2022届新教材高考物理一轮复习第九章电路第2节闭合电路欧姆定律及其应用学案新人教版202104091150.docx
2022届新教材高考物理一轮复习第九章电路课件+学案打包13套新人教版
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2022届新教材高考物理一轮复习第九章电路课件+学案打包13套新人教版,文本
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第2节闭合电路欧姆定律及其应用必备知识预案自诊知识梳理一、电路的串联、并联串联并联电流i=i=电压u=u=电阻r=1r=1r1+1r2+1rn功率分配p1r1=p2r2=pnrnp1r1=p2r2=pnrn注:串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻,电路中任意一个电阻值变大时,电路的总电阻变大。注:并联电路的总电阻小于电路中任意一个支路电阻,任意一个支路电阻值变大时,电路的总电阻变大。二、电源闭合电路的欧姆定律1.电源(1)电动势计算:非静电力搬运电荷所做的功与搬运的电荷量的比值,e=wq;物理含义:电动势表示电源把其他形式的能转化成本领的大小,在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。(2)内阻:电源内部导体的电阻。2.闭合电路欧姆定律(1)内容:闭合电路中的电流跟电源的电动势成,跟内、外电阻之和成;(2)公式:i=er+r(只适用于纯电阻电路);(3)其他表达形式电势降低表达式:e=u外+u内或e=u外+;能量表达式:ei=ui+i2r。3.路端电压与外电阻的关系(1)一般情况:u=ir=er+rr=e1+rr,当r增大时,u;(2)特殊情况:当外电路断路时,i=0,u=;当外电路短路时,i短=er,u=0。考点自诊1.判断下列说法的正误。(1)电动势是电源两极间的电压。()(2)当外电阻增大时,路端电压也增大。()(3)闭合电路中的短路电流无限大。()(4)电动势的单位跟电压的单位一致,所以电动势就是电源两极间的电压。()(5)非静电力做的功越多,电动势就越大。()(6)在闭合电路中,外电阻越大,电源的输出功率越大。()(7)在某电池的电路中每通过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 v。()(8)电源的电动势越大,电源所能提供的电能就越多。()2.(新教材人教版必修第三册p71习题改编)如图是有两个量程的电压表,当使用a、b两个端点时,量程为010 v;当使用a、c两个端点时,量程为0100 v。已知电流表的内阻rg为500 ,满偏电流ig为1 ma,则电阻r1、r2的值为()a.9 500 90 000 b.90 000 9 500 c.9 500 9 000 d.9 000 9 500 3.(多选)(2020江苏卷)某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示。当汽车启动时,开关s闭合,电机工作,车灯突然变暗,此时()a.车灯的电流变小b.路端电压变小c.电路的总电流变小d.电源的总功率变大4.(新教材人教版必修第三册p101习题改编)如图所示,电源的电动势e为12 v,内阻r为2 ,定值电阻r1为1 ,滑动变阻器r2的最大阻值为5 ,求:(1)电阻r1消耗的最大功率;(2)电源输出的最大功率;(3)滑动变阻器r2消耗的最大功率。关键能力学案突破考点一电路的动态分析(师生共研)一、总电阻变化的特点(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。二、电路动态分析的三种常用方法1.程序法2.“串反并同”结论法(1)所谓“串反”,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小,反之则增大。(2)所谓“并同”,即某一电阻增大时,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,反之则减小。即u串i串p串ru并i并p并3.极限法:因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将变阻器的滑片分别滑至两个极端,让电阻最大或电阻为零去讨论。三、比较动态电路中电表变化量的方法1.掌握理论基础:导体的伏安特性曲线上一点纵横坐标的比值表示电阻,即r=ui,某点切线的斜率为k=ui,对纯电阻,r=ui=k=ui,电源的伏安特性曲线的斜率的绝对值表示电源内阻,在纵轴(u轴)的截距表示电源电动势,在横轴(i轴)的截距表示短路电流。电源的伏安特性曲线上点的纵横坐标的乘积表示电源的输出功率。2.明确比较方法:比较动态电路中电表变化量,就要弄清电表所测量的是纯电阻还是非纯电阻,弄清什么量变,什么量不变,然后根据伏安特性特点求解。要看u和i之比的情况,就是看它们的比值是什么,然后就可判断结果。【典例1】(2020四川绵阳模拟)如图所示,闭合开关s,将滑动变阻器r的滑片向右滑动的过程中()a.电流表a1的示数变小b.电流表a2的示数变小c.电压表v的示数变小d.电阻r1的电功率变大解题指导审题关键词句分析解读滑片向右滑动滑动变阻器接入电路的电阻变大,电路总电阻变大题图电路结构:滑动变阻器右侧电阻被短路,变阻器r与r2并联后再与r1串联;电流表a1测干路电流,电流表a2测r2所在支路电流,电压表测并联部分电压破题本题考查闭合电路的动态分析,识别电路结构、明确各电表测量哪部分电路的物理量是解答本题的关键。【拓展】在本题中,当滑动变阻器r的滑片向右滑动时,电压表的变化量u与电流表a1的变化量i1的比值ui1将会怎样变化?对点演练1.(2020江苏连云港高三下学期考前模拟)如图所示,已知电源电动势为e,内阻为r,r0为固定电阻。当滑动变阻器r的滑动触头向下滑动时,下列说法中错误的是()a.灯泡l变亮b.电压表的示数变小c.电流表的示数变小d.r0消耗的功率变小2.(多选)(2020四川宜宾高三下学期三诊)如图所示,电源的电动势、内阻及各电阻的阻值都标记在图中,当滑动变阻器r3的滑动触头p向a端移动时,以下说法中正确的是()a.电压表示数变小,电流表示数变小b.电阻r1两端的电压减小c.电源的总功率减少但电源的输出功率增大d.如果设定流过电阻r2电流变化量的绝对值为i2,流过滑动变阻器r3的电流变化量的绝对值为i3,则i2i3考点二含电容器电路的分析(师生共研)含电容器电路的分析是一个难点,电路中出现电容器,学生往往难以确定电容器与电路的串、并联关系及电压关系等,给分析解决问题带来很大的障碍。1.电路的简化:不分析电容器的充、放电过程时,把电容器所在的电路视为断路,简化电路时可以去掉,求电荷量时再在相应位置补上。2.电路稳定时电容器的处理方法:电路稳定后,与电容器串联的电路中没有电流,同支路的电阻相当于导线,即电阻不起降低电压的作用,电容器两端的电压与其并联用电器两端电压相等。3.电压变化带来的电容器变化: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;若电容器两端电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电,可由q=cu计算电容器上电荷量的变化量。【典例2】(2016全国卷)阻值相等的四个电阻、电容器c及电池e(内阻可忽略)连接成如图所示电路。开关s断开且电流稳定时,c所带的电荷量为q1;闭合开关s,电流再次稳定后,c所带的电荷量为q2。q1与q2的比值为()a.25b.12c.35d.23含电容器电路问题的解题思路(1)理清电路的串、并联关系。(2)确定电容器两极板间的电压。在电容器充电和放电的过程中,欧姆定律等电路规律不适用,但对于充电或放电完毕的电路,电容器的存在不再影响原电路,电容器接在某一支路两端,可根据欧姆定律及串、并联规律求解该支路两端的电压u。(3)分析电容器所带的电荷量。针对某一状态,根据q=cu,由电容器两端的电压u求电容器所带的电荷量q,由电路规律分析两极板电势的高低,高电势板带正电,低电势板带负电。对点演练3.(2020江苏扬州高三月考)如图所示,e为电源,其内阻不可忽略,rt为热敏电阻,其阻值随温度的升高而减小,l为指示灯泡,c为平行板电容器,g为灵敏电流计。闭合开关s,当环境温度明显升高时,下列说法正确的是()a.g中电流方向由a到bb.rt两端电压变大c.c所带的电荷量保持不变d.l变暗4.(多选)(2020四川绵阳模拟)如图所示的电路中,电源电动势为2 v,内阻r=0.5 ,电阻r1=1.5 ,电阻r2=2 ,电阻r3=3 ,滑动变阻器r4接入电路的阻值为2 ,电容器的电容c=1.0 f,电阻r3与电容器间的导线记为d,单刀双掷开关s与触点1连接,下列说法正确的是()a.如果仅将r4的滑片向上滑动,r1消耗的功率减少b.如果仅将r4的滑片向上滑动,电源的输出功率增加c.如果仅将r4的滑片向上滑动,电容器两极板间的电势差减小d.如果仅将开关s由触点1拨向触点2,流过导线d的横截面的电荷量为1.7510-6 c考点三电路故障问题(自主探究)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用电器或电阻两端电压为零。2.检查方法(1)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。(2)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量程。(3)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,被检测元件应从电路中拆下来。(4)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。对点演练5.(2020山西长治第二中学期中)如图所示,电源电动势约为4 v,因线路故障,按通s时,灯l1和l2均不亮,用电压表测得uab=0,ubc=0,ucd=4 v。由此可知断路处为()a.灯l1b.灯l2c.变阻器d.不能确定6.有三个电阻串联,如图所示,电流表是完好的,合上开关s后,发现电流表示数为零,在不拆开电路的前提下,通过电压表测量各连接点的电压值,可判断故障原因,电压表测量数据为uab=ucd=0,uac0,则该电路的故障原因可能是()a.仅r1断路b.仅r2断路c.仅r3断路d.r1、r2、r3均断路(1)断路故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压,再逐段与电路并联,若电压表示数等于电源电动势,则该段电路断路。(2)短路故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压,再逐段与电路并联,若电压表示数为零,则该并联段电路短路;若电压表示数不为零,则该并联段电路没有短路或不完全短路。考点四闭合电路的功率及效率问题(师生共研)电源总功率任意电路:p总=ei=p出+p内纯电阻电路:p总=e2r+r=i2(r+r)内部功率p内=i2r=p总-p出输出功率任意电路:p出=ui=p总-p内纯电阻电路:p出=u2r=i2r=e2r(r+r)2p出与外电阻r的关系p出随r的增大先增大后减小,当r=r时p出达到最大,pm=e24r,p出pm时每个p出对应两个外电阻r1和r2,且r1r2=r2电源的效率任意电路:=p出p总100%=ue100%纯电阻电路:=rr+r100%【典例3】如图所示,已知电源电动势e=6 v,内阻r=1 ,保护电阻r0=0.5 。(1)当电阻箱r读数为多少时,保护电阻r0消耗的电功率最大,并求这个最大值。(2)当电阻箱r读数为多少时,电阻箱r消耗的功率pr最大,并求这个最大值。(3)求电源的最大输出功率。(4)若电阻箱r的最大值为3 ,r0=5 ,当电阻箱r读数为多少时,电阻箱r的功率最大,并求这个最大值。思维点拨定值电阻中通过的电流有极值时对应的电功率有极值。求可变电阻消耗的电功率极值时,如果可变电阻是外电路唯一的电阻,则电源的最大输出功率为可变电阻的电功率最大值;如果可变电阻不是外电路唯一的电阻,则把可变电阻之外的电阻看成是电源内阻的一部分,利用等效电源法求解。本题中电阻箱与保护电阻是串联关系,把保护电阻和电源看成一个等效电源时,等效电源的电动势不变,等效电源的内阻为r0+r。需要特别注意的是,如果电阻箱与保护电阻是并联的,则等效电源的电动势和内阻均不是这样的求法(具体方法请参考章末“核心素养专项提升”之“等效电源模型”)。对点演练7.将一电源仅与一电阻箱连接成闭合回路,测得电阻箱所消耗功率p与电阻箱读数r变化的曲线如图所示,由此可知()a.电源最大输出功率可能大于45 wb.电源内阻一定等于5 c.电源电动势为45 vd.电阻箱所消耗功率p最大时,电源效率大于50%8.(2020上海嘉定高三下学期二模)如图甲所示,电源电动势e=9 v,内阻不计,定值电阻r1=500 ,电阻r的u-i关系如图乙所示,r2为滑动变阻器。开关闭合后,为使r2消耗的电功率等于r1功率的2倍,滑动变阻器r2的阻值和对应的功率p2分别为()a.r2=1 000 p2=910-3 wb.r2=1 000 p2=1.3710-2 wc.r2=1 500 p2=910-3 wd.r2=1 500 p2=1.3710-2 w第2节闭合电路欧姆定律及其应用必备知识预案自诊知识梳理一、电路的串联、并联1.i1=i2=ini1+i2+inu1+u2+unu1=u2=unr1+r2+rn二、电源闭合电路的欧姆定律1.(1)电能2.(1)正比反比(3)ir3.(1)增大(2)e考点自诊1.(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2.a3.abd开关s闭合,电路中总电阻减小,总电流变大,选项c错误;电源的内电压u内=ir变大,外电压u=e-u内变小,选项b正确;车灯的电流il=url变小,选项a正确;电源的总功率p总=ei变大,选项d正确。4.答案(1)16 w(2)18 w(3)12 w关键能力学案突破典例1a程序法:在滑动变阻器r的滑片向右滑动的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻变大,电路总电阻变大,根据闭合电路的欧姆定律可知,干路电流变小,选项a正确;由于干路电流变小,根据u外=e-ir可知外电路两端的电压变大,电阻r1两端的电压u1=ir1变小,则并联部分电路两端的电压变大,即电压表v的示数变大,通过电阻r2的电流变大,即电流表a2的示数变大,选项b、c错误;根据p1=i2r1可知,电阻r1不变,通过r1的电流变小,则电阻r1的电功率变小,选项d错误。结论法:根据“串反并同”,滑动变阻器r的滑片向右滑动的过程中,r变大,与之间接串联部分的电流、电压减小,r1的电功率变小,选项a正确、d错误;与之并联部分的电流、电压变大,选项b、c错误。拓展提示保持不变。根据闭合电路欧姆定律得e=u+i1(r1+r),变式得u=e-i1(r1+r),即u-i1关系图像中,图线斜率|k|=r1+r,则ui1=r1+r,故保持不变。对点演练1.b当r的滑动触头向下滑动时,r变大,外电路总电阻变大,由闭合电路欧姆定律知,总电流i变小,电源的内电压变小,则路端电压变大,因此电压表的示数变大。灯泡l的电压减大,则灯l变亮,故a正确,b错误;电路中并联部分电压变大,通过l的电流变大,而总电流减小,则电流表a的读数变小,r0消耗的功率变小,故c、d正确。2.bd将滑动变阻器的滑动触头p向a滑动的过程中,外电路总电阻变大,电路中总电流变小,内电压减小,路端电压变大,电压表示数变大,故a错误;电路中总电流变小,通过电阻r1的电流变小,r1两端电压变小,r2两端电压增大,通过电阻r2的电流变大,通过电阻r1的电流等于通过电阻r2的电流和通过电阻r3的电流之和,故通过电阻r3的电流变小,且i2i3,故b、d正确;电路中总电流变小,则电源的总功率减少,因不知道外电阻与内电阻之间的关系,所以无法判断电源的输出功率的变化,故c错误。典例2cs断开时等效电路图如图a所示。图a图b设每个电阻阻值为r,电路中总电阻r总1=5r3,干路电流i干1=er总1=3e5r;电容器两端电压为u1=13i干1r=e5,所带电荷量为q1=cu1=ce5;s闭合后,等效电路图如图b所示,电路中总电阻为r总2=3r2,干路电流i干2=er总2=2e3r,电容器两端电压u2=12i干2r=e3,所带电荷量q2=cu2=ce3;综上q1q2=35,c选项正确。对点演练3.a由题图可以知道,热敏电阻与l串联,当环境温度升高时,热敏电阻的阻值减小,总电阻减小,则电路中电流增大,灯泡l变亮,故d错误;电路中电流增大,电源的内压及灯泡l两端的电压增大,由e=u内+u外可得rt两端电压减小,故b错误;因为电容器并联在电源两端,因内电压增大,路端电压减小,故由q=cu知电容器的带电荷量减小,故c错误;电容器的带电荷量减小,电容器放电,故g中电流由a到b,故a正确。4.bd如果仅将r4的滑片向上滑动,接入电路电阻变小,根据i1=er1+r4+r可知,电流变大,所以r1消耗的功率p=i12r1变大;在滑动过程中外电阻始终大于内阻,当外电阻减小时,电源输出功率增加,电容器两端的电压u1=i1r1变大,a、c错误,b正确;开关s与触点1接通:i1=er1+r4+r=0.5a,电容器两端电压u1=i1r1=0.75v,开关s与触点2接通:i2=er1+r4+r=0.5a,电容器两端电压:u2=i2r4=1v,且电容器两极板电性发生改变,所以流过导线d的横截面的电荷量q=c(u1+u2)=1.7510-6c,d正确。5.cucd=4v,说明c与电源正极相通,灯l1、灯l2通路,而电压都加在变阻器上,说明变阻器断路,故选c。6.b若仅r1断路,则uab0,a错误;若仅r2断路,则uab=ucd=0,uac0,且电流表的示数为零,b正确;若仅r3断路,则ucd0,c错误;若r1、r
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