还剩45页未读，
继续阅读
22届高中物理一轮总复习 22 闭合电路欧姆定律及其应用（新高考）课件PPT
展开
这是一份22届高中物理一轮总复习 22 闭合电路欧姆定律及其应用（新高考）课件PPT，共53页。PPT课件主要包含了内容索引，必备知识预案自诊，知识梳理，考点自诊，关键能力学案突破，对点演练等内容，欢迎下载使用。
一、电路的串联、并联
I1=I2=…=In
I1+I2+…+In
U1+U2+…+Un
U1=U2=…=Un
R1+R2+…+Rn
①注:串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻,电路中任意一个电阻值变大时,电路的总电阻变大。
②注:并联电路的总电阻小于电路中任意一个支路电阻,任意一个支路电阻值变大时,电路的总电阻变大。
二、电源 闭合电路的欧姆定律1.电源(1)电动势①计算:非静电力搬运电荷所做的功与搬运的电荷量的比值, ;②物理含义:电动势表示电源把其他形式的能转化成 本领的大小,在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。③ (2)内阻:电源内部导体的电阻。
2.闭合电路欧姆定律(1)内容:闭合电路中的电流跟电源的电动势成 ,跟内、外电阻之和成 ; (2)公式: (只适用于纯电阻电路);(3)其他表达形式①电势降低表达式:E=U外+U内或E=U外+ ; ②能量表达式:EI=UI+I2r。
3.路端电压与外电阻的关系(2)特殊情况:①当外电路断路时,I=0,U= ; ②当外电路短路时, ,U=0。
1.判断下列说法的正误。(1)电动势是电源两极间的电压。( )(2)当外电阻增大时,路端电压也增大。( )(3)闭合电路中的短路电流无限大。( )(4)电动势的单位跟电压的单位一致,所以电动势就是电源两极间的电压。( )(5)非静电力做的功越多,电动势就越大。( )(6)在闭合电路中,外电阻越大,电源的输出功率越大。( )(7)在某电池的电路中每通过2 C的电荷量,电池提供的电能是4 J,那么这个电池的电动势是0.5 V。( )(8)电源的电动势越大,电源所能提供的电能就越多。( )
2.(新教材人教版必修第三册P71习题改编)如图是有两个量程的电压表,当使用a、b两个端点时,量程为0~10 V;当使用a、c两个端点时,量程为0~100 V。已知电流表的内阻Rg为500 Ω,满偏电流Ig为1 mA,则电阻R1、R2的值为( )A.9 500 Ω 90 000 ΩB.90 000 Ω 9 500 ΩC.9 500 Ω 9 000 ΩD.9 000 Ω 9 500 Ω
3.(多选)(2020江苏卷)某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示。当汽车启动时,开关S闭合,电机工作,车灯突然变暗,此时( )A.车灯的电流变小B.路端电压变小C.电路的总电流变小D.电源的总功率变大
答案 ABD 解析 开关S闭合,电路中总电阻减小,总电流变大,选项C错误;电源的内电压U内=Ir变大,外电压U=E-U内变小,选项B正确;车灯的电流 变小,选项A正确;电源的总功率P总=EI变大,选项D正确。
4.(新教材人教版必修第三册P101习题改编)如图所示,电源的电动势E为12 V,内阻r为2 Ω,定值电阻R1为1 Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为5 Ω,求:(1)电阻R1消耗的最大功率;(2)电源输出的最大功率;(3)滑动变阻器R2消耗的最大功率。
答案 (1)16 W (2)18 W (3)12 W
一、总电阻变化的特点(1)当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小)。(2)若开关的通、断使串联的用电器增多时,电路的总电阻增大;若开关的通、断使并联的支路增多时,电路的总电阻减小。(3)在如图所示分压电路中,滑动变阻器可视为由两段电阻构成,其中一段R并与用电器并联,另一段R串与并联部分串联。A、B两端的总电阻与R串的变化趋势一致。
二、电路动态分析的三种常用方法1.程序法
2.“串反并同”结论法(1)所谓“串反”,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小,反之则增大。(2)所谓“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大,反之则减小。3.极限法:因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将变阻器的滑片分别滑至两个极端,让电阻最大或电阻为零去讨论。
三、比较动态电路中电表变化量的方法1.掌握理论基础:导体的伏安特性曲线上一点纵横坐标的比值表示电阻,即 ,电源的伏安特性曲线的斜率的绝对值表示电源内阻,在纵轴(U轴)的截距表示电源电动势,在横轴(I轴)的截距表示短路电流。电源的伏安特性曲线上点的纵横坐标的乘积表示电源的输出功率。2.明确比较方法:比较动态电路中电表变化量,就要弄清电表所测量的是纯电阻还是非纯电阻,弄清什么量变,什么量不变,然后根据伏安特性特点求解。要看ΔU和ΔI之比的情况,就是看它们的比值是什么,然后就可判断结果。
【典例1】 (2020四川绵阳模拟)如图所示,闭合开关S,将滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程中( )A.电流表A1的示数变小B.电流表A2的示数变小C.电压表V的示数变小D.电阻R1的电功率变大
答案 A 解析 程序法:在滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻变大,电路总电阻变大,根据闭合电路的欧姆定律可知,干路电流变小,选项A正确;由于干路电流变小,根据U外=E-Ir可知外电路两端的电压变大,电阻R1两端的电压U1=IR1变小,则并联部分电路两端的电压变大,即电压表V的示数变大,通过电阻R2的电流变大,即电流表A2的示数变大,选项B、C错误;根据P1=I2R1可知,电阻R1不变,通过R1的电流变小,则电阻R1的电功率变小,选项D错误。结论法:根据“串反并同”,滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程中,R变大,与之间接串联部分的电流、电压减小,R1的电功率变小,选项A正确、D错误;与之并联部分的电流、电压变大,选项B、C错误。
破题 本题考查闭合电路的动态分析,识别电路结构、明确各电表测量哪部分电路的物理量是解答本题的关键。
【拓展】 在本题中,当滑动变阻器R的滑片向右滑动时,电压表的变化量ΔU与电流表A1的变化量ΔI1的比值 将会怎样变化?
提示保持不变。根据闭合电路欧姆定律得E=U+I1(R1+r),变式得U=E-I1(R1+r),即U-I1关系图像中,图线斜率|k|=R1+r,则 =R1+r,故保持不变。
1.(2020江苏连云港高三下学期考前模拟)如图所示,已知电源电动势为E,内阻为r,R0为固定电阻。当滑动变阻器R的滑动触头向下滑动时,下列说法中错误的是( )A.灯泡L变亮B.电压表的示数变小C.电流表的示数变小D.R0消耗的功率变小
答案 B解析 当R的滑动触头向下滑动时,R变大,外电路总电阻变大,由闭合电路欧姆定律知,总电流I变小,电源的内电压变小,则路端电压变大,因此电压表的示数变大。灯泡L的电压减大,则灯L变亮,故A正确,B错误;电路中并联部分电压变大,通过L的电流变大,而总电流减小,则电流表A的读数变小,R0消耗的功率变小,故C、D正确。
2.(多选)(2020四川宜宾高三下学期三诊)如图所示,电源的电动势、内阻及各电阻的阻值都标记在图中,当滑动变阻器R3的滑动触头P向a端移动时,以下说法中正确的是( )A.电压表示数变小,电流表示数变小B.电阻R1两端的电压减小C.电源的总功率减少但电源的输出功率增大D.如果设定流过电阻R2电流变化量的绝对值为ΔI2,流过滑动变阻器R3的电流变化量的绝对值为ΔI3,则ΔI2<ΔI3
答案 BD 解析 将滑动变阻器的滑动触头P向a滑动的过程中,外电路总电阻变大,电路中总电流变小,内电压减小,路端电压变大,电压表示数变大,故A错误;电路中总电流变小,通过电阻R1的电流变小,R1两端电压变小,R2两端电压增大,通过电阻R2的电流变大,通过电阻R1的电流等于通过电阻R2的电流和通过电阻R3的电流之和,故通过电阻R3的电流变小,且ΔI2<ΔI3,故B、D正确;电路中总电流变小,则电源的总功率减少,因不知道外电阻与内电阻之间的关系,所以无法判断电源的输出功率的变化,故C错误。
含电容器电路的分析是一个难点,电路中出现电容器,学生往往难以确定电容器与电路的串、并联关系及电压关系等,给分析解决问题带来很大的障碍。1.电路的简化:不分析电容器的充、放电过程时,把电容器所在的电路视为断路,简化电路时可以去掉,求电荷量时再在相应位置补上。2.电路稳定时电容器的处理方法:电路稳定后,与电容器串联的电路中没有电流,同支路的电阻相当于导线,即电阻不起降低电压的作用,电容器两端的电压与其并联用电器两端电压相等。3.电压变化带来的电容器变化:电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电。若电容器两端电压升高,电容器将充电;若电容器两端电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电,可由ΔQ=C·ΔU计算电容器上电荷量的变化量。
【典例2】 (2016全国卷Ⅱ)阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图所示电路。开关S断开且电流稳定时,C所带的电荷量为Q1;闭合开关S,电流再次稳定后,C所带的电荷量为Q2。Q1与Q2的比值为( )
答案 C 解析 S断开时等效电路图如图a所示。
含电容器电路问题的解题思路(1)理清电路的串、并联关系。(2)确定电容器两极板间的电压。在电容器充电和放电的过程中,欧姆定律等电路规律不适用,但对于充电或放电完毕的电路,电容器的存在不再影响原电路,电容器接在某一支路两端,可根据欧姆定律及串、并联规律求解该支路两端的电压U。(3)分析电容器所带的电荷量。针对某一状态,根据Q=CU,由电容器两端的电压U求电容器所带的电荷量Q,由电路规律分析两极板电势的高低,高电势板带正电,低电势板带负电。
3.(2020江苏扬州高三月考)如图所示,E为电源,其内阻不可忽略,RT为热敏电阻,其阻值随温度的升高而减小,L为指示灯泡,C为平行板电容器,G为灵敏电流计。闭合开关S,当环境温度明显升高时,下列说法正确的是( )A.G中电流方向由a到bB.RT两端电压变大C.C所带的电荷量保持不变D.L变暗
答案 A解析 由题图可以知道,热敏电阻与L串联,当环境温度升高时,热敏电阻的阻值减小,总电阻减小,则电路中电流增大,灯泡L变亮,故D错误;电路中电流增大,电源的内压及灯泡L两端的电压增大,由E=U内+U外可得RT两端电压减小,故B错误;因为电容器并联在电源两端,因内电压增大,路端电压减小,故由Q=CU知电容器的带电荷量减小,故C错误;电容器的带电荷量减小,电容器放电,故G中电流由a到b,故A正确。
4.(多选)(2020四川绵阳模拟)如图所示的电路中,电源电动势为2 V,内阻r=0.5 Ω,电阻R1=1.5 Ω,电阻R2=2 Ω,电阻R3=3 Ω,滑动变阻器R4接入电路的阻值为2 Ω,电容器的电容C=1.0 μF,电阻R3与电容器间的导线记为d,单刀双掷开关S与触点1连接,下列说法正确的是( )A.如果仅将R4的滑片向上滑动,R1消耗的功率减少B.如果仅将R4的滑片向上滑动,电源的输出功率增加C.如果仅将R4的滑片向上滑动,电容器两极板间的电势差减小D.如果仅将开关S由触点1拨向触点2,流过导线d的横截面的电荷量为1.75×10-6 C
1.故障特点(1)断路特点:表现为路端电压不为零而电流为零;(2)短路特点:用电器或电阻发生短路,表现为有电流通过电路但用电器或电阻两端电压为零。
2.检查方法(1)电压表检测:如果电压表示数为零,则说明可能在并联路段之外有断路,或并联路段短路。(2)电流表检测:当电路中接有电源时,可用电流表测量各部分电路上的电流,通过对电流值的分析,可以确定故障的位置。在运用电流表检测时,一定要注意电流表的量程。(3)欧姆表检测:当测量值很大时,表示该处断路;当测量值很小或为零时,表示该处短路。在运用欧姆表检测时,被检测元件应从电路中拆下来。(4)假设法:将整个电路划分为若干部分,然后逐一假设某部分电路发生某种故障,运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理。
5.(2020山西长治第二中学期中)如图所示,电源电动势约为4 V,因线路故障,按通S时,灯L1和L2均不亮,用电压表测得Uab=0,Ubc=0,Ucd=4 V。由此可知断路处为( )A.灯L1B.灯L2C.变阻器D.不能确定
答案 C解析 Ucd=4 V,说明c与电源正极相通,灯L1、灯L2通路,而电压都加在变阻器上,说明变阻器断路,故选C。
6.有三个电阻串联,如图所示,电流表是完好的,合上开关S后,发现电流表示数为零,在不拆开电路的前提下,通过电压表测量各连接点的电压值,可判断故障原因,电压表测量数据为Uab=Ucd=0,Uac≠0,则该电路的故障原因可能是( )A.仅R1断路B.仅R2断路C.仅R3断路D.R1、R2、R3均断路
答案 B解析 若仅R1断路,则Uab≠0,A错误;若仅R2断路,则Uab=Ucd=0,Uac≠0,且电流表的示数为零,B正确;若仅R3断路,则Ucd≠0,C错误;若R1、R2、R3均断路,则Uac=0,D错误。
(1)断路故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压,再逐段与电路并联,若电压表示数等于电源电动势,则该段电路断路。(2)短路故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压,再逐段与电路并联,若电压表示数为零,则该并联段电路短路;若电压表示数不为零,则该并联段电路没有短路或不完全短路。
【典例3】 如图所示,已知电源电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,保护电阻R0=0.5 Ω。(1)当电阻箱R读数为多少时,保护电阻R0消耗的电功率最大,并求这个最大值。(2)当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R消耗的功率PR最大,并求这个最大值。(3)求电源的最大输出功率。(4)若电阻箱R的最大值为3 Ω,R0=5 Ω,当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R的功率最大,并求这个最大值。
答案(1)0 8 W (2)1.5 Ω 6 W (3)9 W (4)3 Ω W
思维点拨 定值电阻中通过的电流有极值时对应的电功率有极值。求可变电阻消耗的电功率极值时,如果可变电阻是外电路唯一的电阻,则电源的最大输出功率为可变电阻的电功率最大值;如果可变电阻不是外电路唯一的电阻,则把可变电阻之外的电阻看成是电源内阻的一部分,利用等效电源法求解。
本题中电阻箱与保护电阻是串联关系,把保护电阻和电源看成一个等效电源时,等效电源的电动势不变,等效电源的内阻为R0+r。需要特别注意的是,如果电阻箱与保护电阻是并联的,则等效电源的电动势和内阻均不是这样的求法(具体方法请参考章末“核心素养专项提升”之“等效电源模型”)。
7.将一电源仅与一电阻箱连接成闭合回路,测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线如图所示,由此可知( )A.电源最大输出功率可能大于45 WB.电源内阻一定等于5 ΩC.电源电动势为45 VD.电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率大于50%
答案 B解析 由电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线可知,电阻箱所消耗功率P最大为45 W,所以电源最大输出功率为45 W,选项A错误;由电源输出功率最大的条件可知,电源输出功率最大时,外电路电阻等于电源内阻,所以电源内阻一定等于5 Ω,选项B正确;由电阻箱所消耗功率P最大值为45 W可知,此时电阻箱读数为R=5 Ω,电流 =3 A,电源电动势E=I(R+r)=30 V,选项C错误;电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率为50%,选项D错误。
8.(2020上海嘉定高三下学期二模)如图甲所示,电源电动势E=9 V,内阻不计,定值电阻R1=500 Ω,电阻R的U-I关系如图乙所示,R2为滑动变阻器。开关闭合后,为使R2消耗的电功率等于R1功率的2倍,滑动变阻器R2的阻值和对应的功率P2分别为( )A.R2=1 000 Ω P2=9×10-3 WB.R2=1 000 Ω P2=1.37×10-2 WC.R2=1 500 Ω P2=9×10-3 WD.R2=1 500 Ω P2=1.37×10-2 W
答案 B解析 串联电路电流处处相等,根据P=I2R可知R2=2R1=1 000 Ω,将R2和R1等效为电源内阻,则等效电源E=9 V,r=1 500 Ω,在题图乙中作出等效电源的U-I关系图像如图所示,可知通过滑动变阻器的电流约为3.7×10-3 A,所以功率为P2=(3.7×10-3)2×1 000 W=1.37×10-2 W,故只有选项B正确。
一、电路的串联、并联
I1=I2=…=In
I1+I2+…+In
U1+U2+…+Un
U1=U2=…=Un
R1+R2+…+Rn
①注:串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻,电路中任意一个电阻值变大时,电路的总电阻变大。
②注:并联电路的总电阻小于电路中任意一个支路电阻,任意一个支路电阻值变大时,电路的总电阻变大。
二、电源 闭合电路的欧姆定律1.电源(1)电动势①计算:非静电力搬运电荷所做的功与搬运的电荷量的比值, ;②物理含义:电动势表示电源把其他形式的能转化成 本领的大小,在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。③ (2)内阻:电源内部导体的电阻。
2.闭合电路欧姆定律(1)内容:闭合电路中的电流跟电源的电动势成 ,跟内、外电阻之和成 ; (2)公式: (只适用于纯电阻电路);(3)其他表达形式①电势降低表达式:E=U外+U内或E=U外+ ; ②能量表达式:EI=UI+I2r。
3.路端电压与外电阻的关系(2)特殊情况:①当外电路断路时,I=0,U= ; ②当外电路短路时, ,U=0。
1.判断下列说法的正误。(1)电动势是电源两极间的电压。( )(2)当外电阻增大时,路端电压也增大。( )(3)闭合电路中的短路电流无限大。( )(4)电动势的单位跟电压的单位一致,所以电动势就是电源两极间的电压。( )(5)非静电力做的功越多,电动势就越大。( )(6)在闭合电路中,外电阻越大,电源的输出功率越大。( )(7)在某电池的电路中每通过2 C的电荷量,电池提供的电能是4 J,那么这个电池的电动势是0.5 V。( )(8)电源的电动势越大,电源所能提供的电能就越多。( )
2.(新教材人教版必修第三册P71习题改编)如图是有两个量程的电压表,当使用a、b两个端点时,量程为0~10 V;当使用a、c两个端点时,量程为0~100 V。已知电流表的内阻Rg为500 Ω,满偏电流Ig为1 mA,则电阻R1、R2的值为( )A.9 500 Ω 90 000 ΩB.90 000 Ω 9 500 ΩC.9 500 Ω 9 000 ΩD.9 000 Ω 9 500 Ω
3.(多选)(2020江苏卷)某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示。当汽车启动时,开关S闭合,电机工作,车灯突然变暗,此时( )A.车灯的电流变小B.路端电压变小C.电路的总电流变小D.电源的总功率变大
答案 ABD 解析 开关S闭合,电路中总电阻减小,总电流变大,选项C错误;电源的内电压U内=Ir变大,外电压U=E-U内变小,选项B正确;车灯的电流 变小,选项A正确;电源的总功率P总=EI变大,选项D正确。
4.(新教材人教版必修第三册P101习题改编)如图所示,电源的电动势E为12 V,内阻r为2 Ω,定值电阻R1为1 Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为5 Ω,求:(1)电阻R1消耗的最大功率;(2)电源输出的最大功率;(3)滑动变阻器R2消耗的最大功率。
答案 (1)16 W (2)18 W (3)12 W
一、总电阻变化的特点(1)当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小)。(2)若开关的通、断使串联的用电器增多时,电路的总电阻增大;若开关的通、断使并联的支路增多时,电路的总电阻减小。(3)在如图所示分压电路中,滑动变阻器可视为由两段电阻构成,其中一段R并与用电器并联,另一段R串与并联部分串联。A、B两端的总电阻与R串的变化趋势一致。
二、电路动态分析的三种常用方法1.程序法
2.“串反并同”结论法(1)所谓“串反”,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小,反之则增大。(2)所谓“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大,反之则减小。3.极限法:因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将变阻器的滑片分别滑至两个极端,让电阻最大或电阻为零去讨论。
三、比较动态电路中电表变化量的方法1.掌握理论基础:导体的伏安特性曲线上一点纵横坐标的比值表示电阻,即 ,电源的伏安特性曲线的斜率的绝对值表示电源内阻,在纵轴(U轴)的截距表示电源电动势,在横轴(I轴)的截距表示短路电流。电源的伏安特性曲线上点的纵横坐标的乘积表示电源的输出功率。2.明确比较方法:比较动态电路中电表变化量,就要弄清电表所测量的是纯电阻还是非纯电阻,弄清什么量变,什么量不变,然后根据伏安特性特点求解。要看ΔU和ΔI之比的情况,就是看它们的比值是什么,然后就可判断结果。
【典例1】 (2020四川绵阳模拟)如图所示,闭合开关S,将滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程中( )A.电流表A1的示数变小B.电流表A2的示数变小C.电压表V的示数变小D.电阻R1的电功率变大
答案 A 解析 程序法:在滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻变大,电路总电阻变大,根据闭合电路的欧姆定律可知,干路电流变小,选项A正确;由于干路电流变小,根据U外=E-Ir可知外电路两端的电压变大,电阻R1两端的电压U1=IR1变小,则并联部分电路两端的电压变大,即电压表V的示数变大,通过电阻R2的电流变大,即电流表A2的示数变大,选项B、C错误;根据P1=I2R1可知,电阻R1不变,通过R1的电流变小,则电阻R1的电功率变小,选项D错误。结论法:根据“串反并同”,滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程中,R变大,与之间接串联部分的电流、电压减小,R1的电功率变小,选项A正确、D错误;与之并联部分的电流、电压变大,选项B、C错误。
破题 本题考查闭合电路的动态分析,识别电路结构、明确各电表测量哪部分电路的物理量是解答本题的关键。
【拓展】 在本题中,当滑动变阻器R的滑片向右滑动时,电压表的变化量ΔU与电流表A1的变化量ΔI1的比值 将会怎样变化?
提示保持不变。根据闭合电路欧姆定律得E=U+I1(R1+r),变式得U=E-I1(R1+r),即U-I1关系图像中,图线斜率|k|=R1+r,则 =R1+r,故保持不变。
1.(2020江苏连云港高三下学期考前模拟)如图所示,已知电源电动势为E,内阻为r,R0为固定电阻。当滑动变阻器R的滑动触头向下滑动时,下列说法中错误的是( )A.灯泡L变亮B.电压表的示数变小C.电流表的示数变小D.R0消耗的功率变小
答案 B解析 当R的滑动触头向下滑动时,R变大,外电路总电阻变大,由闭合电路欧姆定律知,总电流I变小,电源的内电压变小,则路端电压变大,因此电压表的示数变大。灯泡L的电压减大,则灯L变亮,故A正确,B错误;电路中并联部分电压变大,通过L的电流变大,而总电流减小,则电流表A的读数变小,R0消耗的功率变小,故C、D正确。
2.(多选)(2020四川宜宾高三下学期三诊)如图所示,电源的电动势、内阻及各电阻的阻值都标记在图中,当滑动变阻器R3的滑动触头P向a端移动时,以下说法中正确的是( )A.电压表示数变小,电流表示数变小B.电阻R1两端的电压减小C.电源的总功率减少但电源的输出功率增大D.如果设定流过电阻R2电流变化量的绝对值为ΔI2,流过滑动变阻器R3的电流变化量的绝对值为ΔI3,则ΔI2<ΔI3
答案 BD 解析 将滑动变阻器的滑动触头P向a滑动的过程中,外电路总电阻变大,电路中总电流变小,内电压减小,路端电压变大,电压表示数变大,故A错误;电路中总电流变小,通过电阻R1的电流变小,R1两端电压变小,R2两端电压增大,通过电阻R2的电流变大,通过电阻R1的电流等于通过电阻R2的电流和通过电阻R3的电流之和,故通过电阻R3的电流变小,且ΔI2<ΔI3,故B、D正确;电路中总电流变小,则电源的总功率减少,因不知道外电阻与内电阻之间的关系,所以无法判断电源的输出功率的变化,故C错误。
含电容器电路的分析是一个难点,电路中出现电容器,学生往往难以确定电容器与电路的串、并联关系及电压关系等,给分析解决问题带来很大的障碍。1.电路的简化:不分析电容器的充、放电过程时,把电容器所在的电路视为断路,简化电路时可以去掉,求电荷量时再在相应位置补上。2.电路稳定时电容器的处理方法:电路稳定后,与电容器串联的电路中没有电流,同支路的电阻相当于导线,即电阻不起降低电压的作用,电容器两端的电压与其并联用电器两端电压相等。3.电压变化带来的电容器变化:电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电。若电容器两端电压升高,电容器将充电;若电容器两端电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电,可由ΔQ=C·ΔU计算电容器上电荷量的变化量。
【典例2】 (2016全国卷Ⅱ)阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图所示电路。开关S断开且电流稳定时,C所带的电荷量为Q1;闭合开关S,电流再次稳定后,C所带的电荷量为Q2。Q1与Q2的比值为( )
答案 C 解析 S断开时等效电路图如图a所示。
含电容器电路问题的解题思路(1)理清电路的串、并联关系。(2)确定电容器两极板间的电压。在电容器充电和放电的过程中,欧姆定律等电路规律不适用,但对于充电或放电完毕的电路,电容器的存在不再影响原电路,电容器接在某一支路两端,可根据欧姆定律及串、并联规律求解该支路两端的电压U。(3)分析电容器所带的电荷量。针对某一状态,根据Q=CU,由电容器两端的电压U求电容器所带的电荷量Q,由电路规律分析两极板电势的高低,高电势板带正电,低电势板带负电。
3.(2020江苏扬州高三月考)如图所示,E为电源,其内阻不可忽略,RT为热敏电阻,其阻值随温度的升高而减小,L为指示灯泡,C为平行板电容器,G为灵敏电流计。闭合开关S,当环境温度明显升高时,下列说法正确的是( )A.G中电流方向由a到bB.RT两端电压变大C.C所带的电荷量保持不变D.L变暗
答案 A解析 由题图可以知道,热敏电阻与L串联,当环境温度升高时,热敏电阻的阻值减小,总电阻减小,则电路中电流增大,灯泡L变亮,故D错误;电路中电流增大,电源的内压及灯泡L两端的电压增大,由E=U内+U外可得RT两端电压减小,故B错误;因为电容器并联在电源两端,因内电压增大,路端电压减小,故由Q=CU知电容器的带电荷量减小,故C错误;电容器的带电荷量减小,电容器放电,故G中电流由a到b,故A正确。
4.(多选)(2020四川绵阳模拟)如图所示的电路中,电源电动势为2 V,内阻r=0.5 Ω,电阻R1=1.5 Ω,电阻R2=2 Ω,电阻R3=3 Ω,滑动变阻器R4接入电路的阻值为2 Ω,电容器的电容C=1.0 μF,电阻R3与电容器间的导线记为d,单刀双掷开关S与触点1连接,下列说法正确的是( )A.如果仅将R4的滑片向上滑动,R1消耗的功率减少B.如果仅将R4的滑片向上滑动,电源的输出功率增加C.如果仅将R4的滑片向上滑动,电容器两极板间的电势差减小D.如果仅将开关S由触点1拨向触点2,流过导线d的横截面的电荷量为1.75×10-6 C
1.故障特点(1)断路特点:表现为路端电压不为零而电流为零;(2)短路特点:用电器或电阻发生短路,表现为有电流通过电路但用电器或电阻两端电压为零。
2.检查方法(1)电压表检测:如果电压表示数为零,则说明可能在并联路段之外有断路,或并联路段短路。(2)电流表检测:当电路中接有电源时,可用电流表测量各部分电路上的电流,通过对电流值的分析,可以确定故障的位置。在运用电流表检测时,一定要注意电流表的量程。(3)欧姆表检测:当测量值很大时,表示该处断路;当测量值很小或为零时,表示该处短路。在运用欧姆表检测时,被检测元件应从电路中拆下来。(4)假设法:将整个电路划分为若干部分,然后逐一假设某部分电路发生某种故障,运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理。
5.(2020山西长治第二中学期中)如图所示,电源电动势约为4 V,因线路故障,按通S时,灯L1和L2均不亮,用电压表测得Uab=0,Ubc=0,Ucd=4 V。由此可知断路处为( )A.灯L1B.灯L2C.变阻器D.不能确定
答案 C解析 Ucd=4 V,说明c与电源正极相通,灯L1、灯L2通路,而电压都加在变阻器上,说明变阻器断路,故选C。
6.有三个电阻串联,如图所示,电流表是完好的,合上开关S后,发现电流表示数为零,在不拆开电路的前提下,通过电压表测量各连接点的电压值,可判断故障原因,电压表测量数据为Uab=Ucd=0,Uac≠0,则该电路的故障原因可能是( )A.仅R1断路B.仅R2断路C.仅R3断路D.R1、R2、R3均断路
答案 B解析 若仅R1断路,则Uab≠0,A错误;若仅R2断路,则Uab=Ucd=0,Uac≠0,且电流表的示数为零,B正确;若仅R3断路,则Ucd≠0,C错误;若R1、R2、R3均断路,则Uac=0,D错误。
(1)断路故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压,再逐段与电路并联,若电压表示数等于电源电动势,则该段电路断路。(2)短路故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压,再逐段与电路并联,若电压表示数为零,则该并联段电路短路;若电压表示数不为零,则该并联段电路没有短路或不完全短路。
【典例3】 如图所示,已知电源电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,保护电阻R0=0.5 Ω。(1)当电阻箱R读数为多少时,保护电阻R0消耗的电功率最大,并求这个最大值。(2)当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R消耗的功率PR最大,并求这个最大值。(3)求电源的最大输出功率。(4)若电阻箱R的最大值为3 Ω,R0=5 Ω,当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R的功率最大,并求这个最大值。
答案(1)0 8 W (2)1.5 Ω 6 W (3)9 W (4)3 Ω W
思维点拨 定值电阻中通过的电流有极值时对应的电功率有极值。求可变电阻消耗的电功率极值时,如果可变电阻是外电路唯一的电阻,则电源的最大输出功率为可变电阻的电功率最大值;如果可变电阻不是外电路唯一的电阻,则把可变电阻之外的电阻看成是电源内阻的一部分,利用等效电源法求解。
本题中电阻箱与保护电阻是串联关系,把保护电阻和电源看成一个等效电源时,等效电源的电动势不变,等效电源的内阻为R0+r。需要特别注意的是,如果电阻箱与保护电阻是并联的,则等效电源的电动势和内阻均不是这样的求法(具体方法请参考章末“核心素养专项提升”之“等效电源模型”)。
7.将一电源仅与一电阻箱连接成闭合回路,测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线如图所示,由此可知( )A.电源最大输出功率可能大于45 WB.电源内阻一定等于5 ΩC.电源电动势为45 VD.电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率大于50%
答案 B解析 由电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线可知,电阻箱所消耗功率P最大为45 W,所以电源最大输出功率为45 W,选项A错误;由电源输出功率最大的条件可知,电源输出功率最大时,外电路电阻等于电源内阻,所以电源内阻一定等于5 Ω,选项B正确;由电阻箱所消耗功率P最大值为45 W可知,此时电阻箱读数为R=5 Ω,电流 =3 A,电源电动势E=I(R+r)=30 V,选项C错误;电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率为50%,选项D错误。
8.(2020上海嘉定高三下学期二模)如图甲所示,电源电动势E=9 V,内阻不计,定值电阻R1=500 Ω,电阻R的U-I关系如图乙所示,R2为滑动变阻器。开关闭合后,为使R2消耗的电功率等于R1功率的2倍,滑动变阻器R2的阻值和对应的功率P2分别为( )A.R2=1 000 Ω P2=9×10-3 WB.R2=1 000 Ω P2=1.37×10-2 WC.R2=1 500 Ω P2=9×10-3 WD.R2=1 500 Ω P2=1.37×10-2 W
答案 B解析 串联电路电流处处相等,根据P=I2R可知R2=2R1=1 000 Ω,将R2和R1等效为电源内阻,则等效电源E=9 V,r=1 500 Ω,在题图乙中作出等效电源的U-I关系图像如图所示,可知通过滑动变阻器的电流约为3.7×10-3 A,所以功率为P2=(3.7×10-3)2×1 000 W=1.37×10-2 W,故只有选项B正确。
相关课件
高中物理高考 2020届高考物理一轮复习基次22闭合电路欧姆定律及其应用课件新人教版： 这是一份高中物理高考 2020届高考物理一轮复习基次22闭合电路欧姆定律及其应用课件新人教版，共25页。PPT课件主要包含了-2-，知识点一，知识点二，知识点三，-3-，电荷量，非静电力，-4-，U外+Ir，-5-等内容，欢迎下载使用。
(新课标版)高考物理一轮复习基础课件22闭合电路欧姆定律及其应用 (含解析)： 这是一份(新课标版)高考物理一轮复习基础课件22闭合电路欧姆定律及其应用 (含解析)，共24页。PPT课件主要包含了-2-，知识点一，知识点二，知识点三，-3-，电荷量，非静电力，-4-，U外+Ir，-5-等内容，欢迎下载使用。
2023版高考物理一轮总复习第九章第2节闭合电路的欧姆定律及其应用课件： 这是一份2023版高考物理一轮总复习第九章第2节闭合电路的欧姆定律及其应用课件，共52页。PPT课件主要包含了公式I＝，ER＋r，答案D，图9-2-1，电珠两灯都不发光，答案AD，确的是，图9-2-4，答案B，两种图像的比较等内容，欢迎下载使用。
