《闭合电路欧姆定律》 专项

1 闭合电路欧姆定律闭合电路欧姆定律 专项练习专项练习 I 重难点知识精析 重难点知识精析 一 电动势一 电动势 1 电源 把其它形式的能转化为电能的装置 电源的作用 保持两极间有一定电压 供给电路电能 2 电动势 电源的属性 描述电源把其它形式能转化为电能本领的物理量 在数值上 就等于电源没有接入外电路时两极间电压 用符号 表示 单位 伏特 1 电动势由电源自身决定 与外电路无关 不同类型的电源电动势不同 同种类型不同型号电源电动势相同 2 实验 如图 1 所示电路 过程 断开电键 伏特表读数 U 闭合电键 改变滑线变阻器阻值 R 减小 对应伏特表读数 U1 U2 U3 U 为电源电动势 U 大于 U1 U2 U3 且 U1 U2 U3 分析产生原因 电源内电阻存在 且内阻 r 不变 大小由电源自身特点决定 随着 R 变小 电路电流增 大 电源内部电势降落增加 外电路电势降落降低 3 电源的电动势等于内 外电路上的电压之和 4 比较电动势和电压的物理意义 电动势 w q w 表示正电荷从负极移到正极所消耗的化学能 或其它形式能 表示移单位正荷消耗化学能 或其它形式能 反映电源把其它形式能转化为电能的本领 电压 U w q w 表示正电荷在电场力作用下从一点移到另一点所消耗的电能 电压表 示移动单位正电荷消耗的电能 反映把电能转化为其它形式能的本领 二 闭合电路欧姆定律 重点 二 闭合电路欧姆定律 重点 1 闭合电路欧姆定律 U U I Rr 或 IR Ir 都称为闭合电路欧姆定律 式中 若电源是几个电池组成的电池组 应为整个电池组的总电动势 r 为总内 阻 R 为外电路总电阻 I 为电路总电流强度 应注意 U U 和 IR Ir 两式表示电源使电势升高等于内外电路上的电势降 落总和 理解为电源消耗其它形式能使电荷电势升高 IR Ir 理解为在内外电路上电势 降落 2 讨论路端电压 电路总电流随外电路电阻变化而变化的规律 根据 U U U Ir I Rr r 不变 2 R I U U 当 R 时 I 0 U U 0 也称为断路时 R I U U 当 R 0 时 I r 短路电流强度 U 0 U 3 在闭合电路中的能量转化关系 从功率角度讨论能量转化更有实际价值 电源消耗功率 有时也称为电路消耗总功率 P总 I 外电路消耗功率 有时也称为电源输出功率 P出 UI 内电路消耗功率 一定是发热功率 P内 I2r I UI I2r 4 电源输出功率随外电路电阻变化关系 r 为定值 R 为自变量 P出为因变量 P出 UI Rr R Rr 2 2 Rr R 讨论该函数极值可知 R r 时 输出功率 有极大值 P出 2 4r 电源输出功率与外阻关系图象如图 2 所示 R r 时 随 R 增大输出功率 增大 R r 输出功率最大 R r 时 随 R 增大 输出功率减小 解题要点解题要点 例一 在闭合电路中 A 电流总是由高电势流向低电势 B 电流强度越大 电源输出功率越大 C 输出功率越大 电源效率越高 D 电源输出电压越大 电源效率越高 解 解 在闭合电路中 外电路正电荷在电场力作用下由高电势流向低电势 而内电路则 是非电场力 电荷由低电势流向高电势 A 选项不正确 电源输出功率最大的条件是外电 阻等于内电阻 此时是电压与电流乘积最大 在 R r 的条件下 R 越小 电流越大 输出 功率越大 在 R r 时 R 越小 电流强度越大 而输出功率越小 B 选项错误 电源输出 功率为有用功率 电源消耗总功率为总功率 则 22 2 100 100 RRr Rr R Rr 输出功率最大时 R r 效率只有 50 R r 时 效率接近 100 而输出功率很小 C 选项错误 当外电阻 R 越大时 输出电压越大 电路效率越高 D 选项正确 例二 关于电源和直流电路的性质 下列说法正确的是 A 电源短路时 电路电流为无穷大 B 电源短路时 路端电压为零 外电阻无穷大 C 外电路断路时 路端电压为最大 外电阻为零 D 外电路总电阻值增大时 路端电压也增大 解 解 电源短路 即外电路电阻为零 根据全电路欧姆定律 I r r 均为有限值 3 电流强度也是有限值 不是无穷大 因为 r 很小 I 较大 选项 A 是错的 外电路电阻无 穷大是错的 选项 B 是错的 外电路断路时 路端电压最大是正确的 但外电阻为零是错 误的 选项 C 是错误的 外电路总电阻增大 电路电流强度减小 根据 U Ir I 减小 Ir 减小 不变 U 增大 选项 D 是正确的 例三 在图 4 电路中 当滑动变阻器滑动键 P 向下移动时 则 A A 灯变亮 B 灯变亮 C 灯变亮 B A 灯变亮 B 灯变亮 C 灯变暗 C A 灯变亮 B 灯变暗 C 灯变暗 D A 灯变亮 B 灯变暗 C 灯变亮 解 解 滑动键 P 向下移动 变阻器电阻减小 外电路总电阻减小 根据 I Rr 电路电流强度增大 灯 A 两端电压 UA增大 而变亮 根据 U Ir 路 端电压变小 U UA UB 所以 UB减小 灯 B 电阻不变 所以灯 B 电流强度 IB减小 灯 B 变暗 电路电流强度 I IB IC因为 I 增大 IB减小 所以 IC增大 灯 C 应变亮 选项 D 是 正确的 例四 图 5 为两个不同闭合电路中两个不同电源的 I U 图象 则下述说法正确的是 A A 电动势 1 2 发生短路时的电流强度 I1 I2 B 电动势 1 2 内阻 r1 r2 C 电动势 1 2 内阻 r1 r2 D 当两个电源工作电流变量相同时 电源 2 的路端电 压变化较大 解 解 闭合电路的 I U 图线 I 是电路的总电流强度 U 是路端电压 图象上图线与 U 轴交点物理意义是电路电流强度为零 属断路 路端电压即电源电动势 图线与 I 轴交点 的物理意义是路端电压为零 属电源短路 交点坐标值即为短路电流 I r 即 r I 可见图线的斜率的绝对值为电源的内电阻 从坐标中看出图线 1 2 与 U 轴交于一点表明 电动势 1 2 图线 1 斜率比图线 2 斜率小 表明 r1 r2 图线 1 与 I 轴交点坐标大于图 线 2 与 I 轴交点坐标 表明 I1 I2 可见选项 A C 正确 两个电源电动势相等 内阻 r1 r2 当电流变化量 I1 I2时 I1r1 I2r2 即电源 1 内电压变化量小于电源 2 内电 压变化量 所以电源 2 路端电压变化量大 D 选项正确 答案为 A C D 例五 在图 6 所示电路中 R1 10 R2 60 R3 30 电源内阻与电表内阻均不计 当 K1 K2都断开或都闭合时 电流表的读数相同 求电阻 R4的阻值 解 解 K1 K2都断开时 电路为 R1 R3 R4串联 电流 I1 R1 R3 R4 K1 K2都闭合时 电路为 R1 R2并联后与 R3串联 电流表示数 I2 R R RR R R RR R R RR RR R 12 12 3 2 12 2 121323 4 根据题意 I1 I2 则 RRR R R RR RR R 134 2 121323 解方程 R R R R 4 13 2 1030 60 5 答 电阻 R4的阻值为 5 本题的特点是电路是变化的 解答此类问题时关键是 电路要清楚 然后根据电路特点处理问题 例六 在图 7 的电路中 若 R1 4 R3 6 电池内阻 r 0 6 则电源产生总功率为 40W 而输出功率为 37 6W 求电源电动势和电阻 R2 解 解 根据题目给出条件可知 电源内电路发热功率 I2r 40 37 6 2 4W 电路电流强度 I 24 06 2A 电源产生总功率 I 40 20V 外电路总电阻 R R R RR RRR 13 13 222 46 46 24 根据闭合电路欧姆定律 IR Ir 2 2 4 R2 2 0 6 20 解得 R2 7 II 综合能力提升训练综合能力提升训练 1 如图所示 R 为定值电阻 为侍测电阻 电压 U 为一定值 用一只伏特表分别Rx 测量 R 和上的电压 示数分别为和 发现 U 则关于阻值的下列说RxU1U2U1U2Rx 法中 正确的是 A 精确等于 B 近似等于 U U R 2 1 U U R 2 1 C 当伏特表内阻比 R 都大的多时才近似等于RVRx U U R 2 1 D 因伏特表的内阻未知 上述说法都不正确 2 如图所示电路中 电源电动势为 r 小于外电路的总电阻 当变阻器 R 的滑片位于中点时 A B C 三个小灯泡均正常 发光 且亮度相同 则 A 三个小灯泡中 C 灯电阻最大 B 灯电阻最小 B 当滑片 P 向左移动时 A C 两灯变亮 B 灯变暗 C 当滑片 P 向左移动时 B C 灯变亮 A 灯变暗 D 当滑片 P 向左移动时 电源输出的电功率减小 5 3 如图所示电路中 定值电阻与滑动变阻器的总电阻之比为 当RRR 12 235 变阻器的滑动片 P 由 a 端滑到 b 端的过程中 伏特表的示数变化情况是 4 如图所示电路中 电源电动势为 内电阻为 r R1 R2 R3 R4为四个可变电阻 要使电容器 C1 C2所 带的电量都减小 则可以 A 增大 R1 B 增大 R4 C 减小 R2 D 减小 R3 5 如图所示 电灯 L 标有 4V 1W 滑动变阻器 R 总电 阻为 50 欧 当滑片 P 滑至某位置时 L 恰好正常发光 此时 安培表示数为 0 45 安 由于外电路发生故障 电灯 L 突然熄 灭 此时安培表示数变为 0 5 安 伏特表示数变为 10 伏 若 导线完好 电路中各处接触良好 试问 1 发生故障是短路还是断路 发生在何处 2 发生故障前 滑动变阻器接入电路的阻值为多少 3 电源电动势和内电阻分别为多大 III 高考链接 高考链接 1 如图 2 45 电路 a b c 分别表示电流表或电压表 电表都是理想的 则下列各组 电表示数中可能的是 D A a 1A b 2V c 0 5A B a 2V b 0 5A c 1A C a 0 5A b 1A c 2V D a 2V b 1A c 0 5A 2 如图 2 46 所示 抛物线 C1 C2分别是纯电阻直流电路 中 内 外电路消耗的电功率随电流变化的图线 由该图可知 下列说法中错误的是 C A 电源的电动势为 4V B 电源的内电阻为 1 C 电源输出功率最大值为 8W D 电源被短路时 电源消耗的最大功率可达 16W 参考答案参考答案 图 2 45 图 2 46 6 1 正确选项为 A 2 正确选项 A B D 分析与解 分析与解 将原题图改画成易观察电路连接形式图 依题意 三个灯泡均正常发光 且亮度相同由和 可直接得出 C 灯电阻最大 再由 U R U R U R C C A A B B 222 UUU CAB 和 有 于是有I RI R BBAA 22 II BA RR BA 依题意 滑片未滑动前 有 根RRR CAB rR 总 据图 此时电路工作在图中 r 的右侧 滑片 P 左PR 移 增大 则电源输出功率减小 由于外电路总电阻增R总 大 则电源的路端电压增大 由 C 灯变亮 由P U R C C 2 于减小 增大 由 减小 由 B 灯变暗 由于路端I总ICIII BC 总 IBPI R BBB 2 电压 U 变大 RB不变 变阻器与 A 灯并联的阻值增大 则其分配电压变大 由 P U R A A A 2 增大即 A 灯变亮 PA 3 伏特表示数先增大后减小 分析与解 分析与解 设为 为 R 为 当滑片 P 在任一位置时 设 aP 电阻R12 0 RR23 0 R5 0 R 为 x Pb 为 x 电路是与 x 串联 与 x 串联 两个支路再并联 根据5 0 RR15 0 RR2 若 R 增大 则 U 增大 R 减小 则 U 减小 则本题转化为判断UIr r R 1 的变化情况 R并 R Rx RRx RxRRx RxRx R 并 210 210 00 0 5 5 37 10 214 10 2544 10 252 10 0 2 0 2 0 0 2 00 2 0 0 2 0 2 0 RR xx R RxR xR R RxR R 当时 有最大值 当 即 P 在 a 点时 xR 2 0 R并RR 并 25 0 x 0 7 当即 P 在 b 点时 说明 P 从 a 向 b 滑动过程中 总电 RR 并 21 0 xR 5 0 RR 并 16 0 阻先增大后减速小 路端电压先增大后减小 伏特表示数亦先增大后减小 4 正确选项为 A C 分析与解 分析与解 依电路图分析 电容器 C1两端电压即电阻 R2两端电压 电容器 C2两端电 压即电阻 R2 R3两端的电压 由 要使电容器 C1和 C2所带电量都减小 需降低QCU 电容器两端的电压 若增大 R1 根据 则 I 减小 则 减小 I RRRr 123 UUIR CR 12 2 UC 1 亦减小 此办法可行 UUI RRU CRC 2232 23 若减小 R2 由 I 增大 路端电压 U 减小 因为 I RRRr 123 UIR R11 增大 则减小 又由 故增大 UR 1 UUU RR 231 UR 23 UIR R33 UR 3 可判断减小 所以 均减小 UUU RRR 2233 UR 2 UR CR 12 UU CR 223 5 1 故障发生在灯泡 L 处 是断路 2 20 欧 3 伏 欧 125 r 5 分析与解 分析与解 1 电路发生故障后 安培表示数增大 路端电压也增UUI R 222 大 因此一定是外电路总电阻增大所致 一定是在外电路某处发生断路故障 由于安培表 有示数