《3年高考2年模擬課標(biāo)物理》高考大一輪復(fù)習(xí)第2講閉合電路歐姆定律

1、欄目索引一、電阻的連接一、電阻的連接1.電阻的串聯(lián)電流:I=I1=I2=In。知識(shí)梳理知識(shí)梳理電壓:U=U1+U2+Un。電阻:R=R1+R2+Rn。電壓分配:=,=。功率分配:=,=。12UU12RRnUUnRR12PP12RRnPPnRR欄目索引電壓:U=U1=U2=Un。電阻:=+。電流分配:=,=。功率分配:=,=。1R11R21R1nR12II21RR1II1RR12PP21RR1PP1RR2.電阻的并聯(lián)電流:I=I1+I2+In。欄目索引注意(1)無(wú)論電阻怎樣連接,每一段電路的總耗電功率P總是等于各個(gè)電阻消耗電功率之和。即P=P1+P2+Pn。(2)無(wú)論電路是串聯(lián)還是并聯(lián),電路中任

2、意一個(gè)電阻變大時(shí),電路的總電阻變大。二、電路的基本規(guī)律二、電路的基本規(guī)律1.電路的組成(1)外電路:電源外部的電路。(2)內(nèi)電路:電源內(nèi)部的電路。外電路上的電壓叫外電壓,內(nèi)電路上的電壓叫內(nèi)電壓。欄目索引2.電源電動(dòng)勢(shì)(1)概念:反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)。(2)大小:數(shù)值上等于將單位正電荷從負(fù)極移到正極克服靜電力做的功。確定的電源,電動(dòng)勢(shì)為定值,不隨電路情況變化而變化;不同種類(lèi)電源,電動(dòng)勢(shì)一般不同,電動(dòng)勢(shì)越大,非靜電力做功本領(lǐng)越大。(3)電動(dòng)勢(shì)是標(biāo)量,但為了說(shuō)明問(wèn)題方便,習(xí)慣上規(guī)定電動(dòng)勢(shì)的方向在電源內(nèi)部從負(fù)極指向正極。3.閉合電路歐姆定律(1)內(nèi)容:閉合電路的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正

3、比,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。欄目索引(2)公式:I=。(3)I=也可以表示為E=IR+Ir=U外+U內(nèi),即電源的電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)外電路電勢(shì)差之和。路端電壓為U=E-Ir。當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí),路端電壓等于電動(dòng)勢(shì);當(dāng)電源兩端短路時(shí),I=。三、電流表和電壓表的原理三、電流表和電壓表的原理1.表頭的構(gòu)造和原理(1)構(gòu)造:主要由永磁鐵和放入其中的可轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈組成。表頭用符號(hào)表示,電流表和電壓表都是由表頭改裝而成的。其中的輻向磁場(chǎng),保證線ERrERrEr欄目索引圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),磁場(chǎng)情況不變,如圖所示。欄目索引(2)工作原理:當(dāng)電流流經(jīng)線圈時(shí),線圈因受安培力而轉(zhuǎn)動(dòng),彈簧通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng),線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),可以

4、證明I,所以根據(jù)表頭指針偏轉(zhuǎn)的角度可以測(cè)出電流的大小,且刻度是均勻的。(3)三個(gè)參數(shù):內(nèi)阻Rg,滿偏電流Ig,滿偏電壓Ug,關(guān)系是Ug=IgRg,對(duì)一個(gè)表頭,三者都為定值。2.電壓表的改裝(1)改裝原理電壓表是根據(jù)串聯(lián)電路的分壓作用,在表頭上串聯(lián)一個(gè)分壓電阻,并在表頭的電流刻度上標(biāo)出相應(yīng)的數(shù)值后改裝而成的,如圖所示。欄目索引(2)改裝計(jì)算改裝后的電壓表量程為U,則由U=IgRg+IgR得R=Rg,令量程倍數(shù)n=,則R=(n-1)Rg,所以量程擴(kuò)大為原量程的n倍時(shí),需串聯(lián)的電阻阻值為(n-1)Rg,電壓表的內(nèi)阻為RV=nRg。g1UUgUU改裝原理可以理解為電流Ig不變,總電阻變?yōu)閚Rg,所以量

5、程變?yōu)閚Ug;其中Rg分擔(dān)Ug,R分擔(dān)其余(n-1)Ug。欄目索引3.電流表的改裝(1)改裝原理電流表是根據(jù)并聯(lián)電路的分流作用,在表頭上并聯(lián)一個(gè)分流電阻,并在表頭電流刻度上標(biāo)出相應(yīng)的數(shù)值后改裝而成的,如圖所示。欄目索引(2)改裝計(jì)算改裝后電流表量程為I,則有IgRg=(I-Ig)R得R=Rg取=n(量程倍數(shù))則R=Rg即改裝后電流表量程為原來(lái)的n倍時(shí),需要給表頭并聯(lián)一個(gè)阻值為的電阻。注意將表頭改裝成電流表、電壓表后允許通過(guò)表頭的最大電流和表頭兩端所能加的最大電壓并沒(méi)有改變,改裝后的電流表比原量程增加的g1( /1)II gII11ng1Rn電流被分流電阻承擔(dān),改裝后的電壓表比原量程增加的電壓被

6、分壓電阻承擔(dān)。欄目索引1.(1)因?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)和電壓?jiǎn)挝灰粯?所以電動(dòng)勢(shì)就是電壓。()(2)電壓表接在電源正、負(fù)極間,測(cè)的是電源的內(nèi)電壓。()(3)電源的U-I圖線與橫軸上的截距總是短路電流。()答案(1)(2)(3)欄目索引2.在如圖所示的電路中,開(kāi)關(guān)S1、S2、S3、S4均閉合,C是極板水平放置的平行板電容器,板間懸浮著一油滴P。斷開(kāi)哪一個(gè)開(kāi)關(guān)后P會(huì)向下運(yùn)動(dòng)()A.S1B.S2C.S3D.S4欄目索引答案C四個(gè)開(kāi)關(guān)均閉合時(shí),油滴懸浮于平行板電容器的極板間,油滴所受合外力為零,說(shuō)明油滴除受重力外必受電場(chǎng)力的作用,且大小與重力相等,方向與重力方向相反。若斷開(kāi)某個(gè)開(kāi)關(guān)后,油滴向下運(yùn)動(dòng),必是電場(chǎng)力減小

7、,是由電容器極板間電壓減小所致。從電路連接形式可看出,電阻R1、R2并聯(lián)后與電容器C串聯(lián),故電容器C實(shí)質(zhì)上是并聯(lián)在電阻R3兩端的。因R1、R2的電阻相對(duì)于電容器而言可忽略,斷開(kāi)S1不會(huì)使電容器兩板間的電壓發(fā)生變化;斷開(kāi)S4,電容器兩板間的電壓保持不變;斷開(kāi)S2,因電源內(nèi)阻遠(yuǎn)小于電容器的電阻,電容器兩板間電壓反而會(huì)升高;只有斷開(kāi)S3時(shí),電容器通過(guò)R3放電,使電容器兩板間的電壓降低,P才會(huì)向下運(yùn)動(dòng)。欄目索引3.在研究微型電動(dòng)機(jī)的性能時(shí),應(yīng)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路。當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R并控制電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.50A和2.0V。重新調(diào)節(jié)R并使電動(dòng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn),此時(shí)電流表和電壓

8、表的示數(shù)分別為2.0A和24.0V。則這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輸出功率為()A.32WB.44WC.47WD.48W欄目索引答案A分析題意得,當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一個(gè)純電阻,電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為r=,代入數(shù)據(jù)得:r=4。重新調(diào)節(jié)R并使電動(dòng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn),電動(dòng)機(jī)的輸出功率為P=UI-I2r,代入數(shù)據(jù)得:P=32W,A正確。UI欄目索引4.(多選)如圖所示,直線A為電源a的路端電壓與電流的關(guān)系圖線;直線B為電源b的路端電壓與電流的關(guān)系圖線;直線C為一個(gè)電阻R兩端電壓與電流的關(guān)系圖線。將這個(gè)電阻分別接到a、b兩電源上,那么()A.R接到b電源上時(shí)電源的效率高B.R接到b電源上時(shí)電源的輸出功率較大

9、C.R接到a電源上時(shí)電源的輸出功率較大,但電源效率較低D.R接到a電源上時(shí)電阻的發(fā)熱功率較大,電源效率也較高欄目索引答案AC由題圖知EaEb,內(nèi)阻rarb,當(dāng)電阻R接到電源兩端時(shí),電源的效率為=,所以R接到電源b上時(shí),電源的效率高,A對(duì),D錯(cuò)。由題圖知,R接到電源a上時(shí),電源的輸出電壓和電流均比接到b上時(shí)大,故R接到電源a上時(shí),電源的輸出功率較大,B錯(cuò),C對(duì)。故選A、C。22()I RIRrRRr欄目索引1.程序法電路結(jié)構(gòu)的變化R的變化R總的變化I總的變化U端的變化固定支路變化支路。2.“串反并同”結(jié)論法(1)所謂“串反”,即某一電阻增大時(shí),與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都

10、將減小,反之則增大。(2)所謂“并同”,即某一電阻增大時(shí),與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大,反之則減小。IU并聯(lián)分流串聯(lián)分壓重難一電路的動(dòng)態(tài)分析重難一電路的動(dòng)態(tài)分析重難突破重難突破欄目索引則:R3.極限法:因滑動(dòng)變阻器滑片滑動(dòng)引起電路變化的問(wèn)題,可將變阻器的滑片分別滑至兩個(gè)極端,讓電阻最大或電阻為零去討論。UIP串串串UIP并并并欄目索引解析為了使表述一目了然,可以用符號(hào)表示各量的變化趨勢(shì):用“”表示量值增大,“”表示量值變小,不標(biāo)箭頭表示量值不變,則本題解答過(guò)程可表示為:變阻器滑片C向B移動(dòng)R滑R并R外;由閉合電路歐姆定律I1=I總=典例1如圖所示,當(dāng)滑動(dòng)變阻器R3

11、的滑片C向B方向移動(dòng)時(shí),電路中各電表示數(shù)如何變化?(電表內(nèi)阻對(duì)電路的影響不計(jì))欄目索引,故A1示數(shù)減小;由U=E-I總r,故示數(shù)增大;由U1=I1R1,故V1示數(shù)變小;由U2=U-U1,故V2示數(shù)變大;由I2=U2/R2,故A2示數(shù)變大;由并聯(lián)電路性質(zhì),I3=I1-I2,故A3示數(shù)變小。答案見(jiàn)解析ERr外欄目索引程序法分析電路動(dòng)態(tài)變化程序法分析電路動(dòng)態(tài)變化(1)明確局部電路變化時(shí)所引起的局部電路電阻的變化。(2)根據(jù)局部電阻的變化,確定電路的外電阻R外如何變化。(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律I總=,確定電路的總電流如何變化。(4)由U內(nèi)=I總r確定電源的內(nèi)電壓如何變化。(5)由U外=E-U內(nèi)確定路

12、端電壓如何變化。(6)由部分電路歐姆定律確定干路上某定值電阻兩端的電壓如何變化。(7)確定支路兩端的電壓以及通過(guò)各支路的電流如何變化。ERr外欄目索引1-1如圖所示,電池的電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻為r,滑動(dòng)變阻器的滑片P由a向b滑動(dòng)的過(guò)程中,電流表、電壓表的示數(shù)變化情況為()A.電流表示數(shù)一直減小,電壓表示數(shù)一直增大B.電流表示數(shù)一直增大,電壓表示數(shù)一直減小C.電流表示數(shù)先減小后增大,電壓表示數(shù)先增大后減小D.電流表示數(shù)先增大后減小,電壓表示數(shù)先減小后增大欄目索引答案C解析外電路是滑動(dòng)變阻器兩部分并聯(lián)后與R0串聯(lián),當(dāng)變阻器兩部分電阻值相等時(shí),外電阻阻值最大,路端電壓達(dá)到最大值,干路電流最小,所以當(dāng)滑動(dòng)

13、變阻器的滑片P由a向b滑動(dòng)的過(guò)程中,電流表示數(shù)先減小后增大,電壓表示數(shù)先增大后減小,選項(xiàng)C正確。欄目索引.1.電源的總功率P總=EI=U外I+U內(nèi)I=P出+P內(nèi)。若外電路是純電阻電路,則有P總=I2(R+r)=。2.電源內(nèi)部消耗的功率P內(nèi)=I2r=U內(nèi)I=P總-P出。3.電源的輸出功率P出=UI=EI-I2r=P總-P內(nèi)。若外電路是純電阻電路,則有2ERr重難二電源的功率和效率重難二電源的功率和效率欄目索引P出=I2R=。由上式可以看出(1)當(dāng)R=r時(shí),電源的輸出功率最大為Pm=。(2)當(dāng)Rr時(shí),隨著R的增大輸出功率越來(lái)越小。(3)當(dāng)Rr時(shí),隨著R的增大輸出功率越來(lái)越大。(4)當(dāng)P出Pm時(shí),每

14、個(gè)輸出功率對(duì)應(yīng)兩個(gè)可能的外電阻R1和R2,且R1R2=r2。(5)P出與R的關(guān)系如圖所示。22()E RRr22()4ERrrR24Er欄目索引4.電源的效率=100%=100%=100%=100%因此R越大,越大;當(dāng)R=r時(shí),電源有最大輸出功率,效率僅為50%。PP出總UERRr11rR欄目索引典例2如圖所示的電路中,電源電動(dòng)勢(shì)E恒定,內(nèi)阻r=1,定值電阻R3=5。當(dāng)開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)與閉合時(shí),ab段電路消耗的電功率相等。則下列說(shuō)法正確的是()A.電阻R1、R2可能分別為4、5B.電阻R1、R2可能分別為3、6C.開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)時(shí)電壓表的示數(shù)一定大于K閉合時(shí)的示數(shù)D.開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)與閉合時(shí)電壓表的示數(shù)變化量

15、大小與電流表的示數(shù)變化量大小之比一定等于6欄目索引解析根據(jù)題意有:(R1+R2)=R1,將A、B兩項(xiàng)的R1、R2值分別代入上式驗(yàn)證,A項(xiàng)數(shù)據(jù)可使上式成立,故A正確,B錯(cuò)誤。設(shè)K斷開(kāi)時(shí)電流表和電壓表的示數(shù)分別為I、U,K閉合時(shí)電流表和電壓表的示數(shù)分別為I、U,因閉合K后R2被短路,故IU,故C正確。=r+R3=6,故2312ErRRR231ErRRUUII33()()EI rREI rRIID正確。答案ACD欄目索引2-1(多選)如圖所示,R1為定值電阻,R2為可變電阻,E為電源電動(dòng)勢(shì),r為電源內(nèi)電阻,以下說(shuō)法中正確的是()A.當(dāng)R2=R1+r時(shí),R2獲得最大功率B.當(dāng)R1=R2+r時(shí),R1獲得

16、最大功率C.當(dāng)R2=0時(shí),R1獲得最大功率D.當(dāng)R2=0時(shí),電源的輸出功率最大欄目索引答案AC解析在討論R2的電功率時(shí),可將R1視為電源內(nèi)阻的一部分,即將原電路等效為外電阻R2與電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為(R1+r)的電源(等效電源)連成的閉合電路(如圖甲),R2的電功率是等效電源的輸出功率。顯然當(dāng)R2=R1+r時(shí),R2獲得的電功率最大,選項(xiàng)A正確;討論R1的電功率時(shí),由于R1為定值,根據(jù)P=I2R知,電路中電流越大,R1獲得的電功率就越大(P1=I2R1),所以,當(dāng)R2=0時(shí),等效電源內(nèi)阻最小(等于r)(如圖乙),R1獲得的電功率最大,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤,C正確;討論電源的輸出功率時(shí),(R1+R2)為外電

17、阻,內(nèi)電阻r恒定,由于題目沒(méi)有給出R1和r的具體數(shù)值,所以當(dāng)R2=0時(shí),電源輸出功率不一定最大,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。欄目索引圖象物理意義注意問(wèn)題部分電路的U-I圖象反映I跟U的正比關(guān)系圖線的斜率表示導(dǎo)體的電阻,斜率越大,電阻越大I-U圖象反映導(dǎo)體的伏安特性,圖象是直線表示導(dǎo)體為線性元件,是曲線表示導(dǎo)體為非線性元件圖線斜率的倒數(shù)為導(dǎo)體的電阻重難三三種圖象的比較重難三三種圖象的比較欄目索引閉合電路的U-I圖象表示電源的輸出特性,縱軸截距為電源電動(dòng)勢(shì),橫軸截距為短路電流圖線斜率的絕對(duì)值表示電源的內(nèi)阻(注意縱坐標(biāo)數(shù)值在坐標(biāo)原點(diǎn)是否從零值開(kāi)始)注意(1)U-I圖線為過(guò)原點(diǎn)的直線時(shí),只有零點(diǎn)都在坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)導(dǎo)體電

18、阻才等于圖線斜率。(2)U-I圖線為曲線時(shí),R=,而不等于圖線某點(diǎn)的斜率。如圖所示,當(dāng)I=I1時(shí),R=,此時(shí)R不等于切線a的斜率。UI11UI欄目索引典例3如圖所示,直線A為電源的U-I圖線,曲線B為燈泡的U-I圖線,用該電源和小燈泡組成閉合電路時(shí),電源的輸出功率和電源的總功率分別是()A.4W、8WB.2W、4WC.2W、3WD.4W、6W解析由電源的U-I圖線可知E=3V,由兩圖線交點(diǎn)知,該電源和小燈泡組成閉合電路時(shí),電流I=2A,路端電壓U=2V,電源的輸出功率P出=UI=4W,總功率P總=IE=6W,故D項(xiàng)正確。答案D欄目索引3-1如圖所示,直線A是電源的路端電壓和電流的關(guān)系圖線,直線

19、B、C分別是電阻R1、R2兩端的電壓與通過(guò)的電流的關(guān)系圖線,若將這兩個(gè)電阻分別接到該電源上,則()A.R1接在電源上時(shí),電源的效率高B.R2接在電源上時(shí),電源的效率高C.R1接在電源上時(shí),電源的輸出功率大D.電源的輸出功率一樣大欄目索引上時(shí),電源的效率高,A項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯(cuò)誤;將電阻接在電源上,電阻的U-I圖線與電源的路端電壓和電流的關(guān)系圖線的交點(diǎn),表示將這個(gè)電阻接到此電源上的輸出電壓和電流,從圖象中只可看出電流的數(shù)值,由于B、C圖線的斜率等于電阻的阻值,由圖象可知,R2與電源的內(nèi)阻相等,所以電源接R2時(shí)比接R1時(shí)輸出功率大,故C、D錯(cuò)。答案A解析電源的效率=,由于R1R2,故R1接在電源PP出

20、總22()I RIRrRRr11rR欄目索引欄目索引3-2(多選)如圖所示為兩電源的U-I圖象,則下列說(shuō)法正確的是()A.電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻均比電源大B.當(dāng)外接相同的電阻時(shí),兩電源的輸出功率可能相等C.當(dāng)外接相同的電阻時(shí),兩電源的效率可能相等D.不論外接多大的相同電阻,電源的輸出功率總比電源的輸出功率大欄目索引線于S1、S2兩點(diǎn),交點(diǎn)橫、縱坐標(biāo)的乘積IU為電源的輸出功率,由圖可知,無(wú)論外接多大電阻,兩工作點(diǎn)S1、S2橫、縱坐標(biāo)的乘積都不可能相等,且電源的輸出功率總比電源的輸出功率大,故B錯(cuò),D對(duì);電源的效率=,因?yàn)殡娫磧?nèi)阻不同則電源效率不同,C錯(cuò)。PP出總22()I RIRrRRr答案AD解析

21、圖線在U坐標(biāo)軸上的截距等于電源電動(dòng)勢(shì),圖線的斜率的絕對(duì)值等于電源的內(nèi)阻,因此A對(duì);作外接電阻R的U-I圖線分別交電源、的U-I圖欄目索引一、含電容器電路的分析與計(jì)算技巧一、含電容器電路的分析與計(jì)算技巧在直流電路中,當(dāng)電容器充、放電時(shí),電路里有充、放電電流。一旦電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),電容器在電路中就相當(dāng)于一個(gè)阻值無(wú)限大(只考慮電容器是理想的不漏電的情況)的元件,在電容器處電路可看做是斷路,簡(jiǎn)化電路時(shí)可去掉它。簡(jiǎn)化后若要求電容器所帶電荷量時(shí),可接在相應(yīng)的位置上。分析和計(jì)算含有電容器的直流電路時(shí),需注意以下幾點(diǎn):思想方法思想方法欄目索引1.電路穩(wěn)定后,由于電容器所在支路無(wú)電流通過(guò),所以在此支路中的電阻上

22、無(wú)電壓降,因此電容器兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓。2.當(dāng)電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時(shí),電容器兩極板間的電壓與其并聯(lián)電阻兩端的電壓相等。3.電路的電流、電壓變化時(shí),將會(huì)引起電容器的充、放電。如果電容器兩端電壓升高,電容器將充電;如果電壓降低,電容器將通過(guò)與它連接的電路放電。欄目索引典例1如圖所示,電容器C1=6F,C2=3F,電阻R1=6,R2=3。當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),A、B兩點(diǎn)間的電壓UAB為多少?當(dāng)S閉合時(shí),電容器C1上的電荷量改變了多少?(已知電壓UDC=18V)解析在電路中電容器C1、C2相當(dāng)于斷路。當(dāng)S斷開(kāi)時(shí),電路中無(wú)電流,B、C等勢(shì),A、D等勢(shì),因此,UAB=UAC=UDC=18V。當(dāng)S閉合時(shí),R1和R2串聯(lián),C1兩端電壓等于R1兩端電壓,C2兩端電壓等于R2兩端電壓,C1電荷量變化的計(jì)算首先從電壓變化入手。當(dāng)S斷開(kāi)時(shí),UAB=UAC=UDB=18V,電容器C1上的電荷量為Q1=C1UAC=C1UDC=610-618C=1.0810-4C。當(dāng)S閉合時(shí),電阻R1、R2連通,電容器C1兩端的電壓即電阻R1兩端的電壓。由欄目索引串聯(lián)電路的電壓分配關(guān)系得UAC=UDC=18V=12V。此時(shí)電容器C