2027届高三物理一轮复习教案：第十章　第50课时　闭合电路欧姆定律及应用（含解析）

这是一份2027届高三物理一轮复习教案：第十章　第50课时　闭合电路欧姆定律及应用（含解析）
考点一 闭合电路欧姆定律
1.电源
(1)电动势
①定义：非静电力所做的功与所移动的电荷量的比值，E=Wq；
②物理含义：电动势表示电源把其他形式的能转化成电势能本领的大小，在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。
(2)内阻：电源内部导体的电阻。
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正比，跟内、外电路的电阻之和成反比；
(2)公式：I=ER+r(只适用于纯电阻电路)；
(3)其他表达形式
①电势降落表达式：E=U外+U内或E=U外+Ir(适用于任意电路)；
②功率表达式：EI=UI+I2r。
3.路端电压与外电阻的关系
(1)一般情况：U=IR=ER+r·R=E1+rR，当R增大时，U增大；
(2)特殊情况：
①当外电路断路时，I=0，U=E；
②当外电路短路时，I短=Er，U=0。
例1 如图所示的电路中，R1=2 Ω，R2=3 Ω，R3=6 Ω，电压表为理想电表，当开关S断开时，电压表示数为5.0 V；当开关S闭合时，电压表示数为2.4 V，求电源的电动势E和内电阻r。
答案 6.0 V 1.0 Ω
解析 根据闭合电路欧姆定律：E=U+Ir，当S断开时R1、R2串联，则有E=U1+U1R1+R2r，当S闭合时R2与R3并联后与R1串联，则有E=U2+U2R1(r+R2R3R2+R3)，联立并代入数据解得：E=6.0 V，r=1.0 Ω。
4.电源的U-I图像与电阻的U-I图像比较
例2 (2025·北京市朝阳区期末)如图甲所示的电路中，R1为滑动变阻器，R2为定值电阻，电流表、电压表均为理想电表。改变滑动变阻器R1的滑片位置，两电压表的示数随电流变化的图线a、图线b分别画在图乙所示的坐标系中。下列选项正确的是( )
A.图线a对应电压表 V1
B.定值电阻为4 Ω
C.电源电动势大小为12 V
D.电源内阻为2 Ω
答案 C
解析 电压表 V1测量路端电压，则图线b对应电压表 V1，图线a对应电压表 V2，选项A错误；由图线a可得定值电阻R2=UI=2 Ω，选项B错误；由图线b可得电源内阻为r=|ΔUΔI|=10−42−0.5 Ω=4 Ω，选项D错误；由题图乙可知，a、b两图线相交时R1=0，I=2 A，路端电压U=4 V，此时E=U+Ir=(4+2×4) V=12 V，故选项C正确。
针对训练 (2025·江苏常州市检测)在如图所示的U-I图像中，直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系图线，曲线Ⅱ为某一小灯泡L的伏安特性曲线，曲线Ⅱ与直线Ⅰ的交点坐标为(1.5，0.75)，该点的切线与横轴的交点坐标为(1.0，0)，用该电源直接与小灯泡L连接成闭合电路，由图像可知( )
A.电源电动势为2.0 V
B.电源内阻为0.5 Ω
C.小灯泡L接入电源时的电阻为1.5 Ω
D.小灯泡L实际消耗的电功率为1.125 W
答案 D
解析 根据题意，由闭合电路欧姆定律有
U=E-Ir
代入题中数据有0.75=E-1.5r
0=E-2.0r
解得E=3.0 V，r=1.5 Ω，故A、B错误；根据题意可知，当用该电源直接与小灯泡L连接成闭合电路时，灯泡L两端的电压为0.75 V，流过灯泡的电流为1.5 A，由欧姆定律可得，小灯泡L接入电源时的电阻为RL=UI=0.5 Ω
小灯泡L实际消耗的电功率为P=UI=1.125 W，故C错误，D正确。
在同一坐标系中画出电源的U-I图像与电阻的U-I图像，两图像的交点表示电阻的实际工作点，即交点的纵坐标表示实际工作电压，横坐标表示实际工作电流，乘积表示实际功率。
例3 (2025·辽宁大连市期中)在如图所示的电路中，定值电阻R1=2 Ω、R2=3 Ω、R3=1 Ω、R4=3 Ω、R5=4 Ω，电容器的电容C=4 μF，电源的电动势E=10 V，内阻不计。闭合开关S1、S2，电路稳定后，求：
(1)若保持开关S1、S2闭合，电阻R3突然断路，电路稳定后，电阻R2的电功率；
(2)若保持开关S1闭合，断开开关S2，电路稳定后，流过R5的电荷量。
答案 (1)12 W (2)1.6×10-5 C
解析 (1)若保持开关S1、S2闭合，电阻R3突然断路，电路稳定后的电流I1=ER1+R2，电阻R2的电功率P1=I12R2，解得P1=12 W。
(2)开关S1、S2闭合时，由于电源内阻不计，则通过R2的电流与I1相等，令电源负极电势为0，则有φa-0=I1R2，解得φa=6 V，通过R4的电流I2=ER3+R4，则有φb-0=I2R4，解得φb=7.5 V，电容器下极板带正电，根据电容的定义式有C=Q1φb−φa，若保持开关S1闭合，断开开关S2，电路稳定后，通过电路的电流等于I2，此时电容器两端电压U2=I2R3，电容器下极板带负电，根据电容的定义式有C=Q2U2，则流过R5的电荷量Q=Q1+Q2，解得Q=1.6×10-5 C。
含有电容器的电路
1.电路简化
把电容器所在的支路稳定时视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上。
2.电容器的电压
(1)电容器所在的支路中没有电流，与之串联的电阻两端无电压，相当于导线。
(2)电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压。
3.电容器的电荷量及变化
(1)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；若电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。
(2)如果变化前后极板带电的电性相同，通过所连导线的电荷量为|Q1-Q2|。
(3)如果变化前后极板带电的电性相反，通过所连导线的电荷量为Q1+Q2。
考点二 闭合电路的动态分析
1.动态电路的特点
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.判定总电阻变化情况的规律
(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)串联的用电器增多时，电路的总电阻增大；并联的支路增多时，电路的总电阻减小。
(3)在如图甲所示分压电路中，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。
(4)在一个定值电阻R和一个可变电阻R0组成的如图乙所示的电路中，若R0≥R，则当两个并联支路的电阻值相等时，a、b两端的总电阻最大；若R0ΔU2ΔI1
答案 B
解析 滑片P向下滑动的过程中，滑动变阻器接入电路的电阻减小，电路中总电阻减小，干路电流I1增大，即电流表A1示数增大，路端电压U1=E-I1r减小，电压表V1示数减小，电阻R1分压I1R1增大，电压U2=E-I1(r+R1)减小，即电压表V2示数减小，通过电阻R2的电流I2=U2R2减小，即电流表A2示数I2减小，总电流等于通过电流表A2、A3的电流之和，所以电流表A3示数I3=I1-I2增大，故A错误，B正确；由于电流表A1示数增大，A2示数减小，A3示数增大，根据串并联电路电流关系有ΔI1=ΔI3-ΔI2，故C错误；由闭合电路欧姆定律U1=E-I1r，可得ΔU1ΔI1=r，由闭合电路欧姆定律U2=E-I1(r+R1)，可得ΔU2ΔI1=r+R1，故ΔU1ΔI1r时，随着R的增大输出功率越来越小。
②当R