2025高考物理總復(fù)習(xí)閉合電路歐姆定律及應(yīng)用

第十章電路及其應(yīng)用第2課時閉合電路歐姆定律及應(yīng)用目標(biāo)要求1.了解電動勢的物理意義，理解并掌握閉合電路的歐姆定律。2.會用閉合電路歐姆定律分析電路的動態(tài)變化。3.會計算涉及電源的電路功率。4.掌握路端電壓和電流的關(guān)系及電源的U－I圖像。內(nèi)容索引考點(diǎn)一

閉合電路歐姆定律考點(diǎn)二

電源的功率及效率考點(diǎn)三

兩種U－I圖像的比較與應(yīng)用課時精練><考點(diǎn)一閉合電路歐姆定律1.電源(1)電動勢①定義：非靜電力所做的功與所移動的電荷量的比值，②物理含義：電動勢表示電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化成

本領(lǐng)的大小，在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓。(2)內(nèi)阻：電源內(nèi)部導(dǎo)體的電阻。電勢能2.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勢成

，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成

；(2)公式：I＝_____(只適用于純電阻電路)；(3)其他表達(dá)形式①電勢降落表達(dá)式：E＝U外＋U內(nèi)或E＝U外＋

；(適用于

電路)②功率表達(dá)式：EI＝UI＋

。正比反比Ir任意I2r3.路端電壓與外電阻的關(guān)系增大(2)特殊情況：①當(dāng)外電路斷路時，I＝0，U＝

；②當(dāng)外電路短路時，I短＝____，U＝0。E4.總電阻變化的幾種情況(1)當(dāng)外電路的任何一個電阻增大(或減小)時，電路的總電阻一定增大(或減小)。(2)若開關(guān)的通、斷使串聯(lián)的用電器增多時，電路的總電阻增大；若開關(guān)的通、斷使并聯(lián)的支路增多時，電路的總電阻減小。(3)在如圖甲所示分壓電路中，滑動變阻器可視為由兩段電阻構(gòu)成，其中一段R并與用電器并聯(lián)，另一段R串與并聯(lián)部分串聯(lián)。A、B兩端的總電阻與R串的變化趨勢一致。(4)在一個定值電阻R和一個可變電阻R0組成的如圖乙所示的電路中，兩支路電阻越趨于相等，乙圖中電路電阻越大，兩支路電阻相等時，乙圖中電路電阻最大。例1有一電池，外電路斷開時的斷路電壓為3.0V，外電路接上阻值為8.0Ω的負(fù)載電阻后路端電壓降為2.4V，則可以確定電池的電動勢E和內(nèi)電阻r為A.E＝2.4V

r＝1.0ΩB.E＝2.4V

r＝2.0ΩC.E＝3.0V

r＝2.0ΩD.E＝3.0V

r＝1.0Ω√外電路斷開時的斷路電壓為3.0V，則電池的電動勢E＝3.0V。當(dāng)外電路接上阻值為8.0Ω的負(fù)載電阻后路端電壓降為2.4V，由U＝IR，U＝E－Ir，得r＝2.0Ω，故C正確。例2

(2023·江蘇淮安市期末)如圖所示的閉合電路，電源的電動勢E、內(nèi)阻r保持不變，R1為定值電阻，水平放置的平行金屬板間有一帶電質(zhì)點(diǎn)P處于靜止?fàn)顟B(tài)；現(xiàn)將滑動變阻器R2的滑片向b端滑動，電表為理想電表，則A.電壓表的示數(shù)減小B.帶電質(zhì)點(diǎn)P將向上運(yùn)動C.電流表的示數(shù)增大D.電壓表示數(shù)的變化量與電流表示數(shù)的變化量的

比值變大√將滑動變阻器R2的滑片向b端滑動，則R2接入電路的阻值變大，電路總電阻變大，總電流減小，即電流表示數(shù)減小，R1以及電源內(nèi)阻上的電壓減小，則R2的電壓變大，即電壓表示數(shù)變大，選項(xiàng)A、C錯誤；電容器兩板間電壓變大，則兩板間電場強(qiáng)度變大，帶電質(zhì)點(diǎn)P所受的向上的靜電力變大，則將向上運(yùn)動，選項(xiàng)B正確；電路動態(tài)分析的方法1.程序法2.“串反并同”結(jié)論法(1)所謂“串反”，即某一電阻增大時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小，反之則增大。(2)所謂“并同”，即某一電阻增大時，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。3.極限法解決因滑動變阻器滑片滑動而引起電路變化的問題，可將滑動變阻器的滑片分別滑至兩個極端，使電阻最大或電阻為零去討論。例3

(2024·江蘇連云港市期中)如圖所示的電路中，電源的電動勢E＝12V，內(nèi)阻r＝5Ω，

電阻的阻值分別為R1＝10Ω，R2＝20Ω，滑動變阻器的最大阻值R＝30Ω，電容器

MN的電容C＝20μF，現(xiàn)將滑動觸頭P置于最左端a點(diǎn)，合上開關(guān)S，經(jīng)過一段時間電路處于穩(wěn)定。求：(1)通過R1的電流I；答案0.3A

代入數(shù)據(jù)解得I1＝0.3A。(2)斷開S后，通過R2的電荷量Q2；答案1.0×10－5C電容器兩端的電壓等于電阻R1兩端電壓U1＝I1R1，電容器所帶的電荷量為Q＝CU1根據(jù)并聯(lián)電路的電流關(guān)系得，兩支路的電阻之比為10∶50，電流之比為5∶1。(3)滑動觸頭P置于最左端a點(diǎn)，合上開關(guān)S，待電路穩(wěn)定后，將P緩慢地從a點(diǎn)移到最右端b點(diǎn)的過程中，通過導(dǎo)線

BM的電荷量QBM。答案1.8×10－4C當(dāng)觸頭P滑到b端時可求得電容器的帶電荷量為Q′＝CU2，U2＝I1R2，此時電容器的極性為上極板為正，下極板為負(fù)。將P緩慢地從a點(diǎn)移到最右端b點(diǎn)的過程中QBM＝Q＋Q′，解得QBM＝1.8×10－4C。含容電路的分析1.電路簡化把電容器所在的支路穩(wěn)定時視為斷路，簡化電路時可以去掉，求電荷量時再在相應(yīng)位置補(bǔ)上。2.電容器兩端的電壓(1)電容器所在的支路中沒有電流，與之串聯(lián)的電阻兩端無電壓，相當(dāng)于導(dǎo)線。(2)電容器兩端的電壓等于與之并聯(lián)的電阻兩端的電壓。3.電容器的電荷量及變化(1)電路中電流、電壓的變化可能會引起電容器的充、放電。若電容器兩端電壓升高，電容器將充電；若電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電。(2)如果變化前后極板帶電的電性相同，通過所連導(dǎo)線的電荷量為|Q1－Q2|。(3)如果變化前后極板帶電的電性相反，通過所連導(dǎo)線的電荷量為Q1＋Q2。返回電源的功率及效率><考點(diǎn)二1.電源的總功率(1)任意電路：P總＝

＝

＋I(xiàn)U內(nèi)＝P出＋P內(nèi)。(2)純電阻電路：P總＝

＝2.電源內(nèi)部消耗的功率P內(nèi)＝

＝IU內(nèi)＝P總－P出。IEIU外I2(R＋r)I2r3.電源的輸出功率(1)任意電路：P出＝

＝IE－I2r＝P總－P內(nèi)。(2)純電阻電路：P出＝

＝IUI2R5.純電阻電路中電源的最大輸出功率(如圖)由P出與外電阻R的關(guān)系圖像可知：①當(dāng)R>r時，隨著R的增大輸出功率越來越小。②當(dāng)R<r時，隨著R的增大輸出功率越來越大。6.提高純電阻電路效率的方法1.外電阻越大，電源的輸出功率越大。(

)2.電源的輸出功率越大，電源的效率越高。(

)3.路端電壓增大時，電源的輸出功率一定變大。(

)×××例4如圖所示，電源電動勢E＝10V、內(nèi)阻r＝1Ω，電動機(jī)M的內(nèi)阻R0＝4Ω，閉合開關(guān)S后，標(biāo)有“8V

12W”的燈泡恰能正常發(fā)光，則A.圖中理想電流表示數(shù)為1AB.電源的輸出功率為20WC.10s內(nèi)電動機(jī)產(chǎn)生的熱量為10JD.電動機(jī)的機(jī)械功率為4W√標(biāo)有“8V

12W”的燈泡恰能正常發(fā)光，則外電路并聯(lián)部分的電壓為8V，由閉合電路的歐姆定律有

即干路電流為2A，理想電流表的示數(shù)為2A，故A錯誤；電源的輸出功率為P出＝EI－I2r＝16W，故B錯誤；正常發(fā)光的燈泡中的電流為

故流過電動機(jī)的電流為IM＝I－IL＝0.5A，則電動機(jī)的機(jī)械功率為P機(jī)＝UIM－IM2R0＝3W，故D錯誤；10s內(nèi)電動機(jī)產(chǎn)生的熱量為Q＝IM2R0t＝10J，故C正確。例5

(2023·江蘇省東臺創(chuàng)新高級中學(xué)檢測)如圖所示，已知電源電動勢E＝6V，內(nèi)阻r＝1Ω，保護(hù)電阻R0＝0.5Ω，電表為理想電表。(1)當(dāng)電阻箱R阻值為多少時，保護(hù)電阻R0消耗的電功率最大，并求這個最大值；答案0

8W因R0和r是常量，而R是變量，所以R最小時，P0最大，(2)當(dāng)電阻箱R阻值為多少時，電阻箱R消耗的功率PR最大，并求這個最大值；答案1.5Ω

6W把保護(hù)電阻R0與電源內(nèi)阻r看作等效電源內(nèi)阻，當(dāng)R＝R0＋r，即R＝1Ω＋0.5Ω＝1.5Ω時，電阻箱R消耗的功率最大(3)電源的最大輸出功率；答案9W(4)若電阻箱R的最大值為3Ω，R0＝5Ω，當(dāng)電阻箱R阻值為多少時，電阻箱R的功率最大，并求這個最大值。把R0＝5Ω當(dāng)作電源內(nèi)阻的一部分，則等效電源內(nèi)阻r等為6Ω，而電阻箱R的最大值為3Ω，小于6Ω，等效電源把含有電源、電阻的部分電路等效為新的“電源”，其“電動勢”“內(nèi)阻”如下：(1)兩點(diǎn)間斷路時的電壓等效為電動勢E′。(2)兩點(diǎn)短路時的電流為等效短路電流I短′，等效內(nèi)電阻r′＝常見電路等效電源如下：返回兩種U－I圖像的比較與應(yīng)用><考點(diǎn)三電源的U－I圖像與電阻的U－I圖像比較

電源U－I圖像電阻U－I圖像圖形

物理意義電源的路端電壓隨電路中電流的變化關(guān)系電阻兩端的電壓隨電阻中電流的變化關(guān)系

電源U－I圖像電阻U－I圖像截距與縱軸交點(diǎn)表示電源電動勢E，與橫軸交點(diǎn)表示電源短路電流過坐標(biāo)原點(diǎn)，表示電流為零時電阻兩端的電壓為零圖線斜率的絕對值電源內(nèi)阻r電阻大小(電阻為純電阻)圖線上每一點(diǎn)坐標(biāo)的乘積UI表示電源的輸出功率表示電阻消耗的功率

電源U－I圖像電阻U－I圖像圖線上每一點(diǎn)對應(yīng)的U、I比值表示外電阻的大小，不同點(diǎn)對應(yīng)的外電阻大小不同表示電阻的大小，每一點(diǎn)對應(yīng)的比值均等大思考在同一坐標(biāo)系中畫出電源的U－I圖像與電阻的U－I圖像，兩圖像的交點(diǎn)有何含義？答案兩圖像的交點(diǎn)表示電阻的實(shí)際工作點(diǎn)，即交點(diǎn)的縱坐標(biāo)表示實(shí)際工作電壓，橫坐標(biāo)表示實(shí)際工作電流，乘積表示實(shí)際功率。例6

(2023·江蘇八市聯(lián)合二模)硅光電池是一種太陽能電池，具有低碳環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。如圖所示，圖線a是該電池在某光照強(qiáng)度下路端電壓U和電流I的關(guān)系圖像，圖線b是某電阻R的U－I圖像。在同等光照強(qiáng)度下，當(dāng)它們組成閉合回路時，下列說法正確的是A.電源的輸出功率P＝U2I2√D.硅光電池的內(nèi)阻消耗的熱功率Pr＝U2I1－U1I2根據(jù)題意，由題圖可知，電源的路端電壓為U1，電流為I1，則輸出功率P＝U1I1，故A錯誤；由閉合電路歐姆定律得U＝E－Ir當(dāng)I＝0時，E＝U由a與縱軸的交點(diǎn)讀出電動勢為E＝U2，返回根據(jù)題意可知，內(nèi)阻消耗的功率Pr＝EI－UI＝U2I1－U1I1，故D錯誤。課時精練1.(2024·江蘇省南京師范大學(xué)蘇州實(shí)驗(yàn)學(xué)校月考)用圖示電路測量電池的電動勢和內(nèi)阻，將兩個阻值分別為12Ω和20Ω的定值電阻連入電路中，當(dāng)開關(guān)S從位置1切換到位置2時，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變?yōu)樵瓉淼?.5倍。則A.R1＝20Ω，r＝4Ω B.R2＝12Ω，E＝24VC.R1＝12Ω，r＝2Ω D.R2＝20Ω，E＝12V√123456789101112123456789101112當(dāng)開關(guān)S從位置1切換到位置2時，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變?yōu)樵瓉淼?.5倍，則R1＝20Ω，R2＝12Ω，根據(jù)E＝I(R1＋r)，E＝1.5I(R2＋r)得r＝4Ω，電源電動勢無法得出，故A正確。2.(2023·江蘇鎮(zhèn)江市開學(xué)考)如圖所示是某報警裝置的部分電路示意圖，其中R3為光敏電阻，其阻值隨光強(qiáng)增大而減小，a、b接報警器。當(dāng)R3被光照射時，電流表示數(shù)I和R1兩端電壓U與未被光照前相比A.I變大，U變大

B.I變小，U變大C.I變大，U變小

D.I變小，U變小√123456789101112當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時，R3阻值減小，電路總電阻減小，總電流變大，R1上的電壓變大，電源內(nèi)阻以及R1上的電壓之和變大，則R2的并聯(lián)支路的電壓減小，R2的電流減小，則電流表示數(shù)變小。故選B。1234567891011123.(2023·江蘇高郵市第一中學(xué)檢測)如圖所示的電路中，電源的電動勢為

6V，當(dāng)開關(guān)S接通后，燈泡L1、L2都不亮，用電壓表測得各部分的電壓是Uab＝6V，Uad＝0，Ucd＝6V，由此可判定A.L1和L2的燈絲都燒斷了B.L1的燈絲燒斷了C.L2的燈絲燒斷了D.滑動變阻器R斷路√123456789101112123456789101112由Uab＝6V可知，電源完好。燈泡都不亮，說明電路中出現(xiàn)斷路故障。由Ucd＝6V可知，燈泡L1與滑動變阻器R是接通的，斷路故障出現(xiàn)在c、d之間，故燈泡L2斷路，故選C。4.電源的效率定義為外電路消耗的功率與電源的總功率之比。直線A、B和C分別是電源a、電源b和電阻R的U－I圖線。將這個電阻R分別接到a、b兩電源上，那么A.電源a、b電動勢一樣大，b內(nèi)阻較大B.R接到電源a上，電路中的電流較小C.R接到電源b上，電源的輸出功率較大D.R接到電源b上，電源效率較高√123456789101112由電源的U－I圖線可知，縱軸截距表示電動勢，斜率的絕對值表示內(nèi)阻，故電源a、b電動勢一樣大，b內(nèi)阻較大，A正確；當(dāng)電源與電阻直接相連時，電源和電阻的U－I123456789101112圖線交點(diǎn)表示該電阻的工作狀態(tài)，其橫坐標(biāo)表示電路中的電流，故R接到電源a上，電路中的電流較大，B錯誤；由P＝UI可知，電源和電阻的U－I圖線交點(diǎn)橫、縱坐標(biāo)乘積(矩形面積)表示電源的輸出功率，如圖所示，可知R接到電源a上，電源的輸出功率較大，1234567891011125.(2023·江蘇南通市期末)如圖所示電路，電源電動勢為E、內(nèi)阻為r。閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，理想電壓表示數(shù)為U、理想電流表示數(shù)為I。電源的總功率P與電壓U、電流I的關(guān)系正確的是√123456789101112123456789101112若I是自變量，則電源的總功率P與電壓滿足P＝EI，即電源的總功率P與電流I是正比例關(guān)系，故C、D錯誤。6.(2023·江蘇揚(yáng)州市期末)某科研團(tuán)隊(duì)成功研制出兼具自修復(fù)性和高導(dǎo)電性的彈性導(dǎo)體，其阻值會隨著機(jī)械形變而發(fā)生變化。如圖所示，電壓表和電流表是理想電表，a、b兩點(diǎn)之間連接一彈性導(dǎo)體。在中間懸掛重物后，下列說法不正確的是A.彈性導(dǎo)體電阻變大B.定值電阻R的功率變小C.電壓表示數(shù)變大D.彈性導(dǎo)體消耗的功率一定變大123456789101112√的電壓減小，則彈性導(dǎo)體的電壓變大，即電壓表示數(shù)變大，選項(xiàng)C正確；123456789101112彈性導(dǎo)體受拉力作用，長度變大，橫截面積減小，則電阻變大，選項(xiàng)A正確；電路電阻變大，則總電流減小，則根據(jù)P＝I2R可知，定值電阻R的功率變小，選項(xiàng)B正確；電路總電流減小，則電源內(nèi)阻和定值電阻R上123456789101112將定值電阻R等效為電源的內(nèi)阻，則當(dāng)彈性導(dǎo)體的電阻等于R＋r時，彈性導(dǎo)體消耗的功率最大，因不明確彈性電阻的阻值與R＋r的阻值關(guān)系，則當(dāng)彈性電阻的阻值變大時，其消耗的功率不一定變大，選項(xiàng)D錯誤。7.(2024·江蘇連云港市期中)如圖所示，在玻璃皿的中心放一個圓柱形電極接電源的負(fù)極，沿邊緣內(nèi)壁放另一個圓環(huán)形電極接電源的正極做“旋轉(zhuǎn)液體實(shí)驗(yàn)”。電源的電動勢E＝6V，內(nèi)阻未知，限流電阻R0＝4.8Ω。閉合開關(guān)S后，當(dāng)導(dǎo)電液體旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定時理想電壓表的示數(shù)恒為3.5V，理想電流表示數(shù)為0.5A。

則A.電源內(nèi)阻為5.0ΩB.液體消耗的電功率為1.75WC.玻璃皿中兩電極間液體的電阻為R＝7.0ΩD.1分鐘內(nèi)，液體里產(chǎn)生的熱量為105J√123456789101112根據(jù)閉合電路歐姆定律可得E＝U＋I(xiàn)(R0＋r)，解得電源內(nèi)阻為r＝0.2Ω，故A錯誤；液體消耗的電功率為P＝UI＝3.5×0.5W＝1.75W，故B正確；1234567891011121分鐘內(nèi)，電流做功為W＝Pt＝1.75×60J＝105J，由能量守恒可知電流做功轉(zhuǎn)化為熱能和液體的轉(zhuǎn)動動能，因此1分鐘內(nèi)液體里產(chǎn)生的熱量小于105J，故D錯誤。1234567891011128.(2023·海南卷·7)如圖所示電路，已知電源電動勢為E，內(nèi)阻不計，電容器電容為C，閉合開關(guān)K，待電路穩(wěn)定后，電容器上電荷量為123456789101112√9.(2024·江蘇揚(yáng)州市階段檢測)在研究微型電動機(jī)的性能時，可采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路。電源電動勢為20V，內(nèi)阻為1.5Ω，當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R，使電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為1.0A和1.0V；重新調(diào)節(jié)R，使電動機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A和14.0V。電表均為理想電表，則當(dāng)這臺電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時A.電動機(jī)的內(nèi)阻為7ΩB.滑動變阻器R接入電路的電阻為3ΩC.電動機(jī)的輸出功率為24WD.電源的輸出功率為32W123456789101112√123456789101112123456789101112電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的輸出功率是

P輸出＝P－P熱＝24W，故C正確；電源的輸出功率P輸出′＝EI2－I22r＝20×2.0W－22×1.5W＝34W，故D錯誤。電動機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A和14.0V，電動機(jī)的總功率為P＝U2I2＝14.0×2.0W＝28W，電動機(jī)內(nèi)電阻消耗的熱功率為P熱＝I22r′＝2.02×1W＝4W，10.(2023·江蘇省前黃高級中學(xué)階段檢測)如圖所示的電路中，R1＝3Ω，R2＝6Ω，R3＝1Ω，C＝20μF，當(dāng)開關(guān)S斷開時，電源的總功率為2W；當(dāng)開關(guān)S閉合時，電源的總功率為4W。求：(1)電源的電動勢和內(nèi)阻；123456789101112答案4V

1Ω

根據(jù)閉合電路歐姆定律，得S斷開時E＝I1(R2＋R3)＋I(xiàn)1r，P1＝EI1123456789101112得E＝4V，r＝1Ω，I1＝0.5A(