2019版高考物理大一轮优选第八章　恒定电流 第23讲

恒定电流 第八章 第23讲电路闭合电路的欧姆定律 栏目导航 1 串 并联电路的特点 1 特点对比 I1 I2 In I1 I2 In U1 U2 Un U1 U2 Un R1 R2 Rn 2 几个常用的推论 串联电路的总电阻 其中任一部分电路的总电阻 并联电路的总电阻 其中任一支路的总电阻 且小于其中最小的电阻 无论电阻怎样连接 每一段电路的总的消耗电功率P总是等于各个电阻消耗电功率之和 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 大于 小于 把其他形式的能转化成电势能 正比 反比 Ir 增大 E 1 判断正误 1 电动势为矢量 其方向由电源负极指向正极 2 电源的重要参数是电动势和内阻 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 闭合电路中电流越大 路端电压越大 4 在闭合电路中 外电阻越大 电源的输出功率越大 5 电路中某电阻大 该电阻的功率不一定大 6 电源的输出功率越大 电源的效率越高 2 多选 一个T形电路如图所示 电路中的电阻R1 10 R2 120 R3 40 另有一测试电源 电动势为100V 内阻忽略不计 则 A 当cd端短路时 a b之间的等效电阻是40 B 当ab端短路时 c d之间的等效电阻是40 C 当ab两端接通测试电源时 cd两端的电压为80VD 当cd两端接通测试电源时 ab两端的电压为80V AC 3 2013年12月2日 我国嫦娥三号探月卫星在西昌卫星发射中心发射 嫦娥三号卫星的太阳能电池依靠光伏效应设计 可将太阳能转化为电能并储存起来 已知太阳能电池板的开路电压为800mV 短路电流为40mA 现将该电池板与一阻值为20 的电阻器连成一闭合电路 下列说法不正确的是 A 电池板的电动势为800mVB 电池板的内电阻为20 C 闭合电路的路端电压为800mVD 闭合电路的路端电压为400mV C 一闭合电路的功率及效率问题 3 变化电阻的功率的最大值利用等效思想 把除变化电阻之外的其他的定值电阻等效成电源的内阻r 则变化电阻的功率即为等效以后的电源的输出功率 即当R变 r 时 P变有最大值 答案 1 10 1 6W 2 05 12W80 3 不能理由见解析 二电路的动态分析 3 极限法对于因滑动变阻器的滑片滑动引起电路变化的问题 可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论 此时要注意是否出现极值情况 即变化是否是单调变化 4 特殊值法对于某些电路问题 可以代入特殊值进行判定 从而得出结论 例2 2018 东北育才模拟 如图所示电路中 电源电动势为E 电源内阻为r 串联的固定电阻为R2 滑动变阻器的总电阻为R1 电阻大小关系为R1 R2 r 则在滑动触头P从a端移动到b端的过程中 下列描述中正确的是 A 电路中的总电流先增大后减小B 电路的路端电压先增大后减小C 电源的输出功率先增大后减小D 滑动变阻器R1上消耗的功率先减小后增大 B 解析由图可知滑动触头两侧的电阻为并联关系 P滑到ab中点时并联电阻最大 所以滑动过程中 滑动变阻器接入电路的电阻先增大后减小 故电路的总电阻先增大后减小 电路中的总电流先减小后增大 选项A错误 由于外电路总电阻先增大后减小 故路端电压先增大后减小 选项B正确 当R外 r时 电源的输出功率最大 设R1两部分的并联总阻值为R 1 R 1 R2先增大后减小且一直大于r 故电源的输出功率先减小后增大 选项C错误 把R2视为电源内阻 R 1先增大后减小且一直小于R2 r 故滑动变阻器R1上消耗的功率先增大后减小 选项D错误 1 电容器的简化处理 简化电路时可以把电容器所处电路作为断路 简化电路时可以去掉 求电荷量时在相应位置再补上 2 电阻的简化处理 电路稳定后 与电容器同支路的电阻是一个等势体 相当于导线 3 电荷变化量的计算 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 Q C U计算电容器上电荷量的变化 三含电容器电路的分析 例3 2017 重庆诊断 多选 如图所示 C1 6 F C2 3 F R1 3 R2 6 电源电动势E 18V 内阻不计 下列说法正确的是 A 开关S断开时 a b两点电势相等B 开关S闭合后 a b两点间的电流是2AC 开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量大D 不论开关S断开还是闭合 C1带的电荷量总比C2带的电荷量大 BC 四两种U I图线的比较及应用 例4 2017 上海徐汇模拟 图甲为某元件的U I特性曲线 把它连成图乙所示电路 已知电源电动势E 5V 内阻r 1 0 定值电阻R0 4 闭合电键S后 求 1 该元件的电功率 2 电源的输出功率 解析设非线性元件的电压为U 电流为I 由欧姆定律得U E I R0 r 代入数据得U 5 5I 画出U E Ir 5 5I图线 如图所示 两图线交点坐标为 0 4A 3 0V 1 该元件的电功率PR UI 3 0 0 4W 1 2W 2 电源的输出功率P PR0 PR I2R0 PR 0 42 4W 1 2W 1 84W 答案 1 1 2W 2 1 84W 分析U I图象的一般思路 1 明确纵 横坐标的物理意义 2 明确图象的截距 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 1 故障特点 断路特点 表现为路端电压不为零而电流为零 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用电器或电阻两端电压为零 五电路故障的分析与判断 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 在运用电流表检测时 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 在运用欧姆表检测时 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 例5 2017 吉林长春诊断 如下图是某同学连接的实验实物图 L1 L2灯都不亮 他采用下列两种方法进行故障检查 1 应用多用电表的直流挡进行检查 选择开关置于10V挡 该同学测试结果如表1所示 在测试a b间直流电压时 红表笔应接触 选填 a 或 b 根据测试结果 可判定故障是 A 灯L1短路B 灯L2短路C cd段断路D df段断路 a D 2 多选 将开关断开 再选择欧姆挡测试 测量结果如表2所示 那么检查出的故障是 A 灯L1断路B 灯L2短路C 灯L1 L2都断路D d e间导线断路 BD 解析 1 应用多用电表判断电路故障 首先要正确使用多用电表 对多用电表而言 电流应从红表笔流入该表内 由题图能看出a点电势高于b点电势 可知红表笔应接触a 由表1条件可知 d f间有示数 则d c a 干电池 b f间无断路 故d f段断路 选项D正确 若灯L1短路或灯L2短路 不会造成L1 L2灯都不亮 选项A B错误 若cd段断路 则d f间不会有示数 选项C错误 2 由表2可知 c d间有一定的电阻但不是很大 灯L1既不短路也不断路 选项A C错误 d e间存在很大电阻 表明d e间导线断路 选项D正确 e f间电阻为零 则灯L2短路 选项B正确 1 如图所示 C为两极板水平放置的平行板电容器 闭合开关S 当滑动变阻器R1 R2的滑片处于各自的中点位置时 悬在电容器C两极板间的带电尘埃P恰好处于静止状态 要使尘埃P向下加速运动 下列方法中可行的是 A 将R1的滑片向左移动B 将R2的滑片向左移动C 将R2的滑片向右移动D 将闭合的开关S断开 B 解析尘埃P受到重力和电场力而平衡 要使尘埃P向下加速 就要减小电场力 故要减小电容器两端的电压 电路稳定时 滑动变阻器R1无电流通过 两端电压为0 故改变R1的电阻值无效果 故选项A错误 变阻器R2处于分压状态 电容器两端电压等于变阻器R2左半段的电压 故要减小变阻器R2左半段的电阻值 变阻器R2滑片应该向左移动 故选项B正确 C错误 将闭合的开关S断开 电容器两端电压增大到等于电源电动势 故P向上加速 选项D错误 ACD 3 如图所示 电灯L1 L2原来都正常发光 在两灯突然熄灭后 用电压表测得c d间电压比灯泡正常发光时的电压增高 故障可能是 假设电路中仅有一处故障 A a c间断路B c d间断路C b d间断路D b d间短路解析因电路中L1 L2 R及电源串联 电路中只有一处故障且两灯不亮 故电路中必是断路 选项D错误 电路中无电流 但c d间电压升高 是因为c d间断路 c d两点分别与电源正 负极等电势 故选项B正确 A C错误 B 例1 2016 贵州贵阳诊断 6分 图中电源的电动势为6V 内阻为1 R1为2 R2全阻值为3 闭合开关 下列说法中错误的是 A 当R2为1 时 R1消耗的功率最大B 通过改变R2的阻值 路端电压的最大值为5V 最小值为4VC R2的阻值越小 R1消耗的功率越大D 当R2的阻值为3 时 R2消耗的功率最大 答题送检 来自阅卷名师报告 答案 A 1 功率为10W的发光二极管 LED灯 的亮度与功率为60W的白炽灯相当 根据国家节能战略 2016年前普通白炽灯应被淘汰 假设每户家庭有2个60W的白炽灯 均用10W的LED灯替代 估算出全