高考物理一轮复习专题73闭合电路的欧姆定律教学案.docx
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高考物理一轮复习专题73闭合电路的欧姆定律教学案
专题7.3闭合电路的欧姆定律
1.理解闭合电路欧姆定律,并能进行电路的动态分析和计算.
1.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正比,跟内、外电阻之和成反比。
(2)公式
①I=
(只适用于纯电阻电路);
②E=U外+Ir(适用于所有电路)。
2.路端电压与外电阻的关系
一般情况
U=IR=
·R=
,当R增大时,U增大
特殊情况
(1)当外电路断路时,I=0,U=E
(2)当外电路短路时,I短=
,U=0
高频考点一 电阻的串、并联特点
例1、(多选)一个T形电路如图所示,电路中的电阻R1=10Ω,R2=120Ω,R3=40Ω。
另有一测试电源,电动势为100V,内阻忽略不计。
则( )
A.当c、d端短路时,a、b之间的等效电阻是40Ω
B.当a、b端短路时,c、d之间的等效电阻是40Ω
C.当a、b两端接通测试电源时,c、d两端的电压为80V
D.当c、d两端接通测试电源时,a、b两端的电压为80V
解析:
当c、d端短路时,等效电路如图甲所示,R123=R1+
=40Ω。
A正确,同理B错误。
当a、b两端接通测试电源时,等效电路如图乙所示,根据欧姆定律得:
I=
=
A=2A,所以Ucd=IR3=80V,故C正确,同理D错误。
答案:
AC
【变式探究】(多选)有一灵敏电流计,其表头内阻Rg=1000Ω,满偏电流Ig=100μA,以下说法正确的是( )
A.把它改成量程为1.5V的电压表,应串联一个15kΩ的电阻
B.把它改成量程为1.0A的电流表,应并联一个1Ω的电阻
C.把它改成量程为1.0A的电流表,测量某电流时读数为0.5A,此时流过表头的电流为50μA
D.把它改成量程为1.5V的电压表,测量某电压时读数为1.5V,此时流过表头的电流为100μA
答案:
CD
【举一反三】(多选)如图所示,A、B、C、D四个电路中,电源电动势为E,电阻为r,定值电阻为R0,当滑动变阻器R的滑片P从a向b滑动时,电压表示数将变大的电路是( )
解析:
显然,在电路A、B中,当滑动变阻器R的滑片P从a向b滑动时,滑动变阻器连入电路的电阻变小。
对电路A,电压表测量的是路端电压,由于外电路电阻减小,使路端电压随之减小,不符合题意;对电路B,电压表测量的是定值电阻R0两端的电压,由欧姆定律知此时电路电流变大,则电压表示数将变大,符合题意;对电路C,由于电压表位置的特殊性,其示数将不变;而电路D,实际上可认为是一个分压电路,尽管电路电流不变,但当滑动变阻器R的滑片P从a向b滑动时,电压表测量的电阻增加,则电压表示数将变大。
答案:
BD
高频考点二 电路的动态分析
例2.(多选)如图所示,A、B、C、D四个电路中,电源电动势为E,电阻为r,定值电阻为R0,当滑动变阻器R的滑片P从a向b滑动时,电压表示数将变大的电路是( )
答案 BD
【变式探究】如图所示的电路中,电源内阻不可忽略,L1、L2两灯均正常发光,R1为定值电阻,R为一滑动变阻器,P为滑动变阻器的滑片,若将滑片P向下滑动,则( )
A.L1灯变亮 B.L2灯变暗
C.R1上消耗的功率变大D.电源内部消耗的功率变大
解析:
由闭合电路欧姆定律可得,滑片P向下滑动,电路总电阻减小,总电流增大,路端电压减小,所以L1、L2变暗,R1上消耗的功率变大,由P内=I2r知电源内部消耗的功率变大,A错误,B、C、D正确。
答案:
BCD
【举一反三】如图3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( )
图3
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 B
【方法技巧】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.
高频考点三 电路中的功率及效率问题
例3.(多选)某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标系中,如图5中的a、b、c所示.以下判断正确的是( )
图5
A.在a、b、c三条图线上分别取横坐标相同的A、B、C三点,这三点的纵坐标一定满足关系PA=PB+PC
B.b、c图线的交点与a、b图线的交点的横坐标之比一定为1∶2,纵坐标之比一定为1∶4
C.电源的最大输出功率Pm=9W
D.电源的电动势E=3V,内电阻r=1Ω
答案 ABD
【变式探究】如图6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( )
图6
A.电路中的电流变小
B.电源的输出功率先变大后变小
C.滑动变阻器消耗的功率变小
D.定值电阻R0上消耗的功率先变大后变小
答案 C
解析 当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时,外电路电阻减小,电路中的电流变大,当滑片位于b端时,r=R外,电源的输出功率最大,选项A、B错;当把定值电阻R0看做电源内阻,滑动变阻器的滑片P位于a端时,滑动变阻器消耗的功率最大,由a端向b端滑动时,滑动变阻器消耗的功率变小,选项C对;由P=I2R0知,定值电阻R0上消耗的功率变大,选项D错.
【方法规律】对闭合电路功率的两点认识
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,IE=P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.
高频考点四 电源和电阻U-I图象的比较
例4.(多选)如图7所示是某电源的路端电压与电流的关系图象,下列结论正确的是( )
图7
A.电源的电动势为6.0VB.电源的内阻为12Ω
C.电源的短路电流为0.5AD.电流为0.3A时的外电阻是18Ω
答案 AD
【变式探究】(多选)如图8所示的U-I图象中,直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系图线,直线Ⅱ为某一电阻R的U-I图线,用该电源直接与电阻R连接成闭合电路,由图象可知( )
图8
A.R的阻值为1.5Ω
B.电源电动势为3.0V,内阻为0.5Ω
C.电源的输出功率为3.0W
D.电源内部消耗功率为1.5W
答案 AD
【方法技巧】利用两种图象解题的基本方法
利用电源的U-I图象和电阻的U-I图象解题.无论电阻的U-I图象是线性还是非线性,解决此类问题的基本方法是图解法,即把电源和电阻的U-I图线画在同一坐标系中,图线的交点即电阻的“工作点”,电阻的电压和电流可求,其他的量也可求.
高频考点四 含电容器电路的分析
例4.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
答案 B
解析 增大R1的阻值,稳定后电容器两板间的电压升高,带电油滴所受电场力增大,将向上运动,A错误.电路稳定后,电容器相当于断路,无电流通过电阻R2,故R2两端无电压,所以,增大R2的阻值,电容器两板间的电压不变,带电油滴仍处于静止状态,B正确.增大两板间的距离,两板间的电压不变,电场强度减小,带电油滴所受电场力减小,将向下运动,C错误.断开电键S后,两板间的电势差为0,带电油滴只受重力作用,将向下运动,D错误.
【变式探究】如图所示电路中,电源的电动势为E,内阻为r,R1、R3为定值电阻,R2为滑动变阻器,C为平行板电容器,开关S闭合后,电容器两板正中央有一个带电液滴恰好静止.电流表和电压表都可以视为理想电表.当滑动变阻器滑片P向b端滑动过程中,下述说法中正确的是( )
A.电压表示数变大,电流表示数变小
B.电压表示数变小,电流表示数变大
C.电容器C所带电荷量增加,液滴向上加速运动
D.电容器C所带电荷量减小,液滴向下加速运动
答案 D
【举一反三】在如图所示的电路中,R1=11Ω,r=1Ω,R2=R3=6Ω,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∶1
C.Q1∶Q2=1∶5D.Q1∶Q2=5∶1
答案 A
解析 当开关S闭合时,电容器两端电压等于R2两端的电压,U2=
=
,Q1=
C;当开关S断开时,电容器两端电压等于电源电动势,U=E,Q2=EC,所以Q1∶Q2=1∶3,选项A正确.
【方法技巧】含电容器电路的分析技巧
分析和计算含有电容器的直流电路时,关键是准确判断和求出电容器两端的电压,其具体方法是:
(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.
1.【2016·江苏卷】如图1所示的电路中,电源电动势为12V,内阻为2Ω,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( )
图1
A.路端电压为10V
B.电源的总功率为10W
C.a、b间电压的大小为5V
D.a、b间用导线连接后,电路的总电流为1A
J3电路综合问题
2.【2016·天津卷】如图1所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电表.下列说法正确的是( )
图1
A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,R1消耗的功率变大
B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电压表V示数变大
C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电流表A1示数变大
D.若闭合开关S,则电流表A1示数变大,A2示数变大
3.(2016·北京理综·19)某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻,他们提出的实验方案中有如下四种器材组合。
为使实验结果尽可能准确,最不可取的一组器材是( )
A.一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器
B.一个伏特表和多个定值电阻
C.一个安培表和一个电阻箱
D.两个安培表和一个滑动变阻器
解析:
根据U=E-Ir,要测出E和r,就要同时测出U和I,A、B、C三个选项都能满足要求;D选项只能测出电流I,不能测出电压U,所以选D。
答案:
D
4.(2016·全国甲卷·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( )
A.
B.
C.
D.
解析:
断开S和闭合S后等效电路分别如图甲、乙所示。
答案:
C
(2014·天津理综)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
【答案】B
【解析】本题考查了电路的动态分析和带电粒子在电场中的平衡,解答关键是分析电容器两端电压变化情况。
带电粒子原来平衡
=mg。
当增大R1阻值时,电路的总电阻增大,电路总电流减小,内压减小,路端电压U增大,带电粒子向上加速,A错,增大R2,路端电压不变,油滴仍静止,B正确;增大两板间距离,
电路的动态分析步骤: 分支路电阻变→总电阻变→总电流变→内压变→路端电压→各支路。 1.将一电源电动势为E,内电阻为r的电池与外电路连接,构成一个闭合电路,用R表示外电路电阻,I表示电路的电流,下列说法正确的是( ) A.由U外=IR可知,外电压随I的增大而增大 B.由U内=Ir可知,电源两端的电压随I的增大而增大 C.由U=E-Ir可知,电源输出电压随输出电流I的增大而减小 D.由P=IU可知,电源的输出功率P随输出电流I的增大而增大 答案 C 2.如图1所示的电路中,电源电动势为E,内电阻为r.开关S闭合后,电灯L1、L2均能发光.现将滑动变阻器R的滑片P稍向上移动,下列说法正确的是( ) 图1 A.电灯L1、L2均变亮B.电灯L1变亮,L2变暗 C.电流表的示数变小D.电源的总功率变小 答案 B 解析 将滑动变阻器R的滑片P稍向上移动,电流表的示数变大,电灯L1变亮,L2变暗,电源的总功率变大,选项B正确,A、C、D错误. 3.在如图2所示的电路中,当闭合开关S后,若将滑动变阻器的滑片P向下移动,则正确的是( ) 图2 A.电压表和电流表的示数都增大 B.灯L2变暗,电流表的示数减小 C.灯L1变亮,电压表的示数减小 D.灯L2变亮,电容器的带电荷量增大 答案 C 4.如图3所示电路中,4个电阻阻值均为R,开关S闭合时,有质量为m、带电荷量为q的小球静止于水平放置的平行板电容器的正中间.现断开开关S,则下列说法不正确的是( ) 图3 A.小球带负电 B.断开开关后电容器的带电荷量减小 C.断开开关后带电小球向下运动 D.断开开关后带电小球向上运动 答案 D 解析 带电荷量为q的小球静止于水平放置的平行板电容器的正中间,说明所受电场力向上,小球带负电,选项A正确;断开开关后电容器两端电压减小,电容器的带电荷量减小,带电小球所受电场力减小,带电小球向下运动,选项B、C正确,D错误. 5.(多选)如图4所示,图中直线①表示某电源的路端电压与电流的关系图线,图中曲线②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( ) 图4 A.电源的电动势为50V B.电源的内阻为 Ω C.电流为2.5A时,外电路的电阻为15Ω D.输出功率为120W时,输出电压是30V 答案 ACD 解析 电源的路端电压和电流的关系为: U=E-Ir,显然直线①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= Ω=5Ω,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=15Ω,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. 6.(多选)如图5所示电路,闭合开关S,滑片P缓慢向左滑动时,则下列说法正确的是( ) 图5 A.电容器C所带的电荷量不变 B.电容器C所带的电荷量增大 C.电压表 的示数不变 D.电压表 的示数增大 答案 BC 7.(多选)如图6所示,C1=6μF,C2=3μF,R1=3Ω,R2=6Ω,电源电动势E=18V,内阻不计,下列说法正确的是( ) 图6 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2A C.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 BC 解析 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. 8.如图7所示,直线A为电源a的路端电压与电流的关系图线;直线B为电源b的路端电压与电流的关系图线;直线C为一个电阻R的两端电压与电流的关系图线.如果将这个电阻R分别接到a、b两电源上,那么有( ) 图7 A.R接到a电源上,电源的效率较高 B.R接到b电源上,电源的输出功率较大 C.R接到a电源上,电源的输出功率较大,但电源效率较低 D.R接到b电源上,电阻的发热功率和电源的效率都较高 答案 C 9.(多选)有一种测量人体重的电子秤,其原理如图8中虚线内所示,它主要由三部分构成: 踏板、压力传感器R(阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表).设踏板的质量可忽略不计,已知理想电流表的量程为3A,电源电动势为12V,内阻为2Ω,电阻R随压力变化的函数式为R=30-0.02F(F和R的单位分别是N和Ω).下列说法正确的是( ) 图8 A.该电子秤能测量的最大体重是1400N B.该电子秤能测量的最大体重是1300N C.该电子秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375A处 D.该电子秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.4A处 答案 AC 10.如图9甲所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=100Ω,R2阻值未知,R3为一滑动变阻器.当其滑片P从左端滑至右端时,测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图线如图乙所示,其中A、B两点是滑片P在变阻器的两个不同端点得到的.求: 图9 (1)电源的电动势和内阻; (2)定值电阻R2的阻值; (3)滑动变阻器的最大阻值. 答案 (1)20V 20Ω (2)5Ω (3)300Ω 解析 (1)题图乙中AB的延长线交U轴于20V处,交I轴于1.0A处,所以电源的电动势为E=20V,内阻r= =20Ω. (2)当P滑到R3的右端时,电路参数对应题图乙中的B点,即U2=4V、I2=0.8A,得R2= =5Ω. (3)当P滑到R3的左端时,由题图乙知此时U外=16V,I总=0.2A 所以R外= =80Ω 因为R外= +R2 所以滑动变阻器的最大阻值为: R3=300Ω
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