（江苏专用）2020版高考物理总复习第七章恒定电流第2讲闭合电路欧姆定律教案.docx

第2讲闭合电路欧姆定律知识排查电动势和内阻1.电动势(1)定义：电源在内部移动电荷过程中，非静电力对电荷做的功与移动电荷的电荷量的比值。(2)定义式：E，单位为伏特，符号为V。(3)大小：电动势在数值上等于在电源内部非静电力把1 C正电荷从负极移送到正极所做的功。2.内阻：电源内部导体的电阻。闭合电路的欧姆定律1.闭合电路的欧姆定律(1)内容：闭合电路里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)；EU外Ir(适用于所有电路)。2.路端电压与外电阻的关系一般情况UIRR，当R增大时，U增大特殊情况(1)当外电路断路时，I0，UE(2)当外电路短路时，I短，U0小题速练1.思考判断(1)电动势的大小反映了电源把电能转化为其他形式的能的本领强弱。()(2)电动势由电源中非静电力的特性决定，与电源的体积无关，与外电路无关。()(3)电动势等于电源的路端电压。()(4)闭合电路中外电阻越大，路端电压越大。()(5)在闭合电路中，外电阻越大，电源的输出功率越大。()(6)电源的输出功率越大，电源的效率越高。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.人教选修31P63第1题一个电源接8 电阻时，通过电源的电流为0.15 A，接13 电阻时，通过电源的电流为0.10 A，则电源的电动势和内阻分别为()A.2 V1.5 B.1.5 V2 C.2 V2 D.1.5 V1.5 解析由闭合电路欧姆定律得EI1(R1r)EI2(R2r)代入数据联立得r2 ，E1.5 V。答案B3.人教版选修31P63第3题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。则这块电池板的内阻()A.2 B.20 C.200 D.2 000 答案 B闭合电路的动态变化分析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1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。图12.电路动态分析的常用“两法”(1)程序判断法：遵循“局部整体部分”的思路，按以下步骤分析：(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。【例1】(2018扬州中学模拟)如图2所示电路中，电源的电动势为E，内阻为r，各电阻阻值如图所示，S闭合后，当滑动变阻器的滑动触头P从a端滑到b端的过程中，下列说法正确的是()图2A.电压表的读数U先减小，后增大B.电流表的读数I先增大，后减小C.电压表读数U与电流表读数I的比值不变D.电压表读数的变化量U与电流表读数的变化量I的比值不变解析滑动触头P位于a端和b端时外电路总电阻均为R，P位于ab的中点时外电路总电阻为RRR，所以当滑动变阻器的滑动触头P从a端滑到b端的过程中，总电阻先增大后减小，电源的电动势和内阻不变，根据闭合电路欧姆定律，总电流先减小后增大，则内电压先减小后增大，外电压先增大后减小，即有电压表的读数U先增大后减小，电流表的读数I先减小后增大，故A、B项错误；电压表读数U与电流表读数I的比值表示外电阻，外电阻先增大后减小，故C项错误；因为内、外电压之和不变，所以外电压的变化量的绝对值和内电压变化量的绝对值相等，所以r不变，故D项正确。答案D闭合电路的功率及效率问题电源总功率任意电路：P总EIP出P内纯电阻电路：P总I2(Rr)电源内部消耗的功率P内I2rP总P出电源的输出功率任意电路：P出UIP总P内纯电阻电路：P出I2RP出与外电阻R的关系电源的效率任意电路：100%100%纯电阻电路：100%【例2】(2018淮阴中学模拟)(多选)如图3所示，用甲、乙、丙三个电动势E相同而内电阻r不同的电源，分别给定值电阻R供电。已知甲、乙、丙三个电源内阻的大小关系为r甲r乙r丙，且r乙R，则对比将R先后接在这三个电源上的情况，下列说法中正确的是()图3A.接在甲电源上时，电源总功率最大B.接在乙电源上时，电源输出功率最大C.接在丙电源上时，电源输出功率最大，且电源效率最高D.若R2r甲r丙，则接在甲、丙电源上时，两电源内电阻的热功率相等解析三个电源的电动势E相同，而电阻r甲Rr乙r丙，根据闭合电路欧姆定律得I，R接在电源上时，电源的总功率为P总，则丙电源的总功率最大，A错误；电源的输出功率P出I2RR，电源的效率100%100%，r丙最小，故接在丙电源上时，电源的输出功率最大，电源效率最高，B错误，C正确；电源的内电阻消耗的功率为P内I2rr，将R2r甲r丙，代入得P内甲P内丙，D正确。答案CD电路两类图象问题的分析与计算两种图象的比较电源UI图象电阻UI图象图形物理意义电源的路端电压随电路电流的变化关系电阻中的电流随电阻两端电压的变化关系截距与纵轴交点表示电源电动势E，与横轴交点表示电源短路电流过坐标原点，表示没有电压时电流为零坐标U、I的乘积表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率 坐标U、I的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，表示此电阻的大小斜率(绝对值)电源内阻r电阻大小【例3】(2019江苏苏州市高三第一次模拟)(多选)硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点。如图4所示，图线a是该电池在某光照强度下路端电压U随电流I变化的关系图象(电池电动势不变，内阻不是定值)，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，下列说法中正确的是()图4A.硅光电池的内阻为8 B.硅光电池的总功率为0.4 WC.硅光电池的内阻消耗的热功率为0.32 WD.若将R换成阻值更大的电阻，硅光电池的输出功率增大解析由图可知该电池的电源电动势为3.6 V，由U内URE可知内电压为1.6 V，硅光电池的内阻为r 8 ，故A项正确；硅光电池的总功率为P总EI3.60.2 W0.72 W，故B项错误；硅光电池的内阻消耗的热功率为P热I2r0.228 W0.32 W，故C项正确；若将R换成阻值更大的电阻，电路中电阻两端的电压变大，但电流变小，硅光电池的输出功率不一定增大，故D项错误。答案AC含容电路问题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。3.电容器的电荷量及变化(1)利用QCU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】(2018镇江市高三第一次模拟)如图5所示，电路中R1、R2均为可变电阻，电源内阻不能忽略，平行板电容器C的极板水平放置。闭合开关S，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两板之间静止不动。则下列操作能使油滴向上运动的是()图5A.增大R1的阻值 B.增大R2的阻值C.增大两板间的距离 D.断开开关S解析开始时油滴静止，则重力与电场力相互平衡，电场力向上；增大R1的阻值，则路端电压增大，电容器两端电压增大，板间场强增大，故电场力增大，油滴将向上运动，故A项正确；R2与电容器串联，视为导线，故对电容器的电压没有影响，油滴不动，故B项错误；增大两板间距离时，电压不变，d变大，故电场强度减小，因此油滴将向下运动，故C项错误；断开开关S后，电容器将通过回路放电，两板间场强减小，油滴向下运动，选项D错误。答案A分析电容器带电荷量的变化要注意以下两点(1)把电容器当成断路简化电路图，按照电路动态分析的基本方法来分析各部分电路电压与电流的变化。(2)电路稳定时，找到与电容器并联的电阻，而电容器的电压等于与之并联的电阻两端的电压。科学思维的培养电路故障问题分析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它两端电压为零。2.检查方法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。在使用电流表检测时，一定要注意电流表的极性和量程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。在使用欧姆表检测时，电路一定要切断电源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】(2018江阴模拟)在如图6所示的电路中，开关闭合后，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()图6A.R1短路 B.R2断路 C.R3短路 D.R4断路解析R1短路，外电路总电阻减小，并联部分电压增大，A、B灯变亮，故A项错误；R2断路，A灯不亮，故B项错误；R3短路，外电路总电阻减小，则并联部分电压减小，所以A灯变暗，通过A灯电流减小，通过B灯电流增大，所以B灯变亮，故C项正确；R4断路，外电路总电阻变大，并联部分电压增大，A灯变亮，故D项错误。答案 C1.(2018江苏省丰县中学第三次月考)将一电源电动势为E，内电阻为r的电池与外电路连接，构成一个闭合电路，用R表示外电路电阻，I表示电路的总电流，下列说法正确的是()A.由U外IR可知，外电压随I的增大而增大B.由U内Ir可知，电源两端的电压随I的增大而增大C.由UEIr可知，电源输出电压随输出电流I的增大而减小D.由PIU可知，电源的输出功率P随输出电流I的增大而增大解析由全电路欧姆定律可知，U外EIr，则电源输出电压随输出电流I的增大而减小，故选项C正确；在A选项中，U外IR可知，外电压与电流和电阻两个因素有关，故不能说电流增大，外电压就增大，其实电流增大是通过外电阻减小实现的，故选项A错误；B选项中，电源两端的电压也是指的路端电压，它也是随外电阻R的增大而增大，而不是随电流的增大而增大，选项B错误；D选项中，由PIU外可知，电源的输出功率P与输出电流I和电压有关，故不能说只通过输出电流就判断其大小，选项D错误。答案C2.(2019江苏淮海中学月考)如图7所示，电源A的电压为6 V，电源B的电压为8 V，电容器的电容为200 pF，当开关S合向A，稳定后再合向B，再次达到稳定，则在这个过程中通过电流计的电荷量为()图7A.4109 C B.1.2109 CC.1.6109 C D.2.8109 C解析开关S合向A稳定时，电容器的电压为U16 V，电荷量为Q1CU1210106 C1.2109 C。开关S合向B稳定时，电容器的电压为U28 V，电荷量为Q2CU2210108 C1.6109 C。故通过电流计的电荷量为QQ1Q22.8109 C。答案D3.(2018江苏单科，8)(多选)如图8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()图8A.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解析充电时，通过R的电流逐渐减小，选项A错误；若R增大，充电的最大电流减小，充电时间变长，选项B正确；若C增大，电容器充满电后带的电荷量增多，则闪光灯闪光一次通过的电荷量增大，选项C正确；若E减小为85 V，电容器充满电后电压仍然大于闪光灯导通需要的电压，所以闪光灯闪光一次通过的电荷量不变，选项D正确。答案BCD4.(2018江苏南京、盐城高三第二次模拟)(多选)光敏电阻是用硫化镉或硒化镉等半导体材料制成的特殊电阻器，其电阻值会随光照强度的增大而减小，光敏电阻的这种特殊性能，在科技生活中得到广泛应用。某应用电路如图9所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时()图9A.电压表的示数增大 B.R2中电流减小C.小灯泡的功率增大 D.R3的功率增大解析光照强度增大时，R3电阻减小，电路总电阻减小，干路电流增大，R1的电压和内阻电压增大，电压表的示数增大，故A项正确；根据闭合电路欧姆定律EUrU1U2，U2减小，根据I2，R2中电流减小，故B项正确；流过灯泡的电流增大，根据PLI2RL，小灯泡的功率增大，故C项正确；流过R3的电流增大，电压减小，功率的变化无法确定，故D项错误。答案ABC活页作业(时间：30分钟)一、单项选择题1.(2019启东中学高三期末)下列关于电源电动势的说法，正确的是()A.电路中每通过2 C的电荷量，电池提供的电能是4 J，那么这个电池的电动势是0.5 VB.电源的路端电压增大时，其电源电动势一定也增大C.无论内电压和外电压如何变化，其电源电动势不变D.电源的电动势越大，电源所能提供的电能就越多解析电路中通过q2 C的电荷量，电池提供的电能W4 J，根据电动势的定义式E得电动势E2 V，A项错误；电动势表征电源本身的特性，与外电路无关，当电源的路端电压增大时，其电源电动势不变，B项错误，C项正确；电动势越大，电源将其他形式的能转化为电能的本领就越大，不能说电源所能提供的电能就越多，D项错误。答案C2.(2018常州检测)如图1所示，a、b、c、d、e是五个相同的电阻，如果将电压逐渐升高，则最先烧坏的电阻应是()图1A.a和b B.cC.d D.e解析由题图可知，a和b并联后与e串联，最后跟c和d的串联电路并联，设电阻都为R，则c和d的电压都为，a和b并联电阻为，所以a和b的电压都为，e的电压为，所以e的电压最大，所以随着电压U升高时，最先烧坏的电阻应是e。答案D3.(2019高邮市校级段考)如图2所示的电路中，R1R22 k，电压表的内阻为6 k，电压表的内阻为3 k。AB间的电压U保持不变。当开关S闭合后，它们的示数变化是()图2A.表的示数变大，表的示数变小B.表的示数变小，表的示数变大C.、表的示数均变小D.、表的示数均变大解析S断开时，两电阻串联，两电压表串联，然后两条支路并联，根据串联电路中电压与电阻成正比，可得，的示数为UUU，的示数为UUU；当S闭合时，相当于与R1并联，R2与并联，然后再串联，与R1并联后的总电阻为 k1.5 k；R2与并联后的总电阻为 k1.2 k，可得，电压之比为54，故的示数为U，的示数为U，因此的示数变小，的示数变大，B项正确。答案B4.(2019江苏丰县中学高三月考)如图3所示，电源电动势为E，内阻为r，不计电压表和电流表内阻对电路的影响，当开关闭合后，两小灯泡均能发光。在将滑动变阻器的滑片逐渐向右滑动的过程中，下列说法正确的是()图3A.小灯泡L1、L2均变暗B.小灯泡L1变暗，小灯泡L2变亮C.电流表A的读数变大，电压表V的读数变小D.电流表A的读数变小，电压表V的读数变大解析将滑动变阻器的滑片逐渐向右滑动的过程中，变阻器接入电路的电阻增大，并联部分的电阻增大，外电路总电阻增大，干路电流减小，则L2灯变暗，电流表读数变小。电源的内电压减小，则路端电压增大，电压表读数变大。根据串联电路分压特点可知，并联部分电压增大，则L1灯变亮。故D正确。答案D5.(2018江苏南通高三第一次调研)如图4所示，电源电动势E12 V，内阻r1.0 ，电阻R14.0 ，R27.5 ，R35.0 ，电容器的电容C10 F，闭合开关S，电路达到稳定后电容器的电荷量为()图4A.4.5105 C B.6.0105 CC.7.5105 C D.1.2104 C解析闭合开关S，R1和R3串联，电容器的电压等于R3的电压，为UE12 V6.0 V，电容器上所带的电荷量 QCU101066.0 C6.0105 C，故选项B正确。答案B6.(2017江苏省南通市、泰州市高三第一次模拟考试)如图5所示的电路，R1是定值电阻，R2是滑动变阻器，L是小灯泡，C是电容器，电源内阻为r。开关S闭合后，在滑动变阻器触头向上移动过程中()图5A.小灯泡变亮 B.电容器所带电荷量增大C.电压表示数变小 D.电源的总功率变大解析触头向上移动时，滑动变阻器接入电路中电阻变大，总电阻变大，电路中电流变小，小灯泡变暗，选项A错误；电流变小，内电压变小，路端电压变大，电压表示数变大，选项C错误；路端电压变大，小灯泡两端电压变小，滑动变阻器两端电压变大，电容器所带电荷量变大，选项B正确；电路中电流变小，根据PEI得出电源的总功率变小，选项D错误。答案B7.(2018南通市三模)某温控电路的原理图如图6所示，RM是负温度系数半导体热敏电阻，R是滑动变阻器，某种仪器要求在1527 的环境中工作。当环境温度偏高或偏低时，控制器会自动启动降温或升温设备。下列说法中正确的是()图6A.环境温度降低，RM的阻值减小B.环境温度升高，Uab变大C.滑片P向下移动时，Uab变大D.调节滑片P能改变升温和降温设备启动时的临界温度解析RM是负温度系数半导体热敏电阻，环境温度降低时，RM的阻值增大，故A项错误；环境温度升高时，RM的阻值减小，根据串联电路中电压与电阻成正比，可知Uab变小，故B项错误；滑片P向下移动时，R增大，总电流减小，则Uab变小，故C项错误；调节滑片P时，可改变Uab，从而改变升温和降温设备启动时的临界温度，故D项正确。答案D8.(2018江苏省苏锡常镇高三第三次模拟考试)如图7所示，电源为恒流电源(能始终提供恒定的电流)，R0为定值电阻，电流表和电压表均为理想电表。移动滑动变阻器R的滑片，则下列电压表示数U和电路总功率P随电流表示数I变化的关系图线中正确的是()图7解析设恒流源的电流为I0，则流过定值电阻R0的电流为I0I，所以电压表的示数U(I0I)R0I0R0R0I，UI的图线为有纵坐标截距、斜率为负的倾斜直线，电路的总功率PUI0IR0I0R0I，PI的图线为有纵坐标截距、斜率为负的倾斜直线，选项D正确，A、B、C错误。答案D二、多项选择题9.如图8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8A.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(如图甲所示)，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，选项A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，等效电源内阻最小(等于r，如图乙所示)，R1获得的电功率最大，故选项B错误，C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，故选项D错误。答案AC10.(2017江苏南京期末)如图9所示，直线OAC为某一直流电源的总功率随电流I变化的图线，抛物线OBC为该电源内部热功率随电流I变化的图线。若A、B对应的横坐标为2 A。则下列判断正确的是()