高考物理【一轮复习】讲义53　第九章　第二节　电能　闭合电路欧姆定律课件PPT

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[学习目标]　1．理解焦耳定律并能区分纯电阻电路和非纯电阻电路。2．理解并掌握闭合电路的欧姆定律，会用闭合电路欧姆定律分析电路的动态变化。3．会计算涉及电源的电路功率问题。4．掌握路端电压和电流的关系及电源的U-I图像。
1．电功、电功率、焦耳定律(1)电功①定义：导体中的恒定电场对自由电荷的______做的功。②公式：W＝qU＝______(适用于任何电路)。③电流做功的实质：____转化成其他形式能的过程。
2．闭合电路欧姆定律(1)内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成____，跟内、外电路的电阻之和成____。(2)表达式：I＝_______，E＝U外＋U内。
4．电路的功率(1)电源的总功率：P总＝IE＝P出＋P内＝IU外＋IU内。(2)电源的输出功率：P出＝IU外＝P总－P内。(3)电源内电路消耗的功率：P内＝IU内＝I2r。5．电源的U-I图像横截距为________、纵截距为电源的______，斜率的绝对值为________。
2．(人教版必修第三册改编)电源的电动势为4.5 V、外电阻为4.0 Ω时，路端电压为4.0 V。若在外电路中分别并联一个6.0 Ω的电阻和串联一个6.0 Ω的电阻，则两种情况下的路端电压为(　　)A．4.30 V　3.72 V B．3.73 V　4.30 VC．3.72 V　4.29 V D．4.20 V　3.73 V
3．(人教版必修第三册改编)汽车蓄电池供电的简化电路如图所示。当汽车启动时，开关S闭合，启动系统的电动机工作，车灯亮度会有明显变化；当汽车启动之后，开关S断开，启动系统的电动机停止工作，车灯亮度恢复正常。则汽车启动时(　　)A．电源的效率减小B．车灯一定变亮C．电动机的输出功率等于电源输出功率减去两灯的功率D．若灯L1不亮，灯L2亮，可能是灯L1短路所致
考点1　电路中的能量转化1．纯电阻电路与非纯电阻电路的比较
2．电动机的三个功率及关系
角度1　纯电阻电路[典例1]　四盏白炽灯泡连接成如图所示的电路。a、c灯泡的规格为“220 V　40 W”，b、d灯泡的规格为“220 V　100 W”，各个灯泡的实际功率都没有超过它的额定功率。对这四盏灯泡实际消耗功率的说法正确的是(　　)A．a灯泡实际消耗的功率最小B．b灯泡实际消耗的功率最小C．c灯泡实际消耗的功率最小D．d灯泡实际消耗的功率最小
角度2　非纯电阻电路[典例2]　在如图所示的电路中，电源电动势为12 V，电源内阻为1.0 Ω，电路中的电阻R0为1.5 Ω，小型直流电动机M的内阻为0.5 Ω，闭合开关S后，电动机转动，电流表的示数为2.0 A。则以下判断正确的是(　　)A．电动机两端的电压为3 VB．电动机产生的热功率为4.0 WC．电动机的输出功率为14 WD．电流对电动机1分钟所做的电功为840 J
D　[电动机两端的电压为UM＝E－I(r＋R0)＝7 V, 电路中电流表的示数为2.0 A，所以电动机的总功率为P总＝UMI＝7×2.0 W＝14 W，电动机的发热功率为P热＝I2RM＝2.0 W，所以电动机的输出功率为14 W－2.0 W＝12 W，电流对电动机1分钟所做的电功为W＝P总t＝840 J，故A、B、C错误，D正确。]
[典例3]　(多选)一台小型电动机在3 V电压下工作，用此电动机提升重力为4 N的物体时，通过它的电流是0.2 A。在30 s内可使该物体被匀速提升 3 m。若不计一切摩擦和阻力，则下列说法正确的是(　　)A．电动机的输入功率为0.6 WB．在提升物体的30 s内，电动机线圈所产生的热量为12 JC．电动机线圈的电阻为5 ΩD．该电动机正在工作中突然被卡住不转动时其功率为1.8 W
(3)应用能量守恒定律分析：从能量转化的角度，围绕能量守恒定律，利用“电功＝电热＋其他能量”寻找等量关系。
2．动态分析的常用方法(1)程序法：基本思路是“部分→整体→部分”。即
(2)极限法：因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论。(3)结论法用口诀表述为“串反并同”：“串反”是指某一电阻增大(或减小)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(或增大)。“并同”是指某一电阻增大(或减小)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(或减小)。
3．电路故障分析(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，若电压表指针偏转，则该段电路中可能有断点。(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，则该并联段电路被短路。若电压表示数不为零，则该并联段电路没有被短路或不完全被短路。
角度1　常规电路的动态分析[典例4]　(2024·湖南百师联盟联考)如图所示，电源电动势为E，内阻为r，R2为滑动变阻器，R、R1为定值电阻，电路中电表均为理想电表，开关S断开。则下列说法正确的是(　　)A．闭合开关S，A1、A2的示数都变大B．闭合开关S，V的示数变大C．若R2的滑片向下移动，A1、A2的示数都变小D．若R2的滑片向下移动，V和A1的示数变化量之比不变
角度2　含容电路的动态分析[典例5]　(多选)(一题多法)在如图所示的电路中，电源的负极接地，其电动势为E、内电阻为r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，C为电容器，A、V分别为理想电流表和电压表。在滑动变阻器的滑片P自a端向b端滑动的过程中，下列说法正确的是(　　)A．电压表示数减小B．电流表示数增大C．电容器C所带电荷量增多D．a点的电势降低
解法二　极限法　若将滑片P滑至b点，则R3＝0，φa＝φb＝0，D正确；R2两端电压为零，则电容器C两端电压也为零，电容器所带电荷量Q＝0，C错误；当R3＝0时，电路总电阻最小，总电流最大，R1两端电压最大，A错误；由于IA＝I1－I2，此时I1最大，I2＝0最小，故IA最大，B正确。]
归纳总结　分析含电容器电路的两点注意：(1)电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路上的电阻无电压降低，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。在电路稳定后，与电容器串联的电阻中无电流通过，与电容器串联的电阻阻值变化，不影响电路中其他电表示数和灯泡亮度。(2)电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充、放电。如果电容器两端电压升高，电容器将充电，电荷量增大；如果电容器两端电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电，电荷量减小。
角度3　电路的故障分析[典例6]　如图所示，接通开关S，灯泡L1、L2都正常发光。某时刻由于电路故障，两灯突然熄灭。若故障只有一处，则下列说法正确的是(　　)
A．如果将电压表并联在cd两端有示数，说明c、d间完好B．如果将电压表并联在ac两端示数为0，说明a、c间断路C．如果将电流表并联在ac两端示数为0，说明c、d间完好D．如果将电压表并联在ad两端有示数，并联在ac两端示数为0，说明c、d间断路
D　[电路故障分为断路和短路，故障只有一处，假设发生了短路，如果是某盏灯短路，该灯熄灭，而另一盏灯应该变亮，如果是两盏灯以外的元件(除电源)短路，则两盏灯均变亮，故假设不成立。电路故障应为断路，电压表并联在cd两端有示数，说明c、d间发生了断路，故A错误；电压表并联在ac两端示数为0，说明ac部分以外的电路发生了断路，则a、c间电路完好，故B错误；电流表并联在ac两端示数为0，说明ac部分以外的电路发生了断路，而a、c间电路完好，无法说明c、d间情况，故C错误；电压表并联在ad两端有示数，说明ad段发生了断路，并联在ac两端示数为0，说明ac部分以外的电路发生了断路，综合以上两点，应是c、d间断路，故D正确。]
[典例7]　如图所示的电路中，已知电源电动势为E，内阻为r。闭合开关，调节滑动变阻器R的滑片的位置，可以改变外电路的电阻，电压表的示数U、电流表的示数I、电源的总功率P都将随之改变。以下四幅图能正确反映P-I、P-U关系的是(　　)
[典例8]　如图甲所示的电路，其中电源电动势E＝6 V, 内阻r＝2 Ω，定值电阻R＝4 Ω，已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的阻值RP的关系如图乙所示。则下列说法正确的是(　　)A．图乙中滑动变阻器的最大功率P2＝2 WB．图乙中R1＝6 Ω，R2＝12 ΩC．滑动变阻器消耗的功率P最大时，定值电阻R消耗的功率也最大D．调整滑动变阻器RP的阻值，可以使电源的输出电流达到2 A
规律方法　等效电源法的思路把含有电源、电阻的部分电路等效为新的“电源”，其“电动势”“内阻”如下：(1)两点间断路时的电压等效为电动势E′。
[典例9]　如图甲所示，闭合开关S，将滑动变阻器的滑片P从一端滑到另一端的过程中，理想电压表V1、 V2的示数随理想电流表A示数的变化情况如图乙所示，下列说法正确的是(　　)
A．滑动变阻器的最大阻值为12 ΩB．电源的电动势为9 VC．R0＝15 ΩD．电源内阻为3 Ω
2．(多选)(2023·全国乙卷)黑箱外有编号为1、2、3、4的四个接线柱，接线柱1和2、2和3、3和4之间各接有一个电阻，在接线柱间还接有另外一个电阻R和一个直流电源。测得接线柱之间的电压U12＝3.0 V，U23＝2.5 V，U34＝－1.5 V。符合上述测量结果的可能接法是(　　)A．电源接在1、4之间，R接在1、3之间B．电源接在1、4之间，R接在2、4之间C．电源接在1、3之间，R接在1、4之间D．电源接在1、3之间，R接在2、4之间
CD　[由题意可知，U12＝3.0 V，U23＝2.5 V，U34＝－1.5 V，可知接线柱1的电势最高，接线柱3的电势最低，则接线柱1接电源正极，接线柱3接电源负极，故A、B错误；当电阻R接在接线柱1、4之间时，电路图如图甲所示，UR＝U14＝4 V，故C正确；当电阻R接在接线柱2、4之间时，电路图如图乙所示，UR＝U24＝1 V，故D正确。]
3．(2022·江苏卷)如图所示，电路中灯泡均正常发光，阻值分别为R1＝2 Ω，R2＝3 Ω，R3＝2 Ω，R4＝4 Ω，电源电动势E＝12 V，内阻不计，四个灯泡中消耗功率最大的是(　　)A．R1 B．R2C．R3 D．R4
课时数智作业(二十四)
1．如图甲所示，一个简单的闭合电路由内、外两部分电路构成。已知内电路的电源是一个化学电池，电池的正、负极附近分别存在着化学反应层，反应层中非静电力(化学作用)把正电荷从电势低处移到电势高处，在这两个地方，电势会沿电流方向“跃升”。这样整个闭合电路的电势高低变化情况如图乙所示，图乙中各点位置的高低表示电路中相应各点电势的高低，D点的高度略低于C点。若减小外电路电阻R，则下列说法正确的是(　　)
A．C、D两点之间的高度差将变大B．A、D两点之间的高度差和C、B两点之间的高度差之和将变小C．A、B两点之间的高度差不变D．在电子从A点经D、C移动至B点的过程中，非静电力做功将变大
A　[因电动势不变，减小外电路电阻R，电路中的电流增大，内电压变大，外电压减小，A、B两点间的高度差为外电压，减小，C、D两点间高度差为内电压，变大，故A正确，C错误；A与D、C与B高度差之和为电动势，不变，故B错误；电子从A点经D、C至B点，非静电力做功W＝Eq，不变，故D错误。]
2．(多选)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
ABD　[汽车启动时，车灯变暗，I灯减小，U灯减小，路端电压变小，则电路的总电流变大，故A、B正确，C错误；由P＝IE知电源的总功率变大，故D正确。]
3．如图所示，图线a是太阳能电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像(电池内阻不是常量)，图线b是某电阻R的U-I图像。在该光照强度下将它们组成闭合回路时，则(　　)A．电源的电动势为E＝5 VB．电阻两端的电压为U＝4 VC．电阻的电流为I＝0.4 AD．太阳能电池的内阻为5 Ω
4．如图所示，在滑动变阻器的滑片P向上端a滑动过程中，两表的示数情况为(　　)A．电压表示数增大，电流表示数减小B．电压表示数减小，电流表示数增大C．两电表示数都增大D．两电表示数都减小
A　[当滑动变阻器的滑片P向a端滑动时，R3接入电路的电阻增大，外电路总电阻R总增大，总电流I减小，路端电压为U＝E－Ir，可知U增大，即电压表示数增大；总电流I减小，R1两端的电压减小，R2两端的电压U2增大，流过R2的电流I2增大，则流过R3的电流I3减小，电流表示数减小，故A正确。]
5．在如图所示的电路中，开关S闭合后，由于电阻元件发生短路或断路故障，电压表和电流表的读数都增大，则可能出现了下列哪种故障(　　)A．R1短路 B．R2短路C．R3短路 D．R1断路
A　[若R1短路，则只有R3连入电路，电路总电阻减小，所以电路总电流I增大，大于R1短路前该支路的电流，即电流表示数增大，根据U＝IR3可得，R3两端的电压增大，即电压表示数增大，故A正确；若R2短路，则电流表和R1中没有电流通过，电流表示数为零，故B错误；若R3短路，则电压表示数为零，故C错误；若R1断路，则电流表示数为零，故D错误。]
6．如图所示，直线A是电源的路端电压和电流的关系图线，直线B、C分别是电阻R1、R2的两端电压与电流的关系图线，若将这两个电阻分别接到这个电源上，则(　　)A．R1接在电源上时，电源的效率高B．R2接在电源上时，电源的效率高C．R1接在电源上时，电源的输出功率大D．电源的输出功率一样大
8．(2024·广西桂林三模)“祝融号”火星车的动力主要来源于太阳能电池。现将火星车的动力供电电路简化为如图所示，其中太阳能电池电动势E＝120 V，内阻r未知，电动机线圈电阻rM＝1.6 Ω，电热丝定值电阻R＝4 Ω。当火星车正常行驶时，电动机两端电压UM＝80 V，电热丝R消耗的功率P＝100 W。则(　　)
A．火星车正常行驶时，通过电热丝的电流为1.25 AB．太阳能电池的内阻为3 ΩC．若电动机的转子被卡住，电热丝消耗的功率为625 WD．火星车正常行驶时，电动机的效率为80%
9．(多选)将一电源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，由此可知下列说法正确的是(　　)A．电源最大输出功率为45 WB．电源内阻等于5 ΩC．电源电动势为45 VD．电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率等于90%
10．(2024·河北石家庄三模)如图所示，电源电动势E＝1.5 V，内阻不计，滑动变阻器R1的最大阻值为2 Ω，两定值电阻R2、R3的阻值均为1 Ω，电容器C的电容为3 μF。初始时R1的滑片置于最上端，开关S掷于a端。下列说法正确的是(　　)A．当R1的滑片向下移动时，R2两端的电压减小B．移动R1的滑片过程中，R1消耗的最大功率为1.125 WC．开关从a掷向b，流过R3的电流方向由d到cD．开关从a掷向b，流过R3的电荷量为4.5×10-6 C
11．在如图甲所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1＝100 Ω，R2阻值未知，R3是一滑动变阻器，当其滑片P从最左端滑至最右端时，测得电源的路端电压随电源中流过的电流的变化图线如图乙所示，其中A、B两点是滑片P在滑动变阻器的两个不同端点时得到的。求：
(1)电源的电动势和内阻；(2)定值电阻R2的阻值；(3)滑动变阻器的最大阻值。
[答案]　(1)20 V　20 Ω　(2)5 Ω　(3)300 Ω