天之骄子高考物理一轮总复习 第7章 恒定电流 第2节 闭合电路欧姆定律课件 新人教版.ppt

2017高三一轮总复习 物理 选修3 1 第七章恒定电流 第二节闭合电路欧姆定律 栏目导航 基础知识整合 热门考点研析 方法技巧归纳 考题随堂演练 基础知识整合 在如图所示电路中 电源电动势e 6v 内阻不计 小灯泡l上标有 6v 0 3a 字样 滑动变阻器r1的阻值范围是0 20 电阻r2上标有 15 4a 电流表的量程为0 0 6a 甲 乙两同学在讨论滑动变阻器功率的取值范围时 甲同学认为 由于电流表允许通过的最大电流为0 6a 所以通过r1的最大电流为0 3a 这时滑动变阻器r1两端的电压为u1m e i1mr2 1 5v 因此滑动变阻器的最大功率为p1m i1mu1m 0 45w 乙同学不同意甲同学的看法 他认为滑动变阻器的功率决定于通过它的电流和它两端的电压的乘积 即p1 i1u1 电流最大时功率未必最大 只有电流 电压的乘积最大时 功率才最大 你认为甲 乙两位同学中 哪位同学的看法正确 如果你认为甲同学正确 请简述他正确的理由 如果你认为乙同学正确 请求出滑动变阻器r1的最大功率p1m 思路引导 1 电源的内阻不计 则r1和r2支路的电压是否变化 受不受灯泡支路的影响 2 外电阻满足什么关系时 电源的输出功率最大 如何把电阻r1消耗的功率看作电源的输出功率 电动势和内阻1 电动势 1 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 大小 数值上等于非静电力移送1c正电荷从电源负极至正极所做的功 3 定义式 e 其中w非表示电源中移送电荷q时非静电力做的功 q是移送的电荷 4 国际单位 符号为v 5 决定因素 由电源本身的特性决定 与电源的体积无关 跟外电路无关 知识点1 电能 伏特 2 电源的其他参数 1 内阻 电源 电路的电阻 电源向外供电时 电源内部也有电流流过 内部电流通过内阻时要产生热量 内部电阻消耗电能 把电能转化为 能 2 容量 电源放电时能输出的 单位是a h或ma h 3 电动势e与电压u的区别及联系 1 电源电动势是表征电源特性的物理量 只与电源有关 与外电路的状况无关 电路中任意两点之间的电压与电源的电动势和电路参数无关 2 电动势的大小反映了电源把 能转化为 能的本领 电压的大小表示静电力在电场中两点之间移动1c正电荷做的功 是把 能转化为 能 3 两者之间的联系 电路断开时 e u 内部 内 总电荷量 其他形式的 其他形式的 电 电 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 外电路的电阻之和成 2 公式 i 只适用于纯电阻电路 e u内 u外 适用于任何电路 3 路端电压与外电阻的关系 1 关系式 u ir 知识点2 正比 反比 增大 0 e 4 路端电压跟电流的关系 1 关系式 u 2 图象如图所示 其中纵轴截距为 横轴截距为 斜率的绝对值为 e ir 电动势 短路电流 电源内阻 热门考点研析 分析闭合电路的思路1 分析电路 将复杂的电路简化 分析各电阻的串并联情况 2 求解电路的总阻值 根据闭合电路欧姆定律求解总电流 如果电路发生变化 则列出方程组 3 应用串并联电路和部分电路欧姆定律的规律研究各部分电路的情况 求解各部分电路的电阻 电路 电压和电功率等物理量 4 与电源串联的未知电阻或定值电阻可以等效成电源的内阻 5 根据计算结果 判断电路的工作情况 分析结果的合理性 闭合电路欧姆定律 考点1 2015年北京高考 真空中放置的平行金属板可以用作光电转换装置 如图所示 光照前两板都不带电 以光照射a板 则板中的电子可能吸收光的能量而逸出 假设所有逸出的电子都垂直于a板向b板运动 忽略电子之间的相互作用 保持光照条件不变 a和b为接线柱 已知单位时间内从a板逸出的电子数为n 电子逸出时的最大动能为ekm 元电荷为e 例1 1 求a板和b板之间的最大电势差um 以及将a b短接时回路中的电流i短 2 图示装置可看作直流电源 求其电动势e和内阻r 3 在a和b之间连接一个外电阻时 该电阻两端的电压为u 外电阻上消耗的电功率设为p 单位时间内到达b板的电子 在从a板运动到b板的过程中损失的动能之和设为 ek 请推导证明 p ek 注意 解题过程中需要用到 但题目没有给出的物理量 要在解题中做必要的说明 思路引导 1 a板和b板之间的电势差最大时 电子的运动具有什么特点 2 如何求解单位时间内电子经过电源内部电场后损失的动能 3 电容器两端的电压为u 则电源两端的电压也为u 由动能定理 一个电子经过电源内部电场后损失的动能为 eke eu 设单位时间内有n 个电子到达b板 则损失的动能之和为 ek n eu 根据电流的定义 此时电流i n e 此时流过电阻的电流也为i n e 外电阻上消耗的电功率p ui n eu 故p ek 总结提升 闭合电路欧姆定律是能量守恒定律在恒定电流范畴内的具体体现 不要简单的认为闭合电路欧姆定律的内容是内外电压之和等于电源的电动势 还有从转移和转化的观点分析 比如闭合电路中 某段电路电压的减少量等于其他电路中电压的增加量 2016届福建模拟 在如图所示的电路中 r1 2 r2 r3 4 当电键k接a时 r2上消耗的电功率为4w 当电键k接b时 电压表示数为4 5v 试求 针对训练1 1 当电键k接a时 通过电源的电流和电源两端的电压 2 电源的电动势和内电阻 3 当电键k接c时 求电源输出功率 答案 1 1a4v 2 6v2 3 4w 直流电路的动态分析是高考的热点 因为这类问题不仅考查欧姆定律 串并联电路的特点等重要电学知识 还考查学生是否掌握科学分析问题的方法 动态电路局部的变化可引起整体的变化 而整体的变化决定了局部的变化 1 解决电路动态变化的基本思路 先总后分 先判断总电阻和总电流如何变化 先干后支 先分析干路部分 再分析支路部分 先定后变 先分析定值电阻所在支路 再分析阻值变化的支路 电路的动态分析 考点2 2 部分结论 1 某电阻增大 减小 与它串联的电阻中的电流 两端电压 电功率都将减小 增大 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 减小 2 串并关系 流过该电阻的电流也流经其他电阻 则其他电阻与该电阻是串联关系 流过该电阻的电流不流经其他电阻 则其他电阻与该电阻是并联关系 2015年山东高考 如图甲所示的电路中 恒流源可为电路提供恒定电流i0 r为定值电阻 电流表 电压表均可视为理想电表 某同学利用该电路研究滑动变阻器rl消耗的电功率 改变rl的阻值 记录多组电流 电压的数值 得到如图乙所示的u i关系图线 例2 回答下列问题 1 滑动触头向下移动时 电压表示数 填 增大 或 减小 2 i0 a 3 rl消耗的最大功率为 w 保留1位有效数字 思路引导 1 分析电路结构 根据动态分析判断滑动触头向下移动时 电压表示数的变化情况 2 u i图象的物理含义是什么 如何列出图象的数学表达式 解析 1 电阻r和rl并联 滑动触头向下移动过程中 总电阻变小 电压表测量路端电压 恒流源电流恒定 则电压表示数变小 2 当电压表示数为零时 电阻rl短路 电流表示数即为i0 i0 1 0a 3 分析图乙可得 u 20 20i 滑动变阻器rl消耗的功率p ui 20 20i i 根据数学规律可知 当i 0 50a时 滑动变阻器最大功率为5w 答案 1 减小 2 1 0 3 5 总结提升 外电阻变化的分析方法1 当外电路的任意一个电阻增大 或减小 时 电路的总电阻一定增大 减小 2 若开关的通断使串联的用电器增多时 总电阻增大 若开关的通断使并联的用电器增多时 总电阻减小 多选 2016届盐城二模 如图所示 在滑动变阻器的滑片向左滑动的过程中 理想电压表 电流表的示数将发生变化 电压表v1 v2示数变化量的绝对值分别为 u1 u2 已知电阻r大于电源内阻r 则 a 电流表a的示数增大b 电压表v2的示数增大c 电压表v1的示数增大d u1大于 u2 针对训练2 答案 acd 电路稳定后 由于电容器所在支路无电流通过 所以在此支路中的电阻上无电压降 因此电容器两极间的电压就等于该支路两端电压 电容器稳定时 相当于此处电路断路 当电容器和电阻并联后接入电路时 电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等 电路的电流 电压变化时 将会引起电容器的充 放 电 如果电容器两端电压升高 电容将充电 反之 电容器将对与它并联的电路放电 含电容电路的动态分析 考点3 2014年天津高考 如图所示 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 闭合电键s 电路达到稳定时 带电油滴悬浮在两板之间静止不动 如果仅改变下列某一个条件 油滴仍能静止不动的是 a 增大r1的阻值b 增大r2的阻值c 增大两板间的距离d 断开电键s 思路引导 1 平行板电容器由哪些因素决定电容的变化 2 和电容器相连的电阻 电路稳定时 是否有电流流过 例3 答案 b 总结提升 计算极板电荷量的变化量如果变化前后极板带电的电性相同时 通过与电容器相连导线的电荷量等于始末状态电容器电荷量的差值 如果变化前后极板带电的电性相反时 通过与电容器相连导线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和 在如图所示的电路中 电源的负极接地 其电动势为e 内电阻为r r1 r2为定值电阻 r3为滑动变阻器 c为电容器 在滑动变阻器滑动头p自a端向b端滑动的过程中 下列说法中正确的是 a 电压表示数变小b 电流表示数变小c 电容器c所带电荷量增多d a点的电势降低 针对训练3 解析 电压表测量电阻r1两端的电压 电流表测量电阻r3支路的电流 当滑动变阻器滑动头p自a端向b端滑动的过程中 电阻变小 干路电流变大 内电压变大 路端电压变小 电阻r1两端的电压变大 故a选项错误 电阻r2两端的电压变小 流过的电流变小 由于干路电流变大 故流过电阻r3的电流变大 b选项错误 电容器两端电压等于电阻r2两端的电压 电容器所带电荷量q cu减少 c选项错误 由于b点接地 a点的电势等于电阻r2两端的电压 即a点的电势降低 d选项正确 答案 d 电路故障分析是难点 学生在做题时往往无从下手 电路故障一般有两种情况 即短路和断路 1 仪器检测法 1 断路故障的判断 用伏特表与电源并联 若有电压时 再逐段与电路并联 若伏特表指针偏转 则该段电路中有断点 2 短路故障的判断 用伏特表与电源并联 若有电压时 再逐段与电路并联 若伏特表示数为零时 该电路被短路 当伏特表示数不为零 则该电路不被短路或不完全被短路 故障分析 考点4 2 假设法已知电路发生某种故障 寻求故障发生在何处时 可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故障 运用电流定律进行正向推理 推理结果若与题述物理现象不符合 则故障不是发生在这部分电路 若推理结果与题述物理现象符合 则故障可能发生在这部分电路 直到找出发生故障的全部可能为止 在如图所示的电路中 a b c d为四个接线柱 闭合开关后灯不亮 已经确定是由于灯泡a短路或者电阻r开路引起的 在不允拆开电路的情况下 小明用一根导线和一个完好的灯泡b 小亮用一个电流表和导线分别对故障进行判断 例4 1 请根据实验现象判断 并填表 2 小亮使用电流表检测故障时 小明认为应该用小量程测量比较准确 小亮则认为应该用大量程测量 以防止电路中电流过大而烧毁电流表 你认为 说法更合理一些 假设每次测量电流表的指针都明显发生偏转 3 小明问小亮为什么不把电流表并联接在ab两端来判断呢 小亮答 把电流表并联接在ab两端 开关闭合时 无论灯泡a短路还是r开路 电流表都将 填 有示数 无示数 因此无法判断 思路引导 1 分析电路短路和断路故障的特点 确定电压表和电流表示数的特点 2 用电流表测量电路电流时 电流表要选择合适量程 量程太小和量程太大的不利因素是什么 解析 1 根据电路图可知 灯泡与电阻串联 开关控制整个电路 闭合开关后灯不亮 说明电路发生断路或灯泡短路 当电流表接入bd间 闭合开关后 灯不亮电流表指针偏转 说明电路故障为短路 即电路故障为灯泡a短路 当电流表接入bd间 闭合开关后 灯亮电流表指针偏转 说明电路故障为断路 因此故障为电阻r开路 当电流表接入cd间 开关断开 电流表指针偏转 说明电路为通路 灯不亮 说明电路故障为灯泡a短路 当电流表接入cd间 开关断开 电流表指针不偏转 说明电路故障为断路 灯不亮 说明电路故障为电阻r开路 将导线和灯泡b接入cd间 断开开关 b灯亮 说明电路故障为灯泡a短路 将导线和灯泡b接入bd间 闭合开关 两灯都亮 说明电路故障为电阻r开路 2 小亮使用电流表检测故障时 因为使用大小量程电流表的指针都明显偏转 说明电路中电流较大 因此小亮的说法更合理 3 把电流表并联接在ab两端 开关闭合时 如果灯泡a短路 则电流表也被短路 因此电流表无示数 如果r开路 则电路处于断开状态 电流表无示数 因此把电流表并联接在ab两端 开关闭合时 无论灯泡a短路还是r开路 电流表都将无示数 答案 1 2 小亮 3 无示数 总结提升 判断电路故障的注意点1 判断电路故障常用多用电表的电压挡 因为操作简便 安全 需要注意量程的选择 2 在确定无电压的情况下 才可使用多用电表的欧姆挡判断故障 必须把被测元件与电路断开 多选 2016届福州模拟 某同学按如图电路进行实验 电压表内阻看作无限大 电流表内阻看作零 实验中由于电路发生故障 发现两电压表示数相同了 但不为零 若这种情况的发生是由用电器引起的 则可能的故障原因是 针对训练4 a r3短路b rp短路c r3断路d r2断路解析 若r3短路时 由于电流表内阻看作零 两电压表都被短路 示数都为零 与题不符 a选项错误 rp短路时 两电压表都测量r2的电压 示数相同 而且都不为零 b选项正确 r3断路时 电压表v2测量r2的电压 电压表v1测量rp和r2串联的电压 电压表v1的示数大于电压表v2的示数 c选项错误 r2断路时 由于电压表内阻看作无限大 rp中电流为零 电压为零 两电压表都测量r3的电压 示数相同 而且都不为零 d选项正确 答案 bd 1 闭合电路的功率 1 电源的总功率 就是电源提供的总功率 即电源将其他形式的能转化为电能的功率 也叫电源消耗的功率 p总 ei 闭合电路的功率问题 考点5 2 电源的输出功率和用电器获得最大功率的分析方法 1 在电源内阻不变时 电源的输出功率 外电阻上消耗的功率 随外电阻的变化不是单调的 存在极值 当外电阻等于内阻时 输出功率达到最大值 如图所示 2 如果一个电路的外电阻固定不变 当电源的内阻发生变化时 电源的输出功率随内阻的变化是单调的 内阻减小 输出功率增大 当内阻最小时 输出功率最大 3 处理用电器获取最大功率的问题时 通常采用等效电源法 解题时应根据需要选用不同的等效方式 将用电器获得最大功率问题转化为等效电源输出最大功率的问题 某电源由n个电动势均为1 5v且内阻相同的电池串联所组成 合上开关s 变阻器的滑动头c从a端滑至b端的过程中 电路中一些物理量的变化由甲 乙 丙三个图象给出 甲图为输出功率与路端电压的关系 乙图为路端电压与总电流的关系 丙图为电源的效率与外电路电阻关系 电表 导线对电路的影响不计 求 例5 1 串联电池个数 e串 ne r串 nr 2 变阻器总阻值 3 将图中甲 乙 丙三个图上的a b c d各点的坐标补齐 思路引导 1 理解三个图象所描述的物理量以及截距和斜率的物理含义 2 什么时候电源的效率最高 什么时候电源的输出功率最大 3 当内外电阻相等时 输出功率达到最大 即r 4r 2 此时的路端电压为3v 各点坐标为a 0 6a 4 8v b 4 5w 3v c 4 8v 2 88w d 8 80 答案 1 4 2 8 3 a 0 6a 4 8v b 4 5w 3v c 4 8v 2 88w d 8 80 总结提升 电源的输出功率和效率是两个不同的物理量 当r r 电源有最大输出功率 但是效率仅为50 效率并不高 因此要把最大输出功率和最大效率区分开 2016届海口二模 如图所示 电动势为e 内阻为r的电池与定值电阻r0 滑动变阻器r串联 已知r0 r 滑动变阻器的最大阻值是2r 当滑动变阻器的滑片p由a端向b端滑动时 下列说法中正确的是 针对训练5 a 路端电压变大b 电路中的电流变小c 滑动变阻器消耗的功率变小d 定值电阻r0上消耗的功率变小解析 滑动变阻器由a端向b端滑动时 电阻变小 干路电流变大 路端电压变小 a选项错误 b选项错误 把定值电阻r0看作内阻 滑动变阻器的电阻即为外电阻 当外电阻等于内阻时 r r0 r 2r 电源的输出功率最大 即滑动变阻器上消耗的功率逐渐变小 c选项正确 定值电阻r0上消耗的功率跟电流的平方成正比 干路电流越大 消耗功率越大 故d选项错误 答案 c 方法技巧归纳 闭合电路中的 双曲线 问题电路部分的图象主要是u i图象 它可以是反应部分电路特性的u i图象 也可以是反映闭合电路中电源特性的u i图象 这里的 双 曲线指得就是这两条曲线 1 两种u i图象的比较 2 解题技巧如图所示 电路图中 电流表测量电路电流i 电压表v1测量定值电阻r1两端电压u1 做出u1 i图线应该是电阻r1的伏安特性曲线 如图所示 电压表v3测量路端电压u 做出u i图线应该是电源的外特征曲线 如图所示 2016届吉林模拟 某同学用实验测定玩具电动机的相关参数 图甲中m为玩具电动机 闭合开关s 当滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中 两个电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示 图中ab dc为直线 bc为曲线 不考虑电表对电路的影响 例6 1 电路中的电源电动势为 v 内电阻为 2 玩具电动机的线圈电阻为 3 滑动变阻器r 0时 玩具电动机输出的机械功率为 w 思路引导 1 根据图线与电压表示数对应的关系求出电源的电动势和内阻 2 图象ab端是直线 说明什么问题 如何根据电动机的路端电压与电流求线圈的电阻 3 滑动变阻器r 0时 在图象中对应c点 发动机的功率p ui 3 0 3w 0 9w 发动机内阻消耗的功率p1 i2r0 0 09 4w 0 36w 所以发动机的输出功率p输出 p p1 0 9w 0 36w 0 54w 答案 1 3 62 2 4 3 0 54 多选 2016届海南模拟 在如图 a 所示的电路中 r1为定值电阻 r2为滑动变阻器 电表均为理想电表 闭合开关s 将滑动变阻器的滑片p从最右端滑到最左端 两个电压表读数随电流表读数变化的图线如图 b 所示 则 针对训练6 a 电源内电阻的阻值为10 b 电源的最大输出功率为1 8wc 滑动变阻器r2的最大功率为0 9wd 图线甲是电压表v2读数随电流表读数变化的图线解析 将滑动变阻器的滑片p从最右端移到最左端 接入电路的电阻减小 干路电流增大 r1的电压和电源的内电压增大 r2的电压减小 电压表v1的示数增大 电压表v2的示数减小 可知图线乙反映的是电压表v1的示数随电流的变化 即电阻r1的伏安特性曲线 图线甲反映的是电压表v2的示数随电流的变化 将电阻r1看作电源的内阻 则图线甲反映了等效电源的外特征曲线 d选项正确 图线甲的斜率 答案 bcd 考题随堂演练 1 2016届上海模拟 电源电动势为e 内阻为r 向可变电阻r供电 关于路端电压说法正确的是 a 因为电源电动势不变 所以路端电压也不变b 因为u ir 所以当i增大时 路端电压也增大c 因为u e ir 所以当i增大时 路端电压下降d 若外电路断开 则路端电压为零解析 电源电动势是不变的 路端电压随外电阻的变化而变化 a选项错误 根据闭合电路欧姆定律e u ir得 u e ir 电流i增大 路端电压变小 b选项错误 c选项正确 外电路断开 电流i为零 路端电压等于电动势e d选项错误 答案 c 2 如图所示 直线a为某电源的u i图线 曲线b为某小灯泡的u i图线的一部分 用该电源和小灯泡组成闭合电路 下列说法中正确的是 a 此电源的内阻为0 5 b 电源的总功率为10wc 电源的输出