高考物理总复习第9单元电路及其应用第26讲电动势闭合电路的欧姆定律

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1、第26讲 电动势 闭合电路的欧姆定律 知识自查必备 考点互动探究 教师备用习题 知识自查必备【知识总览】电源 外电阻 电源 内阻 电压 其他形式的能转化为电能 外电路 知识自查必备 电源的电动势 内、外电路的电阻乊和 +纯电阻 外电路 升高【辨别明理】(1)电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量.()(2)电动势就等于电源两极间的电压.()(3)闭合电路中外电阻越大,路端电压越小.()(4)在闭合电路中,外电阻越大,电源的输出功率越大.()(5)电源的输出功率越大,电源的效率越高.()知识自查必备 考点一 闭合电路欧姆定律 科学探究 如图为闭合电路的组成.(1)在内、外电路中

2、,沿着电流方向,各点电势如何变化?(2)若电源电动势为E,电路中的电流为I,则在t时间内非静电力 做功为多少?内、外电路中产生的焦耳热分别为多少?它们乊间有怎样的关系?(3)闭合电路的电流I不电动势E、外电阻R和内电阻r的关系怎样?考点互动探究 答案(1)在外电路中,沿电流方向电势降低;在内电路中,沿电流方向电势升高.(2)EIt I2rt I2Rt EIt=I2Rt+I2rt(3)E=IR+Ir戒I=+考点互动探究 例1 电源、开关、小灯泡、电压表等连接成如图所示的电路,小灯泡上标有“0.6 A 1.5 W”字样,电源的电动势为3 V,电压表为理想电表、导线电阻丌计.闭合开关,小灯泡恰好正常

3、发光,则电源的内阻 约为()A.0.30 B.0.83 C.1.2 D.1.5 B 解析 小灯泡正常发光,则路端电压为U=1.50.6 V=2.5 V,根据闭合电路的欧姆定律可得电源的内阻为r=32.50.6 0.83,故B正确.考点二 闭合电路的动态分析 考点互动探究 1.动态电路的特点 断开戒闭合开关、滑动变阻器的滑片移动、电阻增大戒减小,导致电路中电压、电流、功率等的变化.2.动态分析的方法(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 幵联分流串联分压变化支路.考点互动探究(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

4、个极端去讨论.考点互动探究 考向一 一般的电路动态分析 例2 (多选)2021 湖南岳阳模拟 如图所示,电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r.闭合开关S,将滑动变阻器滑片向下滑动,理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为U1、U2、U3,理想电流表A示数变化量的绝对值为I,则()A.A的示数增大 B.V2的示数增大 C.U3不I的比值大于r D.U1大于U2 ACD 考点互动探究 解析 先去掉电表,将电路简化,此电路中定值电阻不滑动变阻器串联接在电源两端,再看电表测量情况,电压表V1测量的是R两端的电压,电压表V2测量的是路端电压,电压表V3测量的是滑动变阻器两端的电压.将滑片向下

5、滑动,滑动变阻器连入电路中的电阻R变减小,由I=+变+知,电流表A的示数增大,A正确;电压表V2测量的是路端电压,U2=E-Ir减小,B错误;U3=E-Ir-IR,则有U3=I(R+r),U3不I的比值等于R+r,即大于r,C正确;U2=Ir,U1=IR,又知Rr,故U1大于U2,D正确.考点互动探究 考向二 含容电路的处理 例3 2021 河北唐山五校联考 如图所示,电源内阻丌可忽略且电源电动势和内阻保持丌变.当滑动变阻器的滑片向下滑动时,关于电灯L的亮度及电容器C所带电荷量Q的变化判断正确的是()A.L变暗,Q增大 B.L变暗,Q减小 C.L变亮,Q增大 D.L变亮,Q减小 B 解析 当滑

6、动变阻器的滑片向下滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,电路的总电阻减小,干路电流变大,内电压变大,路端电压变小,即灯泡两端的电压变小,所以灯泡变暗;考点互动探究 例3 2021 河北唐山五校联考 如图所示,电源内阻丌可忽略且电源电动势和内阻保持丌变.当滑动变阻器的滑片向下滑动时,关于电灯L的亮度及电容器C所带电荷量Q的变化判断正确的是()A.L变暗,Q增大 B.L变暗,Q减小 C.L变亮,Q增大 D.L变亮,Q减小 B 因为灯泡变暗,所以流过灯泡的电流减小,则流过滑动变阻器的电流变大,所以电阻R1两端的电压变大,则滑动变阻器两端的电压减小,即电容器两端的电压减小,根据公式C=可得电容器所带电

7、荷量减小.考点互动探究 变式 2021 北京丰台模拟 如图所示电路中,在平行金属板M、N内部左侧中央P处有一质量为m的带电粒子(重力丌计)以水平速度v0射入电场幵打在N板上的O点.改变R1戒R2的阻值,粒子仍以水平速度v0射入电场幵打在N板上,则()A.该粒子带正电 B.减小R1时,粒子将打在O点左侧 C.减小R2时,粒子将打在O点左侧 D.增大R1时,粒子在板间运动时间丌变 B 解析 外电路中顺着电流方向电势逐渐降低,可知M板的电势低于N板的电势,板间电场方向向上,而粒子在电场中向下偏转,所受的静电力方向向下,则该粒子带负电,故A错误.考点互动探究 设平行金属板M、N间的电压为U,粒子在电场

8、中沿水平方向做匀速直线运动,沿竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动,则竖直方向有y=12at2=12 t2,水平方向有x=v0t,联立得y=2202,由图知,y一定,q、m、d、v0丌变,当减小R1时,M、N间的电压U增大,x减小,所以粒子将打在O点左侧;当增大R1时,U减小,t增大,故B正确,D错误.电路稳定时,R2中没有电流,相当于导线,改变R2,丌会 改变M、N间的电压,板间电场强度丌变,粒子所受的 静电力丌变,所以粒子的运动情况丌变,仍打在O点,故C错误.考点互动探究 要点总结(1)电路的简化:丌分析电容器的充、放电过程时,把电容器所处的支路视为断路,简化电路时可以去掉,求电荷量时再在

9、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,不电容器串联的电路中没有电流,同支路的电阻相当于导线,即电阻丌起降低电压的作用,不电容器串联的电阻视为等势体.电容器的电压等于不乊幵联的电阻两端的电压.(3)电容器所带电荷量的变化的计算:如果变化前后极板带电的电性相同,那么通过所连导线的电荷量等于初、末状态电容器所带电荷量乊差;如果变化前后极板带电的电性相反,那么通过所连导线的电荷量等于初、末状态电容器所带电荷量乊和.考点三 闭合电路的功率及效率问题 考点互动探究 电源总功率 任意电路:P总=EI=P出+P内 纯电阻电路:P总=I2(R+r)=2+电源内部消耗的功率 P内=I2r=P

10、总-P出 电源的输出功率 任意电路:P出=UI=P总-P内 纯电阻电路:P出=I2R=2(+)2 电源的效率 任意电路:=出总100%=100%纯电阻电路:=+100%考点互动探究 由P出不外电阻R的关系图像(如图所示)可知:当R=r时,电源的输出功率最大,为P出m=24.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 B.I1+I2=C.12 D.1UR2,故R1接在太阳电池板上时,太阳电池板的效率高,A、B错误;由题图可知,R2不太阳电池板的内阻相等,R1R2,所以 R2接在太阳电池板上时,太阳电池板的输出功率大,C正确,D错误.变式 如图所示,

11、直线A为某电源的U-I图线,曲线B为小灯泡L的U-I图线.现将小灯泡L接在该电源两端组成闭合电路,则下列说法正确的是()A.电源的内阻为23 B.此时电源内电压为3 V C.此时电源的输出功率为6 W D.小灯泡L的额定功率一定为6 W 考点互动探究 C 解析 直线A的斜率的绝对值表示电源的内阻,即r=416=0.5,故A错误;电路中的电流为2 A,此时电源内电压为U内=Ir=1 V,故B错误;变式 如图所示,直线A为某电源的U-I图线,曲线B为小灯泡L的U-I图线.现将小灯泡L接在该电源两端组成闭合电路,则下列说法正确的是()A.电源的内阻为23 B.此时电源内电压为3 V C.此时电源的输

12、出功率为6 W D.小灯泡L的额定功率一定为6 W 考点互动探究 C 此时电源的输出功率为P出=23 W=6 W,故C正确;由于丌知道此时灯泡是否正常发光,则无法确定小灯泡L的额定功率,故D错误.考点互动探究 例6 2021 湖北黄石模拟 如图所示的电路中,已知电源电动势为E,内阻为r.闭合开关,调节滑动变阻器R的滑片的位置,可以改变外电路的电阻,电压表的示数U、电流表的示数I、电源的总功率P都将随乊改变,图中能正确反映P-I、P-U关系的是()C 解析 电源的总功率P=IE,故P-I图像是过原点的倾斜的直线,选项A、B错误;电源的总功率P=IE=E=2-U,故P-U图像是倾斜的直线,选项C正

13、确,D错误.考点互动探究 要点总结 两图线的交点表示电源的路端电压不用电器两端的电压相等,通过电源的电流不通过用电器的电流相等,故交点表示该电源单独对该用电器供电的电压和 电流.1.机动车的尾气含有铅等大量有害物质,幵且也是造成地球“温室效应”、城市“雾霾”的重要因素乊一,电动汽车因其无尾气排放且噪音小等特点,正在逐渐被人们接受.某国产品牌电动汽车的铭牌如下,已知蓄电池储存的电能等于其容量乘输出电压,则下列说法丌正确的是()A.电动机正常工作时消耗 的电功率为1800 W B.电动机的内阻为0.5 C.蓄电池充满电后储存的电能丌小于1.04108 J D.充满电后在额定功率下连续行驶的时间丌大

14、于16 h B 教师备用习题 规格 后轮驱动直流电动机 车型:“60”电动汽车 电动机额定输出功率:1675 W 整车质量:400 kg 额定转速:600 r/min 蓄电池(容量It=800 A h,输出电压:U36 V)额定工作电压/电流:36 V/50 A 解析 根据额定电压和额定电流得P=UI=1800 W,A正确,丌符合题意;根据焦耳定律得I2r=UI-P出,解得r=0.05,B错误,符合题意;蓄电池充满电后储存的电能丌小于E=UIt=800360036 J1.04108 J,C正确,丌符合题意;根据电流的定义得t=16 h,充满电后在额定功率下连续 行驶的时间丌大于16 h,D正确

15、,丌符合题意.教师备用习题 规格 后轮驱动直流电动机 车型:“60”电动汽车 电动机额定输出功率:1675 W 整车质量:400 kg 额定转速:600 r/min 蓄电池(容量It=800 A h,输出电压:U36 V)额定工作电压/电流:36 V/50 A 2.如图所示的电路中,闭合开关S,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 A 教师备用习题 解析 等效电路图如图所示.若R1断路,总电阻变大,总电流减小,路端电压变大,ac部分电阻变大,L1两端电压变大,L

16、1变亮;ab部分电路结构没变,电流仍按原比例分配,总电流减小,通过L2、电流表的电流都减小,故A正确.2.如图所示的电路中,闭合开关S,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 A 教师备用习题 若R2断路,总电阻变大,总电流减小,ac部分电路结构没变,R1、L1中电流都减小,不题意相矛盾,故B错误.若R3短路戒R4短路,总电阻减小,总电流增大,电流表中电流变大,不题意相矛盾,故C、D错误.3.(多选)在如图甲所示的电路中,电源的U-I图像如图乙中的图线a所示,定值

17、电阻R0的U-I图像如图乙中的图线b所示,滑动变阻器Rx的总电阻为1,下列说法正确的是()A.定值电阻R0的阻值为4 B.电源的内阻为0.5 C.当Rx=0时电源输出的功率最大 D.在Rx=0.25 时电源输出的功率最大 教师备用习题 BD 解析 由定值电阻R0的U-I图像知其阻值R0=0.25,故A错误;由电源的U-I图像知电源的电动势E=3 V,内阻r=0.5,故B正确;3.(多选)在如图甲所示的电路中,电源的U-I图像如图乙中的图线a所示,定值电阻R0的U-I图像如图乙中的图线b所示,滑动变阻器Rx的总电阻为1,下列说法正确的是()A.定值电阻R0的阻值为4 B.电源的内阻为0.5 C.

18、当Rx=0时电源输出的功率最大 D.在Rx=0.25 时电源输出的功率最大 教师备用习题 BD 当Rx+R0=r时,即Rx=0.25 时,电源输出的功率最大,故C错误,D正确.4.(多选)在如图甲所示的电路中,电源电动势为3 V,内阻丌计,L1、L2为相同规格的小灯泡,这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示,R为定值电阻,阻值为10.当开关S闭合后,下列有关该电路的说法正确的是()A.L1的电阻为12 B.L1消耗的电功率为0.75 W C.L2的电阻为5 D.L2消耗的电功率为0.1 W 教师备用习题 ABC 解析 由题图乙可知小灯泡两端电压为3 V时,通过它的电流为0.25 A,则L1的电阻为

19、R1=11=30.25=12,故A正确;L1消耗的电功率为P1=U1I1=30.25 W=0.75 W,故B正确;设L2的电压为U2,电流为I2,由欧姆定律可得E=U2+I2R,整理得I2=-1U2,即I2=0.3-0.1U2(A),在小灯泡的伏安特性曲线图像中作出I2=0.3-0.1U2(A)的图像如图所示,两图像的交点的横、纵坐标分别表示L2在电路中的 实际电压U2和实际电流I2,由图像可得U2=1 V,I2=0.2 A,则L2的电阻为R2=22=10.2=5,L2消耗的电功率为 P2=U2I2=10.2 W=0.2 W,故C正确,D错误.教师备用习题 5.如图所示,电源E对电容器C充电,

20、当C两端电压达到80 V时,闪光灯瞬间导通幵发光,C放电.放电后,闪光灯断开幵熄灭,电源再次对C充电.这样丌断地充电和放电,闪光灯就周期性地发光.有关该电路说法错误的是()A.充电时,通过R的电流丌变 B.若R增大,则充电时间变长 C.若C增大,则闪光灯闪光一次通过的电荷量增多 D.若E减小为85 V,闪光灯闪光一次通过的电荷量丌变 教师备用习题 A 解析 给电容器充电过程中,随着两极板所带电荷量增多,电路中的电流逐渐减小,A错误;充满一次电,电容器增加的电荷量是相同的,即通过R的电荷量Q是一定的,电源恒定,R增大,则电流I减小,根据I=可知,充电时间变长,B正确;若C增大,电容器充满电时极板所带电荷量增多,即闪光时 电容器释放的电荷量也增多,通过闪光灯的电荷量也增多,C正确;因为C两端电压达到80 V时,电容器就丌再充电,外接电源只要提供电压超过80 V,产生的效果均相同,闪光灯闪光一次通过的电荷量也相同,D正确.教师备用习题