2019-2020版高中物理 第二章 恒定電流 微型專題5 閉合電路歐姆定律的應(yīng)用

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1、微型專題5閉合電路歐姆定律的應(yīng)用學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求物理觀念：1.進一步熟練掌握閉合電路歐姆定律及串、并聯(lián)電路的特點.2.熟練掌握閉合電路中的功率和相關(guān)物理量的關(guān)系科學(xué)思維：1.學(xué)會分析閉合電路動態(tài)問題的方法.2.會計算閉合電路的功率，借助公式和圖象，分析求解電源的最大輸出功率.3.學(xué)會含容電路的分析方法一、閉合電路的動態(tài)分析閉合電路動態(tài)問題的分析方法(1)程序法分析電路，明確各部分電路的串、并聯(lián)關(guān)系及電流表或電壓表的測量對象；由局部電阻變化判斷總電阻的變化；由I判斷總電流的變化；據(jù)UEIr判斷路端電壓的變化；由歐姆定律及串、并聯(lián)電路的規(guī)律判斷各部分的電路電壓及電流的變化(2)結(jié)論法“并同串反”

2、“并同”：是指某一電阻增大時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大；某一電阻減小時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小“串反”：是指某一電阻增大時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減??；某一電阻減小時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大例1(2018無錫市江陰四校高二期中)如圖1所示，電源電動勢和內(nèi)阻都保持不變，當(dāng)滑動變阻器滑動觸頭向上端移動時()圖1A電壓表的讀數(shù)增大，電流表的讀數(shù)減小B電壓表和電流表的讀數(shù)都增大C電壓表和電流表的讀數(shù)都減小D電流表的讀數(shù)增大，電壓表的讀數(shù)減小答案A解析當(dāng)滑動變阻器的滑

3、動觸頭向上端移動時，變阻器接入電路的電阻增大，外電路總電阻R增大，由閉合電路歐姆定律知總電流I減小，路端電壓UEIr增大，則電壓表的示數(shù)增大；電阻R2兩端的電壓U2EI(rR1)增大，流過電阻R2的電流I2增大，則流過電流表的電流I3II2減小，即電流表的讀數(shù)減小，故A正確，B、C、D錯誤學(xué)科素養(yǎng)例1回顧了閉合電路的歐姆定律及串、并聯(lián)電路的相關(guān)知識，并用于分析閉合電路動態(tài)問題一方面讓學(xué)生對物理規(guī)律的認(rèn)識更加深刻，另一方面也讓學(xué)生進一步了解了閉合電路中的各物理量之間的關(guān)系，這很好的體現(xiàn)了“物理觀念”和“科學(xué)思維”的學(xué)科素養(yǎng)針對訓(xùn)練1(2018聊城市期末)如圖2所示電路中，開關(guān)S閉合，當(dāng)滑動變阻器

4、的滑片P從a端向b端滑動時，以下判斷正確的是()圖2A電壓表示數(shù)變大，通過燈L1的電流變大，燈L2變亮B電壓表示數(shù)變小，通過燈L1的電流變小，燈L2變暗C電壓表示數(shù)變大，通過燈L2的電流變小，燈L1變亮D電壓表示數(shù)變小，通過燈L2的電流變大，燈L1變暗答案D解析當(dāng)滑動變阻器的滑片P向上滑動時，變阻器接入電路的電阻減小，外電路總電阻減小，由I知總電流增大，通過L2的電流增大，L2變亮；由U并EI(RL2r)知，變阻器與L1并聯(lián)部分電壓減小，示數(shù)變小，L1變暗，D正確二、閉合電路的功率1電源的總功率P總EI；電源內(nèi)電阻消耗的功率P內(nèi)U內(nèi)II2r；電源輸出功率P出U外I.2.對于純電阻電路，電源的輸

5、出功率P出I2R2R，當(dāng)Rr時，電源的輸出功率最大，其最大輸出功率為Pm.電源輸出功率隨外電阻變化曲線如圖3所示圖33電源的效率指電源的輸出功率與電源的總功率之比，即100%100%100%.對于純電阻電路，電源的效率100%100%100%，所以當(dāng)R增大時，效率提高當(dāng)Rr(電源有最大輸出功率)時，效率僅為50%，效率并不高例2如圖4所示，電路中E3 V，r0.5 ，R01.5 ，變阻器的最大阻值為10 .圖4(1)變阻器接入電路的阻值R為多大時，變阻器上消耗的功率最大？最大為多大？(2)變阻器接入電路的阻值R為多大時，定值電阻R0上消耗的功率最大？最大為多大？答案(1)2 W(2)0 W解析

6、(1)此種情況可以把R0歸入電源內(nèi)電阻，這樣變阻器上消耗的功率也就是電源的輸出功率即當(dāng)RrR02 時，R消耗功率最大為：Pm W W.(2)定值電阻R0上消耗的功率可以表示為：PI2R0，因為R0不變，當(dāng)電流最大時功率最大，此時應(yīng)有電路中電阻最小，即當(dāng)R0時，R0上消耗的功率最大：PmR01.5 W W.功率最大值的求解方法1流過電源的電流最大時，電源的功率、內(nèi)阻損耗功率均最大2對某定值電阻來說，其電流最大時功率也最大3電源的輸出功率在外電阻等于內(nèi)阻時最大，若不能相等，外電阻越接近內(nèi)阻時，電源的輸出功率越大例3如圖5所示，線段A為某電源的UI圖線，線段B為某電阻的UI圖線，以上述電源和電阻組成

7、閉合電路時，求：圖5(1)電源的輸出功率P出為多大？(2)電源內(nèi)部損耗的電功率是多少？(3)電源的效率為多大？答案(1)4 W(2)2 W(3)66.7%解析(1)根據(jù)題意從A的圖線可讀出E3 V，r 0.5 ，從B圖線中可讀出外電阻R1 .由閉合電路歐姆定律可得I A2 A，則電源的輸出功率P出I2R4 W(2)電源內(nèi)部消耗的功率P內(nèi)I2r2 W，(3)電源的總功率P總IE6 W，故電源的效率100%66.7%.1.穩(wěn)定電路的UI圖象有兩種：一是電源的UI圖象(如圖6中a)；二是用電器的UI圖象，而用電器的UI圖象又分兩類：線性(圖中b)和非線性(圖中c)圖62兩種圖象的交點坐標(biāo)表示該用電器

8、單獨與電源串聯(lián)的工作電流和路端電壓(也是用電器兩端的電壓)如圖，電源的輸出功率分別為PbU1I1，PcU2I2.三、含電容器電路的分析與計算1電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無電流通過，此支路相當(dāng)于斷路，因此電容器兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓2電路的電流、電壓變化時，將會引起電容器的充(放)電如果電容器兩端電壓升高，電容器將充電；如果電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電3根據(jù)公式QCU或QCU，求電荷量及其變化量例4如圖7所示，電源電動勢E10 V，內(nèi)阻可忽略，R14 ，R26 ，C30 F，求：圖7(1)S閉合后，穩(wěn)定時通過R1的電流；(2)S原來閉合，然后斷開，這個過程中流過R1

9、的總電荷量答案(1)1 A(2)1.2104 C解析(1)S閉合后，電路穩(wěn)定時，R1、R2串聯(lián)，電流I1 A.(2)S閉合時，電容器兩端電壓UCU2IR26 V，儲存的電荷量QCUC.S斷開至達(dá)到穩(wěn)定后電路中電流為零，此時UCE，儲存的電荷量QCUC.電容器上的電荷量增加了QQQCUCCUC1.2104 C電容器上電荷量的增加是在S斷開以后才發(fā)生的，這只有通過R1這條電路實現(xiàn)，所以流過R1的電荷量就是電容器帶電荷量的增加量提示：注意分析S閉合前、后電容器極板上的電壓值及極板帶電的正、負(fù)針對訓(xùn)練2(2018無錫市江陰四校高二期中)如圖8所示的電路中，已知電容C1C2，電阻R1R2，電源電動勢為E

10、，內(nèi)阻為r，當(dāng)開關(guān)S由閉合狀態(tài)斷開時，下列說法中正確的是()圖8A電容器C1的電荷量增多，電容器C2的電荷量減少B電容器C1的電荷量減少，電容器C2的電荷量增多C電容器C1、C2的電荷量都增多D電容器C1、C2的電荷量都減少答案C解析開關(guān)S閉合時，電容器C1兩端電壓與R2兩端電壓相等，C2兩端電壓與R1兩端電壓相等；開關(guān)S斷開時，電路斷路，電容器C1、C2兩端電壓均等于電源電動勢E，由QCU知，電容器C1、C2的電荷量均增多，C正確1(閉合電路的動態(tài)分析)(多選)(2018新余市期末)如圖9所示，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，不計電壓表和電流表內(nèi)阻對電路的影響，當(dāng)開關(guān)閉合后，兩小燈泡均能發(fā)光在將滑

11、動變阻器的滑片逐漸向右滑動的過程中，下列說法正確的是()圖9A小燈泡L1、L2均變暗B小燈泡L1變亮，小燈泡L2變暗C電流表A的讀數(shù)變小，電壓表V的讀數(shù)變大D電流表A的讀數(shù)變化量與電壓表V的讀數(shù)變化量之比不變答案BCD解析將滑動變阻器的滑片逐漸向右滑動的過程中，變阻器接入電路的電阻增大，與燈L1并聯(lián)的電路的電阻增大，外電路總電阻增大，干路電流減小，電流表讀數(shù)變小，L2變暗，電源的內(nèi)電壓減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律知路端電壓增大，電壓表V的讀數(shù)變大，而燈L2兩端電壓減小，所以燈L1兩端的電壓增大，燈L1變亮，故B、C正確，A錯誤；電壓表的讀數(shù)變化量(外電壓的變化量)與電流表的讀數(shù)變化量的比值為電源

12、的內(nèi)阻，電源的內(nèi)阻不變，故D正確2.(電源的輸出功率和效率)(多選)如圖10所示，圖線AB是某電源的路端電壓隨電流變化的關(guān)系圖線，OM是固定電阻R兩端的電壓隨電流變化的圖線，由圖可知()圖10A該電源的電動勢為6 V，內(nèi)阻是2 B固定電阻R的阻值為1 C該電源的最大輸出功率為9 WD當(dāng)該電源只向電阻R供電時，其效率約為66.7%答案CD解析由圖線AB可知電源的電動勢E6 V，短路電流為I短6 A，則r1 ，故A錯誤；根據(jù)R得：R2 ，故B錯誤；當(dāng)外電路電阻等于內(nèi)阻時，電源的輸出功率最大，所以該電源的最大輸出功率P9 W，故C正確；當(dāng)該電源只向電阻R供電時，電源效率100%100%66.7%，故

13、D正確3(閉合電路中功率的計算)(2018日照市期末)如圖11所示的電路中，電源電動勢E10 V，內(nèi)阻r0.5 ，電動機的電阻R01.0 ，定值電阻R11.5 .電動機正常工作時，理想電壓表的示數(shù)U13.0 V求：圖11(1)電源總功率；(2)電源的輸出功率；(3)電動機消耗的電功率，以及將電能轉(zhuǎn)化為機械能的功率答案(1)20 W(2)18 W(3)12 W8 W解析(1)已知電壓表的示數(shù)U13.0 V和定值電阻R11.5 ，根據(jù)歐姆定律可求出電路中的電流I2.0 A電源的總功率P總EI20 W(2)電源的輸出功率P出EII2r18 W(3)根據(jù)閉合電路的歐姆定律，電動機兩端的電壓U2EU1I

14、r6 V電動機消耗的電功率P電U2I12 W電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能的功率，就是電動機的輸出功率P機U2II2R08 W.4(含容電路的分析和計算)(2018華中師大附中質(zhì)檢)如圖12所示，電源電動勢E6 V，內(nèi)阻r1 ，電阻R12 ，R23 ，R37.5 ，電容器的電容C4 F.開關(guān)S原來斷開，從閉合開關(guān)S到電路穩(wěn)定，試問這一過程中通過電阻R的電荷量是多少？圖12答案1.92105 C解析S斷開時的等效電路圖如圖甲所示，電容器C兩端電壓U等于電阻R2兩端電壓U2，而U2R23 V電容器C的帶電荷量QCUCU21.2105 C且a板帶正電，b板帶負(fù)電S閉合時的等效電路圖如圖乙所示，電容器C兩端

15、電壓U等于電阻R1兩端電壓U1，有R外3 干路電流：I1.5 A外電壓U外EIr4.5 V電阻R1兩端電壓U1U外1.8 V電容器C的帶電荷量QCUCU17.2106 C且a板帶負(fù)電，b板帶正電，通過電阻R的電荷量QQQ1.92105 C.一、選擇題考點一閉合電路的動態(tài)分析1.(多選)(2018重慶市期末)如圖1所示的電路中，電表均為理想電表閉合開關(guān)S，當(dāng)滑動變阻器滑片P向左移動時，下列說法正確的是()圖1A電流表A讀數(shù)變大B電壓表V1讀數(shù)變大C電壓表V2讀數(shù)變大D燈泡L變亮答案BC解析滑動變阻器滑片P向左移動，接入電路的電阻變大，電路總電阻變大，總電流減小，內(nèi)電壓變小，外電壓變大，電流表A讀

16、數(shù)變小，電壓表V1讀數(shù)變大；總電流減小，燈L兩端電壓減小，燈泡L變暗，而外電壓變大，則滑動變阻器兩端電壓變大，所以電壓表V2讀數(shù)變大，故A、D錯誤，B、C正確2.如圖2所示的電路，三只相同的燈泡L1、L2、L3，當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭向b端移動時()圖2AL1變亮，L2、L3變暗BL1、L2變亮，L3變暗CL1、L3變暗，L2變亮DL1、L3變亮，L2變暗答案B3(2018東營市期末)某種熱敏電阻在環(huán)境溫度升高時，電阻會迅速減小將這種熱敏電阻P接入如圖3所示電路，開關(guān)閉合若環(huán)境溫度升高，下列判斷正確的是()圖3A電路的總電阻變大B流過P的電流變小C燈泡A變亮D燈泡B變亮答案C考點二含容電路的分

17、析與計算4在如圖4所示的電路中，當(dāng)滑動變阻器的滑動片向下移動時，關(guān)于電燈L的亮度及電容器C所帶電荷量Q的變化判斷正確的是()圖4AL變暗，Q增大 BL變暗，Q減小CL變亮，Q增大 DL變亮，Q減小答案B解析當(dāng)滑動變阻器的滑動片向下移動時，變阻器接入電路的電阻減小，外電路總電阻減小，由閉合電路歐姆定律知，干路電流增大，電源的內(nèi)電壓增大，則路端電壓減小，燈L變暗電容器極板間電壓等于變阻器兩端的電壓由上得知，路端電壓減小，則通過L燈的電流減小，而干路電流增大，則通過R1的電流增大，R1兩端電壓也增大，則變阻器兩端的電壓減小，電容器所帶電荷量Q減小，故B正確5.如圖5所示，電路中R1、R2均為可變電阻

18、，電源內(nèi)阻不能忽略，平行板電容器C的極板水平放置閉合開關(guān)S，電路達(dá)到穩(wěn)定時，帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動如果僅改變下列某一個條件，油滴仍能靜止不動的是()圖5A增大R1的阻值 B增大R2的阻值C增大兩板間的距離 D斷開開關(guān)S答案B解析在直流電路中，R2與電容器串聯(lián)的支路不通，因此電容器兩端的電壓等于R1兩端的電壓，增大R1的阻值，R1兩端的電壓增大，電容器兩端的電壓增大，由E可知，電容器兩極板間的電場強度增大，因此板間帶電油滴受到的電場力增大，會向上運動，A項錯誤；增大R2的阻值不改變電路中的總電阻，不改變R1兩端的電壓，因此電容器中油滴仍保持靜止，B項正確；增大兩板間的距離，而電容器兩板間

19、的電壓一定，由E可知，板間的場強減小，油滴受到的電場力減小，油滴會向下運動，C項錯誤；斷開開關(guān)S，電容器會通過R1、R2進行放電，使板間場強減小，油滴受到的電場力減小而向下運動，D項錯誤6(多選)如圖6所示的電路中，電源電動勢E6 V，內(nèi)阻r1 ，電阻R16 ，R25 ，R33 ，電容器的電容C2105 F若將開關(guān)S閉合，電路穩(wěn)定時通過R2的電流為I；斷開開關(guān)S后，通過R1的電荷量為q.則()圖6AI0.75 A BI0.5 ACq2105 C Dq1105 C答案AD解析開關(guān)S閉合時，I0.75 A，選項A對，B錯；此時UCUR并1.5 V，QCCUC3105 C，若將開關(guān)斷開，則電容器上所

20、帶的電荷量通過R1、R3放掉，因I1I3R3R112，根據(jù)qIt可知，通過R1的電荷量qQC1105 C，選項C錯，D對考點三電源的輸出功率與效率7(2018重慶市期末)如圖7所示，電源電動勢為E，電源內(nèi)阻為r1 ，定值電阻R14 ，滑動變阻器R2變化范圍是010 ，下列說法正確的是()圖7A當(dāng)R23 時，電源的輸出功率最大B當(dāng)R23 時，R1上獲得的功率最大C當(dāng)R20時，電源的效率最大D當(dāng)R20時，R1上獲得的功率最大答案D解析當(dāng)R1R2r時，隨著外電阻阻值增大，電源輸出功率減小，所以當(dāng)R20時，電源的輸出功率最大，故A錯誤；當(dāng)滑動變阻器的阻值為0時，電路中電流最大，定值電阻R1的功率最大，

21、故B錯誤，D正確；電源的效率100%100%，當(dāng)滑動變阻器的阻值為0時，電路中電流最大，電源的效率最小，故C錯誤8.(多選)(2018日照市期末)如圖8所示電路，電源內(nèi)阻不可忽略，電表均為理想電表，開關(guān)S閉合后，燈泡正常發(fā)光若滑動變阻器R的滑動端向下滑動，下列判斷正確的是()圖8A電源的效率一定減小B電源的輸出功率可能減小C燈泡L有可能會燒壞D電壓表V和電流表A的示數(shù)均減小答案AB解析滑動變阻器R的滑動端向下滑動，變阻器接入電路的電阻減小，外電路總電阻減小，外電壓減小，由100%知，電源的效率減小，A正確；由于不知外電阻與內(nèi)電阻的關(guān)系，故電源的輸出功率的變化無法確定，B正確；R減小，R與L并聯(lián)

22、部分的電壓減小，示數(shù)減小，L變暗，但的示數(shù)為總電流與通過L電流的差值，示數(shù)增大，C、D錯誤9(多選)(2018南師附中高二期中)如圖9所示，是測定兩個電源的電動勢和內(nèi)阻實驗中得到的路端電壓和電流的關(guān)系圖線，則應(yīng)有()圖9A當(dāng)I1I2時，電源總功率P1P2B當(dāng)U1U2時，電源輸出功率P出1P出2C當(dāng)I1I2時，外電阻R1R2D當(dāng)U1U2時，電源內(nèi)部消耗的電功率P內(nèi)1P內(nèi)2答案ABD解析由題圖可知，兩電源的電動勢E相等，由電源的總功率PEI知，當(dāng)I1I2時，電源總功率P1P2，故A正確；電源的輸出功率P出UI，當(dāng)U1U2時，由題圖讀出I1I2，則P出1r2，當(dāng)I1I2時，由閉合電路歐姆定律可知，R

23、1r2，故P內(nèi)1r2，故A正確；小燈泡的UI圖線與電源的UI圖線的交點即為小燈泡的工作狀態(tài)，由題圖知，小燈泡與電源1連接時消耗的功率P1U1I1小于小燈泡與電源2連接時消耗的功率P2U2I2，故C正確，D錯誤11(多選)在如圖11甲所示的電路中，L1、L2和L3為三個相同規(guī)格的小燈泡，這種小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示當(dāng)開關(guān)S閉合后，電路中的總電流為0.25 A，則此時()圖11A通過L1的電流為通過L2的電流的2倍B此時L1、L2和L3的電阻均為12 CL1消耗的電功率為0.75 WDL1消耗的電功率為L2消耗的電功率的4倍答案AC解析電路中的總電流為0.25 A，則通過L1的電流為0.25

24、 A因L2和L3并聯(lián)，則L2和L3兩端電壓相等，它們的電阻相等，因此它們的電流也相等，則有通過L1的電流為通過L2的電流的2倍，故A正確；由伏安特性曲線可以讀出電流為I10.25 A時，電壓為U13 VL2的電流為I20.125 A，此時電壓U20.4 V，因此它們的電阻不相等，故B錯誤；L1消耗的電功率為PU1I130.25 W0.75 W，故C正確；因通過L1的電流為通過L2的電流的2倍，假設(shè)它們的電阻相等，則有L1消耗的電功率為L2消耗的電功率的4倍，如今它們的電阻不相等，因此L1消耗的電功率不為L2消耗的電功率的4倍，故D錯誤二、非選擇題12(2018北京市朝陽區(qū)高二上期末)在如圖12

25、所示的甲、乙電路中，電源的電動勢E3 V，內(nèi)電阻r1.0 ，電阻R2.0 ，電動機的內(nèi)阻R內(nèi)2.0 .圖12(1)甲圖中閉合開關(guān)S后，電阻R的功率；(2)乙圖中閉合開關(guān)S后，電路中的電流為0.5 A，電動機的熱功率及輸出功率答案(1)2 W(2)0.5 W0.75 W解析(1)題圖甲中閉合開關(guān)S后，電路中的電流：I A1 A電阻R上的功率：PI2R122 W2 W.(2)題圖乙中閉合開關(guān)S后，電路中的電流為0.5 A，則電動機兩端的電壓：UEIr2.5 V電動機的總功率：PIU1.25 W熱功率：P熱I2R內(nèi)0.522 W0.5 W輸出功率：P出PP熱0.75 W13(2018平頂山市、許昌市

26、、汝州市聯(lián)考)圖13所示電路中，電源的電動勢E110 V，電阻R121 ，電動機的內(nèi)阻R00.5 ，開關(guān)S1始終閉合，當(dāng)開關(guān)S2斷開時，電阻R1消耗的電功率P1525 W；當(dāng)開關(guān)S2閉合時，電阻R1消耗的電功率P2336 W，求：圖13(1)電源的內(nèi)阻r；(2)當(dāng)開關(guān)S2閉合時，電動機輸出的機械功率P出答案(1)1 (2)1 606 W解析(1)當(dāng)開關(guān)S2斷開時，電動機被斷路，此時電路中通過的電流為I電阻R1消耗的功率P1I2R1，解得r1 (2)當(dāng)開關(guān)S2閉合時，設(shè)R1兩端的電壓為U，有U設(shè)此時電源中通過的電流為I，由閉合電路的歐姆定律有：EIrU流過R1的電流為I1，流過電動機的電流為I2

27、，有：I1，又I1I2I電動機的輸出功率為P出UI2IR0，解得P出1 606 W.14(2018重慶市期末)如圖14所示，電源電動勢為E6 V，內(nèi)阻不計，電容C11 F，電容C22 F，電阻R14 ，電阻R22 .求：圖14(1)當(dāng)開關(guān)S斷開時，A、B兩點間的電壓UAB；(2)開關(guān)S從斷開到閉合待電路穩(wěn)定后電容器C1的電荷量的變化值答案(1)6 V(2)2106 C解析(1)當(dāng)開關(guān)S斷開時，電路電流I0，B與電源負(fù)極等勢，A與電源正極等勢，則UABE6 V(2)當(dāng)開關(guān)S斷開時，電容器C1的電壓UC11E當(dāng)S閉合后穩(wěn)定時UC12UR1UR1E電壓減小UC1UC11UC12電容器C1的電荷量減少Q(mào)C1UC1，解得：Q2106 C.- 16 -