态分析直流电路中动态问题的分析是高考考查的热点，通过调节滑动变阻器的滑片改变电阻的大小，或者通过开关闭合与断开改变电路结构，或者电路中有光敏电阻、热敏电阻且阻值发生变化时，电路中各个部分的电流、电压和功率都会随之发生变化。分析动态电路问题常用的方法有程序法、“串反并同”结论法、极限法等。1程序法2“串反并同”结论法(1)所谓“串反”，即某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小，反之则增大。(2)所谓“并同”，即某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大，反之则减小。即：R3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。 (2018大连模拟)(多选)在如图所示的电路中，电源的负极接地，其电动势为E、内电阻为r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，、为理想电流表和电压表。在滑动变阻器滑片P自a端向b端滑动的过程中，下列说法中正确的是()A电压表示数减小 B电流表示数增大C电阻R2消耗的功率增大 Da点的电势降低解析解法一：程序法P由a端向b端滑动，其阻值减小，则总电阻减小，总电流增大，电阻R1两端电压增大，电压表示数变大，A错误；电阻R2两端的电压U2EI总(R1r)，I总增大，则U2减小，I2，I2减小，电流表的示数IAI总I2增大，B正确；由P2IR2知P2减小，C错误；UababaU2，故a降低，D正确。解法二：结论法由于R3减小，R2与R3并联，则U2、I2均减小，而P2IR2，知P2减小，C错误；UabU2aba减小，D正确；因为R1间接与R3串联，故I1、U1均增大，故电压表示数增大，A错误；根据IAI1I2知IA增大，B正确。解法三：极限法设滑片P滑至b点，则R30，ab0，D正确；R2上电压为零，则功率也为零，C错误；当R30时，总电阻最小，总电流最大，R1上电压最大，故A错误；由于IAI1I2，此时I1最大，I20最小，故IA最大，B正确。答案BD方法感悟以上三种方法相比，对动态分析问题，结论法最简洁适用，但要注意，“串反并同”的条件是电源内阻不能忽略。(2019福建福州期末质检)(多选)如图所示，电源电动势E和内阻r一定，R1、R2是定值电阻，R3是光敏电阻(光敏电阻阻值随光照强度的增大而变小)，电流表和电压表均为理想电表。闭合开关，当照射到R3的光照强度变化时，R2功率变大，以下判断正确的是()A电流表示数一定变小B电压表示数一定变小CR3的功率一定变大D照射到R3的光照强度一定增大答案BD解析由于R2功率变大，根据PI2R可知通过R2的电流增大，根据“串反并同”可得R3的阻值减小，照射到R3的光照强度一定增大，电路总电阻减小，电路总电流增大，电源内电压增大，路端电压减小，所以电压表示数减小，电流表示数增大，故B、D正确，A错误；R3的阻值减小，通过R3的电流增大，由于R3与r、R1、R2的定量关系不确定，R3的功率变化无法确定，不一定变大，故C错误。考点三闭合电路的功率及效率问题由P出与外电阻R的关系式可知：(1)当Rr时，电源的输出功率最大为Pm。(2)当Rr时，随着R的增大输出功率越来越小。(3)当Rr时，随着R的增大输出功率越来越大。(4)当P出2 W，即2R2 W，得 R50%，应使Rr1 ，故C正确。8电路如图甲所示。若电阻未知，电源电动势和内阻也未知，电源的路端电压U随电流I的变化图线及外电阻的UI图线分别如图乙所示，求：(1)电源的电动势和内阻；(2)电源的路端电压；(3)电源的输出功率。答案(1)4 V1 (2)3 V(3)3 W解析(1)由题图乙所示UI图线知，电源电动势E4 V，短路电流I短4 A，故内阻r1 。(2)由题图甲、乙知，电源与电阻串联时，电流I1 A，此时对应的路端电压U3 V。(3)由题图乙知R3 ，故P出I2R3 W。9.如图所示的电路中，两平行金属板A、B水平放置，极板长L60 cm，两板间的距离d30 cm，电源电动势E36 V，内阻r1 ，电阻R09 ，闭合开关S，待电路稳定后，将一带负电的小球(可视为质点)从B板左端且非常靠近B板的位置以初速度v06 m/s水平向右射入两板间，小球恰好从A板右边缘射出。已知小球所带电荷量q2102 C，质量m2102 kg，重力加速度g取10 m/s2，求：(1)带电小球在平行金属板间运动的加速度大小；(2)滑动变阻器接入电路的阻值。答案(1)60 m/s2(2)14 解析(1)小球在金属板间做类平抛运动，有Lv0t，dat2，解得a60 m/s2。(2)设两金属板间电压为U，由牛顿第二定律得mgma，解得U21 V。设滑动变阻器接入电路的阻值为R，根据串联电路的特点有，解得R14 。真题模拟练10(2018江苏高考)(多选)如图所示，电源E对电容器C充电，当C两端电压达到80 V时，闪光灯瞬间导通并发光，C放电。放电后，闪光灯断开并熄灭，电源再次对C充电，这样不断地充电和放电，闪光灯就周期性地发光。该电路()A充电时，通过R的电流不变B若R增大，则充电时间变长C若C增大，则闪光灯闪光一次通过的电荷量增大D若E减小为85 V，闪光灯闪光一次通过的电荷量不变答案BCD解析电容器充电时两端电压不断增大，所以电源与电容器极板间的电势差不断减小，因此通过R的电流变小，A错误；当电阻R增大时，充电电流变小，电容器所充电荷量不变的情况下，充电时间变长，B正确；若C增大，根据QCU，电容器的电荷量增大，所以放出的电荷量增大，闪光灯闪光一次通过电荷量增大，C正确；当电源电动势为85 V时，电源给电容器充电，电容器两端电压仍能达到80 V，所以闪光灯仍然能发光，闪光一次通过的电荷量不变，D正确。11(2018湖南师大附中六月试卷)有一个消毒用电器P，电阻为20 k，它只有在电压高于24 V时才能工作。今用一个光敏电阻R1对它进行控制，光敏电阻的阻值在有光照时为100 ，黑暗时为1000 。电源电动势E为36 V，内阻不计，另有一个定值电阻R2，电阻为1000 。下列电路闭合开关后能使消毒用电器在光照时正常工作，黑暗时停止工作的是()答案B解析A项电路中，在光照时，光敏电阻为100 ，P的电阻为20 k，R2电阻为1000 ，P占的电压超过E，正常工作，黑暗时，光敏电阻1000 ，P占的电压超过E，正常工作，故A错误；同理可以求得C项电路中在光照和黑暗时，P占的电压超过E，正常工作，故C错误；B项电路中P与R2并联，并联部分电阻略小于1000 ，在光照时，并联部分的两端电压超过E，能使消毒用电器正常工作，黑暗时，并联部分的两端电压不超过E，消毒用电器停止工作，故B正确；D项电路中P与R1并联，光照时并联部分电阻略小于100 ，黑暗时并联部分电阻略小于1000 ，消毒用电器在光照和黑暗时P占的电压均不超过E，停止工作，故D错误。12(2018北京高考)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)a.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；b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。答案(1)UI图象见解析，图象与纵轴交点的纵坐标值为