电路、电路基本规律

第 2 讲 电路 电路的基本规律 知识点 1 电阻的串联 并联 电阻的串 并联的比较 串串 联联 并并 联联 电流强度电流强度 I I1 I2 In I I1 I2 In 电电 压压 U U1 U2 Un U U1 U2 Un 电电 阻阻 R R1 R2 Rn 电压分配电压分配 串串 联联 并并 联联 电流分配电流分配 功率分配功率分配 知识点 2 欧姆定律 1 欧姆定律 1 内容 导体中的电流跟导体两端的电压 U 成 跟导体的电阻 R 成 2 公式 I 3 适用条件 金属导体和 导电 电路 2 元件的分类 1 线性元件 伏安特性曲线为通过坐标原点的 的电学元件 2 非线性元件 伏安特性曲线为 的电学元件 即非线性元件电流与电压 知识点 3 电源的电动势和内阻 1 电动势 1 定义 电动势在数值上等于 把 1 C 的正电荷在电源内部从 移送到 所 做的功 12n 111 RRR 1 2 U U 1 2 R R Un U n R R 2 1 R R 1 2 I I 1 I I 1 R R 1 2 P P 1 2 R R n P P n R R 1 2 P P 2 1 R R 1 P P 1 R R 2 物理意义 反映电源把其他形式的能转化为 的本领大小的物理量 2 内阻 电源内部也是由导体组成的 也有电阻 r 叫做电源的内阻 它是电源的另一个重要参数 知识点 4 闭合电路的欧姆定律 1 闭合电路欧姆定律 1 内容 闭合电路里的电流跟电源的电动势成 跟内 外电阻之和成 2 公式 I 只适用于纯电阻电路 E 适用于所有电路 2 路端电压 与外电阻的关系 一般情况一般情况 当当 R 增大时 增大时 U 特殊情况特殊情况 1 当外电路断路时 当外电路断路时 I 0 U 2 当外电路短路时 当外电路短路时 I短 短 U 0 3 电路的功率和效率 1 电源的功率 P 总 2 电源内部损耗功率 P 内 3 电源的输出功率 P 出 4 电源的效率 100 100 思考辨析 1 电路中电阻越多 总电阻越大 2 电路中某电阻大 该电阻的功率不一定大 3 由 知 R 与 U 成正比 与 I 成反比 4 欧姆定律也适用于气体导电 5 闭合电路中外电阻越大 路端电压越大 6 外电阻越大 电源的输出功率越大 7 电源的输出功率越大 电源的效率越高 考点考点 1 电路的动态分析电路的动态分析 三年三年 4 考考 考点解读 1 特点 断开或闭合开关 滑动变阻器的滑片移动 电阻增大或减小导 致电路电压 电流 功率等的变化 EE UIRR r Rr 1 R P P 总 U E 2 思维流程 典例透析 1 2011 海南高考 如图 E 为内阻不能忽略的电池 R1 R2 R3 为定值电 阻 S0 S 为开关 与 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 A 的读数变大 的读数变小 B 的读数变大 的读数变大 C 的读数变小 的读数变小 D 的读数变小 的读数变大 解题探究 试分析 S 断开后电路的变化 1 总电阻 2 总电流 3 路端电压 解析 选 B 当 S 断开时 外电阻变大 总电流 I 变小 路端电压变大 所以电压表的 示数变大 总电流变小 电阻 R1 上的电压 U1 减小 而路端电压变大 则电阻 R3 上的电 压变大 所以电流表的示数变大 所以 B 项正确 总结提升 电路动态分析的一般步骤 1 明确局部电路变化时所引起的局部电路电阻的变化 2 根据局部电路电阻的变化 确定电路的外电阻 R 外总如何变 化 3 根据闭合电路欧姆定律 确定电路的总电流如何变化 4 由 U 内 I 总 r 确定电源的内电压如何变化 5 由 U E U 内确定路端电压如何变化 6 确定支路两端的电压及通过各支路的电流如何变化 变式训练 2011 北京高考 如图所示电路 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 A 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 解析 选 A 在变阻器 R0 的滑动端向下滑动的过程中 变阻器 R0 的电阻减小 电路总 电阻减小 干路电流增大 内电压增加 路端电压减小 电压表的示数减小 同时 定值 电阻 R1 上的压降也增加 使得定值电阻 R2 两端电压降低 导致电流表的示数减小 所以 A 正确 考点考点 2 电路的功率和效率问题电路的功率和效率问题 三年三年 3 考考 考点解读 电路的功率和效率 E I Rr 总 总 任意电路任意电路 P总 总 EI P出出 P内内 电源总功率电源总功率 纯电阻电路纯电阻电路 P总 总 I2 R r 电源内部电源内部 消耗的功率消耗的功率 P内 内 I2r P总总 P出出 任意电路任意电路 P出 出 UI P总总 P内内 电源的输出功率电源的输出功率 纯电阻电路纯电阻电路 P出 出 I2R P出 出与外电阻 与外电阻 R 的关系的关系 任意电路任意电路 电源的效率电源的效率 纯电阻电路纯电阻电路 典例透析 2 2012 上海高考 直流电路如图所示 在滑动变阻器的滑片 P 向右移动时 电源的 A 总功率一定减小 B 效率一定增大 C 内部损耗功率一定减小 D 输出功率一定先增大后减小 解题探究 1 当外电阻增大时 试分析以下物理量如何 变化 电源总功率 电源的内部损耗功率 电源的效率 2 当外电阻多大时 电源的输出功率最大 2 E Rr 2 2 E R Rr PU 100 100 PE 总 R 100 Rr 提示 当外电阻等于电源的内阻时 输出功率最大 解析 选 A B C 当滑片 P 向右移动时 滑动变阻器连入电路中的有效电阻值变大 使干路中的电流变小 内压变小 故总功率 P 总 EI 减小 选项 A 正确 效率即 增大 选项 B 正确 电源内部损耗的功率 Pr I2r 减小 选项 C 正确 当 R r 时 输出功率最大 由于不知道滑动变阻器原来的阻值与电源的内阻 r 的大小关系 所以不能确定输出功率的 大 小变化情况 选项 D 错误 总结提升 对闭合电路功率的两点新认识 1 闭合电路是一个能量转化系统 电源将其他形式的能转化为 电能 内外电路将电能转化为其他形式的能 EI P 内 P 外就是 能量守恒定律在闭合电路中的体现 2 外电阻的阻值向接近内阻的阻值方向变化时 电源的输出 功率变大 变式训练 2013 深圳模拟 如图所示 电源的电动势为 6 V 内阻是 0 5 小电动机 M 的线圈电阻为 0 5 电阻 R0 3 若理想电压表的示数为 3 V 试求 1 电源的功率和电源的输出功率 2 电动机消耗的功率和电动机输出的机械功率 解析 1 流过电源的电流为 电源的功率 PE EI 6 1 W 6 W 电源内部消耗功率 Pr I2r 12 0 5 W 0 5 W 电源的输出功率 P 出 PE Pr 5 5 W 2 电动机两端电压为 UM E Ir UV 2 5 V 电动机消耗的功率 PM UMI 2 5 W 电动机的热功率为 P I2rM 0 5 W 电动机输出的机械功率为 P 出 PM P 2 W 答案 1 6 W 5 5 W 2 2 5 W 2 考点考点 3 电源电源 U I 图线与电阻图线与电阻 U I 图线图线 三年三年 2 考考 对比分析 考点解读 两种图线的比较 物理意义物理意义 图像上图像上 的特征的特征 电源电源 U I 图像图像 电阻电阻 U I 图像图像 图图 形形 图像表述的物理量图像表述的物理量 变化关系变化关系 电源的路端电压随电路电电源的路端电压随电路电 流的变化关系流的变化关系 电阻中的电流随电阻两端电电阻中的电流随电阻两端电 压的变化关系压的变化关系 物理意义物理意义 图像上图像上 的特征的特征 电源电源 U I 图像图像 电阻电阻 U I 图像图像 图线与坐标轴图线与坐标轴 交点交点 与纵轴交点表示电源电动势与纵轴交点表示电源电动势 E 与横轴交点表示电源短路与横轴交点表示电源短路 电流电流 过坐标轴原点过坐标轴原点 表示没有电压表示没有电压 时电流为零时电流为零 图线上每一点坐标的图线上每一点坐标的 乘积乘积 UI 表示电源的输出功率表示电源的输出功率 表示电阻消耗的功率表示电阻消耗的功率 图线上每一点对应的图线上每一点对应的 U I 比值比值 表示外电阻的大小表示外电阻的大小 不同点不同点 对应的外电阻大小不同对应的外电阻大小不同 每一点对应的比值均等大每一点对应的比值均等大 表表 示此电阻的大小示此电阻的大小 图线的斜率的图线的斜率的 大小大小 内电阻内电阻 r 电阻大小电阻大小 典例透析 3 电源的效率 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 a b 由图可知 a b 的值 分别为 A B C D 解题探究 1 计算电源效率的表达式为 2 图线上 a b 两个状态对应的效率取决于 解析 选 D 电源电动势为 E 电源的效率为 根据图像 可知 所以 故 D 正确 a b 状态的电压 Ua 和 Ub 互动探究 1 对应 a b 状态下 电源的输出功率之比为多少 2 设 a b 状态下外电阻分别为 Ra Rb 电源内电阻为 r 试证明 Ra Rb r2 解析 1 设电源电动势为 E 短路电流为 I0 则状态 a b 对应的电压 电流分别为 E r 3 1 4 4 1 2 3 3 1 1 2 2 2 1 3 3 U E ab 21 33 ab 21 UE UE 33 0 aabb0 I2E2 UE I U II 3333 则输出功率之比为 2 由于 而 所以 得证 答案 1 1 1 2 见解析 总结提升 U I 图像的一般分析思路 1 明确纵 横坐标的物理意义 2 明确图像的截距 斜率及交点的意义 3 找出图线上对应状态的参量或关系式 4 结合相关概念或规律进行分析 计算 双基题组 1 由欧姆定律 导出 U IR 和 下列叙述中正确的是 A 由 知 R U R B 导体的电阻由导体本身的性质决定 跟导体两端的电压及流 过导体的电流的大小无关 C 对于确定的导体 其两端的电压和流过它的电流的比值等于它的电阻值 D 一定的电流流过导体 电阻越大 导体两端的电压越大 2 电源的电动势和内阻都保持一定 在外电路的电阻逐渐变小的过程中 下列说法正确的 A 干路电流一定变小 B 路端电压一定逐渐变小 C 电源内部消耗的电功率一定逐渐变小 D 电源的输出功率一定逐渐变小 3 2013 南京模拟 金属铂的电阻值对温度的高低非常 敏感 图中的 I U 图像中能表示 金属铂电阻情况的是 4 2013 泰州模拟 某同学用如图所示的电路来测量电源的电动势与内电阻 但由于某种原 因 只找到一只不带刻度的电流表 当他把电阻箱的电阻 R 由 2 变为 6 时 电流强度减 小为原来的一半 则他所测定的电源的电动势与内电阻分别为 A 无法测定 4 B 6 V 8 C 12 V 6 D 无法测定 2 aa a bb b PU I1 PU I1 ab ab a0b0 UU2EE R R III2I 0 E r I 22 ab 0 E RR r I U I R U R I U R I 高考题组 5 2011 上海高考 如图所示电路中 闭合电键 S 当滑动