2020年高考物理一轮复习 第十单元 恒定电流 第1讲 电阻定律 闭合电路的欧姆定律课件 新人教版

延时符高考引航命题调研近几年高考对本章内容的考查,主要涉及电路的分析与计算,包含欧姆定律的应用问题、动态分析问题、故障判断问题、含容电路问题、电功和电功率问题的处理方法等,题型以选择题为主;另外本章知识常与电场、电磁感应、交流电等知识综合,常考计算题。实验部分则以基本仪器的使用和实验设计为主,题型以填空题的形式出现。预计2020年高考命题的重点仍将考查基本概念、规律的理解和应用,特别要关注与实际生活联系紧密的电路分析和计算问题;实验则考查基本仪器的使用,对实验原理的理解,实验数据的分析和处理等。电阻定律闭合电路的欧姆定律必备知识1关键能力2第1讲1电路的基本概念和规律(1)三个电流表达式的比较公式适用范围字母含义公式含义定义式I=𝑞𝑡一切电路q为时间t内通过导体横截面的电荷量𝑞𝑡反映了I的大小,但不能说I∝q或I∝1𝑡微观式I=nqSv一切电路n:导体单位体积内的自由电荷数q:每个自由电荷的电荷量S:导体横截面积v:电荷定向移动速率从微观上看n、q、S、v决定了I的大小决定式I=𝑈𝑅金属、电解液U:导体两端的电压R:导体本身的电阻I由U、R决定I∝U,I∝1𝑅1电路的基本概念和规律(2)公式R=ρ𝑙𝑆与R=𝑈𝐼的比较比较项目R=ρ𝑙𝑆R=𝑈𝐼意义电阻的决定式电阻的定义式理解说明导体的电阻由ρ、l、S决定,即与l成正比,与S成反比提供了一种测量电阻的方法(伏安法),不能认为R与U成正比,与I成反比适用范围只适用于粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液适用于任何纯电阻导体1电路的基本概念和规律(3)电阻的串联、并联串联电路并联电路电路电流I=I1=I2=…=InI=I1+I2+…+In电压U=U1+U2+…+UnU=U1=U2=…=Un总电阻R总=R1+R2+…+Rn1𝑅总=1𝑅1+1𝑅2+…+1𝑅𝑛功率分配𝑃1𝑃2=𝑅1𝑅2𝑃1𝑃2=𝑅2𝑅11电路的基本概念和规律(4)电功和电热、电功率和热功率的区别与联系意义公式联系电功电流在一段电路中所做的功W=UIt电热电流通过导体产生的热量Q=I2Rt(焦耳定律)电功率单位时间内电流所做的功P=UI【易错警示】含有直流电动机的电路不能简单地认为它一定是一个非纯电阻电路,要从纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化的区别上加以区分。若电动机不转(如电动机转子被卡住),则没有电能转化为机械能,此时电能全部转化为内能,电路中虽然有电动机,但此时的电路仍可当作纯电阻电路处理。1.1(2018湖南常德二模)安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说,电子绕核的运动可等效为环形电流。设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动。下列关于该环形电流的说法正确的是()。A.电流大小为𝑣𝑒2π𝑟,方向沿顺时针方向B.电流大小为𝑣𝑒𝑟,方向沿顺时针方向C.电流大小为𝑣𝑒2π𝑟,方向沿逆时针方向D.电流大小为𝑣𝑒𝑟,方向沿逆时针方向1电路的基本概念和规律C答案1电路的基本概念和规律1.2(2018湖北随州10月月考)已知三个电阻R1=3Ω、R2=2Ω、R3=1Ω,按如图所示连接,则哪两点间的电阻最小?()。A.A与B两点间B.B与C两点间C.A与C两点间D.无法判断答案C1电路的基本概念和规律1.3(2018陕西西安七校联考)(多选)如图所示的电路中,输入电压U恒为12V,灯泡L上标有“6V12W”字样,电动机线圈的电阻RM=0.50Ω。若灯泡恰能正常发光,以下说法中正确的是()。A.电动机的输入功率为12WB.电动机的输出机械功率为12WC.电动机的热功率为2.0WD.整个电路消耗的电功率为22W答案AC2闭合电路欧姆定律(1)闭合电路的欧姆定律2闭合电路欧姆定律(2)路端电压与外电阻的关系一般情况U=IR=𝐸𝑅+𝑟·R=E1+𝑟𝑅,当R增大时,U增大特殊情况(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(3)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,其中纵轴截距表示电动势,横轴截距表示短路电流,斜率的绝对值表示内阻。2闭合电路欧姆定律(4)闭合电路的功率及效率问题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)=𝐸2𝑅+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=𝐸2𝑅(𝑅+𝑟)22闭合电路欧姆定律(4)闭合电路的功率及效率问题P出与外电阻R的关系①当R=r时,电源的输出功率最大为Pm=𝐸24𝑟②当Rr时,随着R的增大输出功率越来越小③当Rr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外电阻R1和R2,且R1R2=r2电源的效率任意电路:η=𝑃出𝑃总×100%=𝑈𝐸×100%纯电阻电路:η=𝑅𝑅+𝑟×100%【易错警示】电源输出功率与电源效率的区别,当输出功率增大时,效率不一定增大,当R=r时,电源有最大输出功率,而效率仅为50%。2.1(2018河北保定一轮)将一电动势为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2闭合电路欧姆定律C答案2.2(2018上海模拟)在如图所示的电路中,闭合开关S,灯L1、L2正常发光。由于电路突然出现故障,发现灯L1变亮,灯L2变暗,电流表的示数变小,根据分析,发生的故障可能是()。A.R1断路B.R2断路C.R3短路D.R4短路2闭合电路欧姆定律A答案2.3(2018辽宁锦州检测)将一电源与一电阻箱连接成闭合回路,测得电阻箱所消耗的功率P与电阻箱读数R变化的曲线如图所示,由此可知()。A.电源最大输出功率可能大于45WB.电源内阻一定等于5ΩC.电源电动势为45VD.电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率大于50%2闭合电路欧姆定律B答案3电阻的伏安特性曲线与电源的伏安特性曲线的比较在恒定电流电路中常会涉及两种U-I图线,一种是电阻的伏安特性曲线(过原点的直线),另一种是电源的伏安特性曲线(斜率为负值的直线)。在求解这类问题时要注意二者的区别。(1)电源的伏安特性曲线是一条斜率为负值的直线,如图甲所示,反映的是电源的特征。纵轴上的截距表示电动势,斜率的绝对值表示内阻,图线上每一点横、纵坐标的乘积为电源的输出功率。(2)电阻的伏安特性曲线是一条过原点的直线,如图乙所示,图线上每一点纵、横坐标的比值为此时外电路的电阻。(3)上述两条曲线在同一坐标系中的交点表示电阻的工作点,即将电阻接在该电源上时,电阻中的电流和两端的电压。【易错警示】利用电源的U-I图象和电阻的U-I图象解题,无论电阻的U-I图象是线性还是非线性,解决此类问题的基本方法是图解法,即把电源和电阻的U-I图线画在同一坐标系中,图线的交点即电阻的“工作点”,即将该电阻接在该电源上时,电阻中的电流和电阻两端的电压。甲乙3.1(2018吉林通化质检)为探究小灯泡L的伏安特性,连好图示的电路后闭合开关,通过移动变阻器的滑片,使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大,直到小灯泡正常发光。由电流表和电压表得到的多组示数描绘出的U-I图象应是图()。2电阻的伏安特性曲线与电源的伏安特性曲线的比较B答案3.2(2018湖北武汉检测)(多选)在如图所示的U-I图象中,直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系图线,直线Ⅱ为某一电阻R的U-I图线,用该电源直接与电阻R连接成闭合电路,由图象可知()。2电阻的伏安特性曲线与电源的伏安特性曲线的比较AD答案A.R的阻值为1.5ΩB.电源电动势为3V,内阻为0.5ΩC.电源的输出功率为3.0WD.电源内部消耗的功率为1.5W非理想电表问题题型一实际电路中电流表内阻不可能为零,电压表内阻也不会是无穷大,电表内阻对电路的影响有时不可忽略。近年来非理想电表对电路的影响、有关电路的计算及非理想电表的非常规接法的应用等问题成为高考的一大热点。【例1】两个定值电阻R1、R2串联接在U=12V的直流电源上,有人把一个内阻不是远大于R1、R2的电压表接在R1的两端,如图所示,电压表的示数为8V,如果把它改接在R2的两端,则电压表的示数将()。非理想电表问题题型一答案解析AA.小于4VB.等于4VC.大于4V而小于8VD.等于或大于8V非理想电表问题题型一当电压表并联在R1两端时,ab间的电阻是R1与电压表内阻RV并联后的等效电阻Rab,RabR1,Rab两端电压为8V,R2两端电压为4V,则Rab=2R2,所以R12R2,由此可以推断,当不用电压表测量时,R2分得的电压小于4V;当把电压表并在R2上时,bc间的电阻Rbc为R2和RV的并联电阻,RbcR2,因而bc间电压一定小于4V,所以A项正确。解析非理想电表问题题型一方法在分析非理想电表问题时,要明确以下两点:(1)电压表的示数等于通过电压表的电流与其自身内阻的乘积,即U=IVRV;电流表的示数等于其两端的电压与其自身内阻之比,即I=𝑈A𝑅A。因此可以将非理想电表当作能显示其电压或电流的电阻看待。(2)当电路中存在非理想电压表时,相当于RV与被测电路并联,起分流作用,故读数比理想电压表偏小;当电路中接入非理想电流表时,相当于RA串联在被测电路中,起分压作用,故读数比理想电流表偏小。【变式训练1】(2018河南信阳模拟)如图甲所示电路中,电压表与内阻相同,与R1并联,的示数U1=3V,的示数U2=2V;现将改为与R2并联,如图乙所示,再接在原来的电源上,那么()。非理想电表问题题型一答案解析AA.的示数必增大,的示数必减小B.的示数必增大,的示数必增大C.的示数必减小,的示数必增大D.的示数必减小,的示数必减小甲乙非理想电表问题题型一解析在图甲中,由R2两端的电压小于R1两端的电压知,R2𝑅1𝑅V𝑅1+𝑅VR1,R串=R2+𝑅1𝑅V𝑅1+𝑅V,在题图乙中,显然𝑅2𝑅V𝑅2+𝑅VR2,R串'=R1+𝑅2𝑅V𝑅2+𝑅V;R串-R串'=R2-R1+𝑅1𝑅V𝑅1+𝑅V-𝑅2𝑅V𝑅2+𝑅V=(𝑅2-𝑅1)(𝑅1𝑅2+𝑅1𝑅V+𝑅2𝑅V)(𝑅1+𝑅V)(𝑅2+𝑅V),因为R2R1,所以R串-R串'0,即R串R串',由闭合电路欧姆定律可知,电压表的示数增大,电压表的示数减小,A项正确。含容电路的分析题型二电容器能储存电荷和电能,在直流电路中,当电容器充电、放电时,所在支路中有充电、放电电流。当电路达到稳定状态时,电容器所在支路可视为断路,简化电路时可去掉。在分析和计算含有电容器的直流电路时,关键是明确电容器两端的电压,其具体方法如下。(1)电路稳定后,由于电容器所在支路无电流通过,电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。如图所示,UC=UAD=U。(2)当电容器和电阻并联后接入电路时,电容器两极间的电压与其并联的电阻两端的电压相等。(3)电路的结构变化时,将会引起电容器的充电、放电。题型二答案解析【例2】如图所示,电源电动势E=24V,内阻不计,R1=R3=R4=40Ω,R2=20Ω,电容器C1、C2分别标有“2μF12V”“8μF30V”字样,开始时S1、S2均断开,且C1、C2均不带电。求:(1)在S1闭合,S2断开,电路稳定后,电容器C1、C2所带电荷量。(2)在S1、S2均闭合,电路稳定后,电容器C1左极板、C2上极板所带电荷量。含容电路的分析(1)01.28×10-4C(2)-2.4×10-5C-3.2×10-5C题型二解析(1)在S1闭合,S2断开,电路稳定后,C1两端电压UC1=0,C1所带电荷量Q1=C1UC1=0C2两端电压UC2=U1=𝐸𝑅