高考第一轮物理总复习第3节闭合电路欧姆定律

第3节闭合电路欧姆定律一、电动势E：反映电源_________________________________的本领大小的物理量．1．电动势在数值上等于电源_________________电源两极间的电压；2．电动势等于______________________正、负极间电压；3．电动势等于______________电压之和．把其他形式的能转化为电能不接入电路时电路断开时，电源内、外电路二、闭合电路欧姆定律1．内容：闭合电路里的电流，跟________________成正比，跟_____________________成反比．2．表达式：_____________①或_____________②E＝U外＋U内③注意：①式只适用于外电路为纯电阻电路时的情形，②、③式对外电路无特殊要求．三、路端电压1．跟外电阻的关系U＝IR＝ER＋rR＝E1＋rR讨论：(1)当R增大时，U增大，当R减小时，U减小；电源的电动势电路中的总电阻I＝ER＋rE＝U外＋Ir(2)当外电路开路时，R→∞，I＝0，U外＝E；(3)当外电路短路时，R＝0，I＝Er，U外＝0.2．电源的U－I图象如图所示U＝E－Ir(1)直线斜率的绝对值表示电源内阻r，纵轴的截距为电源的电动势E，横轴的截距为短路电流I短＝Er.(仅对电压、电流均以坐标原点为0值而言)(2)U随I变化的原因是电源有内阻．(3)图线上每一点的坐标的乘积为电源的输出功率，即图中阴影部分“面积”．四、闭合电路中的能量转化关系1．电源的功率P＝IE，普遍适用；P＝E2R＋r＝I2(R＋r)，只适用于外电路为纯电阻元件的情况．2．电源内阻消耗的功率P内＝I2r.3．电源的输出功率P出＝IU外，普遍适用；P出＝I2R＝(ER＋r)2R，只适用于外电路为纯电阻元件的情况；当R＝r时，P出最大Pmax＝E24r.4．闭合电路中功率分配关系：P＝P出＋P内．5．电源的效率：η＝P外P＝UIEI＝UE①，η＝RR＋r②，①适用于任何电路，②只适用于纯电阻电路．五、欧姆表1．原理：依____________________制成，用来粗略测量________．2．电路图：特别提醒：黑表笔插“－”插孔，连接表内电源的“＋”极．闭合电路的欧姆定律电阻3．刻度的原理：①红、黑表笔________、__________，使Ⓖ满偏此时接在两表笔间的电阻为0，在电流Ig刻度处刻上电阻值“0”Ω，如图甲(Ig＝_____________)②红、黑表笔__________，Ⓖ中无电流，此时，接在两表笔间的电阻为∞，在Ⓖ电流刻度“0”处，刻上电阻值“∞”，如图乙③在红、黑表笔间接入电阻Rx，Ⓖ指示电流Ix(Ix＝________________)，在电流刻度“Ix”处，刻上电阻值“Rx”，如图丙．短接调节RERg＋R＋r断开ERg＋R＋r＋Rx④设欧姆表总内阻为rg，rg＝Rg＋R＋r，若在两表笔间接入一个电阻R′＝rg，则Ⓖ指针指在刻度盘的正中央Ig2处，所以在电流刻度Ig2处刻上电阻值R′，这个R′叫______________，它_________欧姆表总内阻．⑤由于Ix与Rx不成正比，所以欧姆表的刻度__________，低阻区刻度______高阻区刻度______．使用欧姆表时，为使读数比较准确，应恰当选择挡位，使指针指在__________________．中值电阻等于不均匀稀密中央刻线的附近4．使用步骤及注意事项①先看指针是否指在表盘左侧电流的__________(电阻∞)，若有偏差，要进行机械调零(即用螺丝刀调节定位螺旋)②选挡位(依估计的电阻大小选择×1、×10、×100、×1k)几个挡位中的一个)③欧姆调零(两表笔______，调节____________，使指针指在表盘右侧满偏电流Ig的刻度线)(电阻的零刻度线)处．④两表笔与被测电阻接触，依指针偏转情况，确定要不要换挡．(偏转角度过小时，要换用_________的挡位；偏转角度过大时，要换用__________的挡位)，换挡后，要重新进行欧姆调零．．．．．．．．．．．．．．．零刻度线短接调零旋纽大倍率小倍率⑤读数，示数只要读取两位有效数字，被测电阻值等于示数乘以______________．注意事项：①测电阻时，要把被测电阻与别的元件______，手不要接触表笔的____________．②使用完毕，要把___________调至“OFF”挡或交流电压最高挡，长期不用时，要取出表内的电池．挡位倍率断开金属部分选择开关题型一：对电源的伏安特性曲线(U－I图象)的理解和应用例1如图所示，直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性图线，曲线Ⅲ是一个小灯泡的伏安特性曲线，如果把该小灯泡先后分别与电源1和电源2单独连接时，则下列说法正确的是()A.电源1和电源2的内阻之比是11∶7B.曲线Ⅲ、直线Ⅰ与横轴所围面积表示小灯泡消耗的电功率C.在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是1∶2D.在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是1∶2【思路点拨】解决此问题，要明确电源伏安特性曲线中斜率、纵轴截距、横轴截距分别对应电路中哪些物理量，并且要理解电源伏安特性曲线与用电器伏安特性曲线交点的物理意义.【解析】在电源的U－I图象中，斜率的绝对值表示内阻，故r1＝107Ω，r2＝1011Ω，r1∶r2＝11∶7，A对；小灯泡伏安曲线与电源的U－I图象交点表示灯泡与电源连接时的灯泡两端电压与通过灯泡的电流，故交点横、纵坐标的乘积表示灯泡消耗的电功率，且P1＝I1U1＝15W，P2＝I2U2＝30W，所以P1∶P2＝1∶2，B错、C对；R1＝U1I1＝35Ω，R2＝U2I2＝56Ω，R1∶R2＝18∶25，D错；选AC.【答案】AC【方法与知识感悟】定值电阻的U－I图象与电源的U－I图象的比较定值电阻电源U－I图象物理意义表示电阻两端的电压与通过导体的电流之间的变化关系，描述了导体的性质表示电源的路端电压与电源中电流之间的变化关系，描述了电源的性质定值电阻电源截距、斜率斜率表示电阻的阻值在U轴上的截距等于电源的电动势，斜率的绝对值等于电源的内阻坐标值的乘积UI表示电阻消耗的电功率表示电源的输出功率图线交点的物理意义交点的纵坐标U既为定值电阻两端的电压又是电源的路端电压，横坐标I既是定值电阻的电流又是电源中的电流，故交点坐标表示该电阻与该电源组成闭合回路时的电压、电流值.题型二：闭合电路中的功率的分析和计算例2电路如图所示，电源电动势E＝3V、内阻r＝2Ω，定值电阻R1＝6Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为R0＝12Ω，求：(1)R1消耗功率最大时，电源功率和电源效率分别为多大；(2)R2消耗功率最大时，电源功率和电源效率分别为多大.【解析】(1)R1消耗功率为P1＝I21R1，欲使P1最大、需电路中的电流最大又根据闭合欧姆定律I1＝ER1＋R2＋r可知：P1最大时滑动变阻器R2接入电路的阻值R2＝0，此时电路中电流最大值为Im＝ER1＋r电源的功率为P＝EIm＝1.125W电源的效率为η＝R1R1＋r＝75%(2)滑动变阻器R2消耗的功率P2＝I22R2＝ER1＋R2＋r2R2＝E2（R1＋r）2R2＋2（R1＋r）＋R2显然（R1＋r）2R2＝R2时，P2最大，此时电路中电流I2′＝E2（R1＋r）电源消耗功率P2′＝EI2′＝0.56W电源的效率为η2＝R1＋R2R1＋R2＋r＝87.5%.【方法与知识感悟】求解闭合电路功率问题的两个常用方法(1)图象法：利用电源的输出功率P出随外电阻R变化的曲线进行分析.由图象可知：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R1·R2＝r2.注意：此图象只适用于外电路为纯电阻的情况，对于非纯电阻电路：P出＝UI≠I2R.(2)等效法：找出等效电源，再利用(1)，如分析变阻器R2消耗的功率何时最大时，把R1和电源等效成新的电源.题型三：闭合电路的动态分析例3如图所示，平行金属板中带电质点P原来处于静止状态，不考虑电流表和电压表对电路的影响，R1的阻值和电源内阻r相等.当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时，则()A.R3上消耗的功率逐渐增大B.电流表读数减小，电压表读数增大C.电源的输出功率逐渐增大D.质点P将向上运动【解析】滑片向b端移，R4↓，R总↓，I总↑，U路↓，U1＝I总R1↑，U3＝U路－U1，U3↓，I3↓，IA＝I总－I3，∴读数增大，U2＝I2R2，I2↑，U2↑，UV＝U3－U2，∴UV↓，P3＝U23R3，∴P3↓，A错，B错.由P出－R图线知，在R总r的范围内，随R总的减小，输出功率增大，C对，电容器电压减小，P会向下运动，D错.【答案】C【方法与知识感悟】闭合电路的动态分析1.特点：闭合电路中只要某一电阻的阻值发生变化，就会影响整个电路，使总电路和每一部分的电流和电压都发生变化.2.基本依据：闭合电路的欧姆定律、部分电路的欧姆定律、串联电路的电压关系、并联电路的电流关系等.3.基本方法(1)程序法：基本思路是“部分→整体→部分”即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部分U部分(2)结论法：即直接应用“部分电路中R、I、U的关系”中的两个结论.①任一电阻R阻值增大，必引起该电阻中电流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(串反并同).(3)极限法：即因变阻器滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论.(4)特殊值法.对于某些双臂环路问题，可以采取代入特殊值去判定，从而找出结论.题型四：含容电路的分析和计算例4如图所示，电源电动势为E＝12V、内阻r＝1Ω，电阻分别为R1＝2Ω、R2＝3Ω、R3＝4Ω，电容器的电容C1＝C2＝1μF，开始开关闭合，求：(1)两个电容器的右极板所带电荷量分别为多大；(2)断开开关后流经R1和R3的电荷量分别为多少.【解析】(1)开关闭合后，电容器C1，电容器C2完成了充电.稳定后电容器C1、C2两端电压分别等于R1、R2两端电压，U1＝4V、U2＝6V则电容器C1、C2所带电荷分别为Q1＝C1U1＝4×10－6CQ2＝C2U2＝6×10－6C(2)断开开关，电源不再和电容器、电阻形成回路，而电容器两板间有电压，相当于电源；电容器C1和R3、R1形成了回路1，并且通过回路放电，流经回路的电荷量等于Q1同理电容器C2和R3、R2组成的回路2放电，通过回路的电荷量为Q2通过两个回路的电流方向都是顺时针，两回路通过R3的电流方向相反，所以断开开关后流经R3的电荷量Q＝Q2－Q1解得Q＝2×10－6C.【方法与知识感悟】含容电路的分析电容器是一个储存电荷的元件.在直流电路中，当电容器充放电时，电路里有充放电电流，一旦电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑电容器是理想的不漏电的情况)的元件，在电容器处电路看做断路，简化电路时可去掉它.简化后若要求电容器所带电荷量时，可在相应的位置补上.(1)解决这类问题的一般方法：通过稳定的两个状态来了解不稳定的中间变化过程.(2)只有当电容器充、放电时，电容器支路中才会有电流，当电路稳定时，电容器处电路相当于断路.(3)电路稳定时，与电容器串联的电阻为等势体，相当于一段导线，电容器的电压为与之并联的电阻电压.有时要求出电容器两端电势，然后求电势差.(4)在计算出电容器的带电量后，必须同时判定两板的极性，并在图上标出.(5)在充放电时，电容器两根引线上的电流方向总是相同的，所以要根据正极板电荷变化情况来判断电流方向.(6)如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量的差；如果变化前后极板带电的电性改变，那么通过每根引线的电荷量等于始末状