2019年高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 第2讲 闭合电路欧姆定律课件.ppt

第2讲闭合电路欧姆定律 第八章恒定电流 内容索引 基础知识梳理 命题点一闭合电路欧姆定律及动态分析 命题点二电路中的功率及效率问题 命题点三电源和电阻U I图象的比较 课时作业 命题点四含电容器电路的分析 盘查拓展点 基础知识梳理 1 一 闭合电路的欧姆定律1 内容 在外电路为纯电阻的闭合电路中 电流的大小跟电源的电动势成 跟内 外电路的电阻之和成反比 2 公式 1 I 只适用于纯电阻电路 2 E 适用于所有电路 3 路端电压U与电流I的关系 1 关系式 U E Ir 正比 U外 Ir 2 U I图象如图所示 当电路断路即I 0时 纵坐标的截距为 当外电路短路即U 0时 横坐标的截距为 图线的斜率的绝对值为 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 IU内 P出 P内 2 纯电阻电路 P总 电源电动势 短路电流 电源的内阻 IE IU外 I2 R r 2 电源内部消耗的功率P内 IU内 P总 P出 3 电源的输出功率 1 任意电路 P出 IE I2r P总 P内 2 纯电阻电路 P出 I2R I2r IU 3 纯电阻电路中输出功率随R的变化关系 当R r时 电源的输出功率最大为Pm 当R r时 随着R的增大输出功率越来越小 当R r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外电阻R1和R2 且R1R2 r2 P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 100 100 因此在纯电阻电路中R越大 越大 当R r时 电源的输出功率最大 则此时电源的效率是不是最大 不是 答案 解析 1 判断下列说法是否正确 1 闭合电路中的电流跟电源电动势成正比 跟整个电路的电阻成反比 2 电动势是电源两极间的电压 3 当外电阻增大时 路端电压也增大 4 闭合电路中的短路电流无限大 5 电动势的单位跟电压的单位一致 所以电动势就是两极间的电压 6 在闭合电路中 外电阻越大 电源的输出功率越大 7 电源的输出功率越大 电源的效率越高 2 人教版选修3 1P63第3题 许多人造卫星都用太阳电池供电 太阳电池由许多片电池板组成 某电池板不接负载时的电压是600 V 短路电流是30 A 则这块电池板的内阻A 2 B 20 C 200 D 2000 答案 3 人教版选修3 1P63第4题 电源的电动势为4 5V 外电阻为4 0 时 路端电压为4 0V 若在外电路中分别并联一个6 0 的电阻和串联一个6 0 的电阻 则两种情况下的路端电压为A 4 3V3 72VB 3 73V4 3VC 3 72V4 3VD 4 2V3 73V 答案 4 人教版选修3 1P66第2题 一个量程为0 150V的电压表 内阻为20k 把它与一个大电阻串联后接在110V电路的两端 电压表的读数是5V 这个外接电阻是A 240 B 420k C 240k D 420 答案 2 命题点一闭合电路欧姆定律及动态分析 1 电路动态分析的两种方法 1 程序法 电路结构的变化 R的变化 R总的变化 I总的变化 U端的变化 固定支路 变化支路 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片分别滑至两个极端去讨论 2 闭合电路的故障分析 1 故障特点 断路特点 表现为路端电压不为零而电流为零 并联分流I 串联分压U 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 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 或并联路段被短路 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 多选 如图所示的电路中 电源电动势为12V 内阻为2 四个电阻的阻值已在图中标出 闭合开关S 下列说法正确的有A 路端电压为10VB 电源的总功率为10WC a b间电压的大小为5VD a b间用导线连接后 电路的总电流为1A 例1 答案 解析 分析 1 如图所示 E为内阻不能忽略的电池 R1 R2 R3为定值电阻 S0 S为开关 V与A分别为电压表与电流表 初始时S0与S均闭合 现将S断开 则A V的读数变大 A的读数变小B V的读数变大 A的读数变大C V的读数变小 A的读数变小D V的读数变小 A的读数变大 答案 分析 R2增加 并同 变大 并同 变大 2 如图所示 虚线框内为高温超导限流器 它由超导部件和限流电阻并联组成 超导部件有一个超导临界电流IC 当通过限流器的电流I IC时 将造成超导体失超 从超导态 电阻为零 即R1 0 转变为正常态 一个纯电阻 且R1 3 以此来限制电力系统的故障电流 已知超导临界电流IC 1 2A 限流电阻R2 6 小灯泡L上标有 6V6W 的字样 电源电动势E 8V 内阻r 2 原来电路正常工作 超导部件处于超导态 灯泡L正常发光 现灯泡L突然发生短路 则A 灯泡L短路前通过R2的电流为AB 灯泡L短路后超导部件将由超导态转化为正常态 通过灯泡的电流为1AC 灯泡L短路后通过R1的电流为AD 灯泡L短路后通过R2的电流为2A 答案 解析 标有 6V6W 的小灯泡L电阻R 6 灯泡L正常发光时通过灯泡L的电流I 1A 超导部件处于超导态 其电阻为零 1A电流全部通过超导部件 即灯泡L短路前通过R2的电流为零 A错误 灯泡L短路后 电流增大超过超导部件超导临界电流 将由超导态转化为正常态 外电路电阻R 2 由闭合电路欧姆定律可得 通过灯泡的电流I 2A B错误 由并联电路电流分配规律可知 灯泡L短路后通过R1的电流为A 通过R2的电流为A C正确 D错误 3 命题点二电路中的功率及效率问题 如图所示的电路中 两平行金属板之间的带电液滴处于静止状态 电流表和电压表均为理想电表 由于某种原因灯泡L的灯丝突然烧断 其余用电器均不会损坏 则下列说法正确的是A 电流表 电压表的读数均变小B 电源内阻消耗的功率变大C 液滴将向上运动D 电源的输出功率变大 例2 答案 分析 RL增加 并同 变大 并同 电压增加 串反 变小 不确定 3 多选 在如图所示的U I图象中 直线 为某一电源的路端电压与电流的关系图线 直线 为某一电阻R的U I图线 用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路 由图象可知A 电源的电动势为3V 内阻为0 5 B 电阻R的阻值为1 C 电源的输出功率为4WD 电源的效率为50 答案 分析 E 3V 4 多选 如图所示 图中直线 表示某电源的路端电压与电流的关系图线 图中曲线 表示该电源的输出功率与电流的关系图线 则下列说法正确的是A 电源的电动势为50VB 电源的内阻为 C 电流为2 5A时 外电路的电阻为15 D 输出功率为120W时 输出电压是30V 答案 解析 电源的路端电压和电流的关系为 U E Ir 显然直线 的斜率的绝对值等于r 纵轴的截距为电源的电动势 从题图中看出E 50V r 5 A正确 B错误 当电流为I1 2 5A时 由回路中电流I1 解得外电路的电阻R外 15 C正确 当输出功率为120W时 由题图中P I关系图线看出对应干路电流为4A 再从U I图线读取对应的输出电压为30V D正确 4 命题点三电源和电阻U I图象的比较 例3 答案 解析 分析 由图象知 电源的内阻为r 0 5 A错误 因为灯L1正常发光 故灯L1的额定电压为3V 额定功率为P UI 3 2W 6W B正确 正常工作时 灯L1的电阻为R1 1 5 换成R2 1 的纯电阻后 该电阻更接近电源内阻r 故电源的输出功率将变大 C错误 小灯泡是纯电阻 适用欧姆定律 其U I图线是一条曲线的原因是灯泡的电阻随温度的变化而发生变化 5 多选 如图所示 a b分别表示一个电池组和一只电阻的伏安特性曲线 以下说法正确的是A 电池组的内阻是1 B 电阻的阻值为0 33 C 将该电阻接在该电池组两端 电池组的输出功率将是4WD 改变外电阻的阻值时 该电池组的最大输出功率是4W 答案 解析 a图线斜率的绝对值的倒数等于电源的内阻 则电池组的内阻是r 1 选项A正确 b图线的斜率的倒数等于电阻R 则R 3 选项B错误 由a图线可知 电源的电动势为E 4V 将该电阻接在该电池组两端 电池组的输出功率将是P 3W 3W 选项C错误 改变外电阻的阻值时 该电池组的最大输出功率为Pm 4W 选项D正确 故选A D 6 多选 如图所示 直线 分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性图线 曲线 是一个小灯泡的伏安特性曲线 如果把该小灯泡分别与电源1 电源2单独连接 则下列说法正确的是A 电源1与电源2的内阻之比是11 7B 电源1与电源2的电动势之比是1 1C 在这两种连接状态下 小灯泡消耗的功率之比是1 2D 在这两种连接状态下 小灯泡的电阻之比是1 2 答案 解析 根据电源的路端电压随输出电流变化的特性图线斜率的绝对值表示电源内阻可知 电源1与电源2的内阻之比是11 7 选项A正确 根据电源的路端电压随输出电流变化的特性图线在纵轴的截距表示电源电动势可知 电源1与电源2的电动势之比是1 1 选项B正确 根据曲线交点表示工作点 交点的纵 横坐标的乘积表示电源输出功率 在这两种连接状态下 小灯泡消耗的功率之比是1 2 选项C正确 根据曲线交点的纵 横坐标的比值表示小灯泡电阻 在这两种连接状态下 小灯泡的电阻之比是18 25 选项D错误 5 命题点四含电容器电路的分析 1 确定电容器和哪个电阻并联 该电阻两端电压即为电容器两端电压 2 当电容器和某一电阻串联后接在某一电路两端时 此电路两端电压即为电容器两端电压 3 当电容器与电源直接相连 则电容器两极板间电压即等于电源电动势 2016 全国 卷 17 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 例4 答案 解析 S断开 S闭合 分析 7 在如图所示的电路中 R1 11 r 1 R2 R3 6 当开关S闭合且电路稳定时 电容器C带电荷量为Q1 当开关S断开且电路稳定时 电容器C带电荷量为Q2 则A Q1 Q2 1 3B Q1 Q2 3 1C Q1 Q2 1 5D Q1 Q2 5 1 答案 解析 8 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 闭合开关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 断开开关S 答案 解析 增大R1的阻值 并同则电容器U增大 E增大 油滴将向上运动 只增大板间距离d 会使板间E减小 油滴将向下运动 选项C错误 断开开关S 电容器放电 油滴将向下运动 选项D错误 盘查拓展点 6 含有非理想电表的电路分析 两个定值电阻R1 R2串联接在U稳定于12V的直流电源上 有人把一个内阻不是远大于R1 R2的电压表接在R1的两端 如图所示 电压表示数为8V 如果把它改接在R2的两端 则电压表的示数将A 小于4VB 等于4VC 大于4V而小于8VD 等于或大于8V 典例1 答案 分析 R并1 R1 R并1 2R2 R1 R并2 R2 2R并2 R1 如图甲所示电路中 电压表V1与V2内阻相同 V2与R1并联 V1的示数为U1 3V V2的示数为U2 2V 现将V2改为与R2并联 如图乙所示 再接在原来的电源上 那么A V1的示数必增大 V2的示数必减小B V1的示数必增大 V2的示数必增大C V1的示数必减小 V2的示数必增大D V1的示数必减小 V2的示数必减小 典例2 答案 分析 R1 R2 课时作业 7 1 如图所示电路 电源内阻不可忽略 开关S闭合后 在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中A 电压表与电流表的示数都减小B 电压表与电流表的示数都增大C 电压表的示数增大 电流表的示数减小D 电压表的示数减小 电流表的示数增大 答案 解析 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 由变阻器R0的滑动端向下滑动可知 R0连入电路的有效电阻减小 R总减小 由I 可知I增大 由U内 Ir可知U内增大 由E U内 U外可知U外减小 故电压表示数减小 由U1 IR1可知U1增大 由U外 U1 U2可知U2减小 由I2 可知电流表示数减小 故A正确 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 2 多选 已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小 有磁场时电阻变大 并且磁场越强电阻值越大 为探测有无磁场 利用磁敏电阻作为传感器设计了如图所示电路 电源的电动势E和内阻r不变 在没有磁场时调节变阻器R使电灯L正常发光 若探测装置从无磁场区进入强磁场区 则A 电灯L变亮B 电灯L变暗C 电流表的示数减小D 电流表的示数增大 答案 解析 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 探测装置从无磁场区进入强磁场区时 磁敏电阻阻值变大 则电路的总电阻变大 根据I 可知总电流变小 所以电流表的示数减小 根据U E Ir 可知I减小 U增大 所以灯泡两端的电压增大 所以电灯L变亮 故A C正确 B D错误 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 3 在如图所示电路中 已知电表均为理想仪表 且小灯泡的电阻小于电源的内阻 电流表A 电压表V1 电压表V2的读数分别为I U1和U2 P为被细线悬挂在两平行金属板间的带电小球 细线与竖直方向间的夹角为 则当滑动变阻器的滑片向右滑动一小段距离的过程中 电流表A 电压表V1 电压表V2读数变化量大小分别是 I U1和 U2 下列说法中正确的是A U2大于 U1B 灯泡变亮 细线与竖直方向间的夹角 变大C 电源的输出功率变大 答案 解析 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 滑动变阻器电阻增大 总电流减小 R1电压减小 R2电压增大 而U外又增大 明显R2电压增大要超过R1电压减小 则A错误 U外增大 即灯泡两端电压增大 灯泡变亮 R1电压减小 即电容器两端电压变小 细线与竖直方向间的夹角 变小 则B错误 小灯泡的电阻小于电源的内阻 那么再并联R1 R2就更小了 因外电阻等于内电阻时 P出最大 所以当外电阻小于内电阻时 外电阻增大 P出增大 则C正确 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 4 如图所示的电路中 闭合开关S 灯L1 L2正常发光 由于电路突然出现故障 发现灯L1变亮 灯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 答案 解析 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 分析电路的连接方式可知 R1与L1并联 R2与R3先并联再与电流表 R4串联 然后与L2并联 发现灯L1变亮 灯L2变暗 说明L1两端的电压变大 L2两端的电压变小 可能是R1断路 A正确 如果R2断路 则灯L2变亮 灯L1变暗 与现象不符 B错误 若R3短路或R4短路 与电流表示数变小不符 C D错误 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 5 多选 如图所示 已知电源的内电阻为r 固定电阻R0 r 可变电阻R的总阻值为2r 若滑动变阻器的滑片P由A端向B端滑动 则下列说法中正确的是A 电源的输出功率由小变大B 固定电阻R0上消耗的电功率由小变大C 电源内部的电压即内电压由小变大D 滑动变阻器R上消耗的电功率变小 答案 解析 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 由闭合电路欧姆定律推出电源的输出功率随外电阻变化的规律表达式P出 根据上式作出P出 R外图象如图所示 当滑片P由A端向B端滑动时 外电路电阻的变化范围是 由图可知 当外电路电阻由0增加到r时 电源的输出功率一直变大 选项A正确 R0是纯电阻 所以其消耗的电功率PR0 因全电路的总电压即电源电动势E一定 当滑动变阻器的滑片P由A端向B端滑动时 外电阻增大 总电流减小 内电压减小 外电压升高 R0上消耗的电功率也一直增大 选项B正确 C错误 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 讨论滑动变阻器R上消耗的电功率的变化情况时 可以把定值电阻R0当作电源内电阻的一部分 即电源的等效内电阻为r 这时滑动变阻器R上消耗的电功率相当于外电路消耗的功率 即等效电源的输出功率 随着滑片P由A端向B端滑动 在R的阻值增大到之前 滑动变阻器R上消耗的电功率是一直增大的 则根据闭合电路欧姆定律可知 当R 时 滑动变阻器R上消耗的电功率达到最大值 滑片P再继续向B端滑动 则滑动变阻器R上消耗的电功率就会逐渐减小 故选项D错误 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 6 多选 如图所示 R1为定值电阻 R2为可变电阻 E为电源电动势 r为电源内电阻 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 电源的输出功率最大 答案 解析 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 在讨论R2的电功率时 可将R1视为电源内阻的一部分 即将原电路等效为外电阻R2与电动势为E 内阻为 R1 r 的电源 等效电源 连成的闭合电路 如图甲所示 R2的电功率是等效电源的输出功率 显然当R2 R1 r时 R2获得的电功率最大 A项正确 讨论R1的电功率时 由于R1为定值 根据P I2R知 电路中电流越大 R1上的电功率就越大 P1 I2R1 所以 当R2 0时 等效电源内阻最小 等于r 如图乙所示 R1获得的电功率最大 故B项错误 C项正确 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 讨论电源的输出功率时 R1 R2 为外电阻 内电阻r恒定 由于题目没有给出R1和r的具体数值 所以当R2 0时 电源输出功率不一定最大 故D项错误 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 7 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 用该电源和小灯泡组成闭合电路时 电源的输出功率和电源的总功率分别是A 4W 8WB 2W 4WC 2W 3WD 4W 6W 答案 解析 用该电源和小灯泡组成闭合电路时 电源的输出功率是UI 2 2W 4W 电源的总功率是EI 3 2W 6W 选项D正确 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 8 硅光电池是一种太阳能电池 具有低碳环保的优点 如图所示 图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图线 电池内阻不是常数 图线b是某电阻R的U I图线 在该光照强度下将它们组成闭合回路时 硅光电池的内阻为A 8 0 B 10 C 12 D 12 5 答案 解析 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 由闭合电路欧姆定律得U E Ir 当I 0时 E U 由图线a与纵轴的交点读出电动势为E 3 6V 根据两图线交点处的状态可知 电阻两端的电压为2V 则内阻r 8 0 故A正确 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 9 多选 在如图所示的U I图线上 a b c各点均表示该电路中有一个确定的工作状态 在b点 则下列说法中正确的是A 在b点时电源有最大输出功率B 在b点时电源的总功率最大C 从a b 角增大 电源的总功率和输出功率可能都将增大D 从b c 角增大 电源的总功率和输出功率可能都将减小 答案 解析 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 b点对应内 外电路电阻相等 电源有最大输出功率 A正确 电源的总功率P总 IE 当回路电流最大时电源总功率最大 即外电路短路时电源的总功率最大 B错误 从a b 路端电压升高 回路电流减小 电源的总功率减小 C错误 若 r 电源内阻 由路端电压和干路电流可判断从b c外电路电阻增大 电源的输出功率和总功率都减小 D正确 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 10 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 答案 解析 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 S断开时外电路处于断路状态 两电阻中均无电流通过 电阻两端电势相等 由题图知a点电势与电源负极电势相等 而b点电势与电源正极电势相等 A错误 S断开时两电容器两端电压都等于电源电动势 而C1 C2 由Q CU知此时Q1 Q2 当S闭合时 稳定状态下C1与R1并联 C2与R2并联 电路中电流I 2A 此时两电阻两端电压分别为U1 IR1 6V U2 IR2 12V 则此时两电容器所带的电荷量分别为Q1 C1U1 3 6 10 5C Q2 C2U2 3 6 10 5C 对电容器C1来说 S闭合后其两端电压减小 所带的电荷量也减小 故B C正确 D错误 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 11 在如图所示的电路中 电容器的电容C 2 F 电源电压为12V且恒定不变 R1 R2 R3 R4 1 2 6 3 则电容器极板a所带电荷量为A 8 10 6CB 4 10 6CC 4 10 6CD 8 10 6C 答案 解析 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 设R1 R2 R3 R4的电阻分别为R 2R 6R 3R 电路稳定后 电容器所在支路无电流 左右两个支路构成并联电路 其中R1和R2支路中电流I1 R3和R4支路中电流I3 令电源正极的电势 0 则 a I1R1 4V b I3R3 8V 得Uab a b 4V 即电容器极板a带正电荷 电荷量Q CUab 8 10 6C D正确 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 12 多选 如图所示 D是一只理想二极管 水平放置的平行板电容器AB内部原有带电微粒P处于静止状态 下列措施下 关于P的运动情况说法正确的是A 保持S闭合 增大A B板间距离 P仍静止B 保持S闭合 减小A B板间距离 P向上运动C 断开S后 增大A B板间距离 P向下运动D 断开S后 减小A B板间距离 P仍静止 答案 解析 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 保持S闭合 电源的路端电压不变 增大A B板间距离 电容减小 由于二极管的单向导电性 电容器不能放电 其电量不变 由推论E 得到 板间场强不变 微粒所受电场力不变 仍处于静止状态 故A正确 保持S闭合 电源的路端电压不变 电容器的电压不变 减小A B板间距离 由E 可知 板间场强增大 电场力增大 微粒将向上运动 故B正确 断开S后 电容器的电量Q不变 由推论E 得到 板间场强不变 微粒所受电场力不变 仍处于静止状态 故C错误 D正确 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3