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2019-2020年高考物理一輪復習講義 第2講 閉合電路的歐姆定律 一、電動勢和內(nèi)阻 1．電源：是通過非靜電力做功把其它形式的能轉(zhuǎn)化成電能的裝置． 2．電動勢：非靜電力搬運電荷所做的功跟搬運電荷電荷量的比值，E＝，單位：V. 3．電動勢的物理含義：電動勢表示電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化成電能本領的大小，在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓． 4．內(nèi)阻：電源內(nèi)部也是由導體組成的，也有電阻r，叫做電源的內(nèi)阻，它是電源的另一個重要參數(shù)． 二、閉合電路的歐姆定律 1．閉合電路 (2)內(nèi)、外電壓的關(guān)系：E＝U外＋U內(nèi)． 2．閉合電路的歐姆定律 (1)內(nèi)容：閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比． (2)公式 (3)路端電壓與外電阻的關(guān)系 ①負載R增大―→I減小―→U內(nèi)減小―→U外增大 外電路斷路時(R＝無窮)，I＝0，U外＝E. ②負載R減小―→I增大―→U內(nèi)增大―→U外減?。? 外電路短路時(R＝0)，I＝，U內(nèi)＝E. 三、路端電壓跟干路電流的關(guān)系 路端電壓跟電流的關(guān)系是U＝E－Ir，用圖象表示如圖所示． 此圖象的物理意義是： 1．縱軸截距：圖線與縱軸的交點對應的電壓等于電源的電動勢． 2．斜率：圖線斜率的絕對值在數(shù)值上等于電源的內(nèi)阻，路端電壓U隨干路電流I變化的本質(zhì)原因是由于電源內(nèi)阻的存在． 3．外電壓和內(nèi)電壓：圖中U與U′分別表示電流為I1時的外電壓和內(nèi)電壓．從圖象可以看出，I增大時，外電壓U減?。粌?nèi)電壓U′增大，但二者之和保持不變． 4．橫軸截距：圖中Im等于短路電流，Im＝. 一段導體兩端的電壓與通過的電流的圖象如圖所示，斜率等于導體的電阻，即R＝. 1．關(guān)于電動勢，以下說法中正確的是(　　) A．電源電動勢等于電源正、負極之間的電勢差 B．用電壓表直接測量電源兩極得到的電壓數(shù)值，實際上總略小于電源電動勢的準確值 C．電源電動勢總等于內(nèi)、外電路上的電壓之和，所以它的數(shù)值與外電路的組成有關(guān) D．在閉合電路中，當外電阻變大時，路端電壓增大，電源的電動勢也增大 解析：　電動勢是電源本身的屬性，是由電源本身決定的，與外電路的組成及變化無關(guān)，故C、D錯誤．由閉合電路的歐姆定律得E＝U＋Ir.用電壓表直接測量電源兩極時，雖然電壓表的電阻很大，但電路中也有電流，內(nèi)電路中也有電壓降落，電壓表直接測量電源兩極得到的電壓數(shù)值應略小于電動勢，B正確，A錯誤． 答案：　B 2．鉛蓄電池的電動勢為2 V，這表示(　　) A．電路中每通過1 C電荷量，電源把2 J的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? B．無論接不接入外電路，蓄電池兩極間的電壓都為2 V C．蓄電池在1 s內(nèi)將2 J的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? D．蓄電池將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿谋绢I比一節(jié)干電池(電動勢為1.5 V)的大 解析：　根據(jù)電動勢的定義和表達式E＝，非靜電力移動1 C電荷量所做的功W＝qE＝12 J＝2 J，由功能關(guān)系可知有2 J的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，A正確；C錯．在沒接入外電路時，蓄電池兩極間的電壓等于電動勢，但若接入外電路后，兩極間的電壓將小于電動勢，所以選項B錯誤．電動勢是描述電源把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能本領大小的物理量，E蓄電池＝2 V>E干電池＝1.5 V，故D正確． 答案：　AD 3．如圖所示電路中，電源電動勢E＝9 V、內(nèi)阻r＝3 Ω，R＝15 Ω.下列說法中正確的是(　　) A．當S斷開時，UAC＝9 V B．當S閉合時，UAC＝9 V C．當S閉合時，UAB＝7.5 V，UBC＝0 D．當S斷開時，UAB＝0，UBC＝0 答案：　AC 4.電路如圖所示，已知電池組的總內(nèi)阻r＝1 Ω，外電路電阻R＝5 Ω，電壓表的示數(shù)U＝2.5 V，則電池組的電動勢E應等于(　　) A．2.0 V　　　B．2.5 V C．3.0 V D．3.5 V 解析：　E＝(2.5＋12.5/5) V＝3.0 V，A、B、D錯誤，C正確． 答案：　C 5.在如圖所示的閉合電路中，當滑片P向右移動時，兩電表讀數(shù)的變化是(　　) A.變大，變大 B.變小，變大 C.變大，變小 D.變小，變小 解析：　當滑片向右移動時，R變大，根據(jù)閉合電路歐姆定律：電路中的電流I＝變小，即電流表讀數(shù)變??；電壓表讀數(shù)U＝E－I(R0＋r)變大，B正確． 答案：　B 2011年7月6日18時45分，山東省棗莊防備煤礦有限公司井下255米處一臺空氣壓縮機著火，初步核查造成事故區(qū)域36名礦工被困．井內(nèi)裝有火警報警器，如圖是其部分電路示意圖．其中R2為用半導體熱敏材料(其阻值隨溫度的升高而迅速減小)制成的傳感器，電流表A為值班室的顯示器，B為值班室報警電鈴．當傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時，電流表A顯示的電流I、報警電鈴兩端的電壓U的變化情況是(　　) A．I變大，U變大　　　　　　 B．I變小，U變小 C．I變小，U變大 D．I變大，U變小 解析：　當傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時，R2的阻值減小，電路的總電阻減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知干路上電流變大，由U＝E－I總(r＋R1)可得并聯(lián)電路兩端的電壓減小，對電流表I＝可以判斷其示數(shù)變小，選項A、D錯誤；通過電鈴的電流I2＝I總－I，因干路中電流增大，而I減小，所以I2增大，根據(jù)U電鈴＝I2R電鈴可知電鈴兩端電壓變大，選項B錯誤、C正確． 答案：　C 電路動態(tài)變化分析的方法 (1)明確局部電路變化時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總?cè)绾巫兓? (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各支路的電流如何變化． 1－1：(改編題)如圖所示，電源電動勢為E，內(nèi)電阻為r，當滑動變阻器的滑片P處于左端時，三盞燈L1、L2、L3均發(fā)光良好．在滑片P從左端逐漸向右移動過程中，下列說法中正確的是(　　) A．小燈泡L1、L2變暗，L3變亮 B．小燈泡L3變暗，L1、L2變亮 C．電壓表V1、V2示數(shù)均變大 D．電壓表V1、V2示數(shù)之和變大 解析：　本題考查了直流電路動態(tài)問題的分析．滑片P向右滑動過程中，滑動變阻器電阻變大，根據(jù)“并同串反”的規(guī)律可知，燈泡L1變暗、L3變亮、L2變暗，A正確；電壓表V1示數(shù)變大、V2示數(shù)變小，而兩表示數(shù)之和等于路端電壓，變大，D正確． 答案：　AD 1．電源的總功率 (1)任意電路：P總＝EI＝U外I＋U內(nèi)I＝P出＋P內(nèi)． (2)純電阻電路：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 (1)任意電路：P出＝UI＝EI－I2r＝P總－P內(nèi) (2)純電阻電路：P出＝I2R＝＝. (3)當R＝r時，電源的輸出功率最大為Pm＝. (4)P出與R的關(guān)系如圖所示． 如圖所示，電路中E＝3 V，r＝0.5 Ω，R0＝1.5 Ω，變阻器的最大阻值R＝10 Ω. (1)在變阻器的阻值R為多大時，變阻器上消耗的功率最大？ (2)在變阻器的阻值R為多大時，定值電阻R0上消耗的功率最大？ 解析：　(1)此種情況可以把R0歸入電源內(nèi)電阻，這樣變阻器上消耗的功率，也就是電源的輸出功率，即當R＝r＋R0＝2 Ω時，R消耗功率最大為： Pm＝＝ W＝ W； (2)定值電阻R0上消耗的功率可以表達為：P＝I2R0，因為R0不變，當電流最大時功率最大，此時應有電路中電阻最小，即當R＝0時R0上消耗的功率最大： P′m＝R0＝1.5 W＝ W. 解答此類型問題的關(guān)鍵點 (1)當R＝r時電源的輸出功率最大． (2)對定值電阻的功率由P＝I2R來討論． (3)對可變電阻的功率可以將定值電阻R0和電源看成一個整體→成為等效電源． 易錯警示：　在解答第二問時，有些同學又會用第一問的方法來求解，把R歸為內(nèi)阻，調(diào)節(jié)R使內(nèi)阻R＋r＝R0，這樣使用是錯誤的．在研究電阻R上消耗的最大功率時，應注意區(qū)分“可變與定值”這兩種情況，兩種情況中求解的思路和方法是不相同的． 2－1：(xx上海單科)直流電路如圖所示，在滑動變阻器的滑片P向右移動時，電源的(　　) A．總功率一定減小 B．效率一定增大 C．內(nèi)部損耗功率一定減小 D．輸出功率一定先增大后減小 解析：　滑片P向右移動時外電路電阻R外增大，由閉合電路歐姆定律知總電流減小，由P總＝EI可得P總減小，故選項A正確．根據(jù)η＝＝可知選項B正確．由P損＝I2r可知，選項C正確．由P輸－R外圖象，因不知道R外的初始值與r的關(guān)系，所以無法判斷P輸?shù)淖兓闆r，選項D錯誤． 答案：　ABC 路端電壓與電流的關(guān)系圖象 (1)由U＝E－Ir可得電源的U－I關(guān)系圖象，如圖中實線所示．縱截距為電動勢E；圖象的斜率的絕對值為電源的內(nèi)電阻r. (2)直線上任何一點A與原點O的連線(圖中虛線所示)的斜率表示對應的外電阻R；圖線上每一點的橫、縱坐標的乘積為電源的輸出功率，如圖中PA＝UAIA. 如圖所示，甲、乙為兩個獨立電源的路端電壓U與通過它們的電流I的關(guān)系圖象，下列說法中正確的是(　　) A．路端電壓都為U0時，它們的外電阻相等 B．電流都是I0時，兩電源的內(nèi)電壓相等 C．電源甲的電動勢大于電源乙的電動勢 D．電源甲的內(nèi)阻小于電源乙的內(nèi)阻 解析：　電源路端電壓U隨電流I變化的圖象中，縱軸截距表示I＝0時，電源電動勢為E；圖象的斜率的絕對值||＝r(內(nèi)電阻)，故可知E甲>E乙，r甲>r乙；如果在U－I圖象中再畫一條某一電阻兩端的電壓隨電流變化的關(guān)系圖象(如圖中虛線OP所示)，交點(I0，U0)即表示把該電阻接入圖示電源組成的閉合電路中的電流和路端電壓，所以可知，路端電壓都為U0時，它們的外電阻相等． 答案：　AC 3－1：(xx浙江溫州五校聯(lián)考)在如圖所示的U－I圖象中，直線Ⅰ為某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線，直線Ⅱ為某一電阻R的伏安特性曲線．用該電源直接與電阻R相連組成閉合電路，由圖象可知(　　) A．電源的電動勢為3 V，內(nèi)阻為0.5 Ω B．電阻R的阻值為1 Ω C電源的輸出功率為2 W D．電源的效率為66.7% 解析：　由直線Ⅰ知E＝3 V，r＝0.5 Ω，A正確；由直線Ⅱ知，R＝1 Ω，B正確；兩直線交點的坐標值的乘積表示電源的輸出功率，P出＝IU＝4 W，C錯；電源效率η＝100%＝66.7%，D正確． 答案：　ABD 在如圖所示的電路內(nèi)，水平放置的平行板電容器中有一帶電液滴正好處于靜止狀態(tài)，現(xiàn)將滑動變阻器的滑片P向左移動，則(　　) A．電容器中的電場強度將增大 B．電容器上的電荷量將減少 C．電容器的電容將減小 D．液滴將向上運動 解析：　若將滑片向左移動，則R總增大，干路電流減小，R2兩端電壓減小，因電容器與R2并聯(lián)，所以電容器兩端電壓減小，電荷量減少，電場強度減小，液滴將向下運動，故B正確，A、D錯誤；由C＝可知，電容器的電容不變，C錯誤． 答案：　B 1.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，同支路的電阻相當于導線，即電阻不起降低電壓的作用，但電容器兩端可能出現(xiàn)電勢差． 2．電壓變化帶來的電容器的變化： 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，可由ΔQ＝CΔU計算電容器上電荷量的變化． 3．含電容器電路的動力學問題的處理方法： 含電容器電路如果和力學知識相結(jié)合一般是分析電容器內(nèi)電場強度的變化，進而分析帶電粒子在電容器內(nèi)的運動狀態(tài)．常涉及牛頓第二定律，動能定理等知識． 4－1：在如圖所示的電路中，燈泡L的電阻大于電源的內(nèi)阻r，閉合電鍵S，將滑動變阻器的滑片P向左移動一段距離后，下列結(jié)論正確的是(　　) A．燈泡L變亮 B．電流表讀數(shù)變小，電壓表讀數(shù)變大 C．電容器C上電荷量增加 D．電容器C上電荷量減少 解析：　當滑動變阻器的滑片P向左移動一段距離后，滑動變阻器接入電路的電阻變大，所以電路的總電阻變大，此時電流表的示數(shù)變小，燈泡變暗，A錯誤；路端電壓增大，電壓表讀數(shù)變大，B正確；電容器上的電荷量增加，C正確D錯誤． 答案：　BC 1．程序法：基本思路是“部分→整體→部分”即R局→R總→I總→U內(nèi)→U外→ 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?。? 即：←R↑→ 3．極限法：因變阻器滑片滑動引起電路變化的問題，可將變阻器的滑片分別滑至兩個極端，讓電阻最大或電阻為零去討論． 4．特殊值法：對于某些特殊電路問題，可以采取代入特殊值去判定，從而得出結(jié)論． (xx海南高考)如圖，E為內(nèi)阻不能忽略的電池，R1、R2、R3為定值電阻，S0、S為開關(guān)，與分別為電壓表和電流表．初始時S0與S均閉合，現(xiàn)將S斷開，則(　　) A.的讀數(shù)變大，的讀數(shù)變小 B.的讀數(shù)變大，的讀數(shù)變大 C.的讀數(shù)變小，的讀數(shù)變小 D.的讀數(shù)變小，的讀數(shù)變大 解析：　解法一　當S斷開時，外電阻變大，總電流I變小，路端電壓U外變大，所以電壓表的示數(shù)變大；總電流變小，電阻R1上的電壓U1減小，而路端電壓變大，則電阻R3上的電壓變大，所以電流表的示數(shù)變大．所以B項正確． 解法二　S斷開，相當于電阻變大，電流表和電壓表都和S所在支路并聯(lián)，根據(jù)“串反并同”，、示數(shù)都變大，故B正確． 答案：　B 1.如圖所示是某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖象，下面結(jié)論正確的是(　　) A．電源的電動勢為6.0 V B．電源的內(nèi)阻為12 Ω C電源的短路電流為0.5 A D．電流為0.3 A時的外電阻是18 Ω 解析：　由U－I圖象縱軸的截距表示電源的電動勢可知電源的電動勢為6.0 V，A正確；圖象斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻，即：r＝||＝2 Ω，B錯誤；電源的短路電流為3 A，C錯誤；由閉合電路歐姆定律可得：電流為0.3 A時的外電阻是18 Ω，D正確． 答案：　AD 2．(xx北京理綜)如圖所示電路，電源內(nèi)阻不可忽略．開關(guān)S閉合后，在變阻器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 解析：　R0的滑動端向下滑動時，R0的阻值減小，整個電路總電阻減小，由閉合電路歐姆定律I＝知，電路中總電流I變大，電源的內(nèi)電壓Ir增大，則外電壓U＝E－Ir減小，電壓表示數(shù)減?。娮鑂1兩端的電壓U1＝IR1增大，故電阻R2與R0并聯(lián)部分的電壓U2＝U－U1減小，經(jīng)過電阻R2的電流I2＝減小，電流表示數(shù)減小．故選項A正確． 答案：　A 3．(xx湖北模擬)“神舟九號”飛船于2012年6月16日發(fā)射成功．它是中國航天計劃中的一艘載人宇宙飛船，是神舟號系列飛船之一．“神舟飛船”上的太陽能電池是依靠光伏效應設計的單晶硅太陽能電池．在正常照射下，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達24%.單片單晶硅太陽能電池可產(chǎn)生0.6 V的電動勢，可獲得0.1 A的電流，則每秒照射到這種太陽能電池上的太陽光的能量是(　　) A．0.24 J　　　　B．0.25 J C．0.26 J D．0.28 J 解析：　根據(jù)W＝UIt可得，每秒單片單晶硅太陽能電池產(chǎn)生的能量為W＝0.60.11 J＝0.06 J，設太陽每秒照射到該電池上的能量為Q，則由能量守恒定律得Q24%＝W，所以Q＝0.25 J，故答案為B. 答案：　B 4．在如圖所示的電路中，燈泡L的電阻大于電源的內(nèi)阻r，閉合電鍵S，將滑動變阻器滑片P向左移動一段距離后，下列結(jié)論正確的是(　　) A．燈泡L變亮 B．電源的輸出功率變大 C．電容器C上的電荷量減少 D．電流表讀數(shù)變小，電壓表讀數(shù)變大 解析：　滑動變阻器滑片P向左移動，接入電路的電阻增大，故電路總電阻增大，通過電源的總電流變小，路端電壓變大，D項正確；由于電路中電流減小，由燈泡的功率P＝I2R可知燈泡消耗的功率減小，燈泡亮度變暗，A項錯；電路中電流減小，電源內(nèi)電壓及燈泡兩端電壓減小，由E＝Ur＋UR＋UL可知，滑動變阻器兩端電壓增大，電容器與滑動變阻器并聯(lián)，故電容器兩端電壓增大，由Q＝CU可知，電容器帶電荷量增大，C項錯；當外電路電阻與電源內(nèi)阻相等時，電源輸出功率最大，由題意不能確定二者關(guān)系，故B項錯． 答案：　D 5．如圖所示，用甲、乙、丙三個電動勢E相同而內(nèi)電阻r不同的電源，分別給定值電阻R供電．已知甲、乙、丙三個電源內(nèi)阻的大小關(guān)系為r甲>r乙>r丙，且r乙＝R，則對比將R先后接在這三個電源上的情況，下列說法中正確的是(　　) A．接在乙電源上時，電源輸出功率最大 B．接在丙電源上時，電源熱功率最大 C．接在甲電源上時，電源功率最大 D．接在丙電源上時，電源效率最高 解析：　根據(jù)閉合電路歐姆定律，干路電流即通過R的電流I＝，電阻R消耗的功率P外＝I2R＝，即為電源輸出功率，由于E、R一定，故接內(nèi)阻r小的電源時通過電阻R的電流I較大，消耗的功率P外也較大，故A錯；電源熱功率P熱＝I2r，可將電路等效為我們熟悉的輸出功率問題，即將R看做電源內(nèi)阻，電源電動勢相同，而把電源內(nèi)阻看做外電路的電阻，電源輸出功率看做是電源的熱功率，當內(nèi)外電阻相同時輸出功率最大，故接在乙電源上時，電源的熱功率最大，B錯；電源功率P總＝EI，當r越小P總越大，即丙電源的電源功率最大，C錯；電源效率η＝100%＝100%＝100%，r丙最小，I丙最大，丙電源效率最高，D對． 答案：　D 6．在如圖所示的電路中，R1、R2、R3均為可變電阻．當開關(guān)S閉合后，兩平行金屬板M、N中有一帶電液滴正好處于靜止狀態(tài)．為使帶電液滴向上加速運動，可采取的措施是(　　) A．增大R1 B．減小R2 C．減小R3 D．增大M、N間距 解析：　由圖可知R2、R3串聯(lián)后接在電源兩端，電容器穩(wěn)定后獲得的電壓UC＝E與R1無關(guān)，所以只有B項能使UC變大． 答案：　B