專題8.2 串聯(lián)電路和并聯(lián)電路、閉合電路歐姆定律【講】學(xué)生版-高考物理一輪復(fù)習(xí)講義（新高考）

專題8.2串聯(lián)電路和并聯(lián)電路、閉合電路歐姆定律【講】目錄TOC\o"1-3"\h\u一講核心素養(yǎng) 1二講必備知識 1【知識點一】電路的串聯(lián)、并聯(lián)及電表的改裝 1【知識點二】電路的動態(tài)分析 3【知識點三】電路的功率及效率問題 6【知識點四】對電源U－I圖線的理解和應(yīng)用 9三．講關(guān)鍵能力 11【能力點一】會分析含電容器電路的 11【能力點二】會分析電路故障 13四．講模型思想關(guān)于，的物理意義 14一講核心素養(yǎng)1.物理觀念：電動勢、內(nèi)阻、電阻串聯(lián)、并聯(lián)。(1)了解電動勢的物理含義。(2)了解串、并聯(lián)電路電阻的特點。。2.科學(xué)思維：閉合電路的歐姆定律。(1)理解并會應(yīng)用閉合電路歐姆定律。(2)掌握路端電壓和電流的關(guān)系及電源的U－I圖象3.科學(xué)探究：測定電源的電動勢和內(nèi)阻通過實驗，會測量電源的電動勢和內(nèi)阻。4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：電路設(shè)計與安全。能分析和解決家庭電路中的簡單問題，能將安全用電和節(jié)約用電的知識應(yīng)用于生活實際。二講必備知識【知識點一】電路的串聯(lián)、并聯(lián)及電表的改裝串、并聯(lián)電路的四個有用的結(jié)論(1)串聯(lián)電路的總電阻大于電路中的任意一個電阻，串聯(lián)電阻的個數(shù)增多時，總電阻增大。(2)并聯(lián)電路的總電阻小于任意支路的電阻，并聯(lián)支路的條數(shù)增多時，總電阻減小。(3)不論串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，只要某個電阻增大，總電阻就增大，反之則減小。(4)不論串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，電路消耗的總功率等于各電阻消耗的電功率之和。【例1】某電流表內(nèi)阻Rg為200Ω，滿偏電流Ig為2mA，如圖甲、乙改裝成量程為0.1A和1A的電流表，試求：甲乙(1)圖甲中，R1和R2各為多少？(2)圖乙中，R3和R4各為多少？(3)從安全角度分析，哪種改裝方法較好？【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念及科學(xué)思維。【必備知識】電表的改裝改裝成電壓表改裝成電流表內(nèi)部電路改裝后的量程U＝Ig(R＋Rg)I＝eq\f(R＋Rg,R)Ig量程擴大的倍數(shù)n＝eq\f(U,Ug)n＝eq\f(I,Ig)接入電阻的阻值R＝eq\f(U,Ig)－Rg＝(n－1)RgR＝eq\f(IgRg,I－Ig)＝eq\f(Rg,n－1)改裝后的總電阻Rx＝Rg＋R＝nRgRx＝eq\f(RRg,R＋Rg)＝eq\f(Rg,n)【變式訓(xùn)練1】(多選)(2021·商丘模擬)如圖所示，圖線a表示的導(dǎo)體的電阻為R1，圖線b表示的導(dǎo)體的電阻為R2，則下列說法正確的是()A．R1∶R2＝1∶3B．把R1拉長到原來的3倍長后電阻等于R2C．將R1與R2串聯(lián)后接于電源上，則功率之比P1∶P2＝1∶3D．將R1與R2并聯(lián)后接于電源上，則通過的電流之比I1∶I2＝1∶3【變式訓(xùn)練2】．(多選)如圖所示，甲、乙都是由一個靈敏電流表G和一個變阻器R組成的電流，下列說法正確的是()甲乙A．甲表是電流表，R增大時量程增大B．甲表是電流表，R增大時量程減小C．乙表是電壓表，R增大時量程增大D．乙表是電壓表，R增大時量程減小【知識點二】電路的動態(tài)分析判定總電阻變化情況的規(guī)律(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。【例1】(多選)(2021·大連模擬)在如圖所示的電路中，電源的負極接地，其電動勢為E、內(nèi)電阻為r，R1、R2為定值電阻，R3為滑動變阻器，、為理想電流表和電壓表．在滑動變阻器滑片P自a端向b端滑動的過程中，下列說法中正確的是 ()A．電壓表示數(shù)減小B．電流表示數(shù)增大C．電阻R2消耗的功率增大D．a(chǎn)點的電勢降低【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念、科學(xué)思維?！炯记煞椒ā侩娐穭討B(tài)分析問題常用的“三法”(1)程序判斷法：遵循“局部→整體→部分”的思路，按以下步驟分析：(2)“串反并同”結(jié)論法(應(yīng)用條件：電源內(nèi)阻不為零)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。即：eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(U串↓,I串↓,P串↓))←R↑→eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(U并↑,I并↑,P并↑))(3)極限法：即因滑動變阻器滑片滑動引起的電路變化問題，可將滑動變阻器的滑動端分別滑至兩個極端去討論。【變式訓(xùn)練1】(多選)(2021·江蘇蘇北四市第一次調(diào)研)智能手機屏幕的光線過強會對眼睛有害，因此手機都有一項可以調(diào)節(jié)亮度的功能，該功能既可以自動調(diào)節(jié)，也可以手動調(diào)節(jié)。某興趣小組為了模擬該功能，設(shè)計了如圖所示的電路。閉合開關(guān)，下列說法正確的是()A.僅光照變強，小燈泡變亮B.僅光照變?nèi)?，小燈泡變亮C.僅將滑片向a端滑動，小燈泡變亮D.僅將滑片向b端滑動，小燈泡變亮【變式訓(xùn)練2】(2021·貴州遵義市調(diào)研)如圖所示電路，電源內(nèi)阻不可忽略，電表均為理想電表．開關(guān)S閉合后，在滑動變阻器R0的滑動端向下滑動的過程中()A．電壓表與電流表的示數(shù)都減小B．電壓表與電流表的示數(shù)都增大C．電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)減小D．電壓表的示數(shù)減小，電流表的示數(shù)增大【知識點三】電路的功率及效率問題1．電源的功率及效率問題電源總功率任意電路：P總＝EI＝P出＋P內(nèi)純電阻電路：P總＝I2(R＋r)＝eq\f(E2,R＋r)電源內(nèi)部消耗的功率P內(nèi)＝I2r＝P總－P出電源的輸出功率任意電路：P出＝UI＝P總－P內(nèi)純電阻電路：P出＝I2R＝eq\f(E2R,R＋r2)電源的效率任意電路：η＝eq\f(P出,P總)×100%＝eq\f(U,E)×100%純電阻電路：η＝eq\f(R,R＋r)×100%2.純電阻電路中電源的輸出功率P出與外電阻R的關(guān)系(1)表達式：P出＝I2R＝eq\f(E2R,R＋r2)＝eq\f(E2,\f(R－r2,R)＋4r)(2)關(guān)系圖象①根據(jù)如圖所示圖象可知：隨著外電阻的增大，輸出功率先增大后減小，即：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a.當(dāng)R<r時：R↑→P出↑,b.當(dāng)R>r時：R↑→P出↓))②當(dāng)R＝r時，輸出功率最大，為Pm＝eq\f(E2,4r)。③P出<Pm時，每個輸出功率對應(yīng)兩個不同的外電阻R1和R2，且滿足R1R2＝r2，因此需要注意題目可能出現(xiàn)多解的情況。【例1】(2021·北京市朝陽區(qū)等級考模擬)如圖所示電路中，R為電阻箱，為理想電壓表。當(dāng)電阻箱讀數(shù)為R1＝2Ω時，電壓表讀數(shù)為U1＝4V；當(dāng)電阻箱讀數(shù)為R2＝5Ω時，電壓表讀數(shù)為U2＝5V。(1)求電源的電動勢E和內(nèi)阻r；(2)當(dāng)電阻箱R讀數(shù)為多少時，電源的輸出功率最大？最大值Pm為多少？【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維。【方法技巧】解決最大功率問題的兩點注意(1)解決最大功率問題時，要弄清是定值電阻還是可變電阻的最大功率，定值電阻的最大功率用P＝I2R＝eq\f(U2,R)分析，可變電阻的最大功率用等效電源法求解。(2)電源輸出功率最大時，效率不是最大，只有50%。【變式訓(xùn)練1】(2021·海南期末)(多選)如圖所示，電源電動勢E＝6V，小燈泡L的規(guī)格為“3V0.9W”，開關(guān)S接1，當(dāng)滑動變阻器調(diào)到R＝8Ω時，小燈泡L正常發(fā)光，現(xiàn)將開關(guān)S接2，小燈泡L和電動機M均正常工作，已知電動機的線圈電阻R0＝2Ω。則()A.電源內(nèi)阻為2ΩB.電動機正常工作的電壓為3VC.電動機輸出的機械功率為0.54W，其效率為75%D.電源的效率約為75%【變式訓(xùn)練2】將一電源與一電阻箱連接成閉合回路，測得電阻箱所消耗功率P與電阻箱讀數(shù)R變化的曲線如圖所示，由此可知()A．電源最大輸出功率可能大于45WB．電源內(nèi)阻一定等于5ΩC．電源電動勢為45VD．電阻箱所消耗功率P最大時，電源效率大于50%【知識點四】對電源U－I圖線的理解和應(yīng)用電源的U－I圖象與電阻的U－I圖象比較電源U－I圖象電阻U－I圖象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)系截距與縱軸交點表示電源電動勢E，與橫軸交點表示電源短路電流eq\f(E,r)過坐標原點，表示電流為零時電阻兩端的電壓為零坐標U、I的乘積表示電源的輸出功率表示電阻消耗的功率坐標U、I的比值表示外電阻的大小，不同點對應(yīng)的外電阻大小不同表示電阻的大小，每一點對應(yīng)的比值均等大斜率的絕對值電源內(nèi)阻r電阻大小【例1】(多選)(2021·湖北部分中學(xué)聯(lián)考)如圖所示，直線a、拋物線b和c為某一穩(wěn)恒直流電源在純電阻電路中的總功率PE、輸出功率PR、電源內(nèi)部發(fā)熱功率Pr隨路端電壓U變化的圖象，但具體對應(yīng)關(guān)系未知，根據(jù)圖象可判斷()A．PE--U圖象對應(yīng)圖線a，由圖知電動勢為9V，內(nèi)阻為3ΩB．Pr--U圖象對應(yīng)圖線b，由圖知電動勢為3V，內(nèi)阻為1Ω--D．外電路電阻為1.5Ω時，輸出功率最大為2.25W【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維?！颈貍渲R】利用兩種圖象解題的基本方法利用電源的U-I圖象和電阻的U-I圖象解題，無論電阻的U-I圖象是線性還是非線性，解決此類問題的基本方法是圖解法，即把電源和電阻的U-I圖線畫在同一坐標系中，圖線的交點即電阻的“工作點”，電阻的電壓和電流可求，其他的量也可求．2．類別線性元件非線性元件電源圖象物理意義反映I和U的正比關(guān)系反映I和U的非正比關(guān)系反映電源的輸出特性，縱軸截距為電源電動勢，橫軸截距為短路電流注意問題圖線的斜率的倒數(shù)表示導(dǎo)體的電阻，R＝eq\f(U,I)＝eq\f(ΔU,ΔI)，遵從歐姆定律圖線的斜率僅表示電阻的變化趨勢，某點的電阻值需用點的坐標值計算，即R＝eq\f(U1,I1)圖線斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻(注意縱坐標數(shù)值是否從零開始)【變式訓(xùn)練1】(2021·1月湖南普高校招生適應(yīng)性考試，4)有四個電源甲、乙、丙、丁，其路端電壓U與電流I的關(guān)系圖象分別如圖7(a)、(b)、(c)、(d)所示。將一個6Ω的定值電阻分別與每個電源的兩極相接，使定值電阻消耗功率最大的電源是()A.甲電源 B.乙電源 C.丙電源 D.丁電源【變式訓(xùn)練2】(2021·安徽安慶市期末質(zhì)量監(jiān)測)某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系和電阻R1、R2的電壓與電流的關(guān)系圖如圖所示。用此電源和電阻R1、R2組成電路。R1、R2可以同時接入電路，也可以單獨接入電路。為使電源輸出功率最大，可采用的接法是()A.將R1單獨接到電源兩端B.將R1、R2并聯(lián)后接到電源兩端C.將R1、R2串聯(lián)后接到電源兩端D.將R2單獨接到電源兩端三．講關(guān)鍵能力【能力點一】會分析含電容器電路的1.電路簡化把電容器所在的支路視為斷路，簡化電路時可以去掉，求電荷量時再在相應(yīng)位置補上。2.電容器的電壓(1)電容器兩端的電壓等于與之并聯(lián)的電阻兩端的電壓。(2)電容器所在的支路中沒有電流，與之串聯(lián)的電阻無電壓，相當(dāng)于導(dǎo)線。3.電容器的電荷量及變化(1)利用Q＝CU計算電容器初、末狀態(tài)所帶的電荷量Q1和Q2。(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。【例1】．(多選)在如圖所示的電路中，電源的負極接地，其電動勢為E、內(nèi)電阻為r，R1、R2為定值電阻，R3為滑動變阻器，C為電容器，A、V分別為理想電流表和電壓表。在滑動變阻器的滑片P自a端向b端滑動的過程中，下列說法正確的是()A．電壓表示數(shù)減小B．電流表示數(shù)增大C．電容器C所帶電荷量增多D．a(chǎn)點的電勢降低【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念、科學(xué)思維?！究偨Y(jié)升華】電路穩(wěn)定時電容器的處理方法電路穩(wěn)定后，與電容器串聯(lián)的電路中沒有電流，同支路的電阻相當(dāng)于導(dǎo)線，即電阻不起降低電壓的作用，電容器兩端的電壓與其并聯(lián)電器兩端電壓相等?！咀兪接?xùn)練】．(2021·河南省頂尖名校4月聯(lián)考)如圖所示，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r。電路中的R2、R3分別為總阻值一定的滑動變阻器，R0為定值電阻，R1為光敏電阻(其電阻隨光照強度增大而減小)。當(dāng)開關(guān)S閉合時，電容器中一帶電微粒恰好處于靜止狀態(tài)。下列說法中正確的是()A.只逐漸增大R1的光照強度，電阻R0消耗的電功率變大，電阻R3中有向上的電流B.只調(diào)節(jié)電阻R3的滑動端P2向上端移動時，電源消耗的功率變大，電阻R3中有向上的電流C.只調(diào)節(jié)電阻R2的滑動端P1向下端移動時，電壓表示數(shù)變大，帶電微粒向下運動D.若斷開開關(guān)S，電容器所帶電荷量變大，帶電微粒向上運動【能力點二】會分析電路故障1.故障特點(1)斷路特點：表現(xiàn)為路端電壓不為零而電流為零。(2)短路特點：用電器或電阻發(fā)生短路，表現(xiàn)為有電流通過電路但用電器或電阻兩端電壓為零。2.檢測方法(1)電壓表檢測：如果電壓表示數(shù)為零，則說明可能在并聯(lián)路段之外有斷路，或并聯(lián)路段短路。(2)電流表檢測：當(dāng)電路中接有電源時，可用電流表測量各部分電路上的電流，通過對電流值的分析，可以確定故障的位置。在運用電流表檢測時，一定要注意電流表的極性和量程。(3)歐姆表檢測：當(dāng)測量值很大時，表示該處斷路；當(dāng)測量值很小或為零時，表示該處短路。在運用歐姆表檢測時，被檢測元件應(yīng)從電路中拆下來。(4)假設(shè)法：將整個電路劃分為若干部分，然后逐一假設(shè)某部分電路發(fā)生某種故障，運用閉合電路或部分電路的歐姆定律進行推理?！纠?】(多選)(2021·甘肅天水市期中)在如圖所示的電路中，電源的電動勢E和內(nèi)阻r恒定，閉合開關(guān)S后燈泡能夠發(fā)光，經(jīng)過一段時間后燈泡突然變亮，則出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是()A．電阻R1短路 B．電路R2斷路C．電阻R2短路 D．電容器