高考物理一轮复习 专题32 闭合电路的欧姆定律 电路分析（讲）（含解析）1

专题32 闭合电路的欧姆定律 电路分析（讲）1应用串、并联电路规律、闭合电路欧姆定律及部分电路欧姆定律进行电路动态分析。2非纯电阻电路的分析与计算，将结合实际问题考查电功和电热的关系能量守恒定律在电路中的应用，是高考命题的热点，多以计算题或选择题的形式出现。3稳态、动态含电容电路的分析，以及电路故障的判断分析，多以选择题形式出现。4实验及相关电路的设计，几乎已成为每年高考必考的题型。1熟练掌握串、并联电路的特点，并能分析、计算2理解闭合电路欧姆定律，并能进行电路的动态分析和计算一、串、并联电路的特点1特点对比串联并联电流II1I2InII1I2In电压UU1U2UnUU1U2Un电阻RR1R2Rn2几个常用的推论（1）串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻（2）并联电路的总电阻小于其中任一支路的总电阻，且小于其中最小的电阻（3）无论电阻怎样连接，每一段电路的总耗电功率P总是等于各个电阻耗电功率之和（4）无论电路是串联还是并联，电路中任意一个电阻变大时，电路的总电阻变大二、电源的电动势和内阻1电动势（1）定义：电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功（2）表达式：（3）物理意义：反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量2内阻电源内部也是由导体组成的，也有电阻，叫做电源的内阻，它是电源的另一重要参数三、闭合电路欧姆定律1内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比2公式3路端电压U与电流I的关系（1）关系式：UEIr（2）UI图象如图所示当电路断路即I0时，纵坐标的截距为电源电动势当外电路电压为U0时，横坐标的截距为短路电流图线的斜率的绝对值为电源的内阻考点一电路动态变化的分析1电路动态分析类问题是指由于断开或闭合开关、滑动变阻器滑片的滑动等造成电路结构发生了变化，一处变化又引起了一系列的变化2电路动态分析的方法（1）程序法：电路结构的变化R的变化U端的变化固定支路（2）极限法：即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论（3）判定总电阻变化情况的规律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）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并与灯泡并联，另一段R串与并联部分串联A、B两端的总电阻与R串的变化趋势一致重点归纳1、电路动态分析思路电路动态分析要注意以下三点：（1）闭合电路欧姆定律EUIr（E、r不变）和部分电路欧姆定律UIR联合使用（2）局部电阻增则总电阻增，反之总电阻减；支路数量增则总电阻减，反之总电阻增（3）两个关系：外电压等于外电路上串联各分电压之和；总电流等于各支路电流之和典型案例压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球,重球直径略小于压敏电阻和挡板间距，小车向右做直线运动的过程中，电流表示数如图乙所示，下列判断正确的是：（）AER压敏电阻vt1 t2 t3It甲乙0A从0到t1时间内，小车一定做匀速直线运动B从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动C从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动D从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动【答案】C【名师点睛】本题关键是根据电流变化情况判断压力变化情况，根据牛顿第二定律判断加速度变化情况，从而判断小车的可能运动情况；压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，而电流变大说明电阻变小，故电流变大说明压力变大；反之，电流变小说明压力变小；电流不变说明压力不变。针对练习1（多选）如图所示电路，电源内阻不能忽略，R1阻值小于变阻器的总电阻， 当滑动变阻器的滑片P停在变阻器的中点时，电压表的示数为U，电流表的示数为I。那么，滑片P由中点向上移动的全过程中：（）A电压表的示数始终小于UB电流表的示数始终大于IC电压表的示数先增大后减小D电流表的示数先减小后增大【答案】BC【名师点睛】电路的动态分析： 分析的顺序：外电路部分电路变化变化由判断的变化由判断U的变化由部分电路欧姆定律分析固定电阻的电流、电压的变化用串、并联规律分析变化电阻的电流、电压、电功、电功率。几个有用的结论 、外电路中任何一个电阻增大（或减少）时外电路的总电阻一定增大（或减少）。 、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支路增多时，总电阻减少 、动态电路的变化一般遵循“串反并同”的规律；当某一电阻阻值增大时，与该电阻串联的用电器的电压（或电流）减小，与该电阻并联的用电器的电压（或电流）增大。针对练习2如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r（），电表均视为理想电表。闭合开关S后，调节R的阻值，使电流表的示数增大，在这一过程中电压表示数的变化量的大小为，则：（）A通过R的电流增大，但增大量小于 B的大小随R的变化而变化C电源的输出功率一定增大了 D电源的效率降低了【答案】D【名师点睛】动态分析电路可采用串反并同法和程序法；而的表达式根据全电路的欧姆定律和串联分压、并联分流找关系考点二电路中的功率及效率问题1电源的总功率（1）任意电路：P总EIU外IU内IP出P内（2）纯电阻电路：P总I2（Rr）2电源内部消耗的功率：P内I2rU内IP总P出3电源的输出功率（1）任意电路：P出UIEII2rP总P内（2）纯电阻电路：P出I2R（3）输出功率随R的变化关系当Rr时，电源的输出功率最大为当Rr时，随着R的增大输出功率越来越小当Rr时，随着R的增大输出功率越来越大当P出Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1R2r2P出与R的关系如图所示4电源的效率（1）任意电路：100%100%（2）纯电阻电路：100%因此在纯电阻电路中R越大，越大；当Rr时，电源有最大输出功率，效率仅为50%特别提醒当电源的输出功率最大时，效率并不是最大，只有50%；当R时，100%，但此时P出0，无实际意义重点归纳1、对闭合电路功率的几点认识（1）闭合电路是一个能量转化系统，电源将其他形式的能转化为电能内外电路将电能转化为其他形式的能，EIP内P外就是能量守恒定律在闭合电路中的体现（2）外电阻的阻值向接近内阻的阻值方向变化时，电源的输出功率变大（3）对于直流电路的分析与计算，要熟练掌握串、并联电路的特点，知道这两种电路的电压、电流及电功率的分配关系，并能把较为复杂的电路化为简单、直观的串、并联关系3、电源的U I图象的应用（1）根据UEIr可知，电源的UI图线是如图所示的一条倾斜的直线直线斜率的绝对值表示电源的电阻r，纵轴的截距为电源电动势E直线上任何一点A与原点O的连线的斜率表示对应的外电路电阻R图线上每一点的坐标的乘积为对应情况下电源的输出功率，对于图中的A点有PAUAIA（2）对于UI图线中纵坐标（U）不从零开始的情况，图线与横坐标的交点坐标小于短路电流，但直线斜率的绝对值仍等于电源的内阻说明：电源的伏安特性曲线是一条斜率为负值的直线，反映的是电源的特征：纵轴上的截距表示电动势，斜率的绝对值表示内阻电阻的伏安特性曲线是一条过原点的直线，斜率表示电阻的大小上述两个曲线在同一坐标系中的交点表示电源的工作状态对闭合电路的UI图象，图线上每一点纵、横坐标的乘积为电源的输出功率；纯电阻电路的图线上每一点纵、横坐标的比值为此时外电路的电阻典型案例图为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图像，下列判断正确的是：（）A电动势E1E2，发生短路时的电流I1I2B电动势E1=E2，内阻r1r2C电动势E1E2，内阻 r1r2D当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化大【答案】D【名师点睛】在电源外电压与电流关系图线中，图线与纵坐标交点表示断路状态，此时电压为电源电动势大小，；图线与横坐标交点表示短路状态，此时电流大小为短路电流；图线的斜率大小表示电源内阻大小，即。针对练习1（多选）如图所示电路，R1为定值电阻，R2为可变电阻，E为电源电动势，r为电源内阻，以下说法中正确的是：（）A当R2=R1+r时，R2获得最大功率B当R1=R2+r时，R1获得最大功率C当R2=0时，R1获得最大功率D当R2=0时，电源输出功率最大【答案】AC【解析】在讨论R2的功率时，可将R1视为电源内阻的一部分，虽然当R2R1r，R2上获得最大功率，此等效电源有最大输出功率，选项A正确在讨论R1的功率时，可将R2视为电源内阻的一部分，当R20时，R1获得功率最大，故选项B错误，选项C正确在讨论电源的输出功率时，（R1R2）为外电阻，内电阻r恒定，只有当R1R2r时电源输出功率最大，由于题目未给出R1和r的具体数值，所以当R20时，电源输出功率不一定最大【名师点睛】电源内阻恒定不变时，电源的输出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，电源输出功率最大如果一个电路的外电阻恒定不变，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，内阻最小时，输出功率最大针对练习2（多选）在如图甲所示的电路中，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器。闭合电键S，将滑动变阻器的滑动触头P从最右端滑到最左端，两个电压表的示数随电路中电流变化的完整过程图线如图乙所示。则：（）A图线甲是电压表V2示数随电流变化的图线B电源内电阻的阻值为10C电源的最大输出功率为36WD滑动变阻器R2的最大功率为09W【答案】ADP=UI=18W；故C错误；由C的分析可知，R1的阻值为5，R2电阻为20；当R1等效为内阻，则当滑动变阻器的阻值等于R+r时，滑动变阻器消耗的功率最大，故当滑动变阻器阻值为10时，滑动变阻器消耗的功率最大，由闭合电路欧姆定律可得，电路中的电流，则滑动变阻器消耗的总功率P=I2R=09W；故D正确；故选AD【名师点睛】此题是关于电路的动态分析以及电功和电功率的问题；在求定值电阻的最大功率时，应是电流最大的时候；而求变值电阻的最大功率时，应根据电源的最大输出功率求，必要时可将与电源串联的定值电阻等效为内阻处理考点三电路故障分析及含电容器电路分析一、电路故障分析1故障特点（1）断路特点：表现为电源电压不为零而电流为零；如果外电路中两点间的电压不为零而电流为零，则说明这两点间有断点，而这两点与电源的连接部分没有断点（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它两端电压为零2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极性和量程（3）欧姆表检测：当测量值很大时，表示该处是断路，当测量值很小或为零时，表示该处是短路在运用欧姆表检测时，电路一定要切断电源（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二、电容器电路分析在直流电路中，当电容器充、放电时，电路里有充、放电电流，一旦电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无穷大的元件，在电容器处电路可看作是断路，简化电路时可去掉它，简化后若要求电容器所带电量时，可接在相应的位置上，分析和计算含有电容器的直流电路时，需注意以下几点：1、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的电压。2、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。 3、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，电容器将充电，如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。重点归纳1、分析和计算含有电容器的直流电路问题，关键是准确地判断和求出电容器两端的 电压，具体方法是：（1）明确电路结构，确定电容器和哪部分电路并联，该电路两端电压就是电容器两端电压（2）当电容器与某一电阻串联后接入电路时，此支路中没有电流，所以与电容器串联的电阻看成导线，电路两端的电压就是电容器两极板间电压（3）对于较复杂电路，需要将电容器两端的电势与基准点的电势比较后才能确定电容器两端的电压2、两种基本的电路故障（断路和短路）（1）断路的判断如果电路中用电器不工作（常是灯不亮），且电路中无电流，则电路断路。具体到那一部分断路，有两种判断方式： 把电压表分别和各处并联，则有示数且比较大（常表述为等于电源电压）处断路（电源除外）； 把电流表分别与各部分并联，如其他部分能正常工作，则当时与电流表并联的部分断开了。（2）短路的判断串联电路或者串联部分中一部分用电器不能正常工作，其他部分用电器能正常工作，则不能正常工作的部分短路。把电压表分别和各部分并联，导线部分的电压为零表示导线正常，如某一用电器两端的电压为零，则此用电器短路。典型案例如图所示，U=10V，电阻R1=4，R2=6，电容C=30F。（1）闭合开关S，电路稳定后，求通过R1的电流强度；（2）然后断开S，求这以后流过R1的电量是多少？【答案】（1）1A；（2）【名师点睛】解决本题的关键理清电路，判断电容器与谁并联，通过Q=CU进行求解（1）闭合开关S，待电路稳定后，两电阻串联，根据欧姆定律求出电路中的电流大小；（2）电键闭合时，C1与电阻R2并联，根据Q=CU求出电容器C1的电量，此时电容器C2两端的电压为0电键S断开，两电容都与电源并联，根据Q=CU求出两电容器的电量，从而求出断开S后流过电阻R1的电量针对练习1（多选）如图所示的图象中，直线表示某电源路端电压与电流的关系，直线为某一电阻的伏安特性曲线。用该电源直接与电阻连接成闭合电路，由图象可知：（）A的阻值为B电源电动势为，内阻为C电源的输出功率为D电源内部消耗功率为【答案】AD【解析】电阻R=U/I=15故A正确；根据闭合电路欧姆定律得U=E-Ir，当I=0时，U=E，由读出电源的电动势E=3V，内阻等于图线的斜率大小，则r=|U/I|=3/2=15故B错误；两图线的交点表示该电源直接与电阻R相连组成闭合电路时工作状态，由图读出电压U=15V，电流I=10A，则电源的输出功率为P =UI=15W故C错误；电源内部消耗功率为，故D正确【名师点睛】本题主要考查了闭合电路的欧姆定律、电功、电功率。对于图线关键要根据物理规律，从数学角度来理解其物理意义本题要抓住图线的斜率、交点的意义来理解图象的意义。针对练习2（多选）如图所示，A为巨磁电阻，当它周围的磁场增强时，其阻值增大；C为电容器在S闭合后，当有磁铁靠近A时，下列说法正确的有：（）A电流表的示数增大B电容器C的电荷量增大C电压表的示数变大D电源内阻消耗的功率变大【答案】BC【名师点睛】有磁铁靠近A时，其阻值增大，然后结合电路的关系即可判断出电流和电压的变化，分析总电流和路端电压的变化，即可分析其他量的变化。