高考物理一轮复习讲义44　第九章　第2节　电能　闭合电路欧姆定律

这是一份高考物理一轮复习讲义44　第九章　第2节　电能　闭合电路欧姆定律，共12页。
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)电功率
①定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比，表示电流做功的____。
②公式：P＝Wt＝____(适用于任何电路)。
(3)焦耳定律
①内容：电流通过导体产生的热量跟____的二次方成正比，跟导体的____及通电时间成正比。
②公式：Q＝_________(适用于任何电路)。
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。
3．路端电压与负载的关系
(1)一般情况：U＝IR＝ER+rR＝E1+rR，当R增大时，U__________。
(2)特殊情况
①当外电路断路时，I＝0，U＝__________。
②当外电路短路时，I短＝__________，U＝0。
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________。

1．易错易混辨析
(1)公式W＝UIt＝U2Rt＝I2Rt适用于所有电路。( )
(2)在非纯电阻电路中，P＝UI>I2R。( )
(3)焦耳定律只适用于纯电阻电路，不适用于非纯电阻电路。( )
(4)在闭合电路中，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。( )
(6)电源的电动势越大，电源所提供的电能就越多。( )
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 V
C．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
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
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
[听课记录]



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 V
B．电动机产生的热功率为4.0 W
C．电动机的输出功率为14 W
D．电流对电动机1分钟所做的电功为840 J
[听课记录]



[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 W
B．在提升物体的30 s内，电动机线圈所产生的热量为12 J
C．电动机线圈的电阻为5 Ω
D．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
[听课记录]



非纯电阻电路的分析方法
(1)抓住两个关键量：确定电动机的电压UM和电流IM是解决所有问题的关键。电动机的输入功率P＝UMIM，热功率Pr＝IM2r，输出功率P出＝P－Pr。
(2)用准“定律”，找准“关系”：对其他纯电阻电路，利用欧姆定律进行分析计算，确定相应的电压或电流。然后利用闭合电路的电压关系、电流关系间接确定非纯电阻电路的工作电压UM和电流IM。
(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。
闭合电路的动态分析和故障分析
1．闭合电路欧姆定律的两种表达形式
(1)I＝ER+r(适用于外电路是纯电阻的电路)。
(2)E＝U外＋U内或E＝U外＋Ir(适用于任何电路)。
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。
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
[听课记录]



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
[听课记录]



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。
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
[听课记录]



闭合电路的功率及效率问题
1．电源的效率：η＝UIEI×100%＝UE×100%。
注意：纯电阻电路中，η＝P出P总×100%＝RR+r×100%。
2．纯电阻电路中电源的最大输出功率
(1)P出＝UI＝I2R＝E2R+r2R＝E2RR-r2+4Rr＝E2R-r2R+4r。
(2)P出与外电阻R的函数关系可用如图所示的图像表示，由图像可以看出：
①当R＝r时，电源的输出功率最大，为Pm＝E24r。
②当R＞r时，随着R的增大，输出功率越来越小。
③当R＜r时，随着R的增大，输出功率越来越大。
④当P出＜Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1R2＝r2。
[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( )
A B C D
[听课记录]



[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 W
B．图乙中R1＝6 Ω，R2＝12 Ω
C．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
[听课记录]



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′。
(2)两点间短路时的电流为等效短路电流I′短，等效内电阻r′＝EI短'。
常见电路等效电源如下：
电源U-I图像的理解与应用
1．截距：纵轴上的截距等于电源的电动势；横轴上的截距等于外电路短路时的电流，即I短＝Er(如图所示)。
2．斜率：图线斜率的绝对值等于电源的内阻，即r＝ΔUΔI＝EI短；斜率的绝对值越大，电源的内阻越大。
3．图线上的点：图线上任一点对应的U、I的比值为此时外电路的电阻，即R＝UI。
[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 Ω
B．电源的电动势为9 V
C．R0＝15 Ω
D．电源内阻为3 Ω
[听课记录]



1．(2023·海南卷)如图所示电路，已知电源电动势为E，内阻不计，电容器电容为C，闭合开关K，待电路稳定后，电容器上电荷量为( )
A．CE B．12CE
C．25CE D．35CE
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
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．R2
C．R3 D．R4
输入功率
电动机的总功率P总＝P入＝UI
输出功率
电动机的有用功的功率，也叫机械功率
热功率
电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时会发热，热功率P热＝I2r
三者关系
P总＝P出＋P热
效率
η＝P出P入×100%＝P出P总×100%
特别说明
①正常工作的电动机是非纯电阻元件
②电动机因故障或其他原因不转动时，相当于一个纯电阻元件