（鲁京津琼）2020版高考物理总复习 第八章 恒定电流 第2讲 闭合电路的欧姆定律课件

第2讲闭合电路的欧姆定律知识排查电源的电动势和内阻(2)物理意义：反映电源通过非静电力做功把其他形式的能转化为______的本领。(3)大小：电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极间的______。1.电动势E(1)定义：电源的非静电力对___________做的功与电量的比值：E＝Wq。移动电荷电能电压2.内电阻r电源内部电路的电阻。闭合电路欧姆定律1.内容闭合电路中的电流跟电源的电动势成______，跟内、外电路中的电阻之和成______。2.表达式I＝________(适用于纯电阻电路)正比反比ER＋r4.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1所示，其中纵轴截距为________，横轴截距为__________，斜率的绝对值为____________。图13.路端电压与外电阻的关系一般情况U＝IR＝ER＋rR＝E1＋rR，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＝Er，U＝0电动势短路电流电源的内阻小题速练1.思考判断(1)电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量。()(2)电动势就是电源两极间的电压。()(3)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。()(4)闭合电路中的短路电流无限大。()(5)电源U－I图象上某点纵、横坐标的乘积对应此时的输出功率。()答案(1)√(2)×(3)√(4)×(5)√图22.手机已是我们生活中普遍使用的通信工具，如图2所示是一种手机电池外壳上的文字说明，由此可知此电池的电动势和待机状态下的平均工作电流分别是()A.4.2V，14.66mAB.4.2V，700mAC.3.7V，14.66mAD.3.7V，700mA答案C解析由手机电池外壳上的文字说明可知，4.2V是充电电压，电池的电动势是3.7V，1700mAh是电池的容量，即放电电流与待机时间的乘积，所以待机状态下平均工作电流I＝1700mAh116h≈14.66mA，选项C正确。3.[人教选修3－1·P63·T1]一个电源接8Ω电阻时，通过电源的电流为0.15A，接13Ω电阻时，通过电源的电流为0.10A，则电源的电动势和内阻分别为()A.2V1.5ΩB.1.5V2ΩC.2V2ΩD.1.5V1.5Ω答案B闭合电路的动态分析1.闭合电路动态分析的方法程序法：遵循“局部—整体—局部”的思路，按以下步骤分析：2.极限法对于因滑动变阻器的滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端来讨论。此时要注意是否出现极值情况，即变化是否是单调变化。图3类型一一般电路的动态分析【例1】(多选)(2019·南开区模拟)在如图3所示的电路中，电源的负极接地，其电动势为E、内电阻为r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，、为理想电流表和电压表。在滑动变阻器滑片P自a端向b端滑动的过程中，下列说法中正确的是()A.电压表示数减小B.电流表示数增大C.电阻R2消耗的功率增大D.a点的电势降低解析法一程序法：P由a端向b端滑动，其阻值减小，则总电阻减小，总电流增大，电阻R1两端电压增大，电压表示数变大，A错误；电阻R2两端的电压U2＝E－I总(R1＋r)，I总增大，则U2减小，I2＝U2R2，I2减小，电流表的示数IA＝I总－I2增大，B正确；由P2＝I22R2知P2减小，C错误；Uab＝φa－φb＝φa＝U2，故φa降低，D正确。法二结论法：由于R3减小，R2与R3并联，则U2、I2均减小，而P2＝I22R2，知P2减小，C错误；Uab＝U2＝φa－φb＝φa减小，D正确；因为R1间接与R3串联，故I1、U1均增大，故电压表示数增大，A错误；根据IA＝I1－I2知IA增大，B正确。法三极限法：设滑片P滑至b点，则R3＝0，φa＝φb＝0，D正确；R2上电压为零，则功率也为零，C错误；当R3＝0时，总电阻最小，总电流最大，R1上电压最大，选项A错误；由于IA＝I1－I2，此时I1最大，I2＝0最小，故IA最大，B正确。答案BD【例2】(2016·全国卷Ⅱ)阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图4所示电路。开关S断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S，电流再次稳定后，C所带的电荷量为Q2。Q1与Q2的比值为()图4类型二含电容器电路的动态分析A.25B.12C.35D.23答案C解析断开S和闭合S后等效电路分别如图甲、乙所示。根据串联电路的电压与电阻成正比可得甲、乙两图中电容器两极板间的电压U1＝15E，U2＝13E，C所带的电荷量Q＝CU，则Q1∶Q2＝3∶5，选项C正确。含电容器电路问题的分析步骤第一步分析清楚电路的串、并联关系第二步确定电容器两极板间的电压。在电容器充电和放电的过程中，欧姆定律等电路规律不适用，但对于充电或放电完毕的电路，电容器的存在与否不再影响原电路，电容器接在某一支路两端，可根据欧姆定律及串、并联规律求解该支路两端的电压U。第三步分析电容器所带的电荷量。针对某一状态，由电容器两端的电压U求电容器所带的电荷量Q＝CU，由电路规律分析两极板电势的高低，高电势板带正电，低电势板带负电。1.(多选)(2019·朝阳模拟)如图5所示，图中的四个电表均为理想电表，当滑动变阻器滑片P向右端移动时，下面说法中正确的是()图5A.电压表V1的读数减小，电流表A1的读数增大B.电压表V1的读数增大，电流表A1的读数减小C.电压表V2的读数减小，电流表A2的读数增大D.电压表V2的读数增大，电流表A2的读数减小答案AD解析滑动变阻器滑片P向右端移动，使得RP变小，总电阻变小，总电流变大，即电流表A1的读数增大。内电压变大，R1所分电压变大，并联电路电压即电压表V1的读数变小。即R3两端电压变小，通过R3的电流变小即电流表A2的读数减小，由于总电流增大，所以经过另外一个支路即经过R2的电流变大，R2两端电压变大，即电压表V2的读数增大，故选项A、D正确。图62.如图6所示，电源电动势为E，内阻为r，平行板电容器两金属板水平放置，开关S是闭合的，两板间一质量为m、电荷量为q的油滴恰好处于静止状态，G为灵敏电流计。则以下说法正确的是()A.在将滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，油滴向上加速运动，G中有从b到a的电流B.在将滑动变阻器滑片P向下移动的过程中，油滴向下加速运动，G中有从b到a的电流C.在将滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，油滴仍然静止，G中有从a到b的电流D.在将S断开后，油滴仍保持静止状态，G中无电流通过答案A解析滑片P向上移动，接入电路的电阻增大，总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律可知，干路电流减小，因U＝E－I(r＋R1)，可知电容器极板间电压变大，油滴受到的静电力增大，油滴向上运动，极板间电压变大，说明电容器充电，G中电流方向从b到a，A正确，B、C错误；将S断开后，电容器放电，G中有电流，电压减小，静电力减小，油滴向下运动，D错误。电源的功率和效率问题1.电源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）2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%图72.纯电阻电路中电源的输出功率P出与外电阻R的关系(1)表达式：P出＝I2R＝E2R（R＋r）2＝E2（R－r）2R＋4r(2)关系图象①如图7所示图象可知：随着外电阻的增大，输出功率先增大后减小，即：a.当Rr时：R↑→P出↑b.当Rr时：R↑→P出↓②当R＝r时，输出功率最大，为Pm＝E24r。③P出Pm时，每个输出功率对应两个不同的外电阻R1和R2，且满足R1R2＝r2，因此需要注意题目可能出现多解的情况。图8【例3】(2019·烟台质检)如图8所示，已知电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，保护电阻R0＝0.5Ω，求：(1)当电阻箱R读数为多少时，保护电阻R0消耗的电功率最大，并求这个最大值；(2)求当电阻箱R读数为多少时，电阻箱R消耗的功率PR最大，并求这个最大值；(3)求电源的最大输出功率。解析(1)保护电阻消耗的功率为P0＝E2R0（r＋R＋R0）2，因R0和r是常量，而R是变量，所以R最小时，P0最大，即R＝0时，P0max＝E2R0（r＋R0）2＝62×0.51.52W＝8W。(2)把保护电阻R0等效为电源内阻，则等效内阻r′＝r＋R0，据以上结论，当R＝r′＝R0＋r即R＝(1＋0.5)Ω＝1.5Ω时，电阻箱R消耗的功率最大，PRmax＝E24（r＋R0）＝624×1.5W＝6W。(3)由电功率公式P出＝ER外＋r2R外＝E2（R外－r）2R外＋4r，当R外＝r时，P出最大，即R＝r－R0＝0.5Ω时，P出max＝E24r＝624×1W＝9W。答案(1)08W(2)1.5Ω6W(3)9W【拓展1】在[例3]中，如果电阻箱R的最大值为3Ω，R0＝5Ω，其他条件不变，求当电阻箱R读数为多少时，电阻箱R的功率最大，并求这个最大值。解析把R0＝5Ω当作电源内阻的一部分，则等效电源内阻r等为6Ω，而电阻箱R的最大值为3Ω，小于6Ω，P＝ER＋r等2R＝E2（R－r等）2R＋4r等，则不能满足R＝r等，当电阻箱R的电阻取3Ω时，R消耗功率最大，最大值为：P＝ER＋r等2R＝43W。答案3Ω43W图9【拓展2】将[例3]的电路改为如图9所示的电路，电源电动势E＝2V，内阻r＝1Ω，电阻R0＝2Ω，可变电阻的阻值范围为0～10Ω。求可变电阻为多大时，R上消耗的功率最大，最大值为多少？解析法一公式法：PR＝U2R，根据闭合电路欧姆定律，路端电压U＝E·R0RR0＋Rr＋R0RR0＋R＝ER0RrR0＋rR＋R0R所以PR＝E2R20R（rR0＋rR＋R0R）2代入数据整理得PR＝164R＋9R＋12当R＝23Ω时，R上消耗的功率最大，PRmax＝23W。法二“等效电源法”：把定值电阻R0等效到电源的内部，则等效电动势E′＝R0R0＋rE，等效内阻r′＝R0rR0＋r，当R＝r′＝R0rR0＋r时，电源对外电路R的输出功率最大PR＝E′24r′。把数值代入各式得：E等＝E′＝R0R0＋rE＝43V；r等＝r′＝R0rR0＋r＝23Ω。所以PR＝E2等4r等＝23W。答案23Ω23W解决最大功率问题的两点注意(1)解决最大功率问题时，要弄清是定值电阻还是可变电阻的最大功率，定值电阻的最大功率用P＝I2R＝U2R分析，可变电阻的最大功率用等效电源法求解。(2)电源输出功率最大时，效率不是最大，只有50%。两类U－I图象的比较与应用两类U－I图象的比较电源的U－I图象电阻的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中的电流随电阻两端电压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Er过坐标轴原点，表示没有电压时电流为零坐标U、I的乘积表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率坐标U、I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(绝对值)电源电阻r电阻大小联系在同一坐标系中，两图线交点的坐标(Un，In)，则其坐标值表示用该电源与该电阻组成回路时的路端电压和电路中的电流，也表示电阻两端电压及其电流；P＝InUn表示此时电源的输出功率，也表示此时电阻的实际功率图10【例4】(2019·津南区模拟)硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点。如图10所示，图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图象(电池内阻不是常量)，图线b是某电阻R的U－I图象。在该光照强度下将它们组成闭合回路时，硅光电池的内阻为()A.5.5ΩB.7.0ΩC.12.0ΩD.12.5Ω解析由欧姆定律得U＝E－Ir，当I＝0时，E＝U，由图线a与纵轴的交点读出电源的电动势为E