2022年高二物理 闭合电路欧姆定律知识精讲 鲁教版

2022年高二物理 闭合电路欧姆定律知识精讲 鲁教版【本讲教育信息】一. 教学内容：闭合电路欧姆定律【基础知识】 1. 电动势 （1）电源：电源是把其他形式的能转化为电能的装置，不同的电源，两极间的电压不同。这是由电源本身性质决定的。 （2）电动势：描述电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量，它在数值上等于电路中内电压与外电压的和。 2. 闭合电路欧姆定律 （1）闭合电路 （2）内电压和外电压 电源内阻上所降落的电压称为内电压，外电路两端的电压称为外电压，也叫路端电压。 （3）内容：流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成正比，跟电路中内外电阻之和成反比，公式或。 3. 路端电压U与外电阻R的变化关系 电源的电动势和内电阻是由电源本身决定的，不随外电路电阻的变化而改变，而电流、路端电压是随着外电路电阻的变化而改变的。 （1）外电路的电阻增大时，由知I减小，则电源内电压减小，由E=U内+U外知路端电压U外增大，相反，外电路电阻减小时，I增大，U外减小。 （2）两种特殊情况： 外电路断开时，R=，路端电压U=E； 外电路短路时，R=0，U=0，（短路电流），短路电流由电源电动势和内电阻共同决定，由于r一般很小，短路电流往往很大，极易烧坏电源或线路而引起火灾。 4. 公式法确定电源的电动势和内电阻，对某一确定电源E、r为确定值。 （1）由E=U+Ir知，只要知道两组U、I的值（U1、I1，U2、I2）就可以通过解方程组，求出E、r的值。 （2）由知，只要知道两组U、R的值（U1、R1，U2、R2）就能求解E、r。 （3）由E=IR+Ir知，只要知道两组I、R的值（I1、R1，I2、R2）就能求解E、r。5. 电路中的能量关系（1）闭合电路的功率 根据能量守恒，电源的总功率等于电源的输出功率与电源内阻上消耗的功率之和。 即 所以在中 IE为电源总功率，是电源内非静电力移动电荷做功，把其他形式的能（化学能、机械能等）转化为电能的功率；IU为电源输出功率，在外电路中，这部分电功率转化为其他形式的能（机械能、内能等）；I2r为电源内由内阻而消耗掉的功率转化为内能。 （2）电源的输出功率和效率与外电阻的关系怎样 电源的输出功率 当R=r时，P出有最大值，即 由此我们可以知道，当Rr时，P出随R的增大而减小。 说明：上述情况都是在E和r不变的情况下适用。 电源的效率： （纯电阻电路） 故：当R增大时，效率提高；当R减小时，效率降低；当R=r时，电源有最大输出功率，但效率仅为50%。 6. 电动势和电压的区别 （1）电压表示电场力做功将电能转化为其他形式的能的本领，电动势表示非静电力做功将其他形式的能转化为电能的本领； （2）电压由电源、导体电阻及导体的连接方式共同决定，电动势只由电源本身决定，与外电路无关。 7. 关于电动势E的几个关系式 （1）E=U内+U外适用于所有闭合电路。 （2）E=I（R+r）由闭合电路欧姆定律得到，它仅适用于外电路为纯电阻的电路。 （3）U=EIr适用于所有闭合电路，常用来判断路端电压的变化和测量电源电动势及内电阻。 8. 易错易混点（1）如图所示，将适当量程的电压表直接接在电源的两极上，所测的电压值等于电源的电动势吗？ 当电压表接在电源的两极上时，电压表与电源构成了闭合电路，如图所示，电压表所测量的为路端电压U，即 由上式可以看出Ur所以。 结论：电压表直接接在电源的两极上其示数不等于电源的电动势值，但与电源电动势的大小接近。（2）在含有非纯电阻用电器的闭合电路中，如图所示，内阻为R的直流电动机，接在电动势为E，内阻为r的直流电源上，电动机正常工作，电路中的电流为I，这时，因为在外电路中，除了产生内能外还有机械能产生，根据能量守恒，电源提供的功率IE，一部分被电源消耗I2r，另一部分消耗在外电路上，有。 即：有： 所以：，路端电压： 外电路上消耗的功率P外=UI 有，所以E=Ir+U仍然成立 （3）电源如果短路，即电阻不计的导线直接接在电源的正、负极上，由于电源本身存在内阻，所以通过导线的电流不是无穷大，而是（称为短路电流）。 （4）新旧电池的不同之处有哪些？ 旧的电池与新电池相比，其内阻较大，即r旧r新；旧电池的电动势略小于新电池的电动势，所以通常不能将新旧电池混合使用。【典型例题】 例1. 关于电动势下列说法中正确的是（ ） A. 在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加 B. 对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大 C. 电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移动，单位电荷量做功越多 D. 电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移到正极，移送电荷量越多 解析：电源是将其他能量转化为电能的装置，是通过电源内部的非静电力做功来完成的，所以，非静电力做功，电能就增加，因此选项A正确。电源电动势是反映电源内部其他形式能转化为电能的能力的物理量，电动势在数值上等于移送单位电荷量的电荷所做的功，不能说电动势越大，非静电力做功越多，也不能说电动势越大，被移送的电荷量越多，所以选项C正确。 答案：AC例2. 如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表（均为理想电表）的示数各为1.6V和0.4A。当S断开时，它们的示数各改变0.1V和0.1A，求电源的电动势。 解析：当S闭合时，R1、R2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得： U=EIr即E=1.6+0.4r 当S断开时，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得： U=EIr即 由得：E=2V，r=1 答案：2V 例3. （xx江苏理综）如图所示的电路中，电源的电动势和内阻分别为E和r，当闭合开关S，向左移动滑动变阻器的滑片时，下列说法正确的是（ ） A. 电流表的示数变大，电压表的示数变大 B. 电流表的示数变大，电压表的示数变小 C. 电流表的示数变小，电压表的示数变小 D. 电流表的示数变小，电压表的示数变大 解析：闭合开关S，向左移动滑动变阻器的滑片时，电路中总电阻变大，总电流变小，即通过电流表的电流变小；由闭合电路欧姆定律E=U+Ir可知，I减小，则电压表示数增大，D正确。 例4. 如图所示的电路中，已知R1=8，电流表读数为0.75A，电压表读数为2V，由于某一只电阻断路，使电流表示数为0.8A，电压表的示数变为3.2V。（1）是哪一只电阻发生了断路？（2）电源的电动势和内阻各是多少？ 思维分析：电阻断路后，两表均有示数，说明一定是R1断路。只要分别求出断路前后的路端电压和总电流就可通过解方程组的方法求出E、r。 解析：（1）由题意知一定是R1断路。 （2）R1断路后，电源的外电路只有R2，电压表示数为路端电压，电流表示数为总电流，即U1=3.2V，I1=0.8A，。R1断前，流过R1的电流为，电路中的总电流，路端电压 所以有E=U1+I1r，E=U2+I2r 代入数据E=3.2+0.8r，E=3+r 解得E=4V，r=1 答案：（1）R1断路；（2）4V 1 例5. 如图所示电路中，电源电动势E=10V，内电阻r=0.5，电动机的电阻R0=1.0，电阻R1=1.5，电动机正常工作时，电压表的示数U1=3.0V，求： （1）电源释放的电功率。 （2）电动机消耗的电功率，将电能转化为机械能的功率。 （3）电源的输出功率。 解析：（1）电动机正常工作时，总电流为：，电源消耗的电功率为 （2）电动机两端的电压为： 电动机消耗的电功率为： 电动机消耗的热功率为： 电动机将电能转化为机械能的功率，据能量守恒为： （3）电源的输出功率为： 答案：（1）；（2），；（3）例6. 某实验室中有不知电动势和内阻的电池及不知阻值的电阻各一个，手中只有电流表一只，已知定值电阻若干，以及实验所需开关及导线，请你想办法测出未知电阻的阻值，说明重要的操作过程，并画出实验电路图。 解析：第一步，从实验室中选出已知阻值的电阻R1和R2，开关S1和S2，电流表、电池等器材组成如图所示电路，先测出电池的电动势E和内阻r，测量过程为：闭合S1，当S2与接触时，已知电阻R1接入电路，电流表示数为I1，由闭合电路欧姆定律得 当S2与接触时，电阻R2接入电路，电流表示数为I2，得 联立上式，解之可得： 第二步，用测出电动势和内阻（第一步）的电池、未知阻值的待测电阻Rx、开关、导线等组成如图所示电路，测量时闭合S1，电流表示数为I，由闭合电路的欧姆定律可得： 将第一步中测出的E和r值代入，就可算出Rx的值。【模拟试题】（答题时间：50分钟） 1. 关于电源的电动势，下面叙述正确的是（ ） A. 电源的电动势就是接在电源两极间的电压表测得的电压 B. 同一电源接入不同的电路，电动势就会发生变化 C. 电源的电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量 D. 在闭合电路中，当外电阻变大时，路端电压增大，电源的电动势也增大 2. 下列说法中正确的是（ ） A. 电源的电动势实质上就是电源两极间的电压 B. 电源的电动势在数值上等于两极间的电压 C. 电源的电动势与电压的单位相同，但与电压有本质的区别 D. 电动势越大，电源两极间的电压一定越高 3. 单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周，在内外电路中释放的总能量决定于（ ） A. 电源的电动势B. 通过电源的电流 C. 路端电压的大小D. 内、外电阻之和 4. 将电阻R1和R2分别单独与同一电源相连，在相同的时间内，两电阻发出的热量相同，则电源内阻应为（ ） A. B. C. D. 5. 在如图所示的电路中，当开关S闭合后和未闭合S前相比，三个电表示数的变化情况为（ ） A. V变大，A1变大，A2变小 B. V变大，A1变小，A2变大 C. V变小，A1变大，A2变小D. V变小，A1变小，A2变大 6. 在如图所示的电路中，R1、R2、R3和R4皆为定值电阻，R5为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r0，设电流表A的读数为I，电压表V的读数为U，当R5的滑动片P向图中a端移动时（ ） A. I变大，U变小B. I变大，U变大C. I变大，U变小D. I变小，U变小 7. 如图所示的电路中，闭合开关，灯L1、L2正常发光，由于电路出现故障，突然发现L1变亮，L2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是（ ）A. R1断路B. R2断路C. R3短路D. R4短路 8. 跟踪训练：在如图中，当可变电阻R的阻值减小时（ ） A. a、b两点间的电压增大B. a、b两点间的电压减小 C. 通过R的电流增大D. 通过R的电流减小 9. 如图，电源路端电压U保持不变，当开关S闭合后，若要电压表读数Uab变小，则滑片P应向_端滑动（填“a”或“b”） 10. 如图所示，发电机的内阻r=0.1，负载电阻R=22，电路中的电流I=10A，每根连接导线的电阻RL=0.1，则发电机的电动势E=_V，电源的输出功率P出=_W，发电机的功率P=_W。11. 许多人造卫星都用太阳能供电，太阳能电池由许多片电池板组成。某电池板不接负载时的电压是600V，知短路电流是30A，求这块电池板的内阻。12. 如图所示的电路中，电路消耗的总功率为40W，电阻R1为4，R2为6，电源内阻r为0.6，电源的效率为94%。求： （1）a、b两点间的电压； （2）电源的电动势。 13. 如图所示的电路中，E=3V，r=0.5，R0=1.5，变阻器的最大阻值R=10。求： （1）当变阻器R的阻值为多大时，R消耗的功率最大？ （2）当变阻器R的阻值为多大时，R0消耗的功率最大？ 14. 如图所示电路中，R1=R2=R3=1，电压表内阻很大，当S断开时，电压表示数为0.8V，当S闭合时，电压表示数为1V，求电源电动势与内电阻。15. 一台“6V，15W”的直流电动机的电枢电阻为0.5，接在电动势E=6V，内阻r=0.5的电源上工作时，测得电动机两端电压是5V，求：（1）电源的总功率；（2）电源的输出功率；（3）电动机的发热功率；（4）电动机的输出功率。【试题答案】1. AC2. C3. A4. C5. C6. D7. A8. BD9. b10. 223; 2220; 223011. 12. （1）4.8V; （2）20V13. （1）W （2）W 14. 2V 0.515. （1） 12W （2） 10W （3） 2W （4）8W