2020版高考物理一轮复习 第八章 恒定电流（第2课时）课件

第八章恒定电流返回导航一、串、并联电路的特点1．特点对比串联并联电流I＝I1＝I2＝…＝InI＝I1＋I2＋…＋In电压U＝U1＋U2＋…＋UnU＝U1＝U2＝…＝Un电阻R＝R1＋R2＋…＋Rn1R＝1R1＋1R2＋…＋1Rn返回导航2.几个常用的推论(1)串联电路的总电阻_____其中任一部分电路的总电阻．(2)并联电路的总电阻_____其中任一支路的总电阻，且小于其中最小的电阻．(3)无论电阻怎样连接，每一段电路的总耗电功率P总是等于各个电阻耗电功率之和．(4)无论电路是串联还是并联，电路中任意一个电阻变大时，电路的总电阻变大．大于小于返回导航二、电源闭合电路的欧姆定律1．电源(1)电动势①计算：非静电力搬运电荷所做的功与搬运的电荷量的比值，E＝Wq；②物理含义：电动势表示电源把其他形式的能转化成_____本领的大小，在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压．(2)内阻：电源内部导体的电阻．电能返回导航2．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、外电阻之和成_____；(2)公式：I＝ER＋r(只适用于纯电阻电路)；(3)其他表达形式①电势降落表达式：E＝U外＋U内或E＝U外＋___；②能量表达式：EI＝UI＋I2r.正比反比Ir返回导航3．路端电压与外电阻的关系(1)一般情况：U＝IR＝ER＋r·R＝E1＋rR，当R增大时，U______；(2)特殊情况：①当外电路断路时，I＝0，U＝____；②当外电路短路时，I短＝Er，U＝0.增大E返回导航三、电路中的功率1．电源的总功率(1)任意电路：P总＝____＝_______＋IU内＝P出＋P内．(2)纯电阻电路：P总＝__________＝E2R＋r.2．电源内部消耗的功率P内＝_____＝IU内＝P总－P出．IEIU外I2(R＋r)I2r返回导航3．电源的输出功率(1)任意电路：P出＝____＝IE－I2r＝P总－P内．(2)纯电阻电路：P出＝I2R＝E2R（R＋r）2.(3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关系①当R＝r时，电源的输出功率最大为Pm＝E24r.②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．IU返回导航考点一电路的动态分析1．动态电路的特点断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动、电阻增大或减小，导致电路电压、电流、功率等的变化．返回导航2．电路动态分析的两种方法(1)程序法：电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路并联分流I串联分压U→变化支路．(2)极限法：即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论．返回导航【例1】如图所示电路，电源内阻不可忽略．开关S闭合后，在滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中()A．电压表与电流表的示数都减小B．电压表与电流表的示数都增大C．电压表的示数增大，电流表的示数减小D．电压表的示数减小，电流表的示数增大返回导航【审题指导】题干关键隐含信息1.R0的滑片下滑R0变小→R外变小→I增大2.电源内阻不可忽略由U外＝E－Ir知U外随I变化A解析：滑动变阻器R0的滑片向下滑动，R0接入电路的电阻变小，电路的总电阻变小，总电流增大，电源的内电压增大，外电压变小，电压表的示数变小，R1两端的电压增大，R2两端的电压变小，电流表的示数变小，A项正确．返回导航【变式1】(2018·安徽黄山模拟)如图所示，虚线框内为高温超导限流器，它由超导部件和限流电阻并联组成．超导部件有一个超导临界电流IC，当通过限流器的电流I＞IC时，将造成超导体失超，从超导态(电阻为零，即R1＝0)转变为正常态(一个纯电阻，且R1＝3Ω)，以此来限制电力系统的故障电流．已知超导临界电流IC＝1.2A，限流电阻R2＝6Ω，小灯泡L上标有“6V6W”的字样，电源电动势E＝8V，内阻r＝2Ω.原来电路正常工作，超导部件处于超导态，灯泡L正常发光，现灯泡L突然发生短路，则()返回导航A．灯泡L短路前通过R2的电流为47AB．灯泡L短路后超导部件将由超导态转化为正常态，通过灯泡的电流为1AC．灯泡L短路后通过R1的电流为43AD．灯泡L短路后通过R2的电流为2A返回导航C解析：标有“6V6W”的小灯泡L正常工作时的电阻R＝U2P＝6Ω，通过灯泡L的电流I＝PU＝1A，超导部件处于超导态，其电阻为零，1A电流全部通过超导部件，即灯泡L短路前通过R2的电流为零，A错误；灯泡L短路后，电流增大超过超导部件的超导临界电流，将由超导态转化为正常态，外电路电阻R′＝R1×R2R1＋R2＝2Ω，由闭合电路欧姆定律可得，通过灯泡的电流I′＝ERr＝2A，B错误；由并联电路电流分配规律可知，灯泡L短路后通过R1的电流为43A，通过R2的电流为23A，C正确，D错误．返回导航考点二电路中的功率及效率问题1．电源的效率η＝IUIE×100%＝UE×100%.2．纯电阻电路P总＝EI＝E2R＋r，P出＝E2（R＋r）2R，η＝PP×100%＝RR＋r×100%.返回导航3．电源的最大输出功率P出＝UI＝I2R＝E2（r＋R）2R＝E2R（R－r）2＋4Rr＝E2（R－r）2R＋4r，由此式可看出，当R＝r时，P出有最大值，即Pm＝E24R＝E24r.P出与外电阻R的函数关系可用如图所示图象表示，由图象可以看出：返回导航(1)当R＝r时，输出功率最大，Pm＝E24r.(2)当R“接近”r时，P出增大，当R“远离”r时，P出减小．(3)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R1R2＝r2.返回导航【例2】如图所示，E＝8V，r＝2Ω，R1＝8Ω，R2为变阻器接入电路中的有效阻值，问：(1)要使变阻器获得的电功率最大，则R2的取值应是多大？这时R2的功率是多大？(2)要使R1得到的电功率最大，则R2的取值应是多大？R1的最大功率是多少？这时电源的效率是多大？(3)调节R2的阻值，能否使电源以最大的功率E24r输出？为什么？返回导航解析：(1)将R1和电源等效为一新电源，则新电源的电动势E′＝E＝8V，内阻r′＝r＋R1＝10Ω，且为定值．利用电源的输出功率随外电阻变化的结论知，当R2＝r′＝10Ω时，R2有最大功率，即P2max＝E24r＝824×10W＝1.6W.(2)因R1是定值电阻，所以流过R1的电流越大，R1的功率就越大．当R2＝0时，电路中有最大电流，即Imax＝ER1＋r＝0.8A，R1的最大功率P1max＝I2maxR1＝5.12W返回导航这时电源的效率η＝R1R1＋r×100%＝80%.(3)不能．因为即使R2＝0，外电阻R1也大于r，不可能有E24r的最大输出功率．答案：(1)10Ω1.6W(2)05.12W80%(3)不能理由见解析返回导航【变式2】(多选)直流电路如图所示，在滑动变阻器的滑片P向右移动时，电源的()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返回导航ABC解析：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可知P总减小，故选项A正确；根据η＝RR＋r×100%＝11＋rR×100%可知选项B正确；由P损＝I2r可知，选项C正确；由P输－R外图象可得，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．返回导航【变式3】(2017宁夏银川2月模拟，17)如图甲所示为某一小灯泡的U－I图线，现将两盏这样的小灯泡并联后再与一个4Ω的定值电阻R串联，接在内阻为1Ω、电动势为3V的电源两端，如图乙所示，则()返回导航A．通过每盏小灯泡的电流约为0.2A，此时每盏小灯泡的电功率约为0.6WB．通过每盏小灯泡的电流约为0.3A，此时每盏小灯泡的电功率约为0.6WC．通过每盏小灯泡的电流约为0.2A，此时每盏小灯泡的电功率约为0.2WD．通过每盏小灯泡的电流约为0.3A，此时每盏小灯泡的电功率约为0.4W返回导航C解析：由图甲可以看出，当通过小灯泡的电流为0.2A时，对应灯泡两端的电压为1V，此时小灯泡的电阻为1V，0.2A＝5Ω，两小灯泡并联后的总电阻R并＝2.5Ω，灯泡两端电压U并＝R并，R总E＝2.5，7.5×3V＝1V，恰好符合串联电路电压关系，则每盏小灯泡的功率PL＝0.2W，则A项错误，C项正确．同理，可知B、D项错误．返回导航考点三对电源U－I图线的理解和应用1．截距纵轴上的截距等于电源的电动势；横轴上的截距等于外电路短路时的电流，即I短＝Er(如图所示)．返回导航2．斜率图线斜率的绝对值等于电源的内阻，即r＝ΔUΔI＝EI，斜率的绝对值越大，表明电源的内阻越大．3．图线上的点图线上任一点对应的U、I的比值为此时外电路的电阻，即R＝UI.4．面积面积UI为电源的输出功率，而电源的总功率P总＝EI，P总－P出＝EI－UI为电源的发热功率．返回导航【例3】(多选)如图所示，直线A为电源的U－I图线，直线B和C分别为电阻R1、R2的U－I图线，用该电源分别与R1、R2组成闭合电路时，电源的输出功率分别为P1、P2，电源的效率分别为η1、η2，则()A．P1P2B．P1＝P2C．η1η2D．η1η2BC解析：P1＝U1I1＝4×2W＝8W，P2＝U2I2＝2×4W＝8W，选项A错误，B正确；η1＝U1I1EI1，η2＝U2I2EI2，可得η1η2，选项C正确，D错误．返回导航【变式4】如图，直线A为某电源的U－I图线，曲线B为某小灯泡L1的U－I图线的一部分，用该电源和小灯泡L1串联起来组成闭合回路时灯泡L1恰能正常发光，则下列说法中正确的是()A．此电源的内电阻为23ΩB．灯泡L1的额定电压为3V，额定功率为6WC．把灯泡L1换成阻值恒为1Ω的纯电阻，电源的输出功率将变小D．由于小灯泡L1的U－I图线是一条曲线，所以灯泡发光过程中欧姆定律不适用返回导航B解析：由图象知，电源的内阻为r＝ΔUΔI＝416Ω＝0.5Ω，A错误；因为灯L1正常发光，故灯L1的额定电压为3V，额定功率为P＝UI＝3×2W＝6W，B正确；正常工作时，灯L1的电阻为R1＝UI＝1.5Ω，换成R2＝1Ω的纯电阻后，该电阻更接近电源内阻r，故电源的输出功率将变大，C错误；小灯泡是纯电阻，适用欧姆定律，其U－I图线是一条曲线的原因是灯泡的电阻随温度的变化而发生变化，故D错误．返回导航【变式5】(2018·河南南阳一中模拟)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(电池内阻不是常数)，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返回导航A解析：由欧姆定律得U＝E－Ir，当I＝0时，E＝U，由a与纵轴的交点读出电源的电动势为E＝3.6V．根据两图线交点处的状态可知，电阻的电压为U＝2.5V，电流为I＝0.2A，则硅光电池的内阻为r＝E－UI＝3.6－2.50.2Ω＝5.5Ω，故A正确．返回导航考点四含电容器电路的分析1．电路简化把电容器所处的支路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上．2．电容器的电压(1)电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压．(2)电容器所在的支路中没有电流，与之串联的电阻无电压，相当于导体．返回导航3．电容器的电量及变化(1)利用Q＝UC计算电容器初、末状态所带的电量Q1和Q2；(2)如果变化前后极板带电的电性相同，通过所连导线的电量为Q1－Q2；(3)如果变化前后极板带电的电性相反，通过所连导线的电量为Q1＋Q2.返回导航【例4】(2016·全国卷Ⅱ·17)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()A.25B.12C.35D