第十九讲 闭合电路欧姆定律-【暑假辅导班】2023年新高二物理暑假精品课程（人教版）

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【暑假辅导班】2023年新高二物理暑假精品课程（人教版） 第十九讲 闭合电路欧姆定律【基础知识梳理】1．基本概念、规律2．路端电压与外电阻的关系一般情况U＝IR＝R＝，当R增大时，U增大特殊情况当外电路断路时，I＝0，U＝E；当外电路短路时，I短＝，U＝03.路端电压跟电流的关系(1)关系式：U＝E－Ir.(2)用图象表示如图所示，其中纵轴截距为电动势，横轴截距为短路电流，斜率的绝对值为内阻． 【模型考点剖析】一、闭合电路的动态分析闭合电路动态问题的分析方法1．程序法(1)分析电路，明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象；(2)由局部电阻变化判断总电阻的变化；(3)由I＝判断总电流的变化；(4)据U＝E－Ir判断路端电压的变化；(5)由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分的电路电压及电流的变化．2．结论法——“并同串反”“并同”：是指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小．“串反”：是指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大．二、闭合电路的功率1．电源的总功率P总＝EI；电源内电阻消耗的功率P内＝U内I＝I2r；电源输出功率P出＝U外I.2.对于纯电阻电路，电源的输出功率P出＝I2R＝2R＝，当R＝r时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为Pm＝.电源输出功率随外电阻变化曲线如图3所示．图33．电源的效率指电源的输出功率与电源的总功率之比，即η＝×100%＝×100%＝×100%.对于纯电阻电路，电源的效率η＝×100%＝×100%＝×100%，所以当R增大时，效率η提高．当R＝r(电源有最大输出功率)时，效率仅为50%，效率并不高． 三、含电容器电路的分析与计算1．电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，此支路相当于断路，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压．2．当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极板间的电压与其并联电阻两端的电压相等．3．电路的电流、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；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电．4．根据公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求电荷量及其变化量．【真题分项演练】 1．（2020·北京高考真题）图甲表示某金属丝的电阻随摄氏温度变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来（图乙），用这段金属丝做测温探头，把电流表的刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简易温度计。下列说法正确的是（　　）A．应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系B．应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系C．应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系D．应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系2．（2020·全国高考真题）图（a）所示的电路中，K与L间接一智能电源，用以控制电容器C两端的电压UC。如果UC随时间t的变化如图（b）所示，则下列描述电阻R两端电压UR随时间t变化的图像中，正确的是（　　）A． B．C． D．3．（2019·江苏高考真题）如图所示的电路中，电阻R=2Ω。断开S后，电压表的读数为3V；闭合S后，电压表的读数为2V，则电源的内阻r为（　　）A．1Ω B．2Ω C．3Ω D．4Ω4．（2007·宁夏高考真题）在如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器．当R2的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U．现将R2的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况是A． I1增大，I2不变，U增大B． I1减小，I2增大，U减小C． I1增大，I2减小，U增大D． I1减小，I2不变，U减小5．（2014·天津高考真题）如图所示，电路中R1、R2均为可变电阻，电源内阻不能忽略．平行板电容器C的极板水平放置．闭合电键S，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两板之间静止不动． 如果仅改变下列某一个条件，油滴仍能静止不动的是( )A．增大R1的阻值 B．增大R２的阻值C．增大两板间的距离 D．断开电键S6．（2009·广东高考真题）如图所示，电动势为E、内阻不计的电源与三个灯泡和三个电阻相接，只合上开关S1，三个灯泡都能正常工作，如果再合上S2，则下列表述正确的是（    ）A．电源输出功率减小B．L1上消耗的功率增大C．通过R1上的电流增大D．通过R3上的电流增大 7．（2011·海南高考真题）如图，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，V与A分别为电压表与电流表．初始时S0与S均闭合，现将S断开，则（ ）A．V的读数变大，A的读数变小 B．V的读数变大，A的读数变大C．V的读数变小，A的读数变小 D．V的读数变小，A的读数变大8．（2020·江苏高考真题）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9．（2012·上海高考真题）直流电路如图所示，在滑动变阻器的滑片P向右移动时，电源的（      ）A．总功率一定减小 B．效率一定增大C．内部损耗功率一定减小 D．输出功率一定先增大后减小10．（2016·江苏高考真题）如图所示的电路中，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，四个电阻的阻值已在图中标出．闭合开关S，下列说法正确的有A．路端电压为10 VB．电源的总功率为10 WC．a、b间电压的大小为5 VD．a、b间用导线连接后，电路的总电流为1 A11．（2014·上海高考真题）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，理想电压表示数变化量的绝对值分别为，理想电流表示数变化量的绝对值，则A．A的示数增大 B．的示数增大C．与的比值大于r D．大于 三、实验题12．（2023·湖南高考真题）某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻（阻值为）、一个电流表（内阻为）、一根均匀电阻丝（电阻丝总阻值大于，并配有可在电阻丝上移动的金属夹）、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下：（1）将器材如图（a）连接：（2）开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的___________端（填“a”或“b”）；（3）改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角和电流表示数，得到多组数据；（4）整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图（b）所示，图线斜率为，与纵轴截距为，设单位角度对应电阻丝的阻值为，该电池电动势和内阻可表示为___________，___________（用、、、、表示）（5）为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值。利用现有器材设计实验，在图（c）方框中画出实验电路图__________（电阻丝用滑动变阻器符号表示）；（6）利用测出的，可得该电池的电动势和内阻。13．（2019·全国高考真题）某小组利用图（a）所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中V1和V2为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻（阻值100 Ω）；S为开关，E为电源．实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计（图中未画出）测出．图（b）是该小组在恒定电流为50.0μA时得到的某硅二极管U-t关系曲线．回答下列问题：（1）实验中，为保证流过二极管的电流为50.0μA，应调节滑动变阻器R，使电压表V1的示数为U1=______mV；根据图（b）可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻_____（填“变大”或“变小”），电压表V1示数_____（填“增大”或“减小”），此时应将R的滑片向_____（填“A”或“B”）端移动，以使V1示数仍为U1．（2）由图（b）可以看出U与t成线性关系，硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为=_____×10-3V/℃（保留2位有效数字）．14．（2011·山东高考真题）（1）某探究小组设计了“用一把尺子测定动摩擦因数”的实验方案．如图所示，将一个小球和一个滑块用细绳连接，跨在斜面上端．开始时小球和滑块均静止，剪断细绳后，小球自由下落，滑块沿斜面下滑，可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音，保持小球和滑块释放的位置不变，调整挡板位置，重复以上操作，直到能同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音．用刻度尺测出小球下落的高度H、滑块释放点与挡板处的高度差h和沿斜面运动的位移．（空气阻力对本实验的影响可以忽略）①滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为________．②滑块与斜面间的动摩擦因数为__________________．③以下能引起实验误差的是________．a．滑块的质量b．当地重力加速度的大小c．长度测量时的读数误差d．小球落地和滑块撞击挡板不同时（2）某同学利用图甲所示电路，探究了电源在不同负载下的输出功率．①所得实验数据如下图，请在给出的直角坐标系上(见答题卡)画出的图像． ②根据所画的图像，可求得电流时电源的输出功率为________．（保留两位有效数）③实验完成后，该同学对实验方案进行了反思，认为按图甲电路进行实验操作的过程中存在安全隐患，并对电路重新设计．在图乙所示的电路中，你认为既能测出电源在不同负载下的输出功率，又能消除安全隐患的是___．（Rx阻值未知）四、解答题15．（2018·北京高考真题）如图1所示，用电动势为E、内阻为r的电源，向滑动变阻器R供电．改变变阻器R的阻值，路端电压U与电流I均随之变化．（1）以U为纵坐标，I为横坐标，在图2中画出变阻器阻值R变化过程中U-I图像的示意图，并说明U-I图像与两坐标轴交点的物理意义．（2）a．请在图2画好的U-I关系图线上任取一点，画出带网格的图形，以其面积表示此时电源的输出功率；b．请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件．（3）请写出电源电动势定义式，并结合能量守恒定律证明：电源电动势在数值上等于内、外电路电势降落之和． 【分类过关检测】 一、多选题1．（2020·江苏省木渎高级中学高一月考）在如图所示的电路中，R1=10Ω，R2=8Ω，当a、b两点间接理想电流表时，其读数为0.5A，当ab两点间接理想电压表时，其读数为2.5V，则该电源的电动势和内电阻分别为（　　）A．E=2.5V B．E=5V C．r=1Ω D．r=2Ω2．（2020·江苏苏州市·苏州中学高二月考）如图所示，电路中电源电动势为E，内阻为r，C为电容器，L为小灯泡，R1为定值电阻，R2为光敏电阻（随光照强度增大阻值减小），闭合电键，小灯泡能正常发光。现增大照射光的强度，增大照射光的强度前后理想电压表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，不考虑灯丝电阻变化，则（　　）A．电源的输出功率一定增大B．灯泡亮度变亮C．、均保持不变D．变小3．（2023·浙江舟山市·高二期末）如图所示，电源电动势为E，内阻为r，R是定值电阻，热敏电阻的阻值随温度的降低而增大，C是平行板电容器，电路中的电表均为理想电表。闭合开关S，带电液滴刚好静止在C内。分别用I、、和表示电流表A、电压表、电压表和电压表的示数，用、、和表示电流表A、电压表、电压表和电压表的示数变化量的绝对值。当温度降低时，关于该电路工作状态的变化，下列说法正确的是（　　）A．、、一定都不变 B．和均不变C．带电液滴一定向下加速运动 D．热敏电阻的功率可能一直减小4．（2020·莆田华侨中学高二期中）在如图所示的U－I图像中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图像，直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线。用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路。则（　　）A．电源的电动势为3 VB．电源的内阻为2 ΩC．电源的工作效率为75%D．电路消耗的总功率为6 W5．（2020·莆田华侨中学高二期中）在如图所示的电路中，电源电动势为E、内电阻为r，C为电容器，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。开关闭合后，灯泡L能正常发光。当滑动变阻器的滑片向右移动时，下列判断正确的是（　　）  A．灯泡L将变暗B．灯泡L将变亮C．电容器C的电量将增加D．电容器C的电压将不变 二、单选题6．（2020·江苏苏州市·苏州中学高二月考）如图所示的电路中，电源电动势为12V，内阻为2Ω，四个电阻的阻值己在图中标出，闭合开关S，下列说法正确的有（　　）A．路端电压为10VB．电源的总功率为10WC．a、b间电压的大小为6VD．a、b间用导线连接后，电路的总电流为1A7．（2023·浙江舟山市·高二期末）机器人的使用提高了工作效率，将人们从繁重的生产劳动中解放出来。如图所示，款微型机器人的直流电动机额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在电动势为E，内阻为r的直流电源的两极间，电动机恰好能正常工作。下列说法正确的是（　　） A．电动机消耗的总功率为B．电源的效率为C．电源的输出功率为D．若用该机器人竖直提升质量为m的重物，则重物稳定后的速度为8．（2023·浙江温州市·高二期末）如图甲是用气敏电阻改装的酒精含量测试仪电路图，测试仪用以测试汽车司机是否酒驾，为定值电阻，为气敏电阻。的阻值随酒精气体浓度的变化曲线如图乙，电源电动势保持不变。若测试对象呼出的气体中酒精气体浓度越大，则（　　）A．测试仪中电压表的示数越小 B．测试仪中电流表的示数越小C．电路消耗的总功率越大 D．电压表与电流表示数的比值越小9．（2023·江苏宿迁市·高一期末）交警使用的某型号酒精测试仪如图甲，其工作原理如图乙所示，传感器电阻R的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小，电源的电动势为E、内阻为r，电路中的电表均为理想电表，且。当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，下列说法中正确的是（　　）A．电压表的示数减小，电流表的示数减小B．电压表的示数增大，电流表的示数减小C．电源对外输出功率减小D．电压表示数变化量与电流表示数变化量的绝对值之比不变10．（2023·江苏南通市·高一期末）汽车胎压监测的简化电路如图所示，R1、R2为定值电阻，R0为压敏电阻，胎内气压越大其电阻越小，监测R0两端的电压可判断胎压是否正常。如果轮胎漏气，则（　　）A．电压表的示数增大B．路端电压减小C．R1中的电流增大D．R2中的电流减小11．（2023·浙江宁波市·高二期末）如图所示，和是材料相同、厚度相同、上下表面都为正方形的导体，但的尺寸比大得多，把它们分别连接在如图所示的电路的A、两端，接时电压表的读数为，电源的输出功率为，接时电压表的读数为，电源的输出功率为，则下列判断正确的是（　　）A． B． C． D．12．（2023·江苏徐州市·高一期末）如图所示，电源电动势为E、内阻为r，电阻R1=2r，滑动变阻器的最大阻值R=5r，最初滑动变阻器的滑片处于b端，则当滑动变阻器的滑片缓慢向a端滑动时（　　）A．电流表示数逐渐减小B．电压表示数逐渐减小C．滑动变阻器消耗的电功率先增大后减小D．当滑动变阻器的电阻R=3r时，电阻R1的功率最大 三、填空题13．（2023·福建省福州格致中学高二期中）全面了解汽车的运行状态（速度、水箱温度、油量）是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，某同学自制了一种测定油箱内油量多少或变化多少的装置。如图所示，其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端。该同学在装置中使用了一只电压表（图中没有画出），通过观察电压表示数，可以了解油量情况。已知R'》R， 你认为电压表应该接在图中的_________两点之间，按照你的接法请回答∶当油箱中油量增大时，电压表的示数将_________（填“增大”或“减小”）。14．（2023·四川省南充高级中学高三月考）如图所示，小铅球P系在细金属丝下，悬挂在O点，开始时小铅球P沿竖直方向处于静止状态，当将小铅球P放入水平流动的水中时，球向左摆起一定的角度θ，水流速度越大，θ越大。为了测定水流对小球作用力的大小，在水平方向固定一根电阻丝BC，它与金属丝接触良好，不计摩擦（C端在O点正下方处）。已知电源电动势E=3V（内阻不计），电压表为理想表，其余线路电阻均不计。（1）通过分析可知：当水速增大时，电压表示数将______（选填“变大”或“变小”）。（2）如果OC间距离为h=1m，BC的长度为，某次当小铅球平衡时（不计水对小铅球的浮力），电压表示数为U=1V，则此时金属丝与竖直方向的夹角θ=______；已知小球质量为，g取10m/s2，则此时水流对小球作用力的大小F=_______。 四、实验题15．（2023·重庆市长寿中学校高三月考）某同学利用传感器设计实验探究电容器所带电荷量Q与电容器两端电压U的关系，实验电路图如甲图所示，实验步骤如下：（1）按电路图甲接好电路，先保持电路断开，然后将开关接______（填1或2）；（2）待电路稳定后，将开关接______（填1或2）；（3）截取计算机上的部分图像如乙图，分析数据；（4）当电压为时，电容器所带电荷量为______；（5）当电压为时，电容器所带电荷量为______；（6）实验结论：________________________。（7）将电阻换成一个阻值更大的电阻，则实验数据______（填“会”或者“不会”）发生变化。16．（2023·广东茂名市·高三二模）要研究标有“3.8V，1.18W”字样小灯泡的伏安特性曲线，供选器材有：A．电压表（0～3V，内阻约为5kΩ）B．电压表（0～15V，内阻约为25kΩ）C．电流表（量程为200mA，内阻为10Ω）D．电流表（量程为600mA，内阻约为4Ω）E.定值电阻（10Ω）F.滑动变阻器（0～9Ω，1A）G.电源（6V，内阻约为1Ω）H.单刀开关一个、导线若干（1）某实验小组设计了甲、乙两图，你认为应选__________图实验，未选图的缺陷是____________；（2）正确实验作出小灯泡的伏安特性曲线如图丙所示，当灯两端电压为1V时，灯的功率为____________W；（3）现将该小灯泡与另一完全相同的小灯泡并联，再与另一定值电阻R串联，接到电源E两端，如图丁所示。电源电动势E=6V，内阻不计，R=24Ω，则电路稳定时灯泡的功率为____________W（保留三位有效数字）。17．（2023·河北沧州市·高三三模）某同学通过两种方法测量量程为的电压表的内阻。（1）先用多用电表的欧姆挡“”挡直接测量电压表的内阻，电压表、多用电表的示数分别如图甲、乙所示，则电压表的示数为______，多用电表的示数为______。（2）再进一步精确测量电压表的内阻的电路图如图丙所示，图中电阻箱的最大电阻为，定值电阻的阻值为，电源的内阻不计。连接好电路后调节电阻箱的阻值，使得电压表的指针满偏，记下此时电阻箱的阻值；然后调节电阻箱的阻值，使得电压表的指针半偏，记下此时电阻箱的阻值，则电压表的内阻______。18．（2023·重庆市育才中学高二月考）在实际应用中，常用纵坐标表示电流、横坐标表示电压，画出导体的伏安特性曲线。如图甲所示为某导体的伏安特性曲线。(1)由图甲可知，随着电压升高，该导体的电阻逐渐______（选填“变大”或“变小”）；(2)若将该导体与电动势，内阻的电源连接成图乙所示电路，电路闭合后导体的实际功率为______W。 五、解答题19．（2023·常州市新桥高级中学高一期末）如图所示的电路中，电源电压E=35V，内阻不计，与定值电阻和滑动变阻器构成闭合回路，其中，滑动变阻器的阻值范围为0～50，平行板电容器上下板间距，连接在滑动变阻器的两端，一带负电小球质量，，闭合开关K，要使小球静止于板间，（）则求：（1）平行板电容器两板间的电势差；（2）此时滑动变阻器的阻值。 20．（2023·江苏南京市·高一期末）如图所示，闭合电键后，理想电压表示数为2V，理想电流表示数是0.81.3A之间的某个值。一段时间后，电阻发生了断路，两表的示数变为4.5V和1.5A。已知电源电动势E=6V，R3=1Ω，问：（1）电阻R1的阻值是多少？（2）电源内电阻r是多少？（3）电阻R2阻值是多少？