浙江专用高中物理第二章恒定电流2_7闭合电路的欧姆定律学案新人教版.docx

第7节闭合电路的欧姆定律研究学考明确要求知识内容闭合电路的欧姆定律考试要求学考c选考d基本要求1.知道闭合电路(全电路)的构成。能识别闭合电路中的内电路、外电路、内电阻、外电阻、内电压、路端电压(外电压)。2知道闭合电路欧姆定律。3知道路端电压和内电压之和等于电源的电动势。发展要求1.能将实际电源分解成不计内阻的理想电源和内阻两部分。2理解路端电压与电流的关系，知道断路时的路端电压值等于电源电动势。3能结合其他电学知识解决简单的综合性问题。4能分析外电路为简单的串、并联电路的动态电路问题。说明不要求分析外电路为混联电路的动态电路问题。基 础 梳 理1如图1所示，将电源和用电器用导线连接起来，就构成闭合电路。图1(1)外电路：如图1所示，电源外部的电路称为外电路，其电阻称为外电阻，电压称为外电压。外电压常称为路端电压。(2)内电路：如图1所示，电源内部的电路称为内电路。其电阻称为内电阻，电压称为内电压。(3)闭合电路中电流的流向：外电路中电流由电源正极流向负极，内电路中电流由电源负极流向正极。特别提醒外电路沿电流方向电势降低，内电路沿电流方向电势升高。2闭合电路的欧姆定律(1)内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。(2)公式：I或EIRIr或EU外U内。(3)适用条件：、适用于外电路为纯电阻电路，适用于一切电路。3路端电压和外电阻的关系(1)当外电阻R增大时，根据I可知，总电流I减小，内电压Ir减小，根据UEIr可知，路端电压U增大。当外电路断开时，路端电压UE。(2)当外电阻R减小时，根据I可知，总电流I增大，内电压Ir增大，根据UEIr可知，路端电压U减小。外电路短路即R0时，电路中的电流I，U0。4外电压U与电流I的关系图2由UEIr可知，UI图象是一条斜向下的直线，如图2所示。(1)图象中U轴截距E表示电源的电动势。(2)I轴截距I0等于短路电流。(3)图线斜率的绝对值表示电源的内阻，即r|。特别提醒(1)两种特殊情况：当外电路断开时，电流I变为零，UE。这就是说，断路时的路端电压等于电源电动势。当电源两端短路时，外电阻R0，此时I。(2)短路电流很大，会烧坏电源，甚至引起火灾，所以绝对不允许将电源两极直接用导线连接。典 例 精 析【例1】 一电池具有一定的电阻，经测量其断路时的电压为1 V，如果用导线将其短路，经测量电流为0.05 A。如果将该电池与一定值电阻R串联在一起，已知R20 ，则电池的内阻所分得的电压为()A0.4 V B0.5 VC1 V D0.8 V解析由已知条件得E1 V，又I短，所以r 20 ，所以U内Irr20 V0.5 V，B正确。答案B即 学 即 练2图3是根据某次实验记录数据画出的UI图象，下列关于这个图象的说法中正确的是()图3A纵轴截距表示待测电源的电动势，即E3.0 VB横轴截距表示短路电流，即I短0.6 AC根据rE/I短，计算出待测电源内电阻为5 D根据r，计算出待测电源内电阻为2 解析UI图线纵轴截距表示电动势E3.0 V，A正确；横轴截距点坐标为(0.6 A,2.4 V)，因此不是短路时电流，B、C错误；由UEIr或r知D错误。答案A基 础 梳 理1各部分功率关系分析由EItI2RtI2rt知(1)电源的功率(电源的总功率)PEEI；(2)电源的输出功率P出UI；(3)电源内部消耗的功率PrI2r；(4)功率关系：PEP出Pr。2电源输出功率特点当外电路为纯电阻电路时讨论如下：(1)P出UII2RR，由此式可看出，当Rr时，P出有最大值，即Pm。图4(2)电源输出功率与外电阻的关系图象，如图4所示。当Rr时，输出功率最大，P出。当Rr时，若R增大，则P出减小。除Rr外，图象上总有两点输出功率P出相等，如图中R1与R2，则由()2R1()2R2整理得R1R2r2。特别提醒当外电阻增大时，输出功率可能增大也可能减小，关键是看外电阻的初始值与电源内阻的关系。3电源的效率(1)定义：输出功率跟电路消耗的总功率的比值，即。(2)如果外电路为纯电阻电路，则，所以外电路电阻越大，电源效率越高。特别提醒当电源输出功率最大时Rr，50%4部分电路欧姆定律的UI图象与闭合电路欧姆定律的UI图象。图5中a为电源的UI图象，b为外电阻的UI图象。图5(1)两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压；(2)以交点和原点的连线为对角线的矩形的面积表示输出功率；(3)当a、b斜率相等时，即内、外电阻相等时，图中矩形面积最大，即输出功率最大。可以看出此时路端电压是电动势的一半，电流是最大电流的一半。典 例 精 析【例2】 如图6所示，直线A为电源的UI图线，直线B和C分别为电阻R1和R2的UI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1、2，则()图6AP1P2BP12D12。答案C电源的伏安特性曲线与电阻的伏安特性曲线的交点坐标含义是，电源与这个电阻构成闭合回路时电路中的电流和电源两端电压。即 学 即 练2如图7所示，直线a为电源的UI图线，直线b为电阻R的UI图线，用该电源和该电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和电源的效率分别为()图7A4 W,33.3% B2 W,33.3%C4 W,67% D2 W,67%解析根据直线a可知，电源电动势E3 V，内阻r0.5 ，根据直线b可知，电阻R1 。当用该电源和该电阻组成闭合电路时，干路电流IE/(rR)2 A，电源的输出功率P出I2R4 W，总功率P总IE6 W，所以，电源的效率P出/P总0.6767%。选项C正确。答案C基 础 梳 理1解决闭合电路动态变化问题，应按照局部整体局部的程序进行分析。2基本思路：电路结构的变化R的变化R总的变化I总的变化U内的变化U外的变化固定支路变化支路。(1)对于固定不变的部分，一般按照欧姆定律直接判断。(2)对于变化的部分，一般应根据分压或分流间接判断。(3)涉及变阻器滑动引起的电路变化问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论。典 例 精 析【例3】 在如图8所示的电路中，R1为定值电阻，R2为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r，设电流表的读数为I，电压表的读数为U，当R2的滑动触头向图中a端移动时()图8AI变大，U变小 BI变大，U变大CI变小，U变大 DI变小，U变小解析当R2的滑动触头向图中a端移动时，R2接入电路的电阻变小，电路的总电阻就变小，总电流变大，路端电压变小，即电压表的读数U变小；电流表的读数I变小，故选项D正确。答案D(1)由局部电阻变化判断总电阻的变化。(2)由I判断总电流的变化。(3)根据UEIr判断路端电压的变化。(4)由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分电路电压及电流的变化。即 学 即 练3如图9所示的电路，闭合开关S，待电路中的电流稳定后，减小R的阻值。则下列说法正确的是()图9A电流表的示数减小B电压表的示数减小C电阻R2两端的电压减小D路端电压增大解析题图中的电路结构是R1与R先并联，再与R2串联，故RR总I干U内U外。R2两端电压U2I干R2，U2增大，所以R与R1的并联电压减小，读数减小，故A、C、D错误，B正确。答案B基 础 梳 理在直流电路中，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，电容器处电路可看做是断路，简化电路时可去掉它。1电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压降低，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压。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电阻两端的电压相等。3电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充(放)电。如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电容器两端电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。典 例 精 析【例4】 如图10所示，电源电动势E10 V，内阻可忽略，R14 ，R26 ，C30 F，求：图10(1)S闭合后，稳定时通过R1的电流；(2)S原来闭合，然后断开，这个过程中流过R1的电荷量。解析(1)S闭合后，电路稳定时，R1、R2串联，易求I1 A，即为通过R1的电流。(2)S闭合时，电容器两端电压UCU2IR26 V，储存的电荷量Q1CUC。S断开至达到稳定后电路中电流为零，此时UCE，储存的电荷量Q1CUC。很显然电容器上的电荷量增加了QQQCUCCUC1.2104 C。电容器上电荷量的增加是在S断开以后才产生的，这只有通过R1这条途径实现，所以流过R1的电荷量就是电容器带电荷量的增加量。答案(1)1 A(2)1.2104 C(1)首先确定电路的连接关系及电容器和哪部分电路并联。(2)根据欧姆定律求并联部分的电压即为电容器两极板间的电压。(3)最后根据公式QCU或QCU，求电荷量及其变化量。即 学 即 练4. (2018台州教学质量检测)竖直放置的一对平行金属板A和B，在A极板上用绝缘线悬挂了一个带正电的小球，将平行金属板按图11所示的电路图连接。当滑动变阻器R的滑片在a、b位置时，电流表的读数分别为I1、I2，稳定后绝缘线与左极板的夹角分别为1、2，则()图11A12，I1I2 B12，I1I2C12，I1I2 D12，I1I2解析电容器在直流电路中相当于断路，所以电流只通过滑动变阻器与电源形成回路，而两极板间的电压为与两极板并联的部分滑动变阻器上所分得的电压，所以滑片由a移至b时，电路总电阻未改变，故电路中电流不变，即I1I2，极板两端电压增大，板间电场强度E增大，故增大，即12，C正确。答案C1如图12所示，当开关S断开时，电压表示数为3 V，当开关S闭合时，电压表示数为1.8 V，则外电阻R与电源内阻r之比为()图12A53 B35 C23 D32解析S断开时，电压表的示数等于电源的电动势，即：E3 V。S闭合时，U外1.8 V，所以U内EU外1.2 V。因U外IR，U内Ir，所以RrU外U内1.81.232。答案D2如图13所示，电源为“9 V、1 ”的电池组，要将“4 V,4 W”的灯泡接入虚线框中，在正常发光的条件下，最多能接()图13A2个 B3个C4个 D5个解析要使灯光正常发光，灯泡两端电压为4 V，每个灯泡的工作电流为1 A。当滑动变阻器接入电路的电阻为零时，所接灯泡最多，此时电源内电压为5 V，电路中的总电流为5 A，所以最多只能接5个灯泡。答案D3如图14为a、b两个电源路端电压随通过电源电流变化的曲线，由图可知()图14A电源a的内电阻较小，电动势较大B电源a的内电阻较大，电动势较大C电源b的内电阻较大，电动势较小D电源b的内电阻较大，电动势较大解析UI图象与纵坐标的截距表示电源电动势，所以EaEb，图象斜率的绝对值表示电源的内阻，所以rarb，故B正确。答案B4(2017浙江名校协作体模拟)许多人造卫星都用太阳能电池供电。太阳能电池由许多片电池板组成。某电池板不接负载时电压是600 V，短路电流是30 A。下列说法错误的是()A该电池板电动势约为600 VB该电池板内阻约为20 C该电池板最大输出功率为4.5109 WD该电池板最大输出效率为50%答案D1(2018浙江浦江中学模拟)在学习电源一节时，很多同学对电源电压和电动势及路端电压不是很理解，下列说法正确的是()A电源电动势就是路端电压B电源电动势是表征电源对外供电的能力C电源电动势在数值上等于路端电压D电源电动势在数值上等于电源开路时电源的路端电压，这也是粗略测量电动势的一种方法，即直接用电压表去测一节没有接入电路的干电池的电压解析电源电动势是指电源将其他形式能转化为电能的本领，在物理学中是指将1库仑的正电荷从负极移到正极非静电力所做的功，因为电源内部还存在内阻，内部还存在消耗，电源的电动势在数值上等于断路时的路端电压，故A、B、C错误，D正确。答案D2一太阳能电池板，测得它的开路电压为800 mV，短路电流为40 mA。若将该电池板与一阻值为20 的电阻连成一闭合电路，则它的路端电压是()A0.10 V B0.20 V C0.30 V D0.40 V解析由已知条件得：E800 mV。又因I短，所以r 20 。所以UIRR20 mV400 mV0.40 V，选项D正确。答案D3有两个阻值相同都为R的电阻，串联起来接在电动势为E的电源上，通过每个电阻的电流为I，若将这两个电阻并联起来，仍接在该电源上，此时通过一个电阻的电流为2I/3，则该电源的内阻是()AR BR/2 C4R DR/8解析由闭合电路欧姆定律得，两电阻串联时I，两电阻并联时I，解得r4R，故选项C正确。答案C4如图1所示是一实验电路图，在滑动触头由a端滑向b端的过程中，下列表述正确的是()图1A路端电压变小B电流表的示数变大C电源内阻消耗的功率变小D电路的总电阻变大解析滑动触头由a滑向b的过程中，总电阻变小，D错误；干路电流变大，路端电压变小，A正确；内阻消耗的功率变大，C错误；定值电阻R3上电压降低，电流表示数变小，B错误。答案A5如图2所示的图线表示某电池组的输出电压与电流的关系(UI图线)，图线表示其输出功率与电流的关系(PI图线)。则下列说法正确的是()图2A电源的电动势为50 VB电源的内阻为 C电流为2.5 A时，外电路的电阻为20 D输出功率为120 W时，输出电压是25 V解析电池组的输出电压和电流的关系为UEIr，显然直线斜率的大小等于r，纵轴的截距为电池组的电动势，从图中看出纵轴截距为50 V，斜率的大小r 5 ，A正确，B错误；当电流为I12.5 A时，回路中电流I1，解得外电路的电阻R外15 ，C错误；当输出功率为120 W时，由图中PI关系图线看出对应干路电流为4 A，再从UI图线中读取对应的输出电压为30 V，D错误。答案A6如图3所示电路，电源内阻不可忽略。开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中()图3A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，电流表的示数增大解析由变阻器R0的滑动端向下滑可知R0连入电路的有效电阻减小，则R总减小，由I可知I增大，由U内Ir可知U内增大，由EU内U外可知U外减小，故电压表示数减小。由U1IR1可知U1增大，由U外U1U2可知U2减小，由I2可知电流表示数减小，故A正确。答案A7在如图4所示电路中，电源的电动势E9 V，内阻可忽略不计；A、B为滑动变阻器的两端，其电阻R30 ；L为一小灯泡，其额定电压U6 V，额定功率P1.8 W；S为开关，开始时滑动变阻器的触头位于B端，现在接通开关S，然后将触头缓慢地向A端滑动，当到达某一位置C时，小灯泡恰好正常发光。则C、B之间的电阻应为()图4A10 B20 C15 D5 解析本题中小灯泡恰好正常发光，说明此时通过小灯泡的电流达到额定电流I额 A0.3 A，两端电压达到额定电压U额6 V，而小灯泡和电源、滑动变阻器的AC部分串联，则通过滑动变电阻AC部分的电流与通过小灯泡的电流相等，故RAC 10 ，所以RCBRRAC20 。答案B8如图5所示，电阻R120 ，电动机的内阻R210 。当开关断开时，电流表的示数为I00.5 A，开关闭合后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，则电流表的示数I和电路消耗的电功率P的值正确的是()图5AI1.5 A BI1.5 ACP15 W DP(II0)2R2，所以II0 A0.5 A1.5 A，所以电流表的示数I1.5 A，选项A、B错误；电路消耗的电功率PUI101.5 W15 W，选项C错误，D正确。答案D9如图6所示的电路中，闭合开关S，滑动变阻器的滑片P向左移动，下列判断正确的是()图6A电流表数变小，电压表示数变大B小灯泡L变亮C电容器C所带的电荷量减少D电源的总功率变大解析闭合开关S，滑动变阻器的滑片P向左移动，则滑动变阻器接入电路的电阻增大，外电路的总电阻增大，由闭合电路欧姆定律I可知电路中的总电流减小，路端电压(UEIr)增大，则电流表示数变小，电压表示数变大，小灯泡L变暗，选项A正确，B错误；电容器两端的电压UCEI(RLr)，因为I减小，所以UC增大，电容器所带的电荷量(QCUC)增加，选项C错误；电源的总功率PIE，I减小，则总功率减小，选项D错误。答案A10(2017宁波十校联考)锂电池因能量密度高，绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中，现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图7所示，充电器的输出电压为U，输出电流为I，手机锂电池的内阻为r，下列说法正确的是()图7A电能转化为化学能的功率为UII2rB充电器输出的电功率为UII2rC锂电池产生的热功率为I2rD锂电池两端的电压为Ir解析充电器充电时，电能转化为