新教材适用2024版高考物理一轮总复习第9章恒定电流第2讲闭合电路欧姆定律及其应用课件
展开第2讲 闭合电路欧姆定律及其应用
1.电动势(1)电源:电源是通过非静电力做功把____________的能转化成_________的装置。(2)电动势:非静电力搬运电荷所做的功与搬运的电荷量的比值,E=___,单位:V。
(3)电动势的物理含义:电动势表示电源把____________________________________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。2.内阻:电源内部也是由导体组成的,也有电阻r,叫作电源的______,它是电源的另一重要参数。
其他形式的能转化成电势能
1.闭合电路的欧姆定律(1)内容闭合电路里的电流跟电源的电动势成______,跟内、外电阻之和成______。(2)公式①I=___(只适用于纯电阻电路);②E=_________(适用于所有电路)。
2.路端电压与外电阻的关系
思考:(1)根据E=U+Ir画出电源的U-I图像?根据图线如何求电源的电动势和内阻?(2)最简单的闭合回路如图所示,推导出电源的输出功率的表达式?并求出电源的最大输出功率?
一、堵点疏通1.电动势的方向即为电源内部电流的方向,由电源负极指向正极,电动势为矢量。( )2.电源的重要参数是电动势和内阻。电动势由电源中非静电力的特性决定,与电源的体积无关,与外电路无关。( )3.闭合电路中外电阻越大,路端电压越大。( )4.外电阻越大,电源的输出功率越大。( )5.电源的输出功率越大,电源的效率越高。( )
二、对点激活1.下列对电源电动势概念的描述,错误的是( )A.电动势反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领大小B.电动势的单位和电势差的单位相同,但电动势与电势差的意义不同C.同一电源接入不同的电路,电动势不会发生变化D.1号干电池和7号干电池的组成材料是一样的,但1号干电池的尺寸较大,所以1号干电池的电动势就比7号干电池大
[解析]电动势表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小,故A正确,不符合题意;电动势的单位和电势差单位相同,但电动势与电势差是两个不同的物理量,它们的物理意义不同,故B正确,不符合题意;电动势是由电源本身性质决定的,同一电源接入不同的电路,电动势不会发生变化,故C正确,不符合题意;我们通常所说的1号干电池的尺寸比7号干电池的尺寸大,但电动势相同,故D错误,符合题意。
2.(2023·湖北武汉模拟预测)闭合电路中电源的U-I图线如图所示,下列说法正确的是( )A.路端电压为1 V时,干路电流为5 AB.电源短路时电流为无穷大C.电源电动势为1.5 VD.电源内电阻为2 Ω
3.用电动势为1.5 V、内阻为1.0 Ω的干电池5节串联,给一个“6.0 V 0.6 W”的用电器供电。(1)求该用电器的额定电流;(2)若要使该用电器在额定电压下工作,电路中还需要串联一个阻值多大的电阻?(提示:串联电池组的电动势等于各个电池的电动势之和;串联电池组的内阻等于各个电池内阻之和。)
[答案] (1)0.1 A (2)10 Ω
1.动态分析特点断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动、电阻增大或减小导致电路电压、电流、功率等的变化。
2.电路动态分析的方法(1)程序法电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化。(2)极限法对于因滑动变阻器的滑片滑动引起电路变化的问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论。此时要注意是否出现极值情况,即变化是否是单调变化。(3)特殊值法对于某些电路问题,可以代入特殊值进行判定,从而得出结论。
(4)“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。
(2023·海南模拟预测)如图所示的电路中,R0是定值电阻,R1是滑动变阻器,电源的内阻不能忽略,电流表、电压表均为理想电表。闭合电路使L发光后,将滑动变阻器的滑片向下滑动,则( )A.A的示数增大,L变暗B.A的示数变小,L变亮C.V1的示数增大,L变亮D.V2的示数增大,L变暗
[解析]根据题意,将滑动变阻器的滑片向下滑动,则R1减小,闭合回路中的总电阻减小,根据闭合回路欧姆定律可知,电流表A的示数变大,电压表V2的示数减小,根据欧姆定律可知,R0两端电压增大,即电压表V1示数增大,则灯泡L两端的电压减小,则L变暗,故BCD错误,A正确。
电路动态分析的一般步骤
(1)明确局部电路变化时所引起的局部电路电阻的变化。(2)根据局部电路电阻的变化,确定电路的外电阻R外总如何变化。(4)由U内=I总r确定电源的内电压如何变化。(5)由U=E-U内确定路端电压如何变化。(6)确定支路两端的电压及通过各支路的电流如何变化。
〔变式训练1〕 (2023·浙江丽水第二高级中学高三阶段练习)如图所示的电路图,电流表、电压表是理想电表,电阻R0是定值电阻,电源的电动势和内阻分别为E、r,电动机的内阻为r0;当合上开关,增大电阻箱R的阻值时,电流表和电压表的数值变化量分别为ΔI、ΔU,下列说法正确的是( )A.电压表的示数减小B.电流表的示数增大
1.电源的总功率P总=EI=U外I+U内I=P出+P内。2.电源内部消耗的功率P内=I2r=U内I=P总-P出。
(5)P出与R的关系如图所示。
(2023·安徽高三月考)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。求:(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)若电阻箱R的最大值为3 Ω,R0=5 Ω,求: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;
(4)电源的最大输出功率。
〔变式训练2〕 (多选)(2023·河北高三月考)在如图所示的电路中,两个灯泡均发光,当滑动变阻器R的滑动触头向下滑动时,则( )A.A灯变亮B.B灯变亮C.电源的输出功率减小D.电源的工作效率增大
(2023·江苏模拟预测)在如图所示的U-I图中,直线a为某电源的路端电压与电流的关系,直线b为某电阻R的电压与电流的关系。现用该电源直接与电阻R连接成闭合电路,由图可知( )A.电源的输出功率为6.0 WB.电源的路端电压为4.0 V,电源的效率为66.7%C.该电源的电动势为6.0 V,电源内阻因发热损耗功率为3.0 WD.用比R阻值大的电阻与该电源组成闭合回路,电源的输出功率可能增大
〔变式训练3〕 如图所示,直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性图线,曲线Ⅲ是一个小灯泡的伏安特性曲线,如果把该小灯泡先后分别与电源1和电源2单独连接时,下列说法不正确的是( )A.在这两种连接状态下,小灯泡的电阻之比是1∶2B.在这两种连接状态下,小灯泡消耗的功率之比是1∶2C.电源1和电源2的内阻之比是11∶7D.电源1和电源2的电动势之比是1∶1
1.电路的简化:不分析电容器的充、放电过程时,把电容器所处的支路视为断路,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,与电容器直接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,与电容器直接串联的电阻视为等势体。电容器的电压为与之并联的电阻两端的电压。
3.电容器所带电荷量的变化的计算:(1)如果变化前后极板带电的电性相同,那么通过所连导线的电荷量等于初、末状态电容器所带电荷量之差;(2)如果变化前后极板带电的电性相反,那么通过所连导线的电荷量等于初、末状态电容器所带电荷量之和。
(2023·广东高三专题练习)如图所示,平行板电容器中有一带电液滴处于静止状态,电压表为理想电表,现将滑动变阻器R2的滑片P缓慢向上端滑动,在液滴未打到极板前,下列说法正确的是( )A.电容器中电场强度将增大B.电容器所带的电荷量将增加C.流经R1的电流减小,电压表读数增大D.液滴带负电,电场力做负功,电势能增大
[解析]滑片P向上滑动,R2的电阻变小,总电阻变小,通过R1的电流变大,电源内部电压变大,路端电压变小,C选项错误;根据电路结构,电容器两极板的电压变小,所以电容器中的电场强度将变小,两极板所带的电荷量也变小,所以AB错误;由于电容器中电场强度变小,电荷受到电场力变小,电荷将向下运动,由电荷处于平衡状态和电荷向下运动可知:电荷带负电,电场力做负功,电势能增大,D选项正确。
〔变式训练4〕 (2022·新疆乌鲁木齐月考)如图所示,电源电动势为E,内电阻为r,电阻R1=R2=R3=r,电容器电容为C,当开关S由接a换到接b且电路达到稳定的过程中,通过R3的电荷量是( )
电路故障分析问题电路故障一般是短路或断路,常见的情况有导线断芯、灯泡断丝、灯座短路、电阻器内部断路、接触不良等现象,检查故障的基本方法有两种:1.仪表检测法(1)电压表检测:如果电压表示数为零,说明电压表上无电流通过,则可能在并联路段之外有断路,或并联路段内有短路。如果电压表有示数,说明电压表上有电流通过,则在并联路段之外无断路,或并联路段内无短路。
(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极性和量程。(3)欧姆表检测:当电阻测量值很大时,表示该处断路;当电阻测量值很小或为零时,表示该处短路。在运用欧姆表检测时,电路一定要切断电源。
2.假设法已知电路发生某种故障,寻找故障发生在何处时,可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故障,运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理。推理结果若与题述物理现象不符合,则故障不是发生在这部分电路;若推理结果与题述物理现象符合,则故障可能发生在这部分电路,直到找出发生故障的全部可能为止,此方法亦称排除法。
(2023·重庆市育才中学高三开学考试)某同学按如图电路进行实验,电压表内阻看作无限大,电流表内阻看作零。实验中由于电路发生故障,发现两电压表示数相同了(但不为零),若这种情况的发生是由于某一用电器引起的,则可能的故障是( )A.RP断路 B.R2断路C.R1短路 D.R3短路
[解析]若R3短路则电压表V1、V2示数为零;若Rp断路,则电压表V2示数为零,V1示数不为零,电压表示数不相同;若R1短路,V1测滑动变阻器和R2串联总电压,V2测R2两端电压,两电压表示数不相同;若R2断路,两电压表均测R3电压,电压表示数相同,ACD错误,B正确。
1.(2023·北京模拟预测)用如图所示的电路,测一节干电池的电动势和内阻,根据测得的数据做出如图所示的U-I图像,下列说法正确的是( )A.电池的内阻为2.9 ΩB.电源的电动势为1.50 VC.外电路短路时的电流为0.50 AD.当减小滑动变阻器阻值时,电源效率变小
2.(多选)(2023·安徽省桐城中学高三阶段练习)将一电源与电阻箱R、定值电阻R0连接成闭合回路(甲),并且R0=2 Ω,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(乙)所示,由此可知( )A.电阻箱R=1 Ω时,定值电阻R0功率取得最大值B.电源内阻一定等于5 ΩC.电源电动势为30 VD.电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率大于50%
3.(2023·河北高三模拟)如图,电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r。将滑动变阻器滑片向下滑动,理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3,理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI,则( )A.A的示数减小B.V2的示数增大C.ΔU3与ΔI的比值大于rD.ΔU1小于ΔU2
4.(多选)(2023·湖北高三模拟)如图所示电路中,电源内阻不能忽略,电表均为理想电表。闭合开关后,电路处于稳定状态,下列说法正确的是( )A.灯泡L2突然变亮,可能因为电阻R发生了短路B.灯泡L1突然变亮,可能因为电阻R发生了短路C.电流表的示数突然变大,可能因为电容器被击穿D.电压表的示数突然变小,可能因为灯泡L2的灯丝烧断
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