2018年高考物理一輪復習 第八章 恒定電流 第2講 電動勢 閉合電路的歐姆定律教學案（含解析）

第2講電動勢閉合電路的歐姆定律Ø 教材知識梳理一、電源電動勢與內阻1電動勢(1)定義：電源在內部移動電荷過程中，_與移動電荷的_的比值(2)定義式：_，單位為_(3)物理意義：反映電源把其他形式的能轉化為_的本領(通常認為電動勢不變)2內阻：電源內部也是導體，其電阻稱為_二、閉合電路的歐姆定律1內容：閉合電路中的電流跟_成正比，跟_成反比2表達式：_，只適用于純電阻電路3路端電壓：UEIr.答案：一、1.(1)非靜電力對電荷做的功W電荷量q (2)EV(3)電能2電源內阻二、1.電源的電動勢內、外電路中的電阻之和2I【思維辨析】(1)不管什么電路，只要其中一個電阻增大，則總電阻增大，總電阻一定大于任意一個電阻()(2)電動勢的大小反映了電源把電能轉化為其他形式的能的本領強弱()(3)電動勢等于電源的路端電壓()(4)閉合電路中外電阻越大，路端電壓越大()(5)在閉合電路中，外電阻越大，電源的輸出功率越大()答案：(1)(×)(2)(×)(3)(×)(4)()(5)(×)Ø 考點互動探究 考點一電阻的串、并聯(lián)1串、并聯(lián)電路的幾個常用結論(1)當n個等值電阻R0串聯(lián)或并聯(lián)時，R串nR0，R并R0.(2)串聯(lián)電路的總電阻大于電路中任意一個電阻，并聯(lián)電路的總電阻小于電路中任意一個電阻(3)在電路中，某個電阻增大(或減小)，則總電阻增大(或減小)(4)某電路中無論電阻怎樣連接，該電路消耗的總電功率始終等于各個電阻消耗的電功率之和2電壓表、電流表的改裝改裝為大量程電壓表改裝為大量程電流表原理串聯(lián)電阻分壓并聯(lián)電阻分流改裝原理圖分壓電阻或分流電阻UIgRIgRg，所以RRgIgRg(IIg)R，所以R改裝后的電表內阻RVRRg>RgRA<Rg考向一串、并聯(lián)電路的特點1 2016·寧德質檢 電阻R1和R2分別標有“2 1.0 A”和“4 0.5 A”，將它們串聯(lián)后接入電路中，如圖8­23­1所示，則此電路中允許消耗的最大功率為()圖8­23­1A1.5 W B3.0 W C5.0 W D6.0 W答案：A解析 由題意可知，兩電阻串聯(lián)后能通過的最大電流為I0.5 A，則電路允許消耗的最大電功率為PI2(R1R2)1.5 W，A正確考向二電路的簡化2 在如圖8­23­2所示的電路中，電源電壓U15 V，電阻R1、R2、R3的阻值均為10 ，S為單刀三擲開關，求下列各種情況下電壓表的讀數(shù)(1)開關S接A.(2)開關S接B.(3)開關S接C.圖8­23­2解析 (1)開關S接A，電壓表被短路，電壓表測量的是導線上的電壓，U10.(2)開關S接B，R1與R2串聯(lián)，電壓表測量的是R1兩端的電壓，U2R17.5 V.(3)開關S接C，R2與R3并聯(lián)再與R1串聯(lián)，電壓表測量的是R1兩端的電壓，U3R110 V.點評 (1)基本原則：電勢相等的點可合并可拆分；導線可任意長短；無電流的支路可去除；理想電流表可視為短路，理想電壓表可視為斷路；電路穩(wěn)定時電容器可視為斷路(2)基本方法：等電勢法：首先找出各等勢點，并用同一字母標注，不同電勢點用不同字母標注，并按電勢高低排列各點，最后將所有元件畫在相應的兩序號間獨立分支法：先將各結點用字母標上，判定各支路元件的電流方向，按電流流向確定各獨立支路，然后加工整理即可考向三電流表和電壓表的改裝3 2015·北京卷 如圖8­23­3所示，其中電流表A的量程為0.6 A，表盤均勻劃分為30個小格，每一小格表示0.02 A；R1的阻值等于電流表內阻的；R2的阻值等于電流表內阻的2倍若用電流表A的表盤刻度表示流過接線柱1的電流值，則下列分析正確的是()圖8­23­3A將接線柱1、2接入電路時，每一小格表示0.04 AB將接線柱1、2接入電路時，每一小格表示0.02 AC將接線柱1、3接入電路時，每一小格表示0.06 AD將接線柱1、3接入電路時，每一小格表示0.01 A答案：C解析 電流表和電阻R1并聯(lián)，R1的電阻值為電流表內阻的，則由并聯(lián)電路特點可知，通過電流表的電流IA是通過R1的電流的，則IAI總，其中I總為干路電流所以可以用電流表上的0.02 A的一個小格表示總電流0.06 A所以選項C正確點評 電表的改裝并沒有改變表頭的滿偏電流和滿偏電壓，改裝后的電壓表量程是表頭指針滿偏時，表頭與串聯(lián)電阻兩端電壓之和，改裝后的電流表量程是表頭指針滿偏時，表頭與并聯(lián)電阻電流之和在已知改裝后的量程求串聯(lián)或并聯(lián)電阻時，根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點求解即可 考點二閉合電路的功率及效率問題電源總功率任意電路：P總EIP出P內純電阻電路：P總I2(Rr)電源內部消耗的功率P內I2rP總P出電源的輸出功率任意電路：P出UIP總P內純電阻電路：P出I2RP出與外電阻R的關系電源的效率任意電路：×100%×100%純電阻電路：×100%由P出與外電阻R的關系圖像可知：當Rr時，電源的輸出功率最大，為P出m.當Rr時，隨著R的增大輸出功率越來越小當Rr時，隨著R的增大輸出功率越來越大當P出P出m時，每個輸出功率對應兩個外電阻R1和R2，且R1R2r2.4 如圖8­23­4所示，已知電源電動勢E5 V，內阻r2 ，定值電阻R10.5 ，滑動變阻器R2的阻值范圍為010 .(1)當滑動變阻器R2的阻值為多大時，電阻R1消耗的功率最大？最大功率是多少？(2)當滑動變阻器的阻值為多大時，滑動變阻器消耗的功率最大？最大功率是多少？(3)當滑動變阻器的阻值為多大時，電源的輸出功率最大？最大功率是多少？圖8­23­4解析 (1)定值電阻R1消耗的電功率P1I2R1當滑動變阻器的阻值R20時，R1消耗的功率最大最大功率P1m2 W.(2)電源的等效內阻rR1r2.5 ，當滑動變阻器的阻值R2r2.5 時，滑動變阻器消耗的功率最大最大功率P2m2.5 W.(3)當R1R2r，即R2rR1(20.5) 1.5 時，電源有最大輸出功率最大輸出功率P出m3.125 W.式題 (多選)2016·南昌調研 在如圖8­23­5所示的電路中，電源內阻不能忽略，當移動滑動變阻器滑片時，電流表示數(shù)變大，則()圖8­23­5A電源的總功率一定增大B電源的輸出功率一定增大C電源內部消耗的功率一定減小D電源的效率一定減小答案：AD解析 滑片移動時，電流表示數(shù)變大，可知滑片向右移動，電路的總電阻減小，總電流增大，因此電源的總功率增大，電源的效率減小，A、D正確；電源內阻消耗的功率增大，輸出的功率變化不確定，B、C錯誤點評 (1)解決最大功率問題時，要弄清是定值電阻還是可變電阻的最大功率，定值電阻的最大功率用PI2R分析，可變電阻的最大功率用等效電源法求解(2)電源輸出功率最大時，效率不是最大，只有50%. 考點三電路的動態(tài)分析根據(jù)閉合電路的歐姆定律和串聯(lián)、并聯(lián)電路的特點來分析電路中某電阻變化引起整個電路中各部分電學量的變化情況，常見的方法有：1程序法2直觀法(1)當外電路的任何電阻變大(或變小)時，總電阻變大(或變小)(2)控制開關使串聯(lián)的電阻增多時，電阻變大，使并聯(lián)的電阻增多時，電阻變小3“并同串反”規(guī)律所謂“并同”，即某一電阻增大時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大，反之則減小所謂“串反”，即某一電阻增大時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端的電壓、電功率都將減小，反之則增大4極限法即因變阻器滑片滑動引起電路變化的問題，可將變阻器的滑片分別滑至兩個極端去討論考向一一般的動態(tài)分析問題5 (多選)2016·長沙四校聯(lián)考 如圖8­23­6所示，圖中的四個電表均為理想電表，當滑動變阻器滑片P向右端移動時，下面說法中正確的是()圖8­23­6A電壓表V1的讀數(shù)減小，電流表A1的讀數(shù)增大B電壓表V1的讀數(shù)增大，電流表A1的讀數(shù)減小C電壓表V2的讀數(shù)減小，電流表A2的讀數(shù)增大D電壓表V2的讀數(shù)增大，電流表A2的讀數(shù)減小答案：AD解析 滑動變阻器滑片P向右端移動，使得RP變小，總電阻變小，總電流變大，即電流表A1的讀數(shù)增大內電壓變大，R1所分電壓變大，并聯(lián)電路電壓即電壓表V1的讀數(shù)變小即R3兩端電壓變小，通過R3的電流變小即電流表A2的讀數(shù)減小，由于總電流增大，所以經(jīng)過另外一個支路即經(jīng)過R2的電流變大，R2兩端電壓變大，即電壓表V2的讀數(shù)增大，A、D項正確考向二電路故障的分析6 (多選)在如圖8­23­7所示的電路中，由于某一電阻發(fā)生短路或斷路，A燈變暗，B燈變亮，則故障可能是()圖8­23­7AR1短路 BR2斷路CR3斷路 DR4短路答案：BC解析 由于A燈串聯(lián)于干路中，且故障發(fā)生后，A燈變暗，故知電路中總電流變小，即電路總電阻變大，由此推知，故障應為某一電阻斷路，排除選項A、D.假設R2斷路，則其斷路后，電路總電阻變大，總電流變小，A燈變暗，同時R2斷路必引起與之并聯(lián)的B燈中電流變大，使B燈變亮，推理結果與現(xiàn)象相符，故選項B正確假設R3斷路，則總電阻變大，總電流變小，使A燈變暗，同時R3斷路也必引起與之并聯(lián)的電路(即R1所在支路)中電流增大，B燈中分得的電流也變大，B燈變亮，故選項C正確點評 (1)斷路特點：表現(xiàn)為路端電壓不為零而電流為零(2)短路特點：用電器或電阻發(fā)生短路，表現(xiàn)為有電流通過電路但它兩端電壓為零考向三閉合電路中U與的分析7 (多選)如圖8­23­8所示，電路中定值電阻阻值R大于電源內阻阻值r.將滑動變阻器滑片向下滑動，理想電壓表V1、V2、V3示數(shù)變化量的絕對值分別為U1、U2、U3，圖8­23­8理想電流表A示數(shù)變化量的絕對值為I，則()AA的示數(shù)增大BV2的示數(shù)增大CU3與I的比值大于rDU1大于U2答案：ACD解析 滑片向下滑動，連入電路中的電阻R變減小，由I，A表示數(shù)增大，A項正確；V2表測量的是電源的路端電壓，U2EIr減小，B項錯誤；U3EIrIR，則有U3I×(Rr)，U3與I的比值等于Rr，大于r，C項正確；U2I×r，U1I×R，又因為題目知R>r，得U1大于U2，D項正確點評 分析U時，根據(jù)電路中所有電阻消耗的電壓和是不變的，這部分電路消耗的電壓減小多少，另一部分電路消耗的電壓就增大多少，分析時一定要根據(jù)電路的特點找電阻不變的部分進行分析考向四含容電路的處理8 2016·全國卷 阻值相等的四個電阻、電容器C及電池E(內阻可忽略)連接成如圖8­23­9所示電路開關S斷開且電流穩(wěn)定時，C所帶的電荷量為Q1；閉合開關S，電流再次穩(wěn)定后，C所帶的電荷量為Q2.Q1與Q2的比值為()圖8­23­9A. B. C. D.答案：C解析 由已知條件及電容定義式C可得：Q1U1C，Q2U2C，則.S斷開時等效電路如圖甲所示甲U1·E×E；S閉合時等效電路如圖乙所示，乙U2·EE，則，故C正確 規(guī)律總結(1)電路的簡化：不分析電容器的充、放電過程時，把電容器所處的支路視為斷路，簡化電路時可以去掉，求電荷量時再在相應位置補上(2)電路穩(wěn)定時電容器的處理方法：電路穩(wěn)定后，與電容器串聯(lián)的電路中沒有電流，同支路的電阻相當于導線，即電阻不起降低電壓的作用，與電容器串聯(lián)的電阻視為等勢體電容器的電壓為與之并聯(lián)的電阻兩端的電壓(3)電容器所帶電荷量的變化的計算：如果變化前后極板帶電的電性相同，那么通過所連導線的電荷量等于初、末狀態(tài)電容器所帶電荷量之差；如果變化前后極板帶電的電性相反，那么通過所連導線的電荷量等于初、末狀態(tài)電容器所帶電荷量之和考點四對電源U­I圖線的理解和應用兩種圖像的比較電源U­I圖像電阻U­I圖像圖形物理意義電源的路端電壓隨電路電流的變化關系電阻兩端電壓隨電阻中的電流的變化關系截距與縱軸交點表示電源電動勢E，與橫軸交點表示電源短路電流過坐標軸原點，表示電流為零時兩端電壓為零坐標U、I的乘積表示電源的輸出功率表示電阻消耗的功率坐標U、I的比值表示外電阻的大小，不同點對應的外電阻大小不同每一點對應的比值均等大，表示此電阻的大小斜率的絕對值電源內阻r電阻大小9 如圖8­23­10所示，直線A為某電源的U­I圖線，曲線B為某小燈泡的U­I圖線，用該電源和小燈泡組成閉合電路時，電源的輸出功率和電源的總功率分別是()圖8­23­10A4 W，8 W B2 W，4 W C2 W，3 W D4 W，6 W答案：D解析 用該電源和小燈泡組成閉合電路時，電源的輸出功率P出UI2×2 W4 W，電源的總功率P總EI3×2 W6 W，D項正確式題 (多選)如圖8­23­11所示，直線A為電源的U­I圖線，直線B和C分別為電阻R1、R2的U­I圖線，用該電源分別與R1、R2組成閉合電路時，電源的輸出功率分別為P1、P2，電源的效率分別為1、2，則()圖8­23­11AP1>P2 BP1P2 C1>2 D1<2答案：BC解析 P1U1I14×2 W8 W，P2U2I22×4 W8 W，A項錯誤，B項正確；1，2，可得12，C項正確，D項錯誤 方法技巧兩圖線的交點表示電源的路端電壓與用電器兩端的電壓相等，通過電源的電流與通過用電器的電流相等，故交點表示該電源單獨對該用電器供電的電壓和電流【教師備用習題】1飛行器在太空飛行，主要靠太陽能電池提供能量若一太陽能電池板，測得它的開路電壓為800 mV，短路電流為40 mA.若將該電池板與一阻值為20 的電阻連成一閉合電路，則它的路端電壓是()A0.10 V B0.20 V C0.30 V D0.40 V解析 D電源沒有接入外電路時，路端電壓值等于電源電動勢，所以電動勢E800 mV.由閉合電路歐姆定律得短路電流I短，所以電源內阻r 20 ，該電源與20 的電阻連成閉合電路時，電路中電流I mA20 mA，所以路端電壓UIR400 mV0.4 V，D項正確2如圖所示，電源為“9 V1 ”的電池組，要將“4 V4 W”的燈泡接入虛線框中，在正常發(fā)光的條件下，最多能接()A2個 B3個 C4個 D5個解析 D要使燈泡正常發(fā)光，燈泡兩端電壓為4 V，每個燈泡的工作電流為1 A當滑動變阻器接入電路的電阻為零時，所接燈泡最多，此時電源內電壓為5 V，電路中的總電流為5 A，所以最多能接5個燈泡3電源的效率定義為外電路電阻消耗的功率與電源的總功率之比在“測電源電動勢和內阻”的實驗中得到的實驗圖線如圖所示圖中U為路端電壓，I為干路電流，a、b為圖線上的兩點，相應狀態(tài)下電源的效率分別為a、b.由圖可知a、b的值分別為()A.、 B.、 C.、 D.、解析 D由U­I圖像可知，若電源的電動勢為6U0，則a、b兩點處對應的路端電壓分別為4U0、2U0，電源的效率，所以a，b.4如圖所示，電路中R1、R2均為可變電阻，電源內阻不能忽略，平行板電容器C的極板水平放置閉合開關S，電路達到穩(wěn)定時，帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動如果僅改變下列某一個條件，油滴仍能靜止不動的是()A增大R1的阻值B增大R2的阻值C增大兩板間的距離D斷開開關S解析 B為了保證帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動，就要使電容器兩板之間的場強E不變電路穩(wěn)定后，和電容器相串聯(lián)的電阻對電容器兩端的電壓不產(chǎn)生影響，而增大R1的阻值將使電容器兩端的電壓增大，根據(jù)E可知，E增大，A項錯誤；增大R2的阻值，電容器兩端的電壓不變，E不變，B項正確；增大兩板間的距離，E減小，C項錯誤；斷開開關S，電容器兩端的電壓發(fā)生改變，D項錯誤5(多選)如圖所示的電路中，電源電動勢為12 V，內阻為2 ，四個電阻的阻值已在圖中標出閉合開關S，下列說法正確的有()A路端電壓為10 VB電源的總功率為10 WCa、b間電壓的大小為5 VDa、b間用導線連接后，電路的總電流為1 A 解析 AC設四個電阻的等效電阻為R路，由得R路10 ，由閉合電路歐姆定律知，I1 A，設路端電壓為U，則UIR路1 A×10 10 V，選項A正確；電源的總功率PEI12 W，選項B錯誤；設電源負極電勢為0 V，則a點電勢a0.5 A×5 02.5 V，b點電勢b0.5 A×15 07.5 V，則a、b兩點的電勢差Uabab2.5 V7.5 V5 V，所以a、b間電壓的大小為5 V，選項C正確；當將a、b兩點用導線連接后，由于導線沒有電阻，此時a、b兩點電勢相等，電路總電阻為9.5 ，電流I A，故選項D錯誤6(多選)一個T形電路如圖所示，電路中的電阻R110 ，R2120 ，R340 .另有一測試電源，電動勢為100 V，內阻忽略不計則()A當c、d端短路時，a、b之間的等效電阻是40 B當a、b端短路時，c、d之間的等效電阻是40 C當a、b兩端接通測試電源時，c、d兩端的電壓為80 VD當c、d兩端接通測試電源時，a、b兩端的電壓為80 V解析 AC當c、d端短路時，等效電阻RR140 ，A正確；當a、b端短路時，等效電阻RR2128 ，B錯誤；當a、b兩端接通測試電源時，根據(jù)歐姆定律得I A2 A，所以UcdIR380 V，C正確；當c、d兩端接測試電源時，I A A，UabIR325 V，D錯誤7(多選)2016·衡水中學模擬 在如圖所示的圖像中，直線為某一電源的路端電壓與電流的關系圖像，直線為某一電阻R的U­I圖線用該電源直接與電阻R相連組成閉合電路由圖像可知()A電源的電動勢為3 V，內阻為0.5 B電阻R的阻值為1 C電源的輸出功率為2 WD電源的效率為66.7%解析 ABD圖線與縱軸的交點表示電源電動勢E為3 V，圖線的斜率的絕對值表示電源內阻r為0.5 ，A項正確；圖線的斜率表示電阻R的阻值為1 ，B項正確；由、圖線的交點坐標可知電流I2 A，路端電壓U2 V，電源輸出功率PUI4 W，C項錯誤；電源效率×100%66.7%，D項正確8(多選)如圖所示電路中，電源內阻忽略不計閉合開關，電壓表示數(shù)為U，電流表示數(shù)為I；在滑動變阻器R1的滑片P由a端滑到b端的過程中()AU先變大后變小BI先變小后變大CU與I比值先變大后變小DU變化量與I變化量比值等于R3解析 BC據(jù)題意，由于電源內阻不計，電壓表的示數(shù)總是不變，故選項A錯誤；滑片滑動過程中，R1兩部分并聯(lián)的阻值先增大后減小，電壓不變，所以電流表示數(shù)先減小后增大，故選項B、C正確；由于電壓表示數(shù)沒有變化，故選項D錯誤92016·上海靜安期末 如圖所示電路中，燈L標有“6 V3 W”，定值電阻R14 ，R210 ，電源內阻r2 ，當滑片P滑到最下端時，電流表讀數(shù)為1 A，此時燈L恰好正常發(fā)光，試求：(1)滑動變阻器最大值R；(2)當滑片P滑到最上端時，電流表的讀數(shù)；(3)當滑片P位于滑動變阻器的中點時，變阻器消耗的功率答案 (1)12 (2)2 A(3)3.84 W解析 (1)燈L的電阻：RL 12 當P滑到下端時，R2被短路，燈L與整個變阻器R并聯(lián)，此時燈正常發(fā)光，通過燈L的電流為：IL A0.5 A通過變阻器R的電流為IRIIL1 A0.5 A0.5 A即滑動變阻器最大值RRL12 (2)電源電動勢EIR1r1×(426) V12 V當P滑到上端時，燈L、變阻器R及電阻R2都被短路，此時電流表的讀數(shù)為：I A2 A(3)P位于變阻器的中點時，燈L與并聯(lián)后再與R1串聯(lián)此時：R并 4 I總 A1.2 A并聯(lián)部分的電壓為：U并I總R并1.2×4 V4.8 V變阻器上消耗的功率為：PR W3.84 W.15