2021版浙江新高考选考物理一轮复习教师用书：9第七章　2第2节　闭合电路欧姆定律

第2节　闭合电路欧姆定律【基础梳理】提示：非静电力　负极　正极　　其他形式的能　电能内阻　正比　反比　　电源电动势　电源内阻　短路电流【自我诊断】判一判(1)电路中某电阻的阻值最大，该电阻的功率不一定最大．(　　)(2)电路中只有一个电阻增大时，电路的总电阻不一定增大．(　　)(3)电流表改装时，并联的电阻越小，改装后的量程越大．(　　)(4)电动势就是电源两极间的电压．(　　)(5)闭合电路中的电流跟电源电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比．(　　)(6)闭合电路中的短路电流无限大．(　　)提示：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)×做一做(多选)如图所示为某一电源的U－I图线，由图可知(　　)A．电源电动势为2VB．电源内电阻为ΩC．电源短路时电流为6AD．电路路端电压为1V时，电路中电流为5A提示：AD　闭合电路的动态分析【题组过关】1．如图所示，L1、L2、L3三只电灯泡均能发光，当把滑动变阻器的触头P向下滑动时，三只电灯泡亮度的变化是(　　)A．L1、L2、L3都变亮　　　B．L1、L2变亮，L3变暗C．L1、L3变亮，L2变暗D．L1变亮，L2、L3变暗解析：选B.滑动变阻器的触头P向下滑动时，滑动变阻器连入电路的阻值R减小，所以电路总电阻值R总减小，由闭合电路欧姆定律知总电流变大，通过L1的电流增大，L1两端的电压UL1增大，故L1变亮；由于I总变大，所以内阻上的电压(U内＝I总r)变大，所以L3两端的电压(UL3＝E－UL1－U内)变小，通过L3的电流IL3变小，所以L3变暗；由于I总变大，IL3变小，所以通过L2的电流(IL2＝I总－IL3)一定增大，L2变亮，选B.2．(2020·金华高三月考)如图所示电路中，L1、L2为两只相同的灯泡，R为光敏电阻(随光照的增强电阻减小)，当光照强度逐渐增强的过程中，下列判断正确的是(　　)A．L1、L2两灯均逐渐变暗B．L1灯逐渐变暗，L2灯逐渐变亮C．电源内电路消耗功率逐渐减小D．光敏电阻R和灯泡L1消耗的总功率逐渐增大解析：选B.当光照增强时，光敏电阻R的阻值减小，电路的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可得，电路中总电流增大，则L2灯逐渐变亮，由U＝E－Ir可知，路端电压减小，L2灯的电压增大，则L1灯两端的电压减小，故L1灯逐渐变暗，故A错误，B正确；总电流增大，由P＝I2r知电源内电路消耗功率逐渐增大，故C错误；将L2灯看成电源内电路的一部分，光敏电阻R和灯泡L1消耗的总功率是等效电源的输出功率，由于等效电源的内阻大于外电阻，所以当光敏电阻的阻值减小，即外电阻减小时，等效电源的内外电阻差加大，输出功率减小，则光敏电阻R和灯泡L1消耗的总功率逐渐减小，故D错误．闭合电路的动态分析方法(1)程序法：R局增大(减小)→R总增大(减小)→I总减小(增大)→U外增大(减小)→I局和U局．注意：当外电路的任何一部分电阻增大(或减小)时，电路的总电阻一定增大(或减小)．(2)直观法：①任一电阻R阻值增大，必引起通过该电阻的电流I的减小和该电阻两端电压U的增大；②任一电阻R阻值增大，必将引起与之并联的支路中电流I并的增大和与之串联的各电路电压U串的减小．(3)极限法：由滑动变阻器引起的电路变化的问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端或将变阻器的阻值推向两个极端进行分析讨论．但此时要注意是否出现极值情况，即变化是否单调．(4)特殊值法：对于某些特殊电路问题，可以采取代入特殊值的方法去判定．　　闭合电路的故障分析【题组过关】1．如图所示的电路中，电源的电动势为6V，当开关S接通后，灯泡L1、L2都不亮，用电压表测得各部分的电压是Uab＝6V，Uad＝0，Ucd＝6V，由此可判定(　　)A．L1和L2的灯丝都烧断了　B．L1的灯丝烧断了C．L2的灯丝烧断了D．滑动变阻器R断路解析：选C.由Uab＝6V可知，电源完好，灯泡都不亮，说明电路中出现断路故障．由Ucd＝6V可知，灯泡L1与滑动变阻器R是接通的，断路故障出现在c、d之间，故灯L2断路，选项C正确．2．(2020·绍兴质检)如图所示是某物理小组同学研究串联电路中电流、电压特点的实物连接图．当开关闭合时，灯L1亮，灯L2不亮，电流表和电压表均有读数．则故障原因可能是(　　)A．L1断路 B．L1短路C．L2断路 D．L2短路答案：D常用电路故障检查方法(1)电压表检测：如果电压表示数为零，则说明可能在并联路段之外有断路，或关联路段短路．(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：当测量值很大时，表示该处断路，当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．(4)假设法：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某种故障，运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理．　　对U－I图象的理解与应用【题组过关】1．(多选)(2020·杭州四校联考)在如图所示的U－I图象中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图象，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，由图象可知下列说法正确的是(　　)A．电源的电动势为3V，内阻为0.5ΩB．电阻R的阻值为1ΩC．电源的输出功率为4WD．电源的效率为50%解析：选ABC.由图线Ⅰ纵轴截距读出电源的电动势E＝3V，其斜率的绝对值等于电源的内阻r＝＝Ω＝0.5Ω，故A正确．电阻R的阻值为R＝＝Ω＝1Ω，故B正确．两图线的交点表示该电源直接与电阻R相连组成闭合电路时电路中电流和路端电压，则有U＝2V，I＝2A，电源的输出功率为P＝UI＝2×2W＝4W，故C正确．电源的效率为η＝＝≈66.7%，故D错误．2．(多选)A、B两电源分别供电时其路端电压与电流的关系图线如图所示，则下述正确的是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　A．电源电动势EA＝EBB．电源内阻rA＝rBC．电源A的短路电流为0.2AD．电源B的短路电流为0.3A解析：选BD.由闭合电路欧姆定律得U＝E－Ir，当I＝0时，U＝E，U－I图线的斜率的绝对值等于电源内阻大小．由图看出，A的电动势为2V，B的电动势为1.5V，即有电源电动势EA＞EB，故A错误．两图线平行，说明电源的内阻相等，即rA＝rB，故B正确．电源A的短路电流为IA＝＝A＝0.4A，故C错误．电源B的短路电流为IB＝＝A＝0.3A，故D正确．两种图象的比较  电源U－I图象电阻U－I图象图形物理意义电源的路端电压随电路电流的变化关系电阻两端电压随电阻中的电流的变化关系截距与纵轴交点表示电源电动势E，与横轴交点表示电源短路电流过坐标轴原点，表示没有电压时电流为零坐标的乘积UI表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率坐标的比值表示外电阻的大小，不同点对应的外电阻大小不同每一点对应的比值均等大，表示此电阻的大小斜率内电阻r电阻大小　闭合电路的功率和效率【题组过关】1．(2020·杭州八校联考)两电源电动势分别为E1、E2(E1＞E2)，内阻分别为r1、r2.当这两个电源分别和一阻值为R的电阻连接时，电源输出功率相等．若将R减小为R′，电源输出功率分别为P1、P2，则(　　)A．r1＜r2，P1＜P2 B．r1＞r2，P1＞P2C．r1＜r2，P1＞P2 D．r1＞r2，P1＜P2解析：选D.如图所示，由伏安特性曲线可知，r1＞r2，若将R减小为R′，电源输出功率P1＜P2，选项D正确．2．直流电路如图所示，在滑动变阻器的滑片P向右移动时，关于电源的说法错误的是(　　)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解析：选D.滑片P向右移动时外电路电阻R外增大，由闭合电路欧姆定律知总电流减小，由P总＝EI可得P总减小，故选项A正确．根据η＝＝可知选项B正确．由P内＝I2r可知，选项C正确．由P输－R外图象，因不知道R外的初始值与r的关系，所以无法判断P输的变化情况，选项D错误．当电源的输出功率最大时，效率并不是最大，只有50%；当R→∞时，η→100%，但此时P出→0，无实际意义． 电源总功率任意电路：P总＝EI＝P出＋P内纯电阻电路：P总＝I2(R＋r)＝电源内部消耗的功率P内＝I2r＝P总－P出　 电源的输出功率任意电路：P出＝UI＝P总－P内纯电阻电路：P出＝I2R＝P出与外电阻R的关系电源的效率任意电路：η＝×100%＝×100%纯电阻电路：η＝×100% [随堂检测]1．(多选)(2020·金华基础测试)手电筒中的干电池的电动势为1.5V，用它给某小灯泡供电时，电流为0.3A，在某次接通开关的10s时间内，下列说法正确的是(　　)A．干电池把化学能转化为电能的本领比电动势为2V的蓄电池强B．干电池在10s内将4.5J的化学能转化为电能C．电路中每通过1C的电量，电源把1.5J的化学能转化为电能D．该干电池外接电阻越大，输出功率越大解析：选BC.电动势越大则将其他形式的能转化为电能的本领越大，A错误；由W＝EIt可知，10s内转化的电能W＝1.5×0.3×10J＝4.5J，B正确；由W＝Eq可知，电路中每通过1C的电量，电源把1.5J的化学能转化为电能，C正确；电源的输出功率取决于内外电阻的关系，因本题中不明确二者关系，故无法确定功率变化，D错误．2．某一导体的伏安特性曲线如图(曲线)所示，关于导体的电阻，以下说法正确的是(　　)A．B点的电阻为12ΩB．B点的电阻为40ΩC．当电压由3V变为6V时，导体的电阻因温度的影响改变了1ΩD．当电压由3V变为6V时，导体的电阻因温度的影响改变了9Ω解析：选B.根据电阻的定义式可以求出A、B两点的电阻分别为RA＝Ω＝30Ω，RB＝Ω＝40Ω，所以ΔR＝RB－RA＝10Ω，故B对，A、C、D错．3．(2020·浙江名校联考)巨磁电阻(GMR)电流传感器可用来准确检测大容量远距离直流输电线路中的强电流，其原理是巨磁电阻效应．巨磁电阻效应是指某些磁性材料的电阻R在一定磁场作用下随磁感应强度B的增加而急剧减小的特性．如图所示检测电路，设输电线路电流为I(不是GMR中的电流)，GMR为巨磁电阻，R1、R2为定值电阻，已知输电线路电流I在巨磁电阻GMR处产生的磁场的磁感应强度B的大小与I成正比，下列有关说法正确的是(　　)A．如果I增大，电压表V1示数减小，电压表V2示数增大B．如果I增大，电流表A示数减小，电压表V1示数增大C．如果I减小，电压表V1示数增大，电压表V2示数增大D．如果I减小，电流表A示数增大，电压表V2示数减小解析：选A.巨磁电阻的电阻值随着外电流的增大而减小，如果I增大，巨磁电阻的电阻值减小，根据闭合电路欧姆定律，电流I′增大，路端电压U1＝E－I′r减小，电阻R2两端的电压U2＝I′R2增大，即电压表V1示数减小，电压表V2示数增大，电流表A示数增大，故A正确，B错误；如果I减小，巨磁电阻的电阻值增大，根据闭合电路欧姆定律，电流I′减小，路端电压U1＝E－I′r增大，电阻R2两端的电压U2＝I′R2减小，即电压表V1示数增大，电压表V2示数减小，电流表A示数减小，故C、D错误．4．(2020·浙江9＋1联盟测试)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的读数变大解析：选B.S断开，相当于电阻变大，则由闭合电路欧姆定律可得电路中总电流减小，故路端电压增大，V的读数变大；而R1两端的电压减小，故R3两端的电压增大，由欧姆定律可知R3中的电流也增大，A的读数变大，故B正确． [课后达标]一、选择题1．某同学将标称值为“220V，100W”的灯泡A和标称值为“220V，40W”的灯泡B串联接入电路，发现灯泡B反而比灯泡A更亮，如图所示．对该现象的分析正确的是(　　)A．流过灯泡B的电流较灯泡A更大B．加在灯泡B两端的电压较灯泡A更高C．灯泡B的电阻较灯泡A更小，所以流过电流更大D．这种现象不正常，可能标称值有误答案：B2．(2020·丽水质检)将一电源电动势为E，内阻为r的电池，与外电路连接，构成一个闭合电路，用R表示外电路电阻，I表示电路的总电流，下列说法正确的是(　　)A．由U外＝IR可知，外电压随I的增大而增大B．由U内＝Ir可知，电源两端的电压随I的增大而增大C．由U外＝E－Ir可知，电源输出电压随输出电流I的增大而减小D．由P＝IU外可知，电源的输出功率P随输出电流I的增大而增大答案：C3.如图所示，一只玩具电动机用一节干电池供电，闭合电键后发现电动机转速较慢．经检测，电动机性能完好；用电压表测a、b间电压，只有0.6V；断开电键S，测a、b间电压接近1.5V，由此判断，电动机转动较慢的原因是(　　)A．开关S接触不良B．电动机两端接线接触不良C．电动机两端接线短路D．电池过旧，内阻过大答案：D4．在校园冬季安全大检查中，某学习小组发现学校宿舍楼的火警报警装置的电路如图所示，R1为热敏电阻，温度升高时，R1急剧减小，当电铃两端电压达到一定值时，电铃会响，则下列说法正确的是(　　)A．若报警器的电池老化(内阻变大，电动势不变)，不会影响报警器的安全性能B．若试验时发现当有火时装置不响，应把R2的滑片P向下移C．若试验时发现当有火时装置不响，应把R2的滑片P向上移D．增大电源的电动势，会使报警的临界温度升高解析：选C.设电铃工作电压为U，当IR2＝U时报警；若电池内阻较大，同一温度时，R2上电压较小，可能不会报警，A错误；R2减小时，R1上电压增大，R2上电压减小，可能不报警，B错误；反之，R2上电压增大，易报警，C正确；电源电动势增大时，报警温度应降低，D错误．5．(2020·嘉兴基础测试)某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在同一坐标系内，如图所示，根据图线可知错误的是(　　)A．反映Pr变化的图线是cB．电源电动势为8VC．电源内阻为2ΩD．当电流为0.5A时，外电路的电阻为6Ω解析：选B.电源的总功率PE＝IE，功率与电流成正比，由Pr＝I2r知电源内部的发热功率与电流的平方成正比，A正确．电流为2A时电源的总功率与电源内阻发热功率相等，可得出电源电动势为4V，内阻为2Ω，当电流为0.5A时，根据闭合电路欧姆定律可得出外电路的电阻为6Ω，B错误，C、D正确．6．(2020·浙江七市联考)有一个电动势为3V、内阻为1Ω的电源．下列电阻与其连接后，使电阻的功率大于2W，且使该电源的效率大于50%的是(　　)A．0.5Ω　　　　　　 B．1ΩC．1.5ΩD．2Ω解析：选C.由闭合电路欧姆定律得I＝，η＝×100%＞50%，P＝I2R＞2W，即R＞2W，得Ω＜R＜2Ω，要使电源的效率大于50%，应使R＞r＝1Ω，故选项C正确．7.如图所示的电路中，已知电源电动势为E，内电阻为r，滑动变阻器R的阻值可以从零连续增大到Rmax，定值电阻R1的阻值r<R1<Rmax，则下列结论不正确的是(　　)A．当R＝R1－r时，R1消耗的功率最大B．R消耗的最大功率可能为C．当R＝0时，R1消耗的功率最大D．外电路消耗的最大功率为解析：选A.因为r<R1<Rmax，计算R的最大功率时，可把R1＋r等效为电源的内阻，此时可能出现Rmax大于、等于或小于R1＋r，因此R的最大功率可能为；计算R1的最大功率，只需要回路中电流最大，此时R＝0，R1消耗的功率为；计算外电路消耗的最大功率时，R1＋R越接近r的值，对应外电路的功率越大，当R＝0时，外电路的最大功率就等于R1的最大功率，选项B、C、D正确，A错误．8．某同学将一直流电源的总功率PE、电源内部的发热功率Pr和输出功率PR随电流I变化的图线画在了同一坐标系中，如图中的a、b、c所示．以下判断不正确的是(　　)A．在a、b、c三条图线上分别取横坐标相同的A、B、C三点，这三点的纵坐标一定满足关系PA＝PB＋PCB．b、c图线的交点与a、b图线的交点的横坐标之比一定为1∶2，纵坐标之比一定为1∶4C．电源的最大输出功率Pm＝9WD．电源的电动势E＝3V，内电阻r＝1Ω解析：选C.在a、b、c三条图线上分别取横坐标相同的A、B、C三点，因为直流电源的总功率PE等于输出功率PR和电源内部的发热功率Pr的和，所以这三点的纵坐标一定满足关系PA＝PB＋PC，故A正确；当内电阻和外电阻相等时，电源的输出功率最大，此时电路中的电流即为b、c图线的交点处的电流，此时电流的大小为＝，功率的大小为，a、b图线的交点表示电源的总功率PE和电源内部的发热功率Pr相等，此时电路中只有电源的内电阻，所以此时电流的大小为，功率的大小为，所以横坐标之比为1∶2，纵坐标之比为1∶4，故B正确；图线c表示电源的输出功率与电流的关系图象，很显然，最大输出功率小于3W，故C错误；当I＝3A时，PR＝0，说明外电路短路，根据PE＝EI知电源的电动势E＝3V，内电阻r＝＝1Ω，故D正确．9．(2020·宁波联考)氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化．在如图所示电路中，不同的一氧化碳浓度对应传感器不同的电阻值，电压表的示数与一氧化碳的浓度一一对应，观察电压表示数就能判断一氧化碳浓度是否超标．已知氧化锡传感器的电阻的倒数与一氧化碳浓度成正比，那么，电压表示数U与一氧化碳浓度ρ之间的对应关系正确的是(　　)A．U越大，表示ρ越大，ρ与U成正比B．U越大，表示ρ越小，ρ与U成反比C．U越大，表示ρ越大，但ρ与U不成正、反比关系D．U越大，表示ρ越小，但ρ与U不成正、反比关系解析：选C.根据题意，设氧化锡传感器的电阻为R1＝，电源的电动势为E，内阻为r，电压表的示数U＝，ρ越大，U越大，但U与ρ既不成正比也不成反比，选项C正确．10．(2020·浙江名校联盟统考)如图所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部．闭合电键S，小球静止时受到悬线的拉力为F.调节R1、R2，关于F的大小判断正确的是(　　)A．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变大B．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变小C．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变大D．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变小解析：选B.保持R1不变，缓慢增大R2时，由于R0和R2串联，R0两端的电压减小，即平行板电容器的两个极板的电压U减小，带电小球受到的电场力F电＝qE＝q减小，悬线的拉力为F＝将减小，选项B正确，A错误．保持R2不变，缓慢增大R1时，R0两端的电压不变，F电不变，悬线的拉力为F不变，C、D错误．11．有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)．设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3A，电源电动势为12V，内阻为2Ω，电阻R随压力变化的函数式为R＝30－0.02F(F和R的单位分别是N和Ω)．下列说法正确的是(　　)A．该秤能测量的最大体重是1400NB．该秤能测量的最大体重是1300NC．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.4A处D．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.3A处解析：选A.由E＝I(r＋R)可得R最小值为R＝2Ω.由R＝30－0.02F可得F最大值为1400N，选项A正确、B错误；该秤零刻度线为F＝0，R＝30Ω，对应电流I＝＝0.375A，选项C、D错误．12．(2020·温州质检)如图所示，直线A、B分别为电源a、b的路端电压与电流的关系图线，设两个电源的内阻分别为ra和rb，若将一定值电阻R0分别接到a、b两电源上，通过R0的电流分别为Ia和Ib，则下列不正确的是(　　)A．ra>rbB．Ia>IbC．R0接到a电源上，电源的输出功率较大，但电源的效率较低D．R0接到b电源上，电源的输出功率较小，电源的效率较低解析：选D.在电源路端电压与电流的关系图象中斜率表示电源内阻，ra>rb，A正确．在图象中作出定值电阻R0的伏安特性曲线，与电源的伏安特性曲线交点表示电路工作点，Ia>Ib，B正确．R0接到a电源上，电源的输出功率较大，但电源的效率较低，R0接到b电源上，电源的输出功率较小，但电源的效率较高，C正确，D错误．二、非选择题13．(2020·浙江十校联考)如图所示的电路中，输入电压UAB＝200V，可变电阻的总阻值R0＝150Ω，允许通过的电流为4A，求：(1)当输出端a、b开路时Uab的值；(2)当输出端接入R＝40Ω的负载时，Uab的可能变化范围．解析：(1)a、b开路时，Uab＝UAB＝200V.(2)画出变阻器的等效电路图如图所示，当滑动触头向下方移动，下方部分电流达到临界状态，即为4A时，下方部分电阻R0下＝Ω＝50Ω，上方部分电阻为100Ω，此时Uab＝×200V≈57.1V．当滑动触头向上方移动，上方部分电流达到临界状态，即为4A时，同理可知，上方部分的电阻R0上＝Ω＝10Ω，此时Uab＝×200V＝160V.答案：(1)200V　(2)57.1V≤Uab≤160V14．(2020·浙江猜题卷)如图甲所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1＝100Ω，R2阻值未知，R3为一滑动变阻器．当其滑片P从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图线如图乙所示，其中A、B两点是滑片P在变阻器的两个不同端点得到的．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．解析：(1)题图乙中AB延长线，交U轴于20V处，交I轴于1.0A处，所以电源的电动势为E＝20V，内阻r＝＝20Ω.(2)当P滑到R3的右端时，电路参数对应图乙中的B点，即U2＝4V、I2＝0.8A，得R2＝＝5Ω.(3)当P滑到R3的左端时，由图乙知此时U外＝16V，I总＝0.2A，所以R外＝＝80Ω因为R外＝＋R2，所以滑动变阻器的最大阻值为：R3＝300Ω.答案：见解析