高三物理一轮复习 第七章 第2讲 闭合电路欧姆定律及其应用3.doc

第七章 第2讲 闭合电路欧姆定律及其应用3部分电路欧姆定律1内容：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。2表达式：i。3适用范围(1)金属导电和电解液导电(对气体导电不适用)。(2)纯电阻电路(不含电动机、电解槽等电路)。4导体的伏安特性曲线图721(1)iu图线：以i为纵轴、u为横轴画出导体上的电流随电压的变化曲线，如图721所示。(2)比较电阻的大小：图线的斜率k，图中r1r2(填“”“”“”)。(3)线性元件：伏安特性曲线是直线的电学元件，适用欧姆定律。(4)非线性元件：伏安特性曲线为曲线的电学元件，不适用欧姆定律。1注意欧姆定律的“二同”(1)同体性：指i、u、r三个物理量必须对应同一段电路或同一段导体。(2)同时性：指u和i必须是导体上同一时刻的电压和电流。2公式i的理解i是欧姆定律的数学表达式，表示通过导体的电流i与电压u成正比，与电阻r成反比，常用于计算一部分电路加上一定电压时产生的电流。此公式是电流的决定式，反映了电流i与电压u和电阻r的因果关系。3对伏安特性曲线的理解图722(1)图线a、b表示线性元件。图线c、d表示非线性元件。(2)图象的斜率表示电阻的倒数，斜率越大，电阻越小，故rargrarg(1)串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻，电路中任意一个电阻变大时，总电阻变大。(2)并联电路的总电阻小于电路中任意一个电阻，任意一个电阻变大时，总电阻变大。(3)无论电阻怎样连接，每一段电路的总耗电功率p总等于各个电阻耗电功率之和。(4)当n个等值电阻r0串联或并联时，r串nr0，r并r0。(5)对于如图725所示的电路：滑片由ab滑动的过程中，rab由00，当滑片滑至ab的中点时，rab最大且等于。图725(6)表头、电压表和电流表本质都是电阻，改装后的电压表和电流表满偏时，表头的最大电流或加在表头两端的最大电压仍为满偏电流和满偏电压，通过串联电路中的串联分压和并联电路中的并联分流来提高电压表的量程和电流表的量程。2.如图726所示，电路两端的电压u保持不变，电阻r1、r2、r3消耗的电功率一样大，则电阻之比r1r2r3是()图726a111b411c144d122解析：选c根据串并联电路的特点，u2u3，故r2r3，又i1i2i3，故i12i22i3，根据pi2r和p1p2p3得r1r2r3144。故c正确。电动势闭合电路欧姆定律1电动势(1)物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量。(2)大小：在数值上等于非静电力把1 c的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功，即e。(3)单位：伏特(v)，1 v1 j/c。(4)决定因素：电源的电动势由电源本身的性质决定，与外电路无关。2闭合电路(1)组成(2)在外电路中，沿电流方向电势降低。3闭合电路的欧姆定律(1)内容：闭合电路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。(2)公式4路端电压与负载的关系(1)一般情况：根据uirr可知，当r增大时，u增大。(2)特殊情况：外电路断路时，r为无穷大，i0，ue。电源两端短路时，r0，u0，i。5路端电压跟电流的关系(1)关系式：ueir。(2)用图象表示如图727所示。图727图象物理意义图线与纵轴交点表示电动势图线的斜率大小表示电源的内电阻图中u表示外电压uue图中u表示内电压图线与横轴交点表示短路电流图线上每一点坐标的乘积ui表示外电路消耗的功率图线上每一点对应的u、i比值表示外电阻1电动势与电压的比较电压电动势意义表示静电力做功将电能转化成其他形式的能的本领表示非静电力做功将其他形式的能转化成电能的本领定义uab，将单位电荷量的正电荷从导体一端移到另一端时，静电力做的功e，将单位电荷量的正电荷从电源负极移到正极时，非静电力做的功决定因素由电源及导体电阻、导体连接方法决定由电源本身决定，与其他因素无关测量方法将电压表并联在被测电路两端将内阻很大的电压表并联在电源两端，且外电路断开伏安法测量联系 电路闭合时eu内u外外电路断开时u外e2.闭合电路的动态分析问题(1)程序法：闭合电路中，由于局部电阻变化(或开关的通断)，引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化，分析此类问题的基本步骤是：由局部电阻变化判断总电阻的变化；由i判断总电流的变化；据ueir判断路端电压的变化；由欧姆定律及串并联电路特点判断各部分电流、电压变化。(2)极限法：即因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论。(3)特殊值法：对于某些双臂环路问题，可以采取代入特殊值法判定，从而得出结论。(4)“串反并同”结论法：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。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闭合电路中的几个功率及电源的效率(1)电源的总功率：p总eiu外iu内ip出p内。若外电路是纯电阻电路，则有p总i2(rr)。(2)电源内部消耗的功率：p内i2ru内ip总p出。(3)电源的输出功率：p出uieii2rp总p内。若外电路是纯电阻电路，则有p出i2r。由上式可以看出当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时，随着r的增大输出功率越来越大。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r1r2r2。p出与r的关系如图728所示。图7284电源的效率100%100%100%100%因此r越大，越大；当rr时，电源有最大输出功率时，效率仅为50%。3.如图729所示是一实验电路图。在滑动触头由a端滑向b端的过程中，下列表述正确的是()图729a路端电压变小b电流表的示数变大c电源内阻消耗的功率变小d电路的总电阻变大解析：选a当滑动触头由a向b滑动过程中，r1减小，r外减小，由i知i增大，u外eir减小，电源内阻消耗功率pi2r增大，通过r3的电流i3减小，故a对，b、c、d错。电路动态变化问题命题分析电路的动态变化是高考的热点，常以选择题的形式出现。例1 (2011北京高考)如图7210所示电路，电源内阻不可忽略。开关s闭合后，在变阻器r0的滑动端向下滑动的过程中()图7210a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，电流表的示数增大思维流程第一步：抓信息关键点关键点信息获取(1)r0滑动端下滑r0变小r外变小i增大(2)电源内阻不可忽略由u外eir知u外随i变化第二步：找解题突破口已知r0减小可推得总电流i增大，进而推知u外减小，从而引起局部电压电流的变化。第三步：条理作答解析滑动变阻器r0的滑片向下滑动，r0接入电路的电阻变小，电路的总电阻变小，总电流变大，电源的内电压变大，外电压变小，电压表的示数变小，r1两端的电压变大，r2两端的电压变小，电流表的示数变小，a项正确。答案a(1)程序法的基本思路是“局部整体局部”即r局r总i总u外(2)本题还可用前面介绍的“串反并同”法，极限法速解。变式训练1(2011海南高考)如图7211，e为内阻不能忽略的电池，r1、r2、r3为定值电阻，s0、s为开关，v与a分别为电压表与电流表，初始时s0与s均闭合，现将s断开，则()图7211av读数变大，a的读数变小bv的读数变大，a的读数变大cv的读数变小，a的读数变小dv的读数变小，a的读数变大解析：选b当s断开后，闭合电路的总电阻增加，根据闭合电路欧姆定律可知，总电流减小，故路端电压ueir增加，即v的读数变大；由于定值电阻r1两端的电压减小，故r3两端的电压增加，通过r3的电流增加，即a的读数变大；选项b正确。闭合电路中的能量关系命题分析闭合电路中的各种功率的计算是高考的热点，常以选择题或计算题形式出现。例2如图7212所示电路，已知e6 v，r4 ，r12 ，r2的变化范围是010 。求：图7212(1)电源的最大输出功率。(2)r1上消耗的最大功率。(3)r2上消耗的最大功率。解析(1)当r2r1r时，即r2rr12 时，电源的输出功率最大pm w2.25 w。(2)r1为定值电阻，当通过的电流最大时，消耗的功率最大，此时r20ia1 ap1i2r1122 w2 w(3)r2为可变电阻，将r1和电源(e，r)等效为一新电源，则新电源的内阻rrr16 则当r2rr1r6 时，r2消耗的功率最大p2i2r21.5 w。答案(1)2.25 w(2)2 w(3)1.5 w求解闭合电路功率问题的两个常用方法：,(1)结论法：利用电源的输出功率p出随外电路电阻r变化的曲线分析。(2)等效法：找出等效电源，如分析变阻器r2消耗的功率何时最大时，把r1看成等效电源内阻的一部分。互动探究本例中若r2的变化范围是04 ，则r2取何值时它消耗的功率最大？此时电源的效率为多少？解析：由于r2最大只有4 ，而小于r1r6 结合p出r曲线可知在04 内，当r24 时，r2消耗的功率最大。此时电源的效率100%100%100%60%。答案：4 60%含电容器电路的分析与计算命题分析含电容器电路的动态分析是高考热点之一，高考中常结合等效电路、闭合电路、欧姆定律等进行考查，一般以选择题或计题的形式呈现。例3(2012杭州模拟)如图7213所示，电源电动势e6 v，内阻r1 ，电阻r12 ，r23 ，r37.5 ，电容器的电容c4 f。开关s原来断开，现在合上开关s到电路稳定，试问这一过程中通过电流表的电荷量是多少？图7213解析s断开时的等效电路如图甲所示，电容器c两端电压u为电阻r2两端电压u2，则u2r23 v。电容器c的电荷量qcucu21.2105c。且a板带正电，b板带负电。s闭合时的等效电路如图乙所示，电容器c两端电压u为电阻r1两端电压u1。有r外3 ，电阻r1中的电流i10.9 a，电阻r1两端电压u1i1r11.8 v，电容器c的电荷量qcucu17.2106 c。且a板带负电，b板带正电。通过电流表的电荷量qqq1.92105 c。答案1.92105 c(1)简化电路时可以把电容器处电路作为断路，简化电路时可以去掉，在求电荷量时在相应位置补上。(2)电路稳定后，与电容器同支路的电阻相当于导线。(3)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quc计算电容器上电荷量的变化。(4)在含容电路中，当电路发生变化时，除了要判断和计算电容器两端的电压外，还必须要判断电容器极板上极性的变化，判断是否出现电容器先放电后反向充电的现象。变式训练2(2012合肥质检)如图7214所示，电源电动势为4 v，内阻为1 ，电阻r13 ，r2r34 ，电流表的内阻不计，闭合s，电路达到稳定状态后，电容器两极板间电压为()图7214a0b2.3 vc3 v d3.2 v解析：选c由于电流表的内阻不计，故电阻r2、r3被短路，根据闭合电路欧姆定律可得i，解得i1 a，故电容器两极板间电压为uir13 v，c正确。开“芯”技法图象法巧解非线性元件问题由于非线性元件(如二极管、热敏电阻、实际灯泡)的伏安特性曲线不是直线，在不同电压(电流)下呈现的阻值不同；在闭合电路中求解非线性元件的电流、电压及消耗的功率的方法如下：(1)交点法求非线性元件工作电压和电流：非线性元件iu图象与电源iu图象交点就是非线性元件的工作点。此点的电压即是该元件的工作电压，又是闭合电路的端电压；此点的电流既是元件的工作电流又是干路电流。(2)斜率法求非线性元件电阻的变化趋势：非线性元件iu图象上某点切线的斜率虽然不是电阻的倒数，但斜率的变化趋势能正确反映非线性元件电阻的变化情况。斜率增大时，电阻减小；斜率减小时，电阻增大。(3)面积法求非线性元件消耗的功率：取非线性元件伏安特性曲线上任意一点(i1、u1)分别向i轴、u轴做垂线，则所得矩形面积大小为元件此刻消耗的功率。示例图7215甲所示为一灯泡两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线。由图可知，两者不成线性关系，这是焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故，参考这条曲线回答下列问题：(不计电流表和电源的内阻)图7215(1)若把三个这样的灯泡串联后，接到电动势为12 v的电源上，求流过灯泡的电流和每个灯泡的电阻。(2)如图乙所示，将两个这样的灯泡并联后再与10 的定值电阻r0串联，接在电动势为8 v的电源上，求通过电流表的电流值以及每个灯泡的实际功率。解析(1)把三个这样的灯泡串联后，每个灯泡得到的实际电压为u实 v4 v，在图甲上可以查到每个灯泡加上4 v实际电压时的工作电流为：i实0.4 a。由此可以求出此时每个灯泡的实际电阻为：r 10 。(2)在图乙所示的混联电路中，设每个灯泡加上的实际电压和实际电流分别为u和i，在这个闭合电路中，有eu2ir0，代入