高考物理总复习 第八章 恒定电流 第二节 电路 闭合电路的欧姆定律测试题-人教版高三全册物理试题.doc
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1、第二节电路闭合电路的欧姆定律 学生用书P148【基础梳理】一、串、并联电路的特点1特点对比串联并联电流II1I2InII1I2In电压UU1U2UnUU1U2Un电阻RR1R2Rn电压与电流分配电压与各部分电路的电阻成正比电流与各支路的电阻成反比功率分配与各部分电路的电阻成正比与各支路的电阻成反比2.几个常用的推论(1)串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻(2)并联电路的总电阻小于其中任一支路的总电阻(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,电路的总电阻变大二、电源的电动势和内阻1电动势(1)定义
2、:电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功(2)表达式:E(3)物理意义:反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量2内阻:电源内部也是由导体组成的,也有电阻,叫做电源的内阻,它是电源的另一重要参数三、闭合电路欧姆定律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3路端电压U与电流I的关系(1)关系式:UEIr(2)UI图象如图所示当电路断路即I0时,纵坐标的截距为电源电动势当外电路电压为U0时,横坐标的截距为短路电流图线的斜率的绝对值为电源的内阻【自我诊断】 判一判(1)电路中某电阻的阻值最大,该电阻的功率不一定最大(
3、)(2)电路中只有一个电阻增大时,电路的总电阻不一定增大()(3)电流表改装时,并联的电阻越小,改装后的量程越大()(4)电动势就是电源两极间的电压()(5)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()(6)闭合电路中的短路电流无限大()(7)电源UI图象上某点纵、横坐标的乘积对应此时的输出功率()提示:(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7) 做一做(多选)如图所示为某一电源的UI图线,由图可知()A电源电动势为2 VB电源内电阻为 C电源短路时电流为6 AD电路路端电压为1 V时,电路中电流为5 A提示:AD 想一想当Rr时,电源的输出功率最大,则此时电源的效率是不是最
4、大?提示:不是由100%可知,当Rr时,50%,故此时效率不是最大电路的动态分析学生用书P149【知识提炼】1电路动态分析的方法(1)程序法:基本思路是“部分整体部分”即(2)极限法: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动端分别滑至两个极端去讨论(3)串反并同法:“串反”是指某一电阻增大(或减小)时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(或增大)“并同”是指某一电阻增大(或减小)时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(或减小)2电路故障问题的分析方法与技巧(1)故障特点断路特点:表现为电路中的两点间电压不为零而电流为零,并且这
5、两点与电源的连接部分没有断点短路特点:用电器或电阻发生短路,表现为有电流通过电路但其两端电压为零(2)检查方法电压表检测:如果电压表示数为零,则说明可能在并联路段之外有断路,或并联路段短路欧姆表检测:当测量值很大时,表示该处是断路,当测量值很小或为零时,表示该处是短路在运用欧姆表检测时,电路一定要切断电源电流表检测:当电路中接有电源时,可用电流表测量各部分电路上的电流,通过对电流值的分析,可以确定故障的位置在运用电流表检测时,要注意电流表的极性和量程假设法:将整个电路划分为若干部分,然后逐一假设某部分电路发生某种故障,运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理【典题例析】(多选)如图,电路中定值
6、电阻阻值R大于电源内阻阻值r.将滑动变阻器的滑片向下滑动,理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为U1、U2、U3,理想电流表A示数变化量的绝对值为I,则()AA的示数增大BV2的示数增大CU3与I的比值大于r DU1大于U2审题指导先分析电路的结构,当滑动变阻器连入电路的阻值变化时,会引起V1、V2、V3、A表的变化,结合图形得出的含义解析变阻器滑片向下滑动,连入电路中的电阻R变减小,由I,A表示数增大,故A正确;V2表测量的是电源的输出电压,U2EIr减小,故B错误;由于R是定值电阻,则R,如图甲所示,又由U2EIr,则r,如图乙所示,所以,U1IR,U2Ir,又因Rr,得U1大
7、于U2,故D正确;同理,U3EI(rR),rR,故C正确答案ACD1“串反并同法”的注意事项:“串反并同法”的应用条件为单变量电路对于多变量引起的电路变化,若各变量对同一对象分别引起的效果相同,则该方法适用;若各变量对同一对象分别引起的效果不相同,则“串反并同法”不适用2电路中断路与短路的故障分析方法:首先要确定是哪个部分出现了什么问题,如果是短路,则直接当成一根导线处理;如果是断路,则直接像开关一样断开该条线路,由于电路结构被破坏,需要重新绘画电路图,然后运用动态电路分析方法去分析,但要注意电路被破坏后电表从支路转为干路还是从干路转为支路,分析时要有理有据,常用的依据有欧姆定律以及电阻的串、
8、并联规律等 【迁移题组】 迁移1一般直流电路的动态分析1(多选)(2018上海杨浦区模拟)如图所示的电路中,E为电源电动势,r为电源内阻,R1和R3均为定值电阻,R2为滑动变阻器当R2的滑片在ab的中点时合上开关S,此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑片向a端移动,则下列说法正确的是()A电源的总功率减小BR3消耗的功率增大CI1增大,I2减小,U增大DI1减小,I2不变,U减小解析:选AC.法一:程序法将滑动变阻器的滑片向a端移动,滑动变阻器接入电路中的电阻增大,电路中的总电阻增大,电路中的总电流I减小,电源的总功率PEI减小,R3消耗的功率P3I2R3减小,选
9、项A正确,B错误;电路中的总电流减小,由UEIr知电源的路端电压U增大,R1、R2并联部分的总电阻增大,电压增大,通过R1的电流I1增大,而总电流I减小,则通过R2的电流I2减小,选项C正确,D错误法二:串反并同法将滑动变阻器的滑片向a端移动,滑动变阻器接入电路中的电阻增大,与其串联的电流表A2的示数减小,与其间接串联的电源的总功率、R3消耗的功率均减小,A正确,B错误;与其间接并联的电流表A1、电压表V的示数均增大,C正确,D错误 迁移2含容电路的动态分析2(2018石家庄模拟)在如图所示的电路中,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,C为电容器,
10、A、V为理想电流表和电压表在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中,下列说法中正确的是()A电压表示数变小B电流表示数变小C电容器C所带电荷量增多Da点的电势降低解析:选D.在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中,变阻器接入电路的电阻减小,外电路总电阻减小,干路电流I增大,电阻R1两端电压增大,则电压表示数变大电阻R2两端的电压U2EI(R1r),I增大,则U2变小,电容器两板间电压变小,其带电荷量减小根据外电路中顺着电流方向,电势降低,可知a点的电势大于零a点的电势等于R2两端的电压,U2变小,则a点的电势降低,通过R2的电流I2减小,通过电流表的电流IAII2,I增大,I2减小,
11、则IA增大,即电流表示数变大,A、B、C错误,D正确 迁移3电路故障的分析3(多选)在探究电路故障时,某实验小组设计了如图所示的电路,当电键闭合后,电路中的各用电器正常工作,经过一段时间,发现小灯泡A的亮度变暗,小灯泡B的亮度变亮则下列对电路故障的分析正确的是()A可能是定值电阻R1短路B可能是定值电阻R2断路C可能是定值电阻R3断路D可能是定值电阻R4短路解析:选BC.由于小灯泡A串联于干路中,且故障发生后小灯泡A变暗,可知电路中总电流变小,即电路总电阻变大,由此推知,故障应为某一电阻断路,排除选项A、D.若R2断路,则R1和小灯泡B所在支路的电压增大,而R2的断路又使小灯泡B分配的电压增大
12、,故小灯泡B变亮,选项B对;若R3断路,必引起与之并联的支路(即R1所在支路)中电流增大,小灯泡B分得的电流也变大,小灯泡B变亮,故选项C对对闭合电路欧姆定律的理解和应用学生用书P150【知识提炼】在恒流电路中常会涉及两种UI图线,一种是电源的伏安特性曲线(斜率为负值的直线),另一种是电阻的伏安特性曲线(过原点的直线)求解这类问题时要注意二者的区别电源UI图象电阻UI图象关系式UEIrUIR图形物理意义电源的路端电压随电流的变化关系电阻两端电压与电阻中的电流的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
13、电阻消耗的功率坐标U、I的比值表示外电阻的大小表示该电阻的大小斜率(绝对值)电源电阻r的大小若图象为过原点的直线,图象斜率表示电阻的大小两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【典题例析】在如图甲所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1100 ,R2的阻值未知,R3是滑动变阻器,在其滑片从最左端滑至最右端的过程中,测得电源的路端电压U随电流I的变化图线如图乙所示,其中图线上的A、B两点是滑片在滑动变阻器的两个不同端点时分别得到的求:(1)电源的电动势和内电阻;(2)定值电阻R2的阻值;(3)滑动变阻器R3的最大值思路分析解答本题时应把握以
14、下两点:(1)UI图线的物理意义(2)图线上A、B两点对应电路中滑动变阻器的位置解析(1)由闭合电路欧姆定律得EUIr将图线上A、B两点的U、I值代入得E160.2r,E40.8r解得E20 V,r20 .(2)当R3的滑片自左向右滑动时,R3的有效阻值变小,电路中的总电阻变小,总电流变大,由此可知,图线上的A、B两点分别对应滑片位于最左端和最右端当滑片位于最右端时,R30,R1被短路,外电路电阻即为R2,故由B点的U、I值得R2 5 .(3)当滑片在最左端时,R3的有效阻值最大,并对应着图线上的A点,故由A点的U、I值可求出此时外电路的电阻,再根据串、并联电路的规律求出R3的最大值R外 80
15、 ,又R外R2代入数据解得滑动变阻器的最大值R3300 .答案(1)20 V20 (2)5 (3)300 (1)电源的UI图象(路端电压与电流的关系图象)关系式:UEIr.用图象表示如图所示aUI图象是一条斜向下的直线b纵轴的截距等于电源的电动势E;横轴的截距等于外电路短路时的电流I0.c直线斜率的绝对值等于电源的内阻,即r. (2)非线性元件有关问题的求解,关键在于确定其实际电压和电流,确定方法如下:先根据闭合电路欧姆定律,结合实际电路写出元件的电压U随电流I的变化关系在原UI图象中,画出U、I关系图象两图象的交点坐标即为元件的实际电流和电压若遇到两元件串联或并联在电路中,则要结合图形看电压
16、之和或电流之和确定其实际电流或实际电压的大小【迁移题组】 迁移1闭合电路欧姆定律的计算1飞行器在太空飞行,主要靠太阳能电池提供能量若有一太阳能电池板,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 的电阻器连成一闭合电路,则它的路端电压是()A0.10 VB0.20 VC0.30 V D0.40 V解析:选D.电源没有接入外电路时,路端电压值等于电源电动势,所以电动势E800 mV.由闭合电路欧姆定律得短路电流I短,所以电源内阻r 20 ,该电源与20 的电阻连成闭合电路时,电路中电流I mA20 mA,所以路端电压UIR400 mV0.4 V,D正确 迁移2
17、UI图象与IU图象的对比2(多选)如图所示的UI图象中,直线为某电源的路端电压与电流的关系图线,直线为某一电阻R的UI 图线,用该电源直接与电阻R连接成闭合电路,由图象可知()AR的阻值为1.5 B电源电动势为3 V,内阻为0.5 C电源的输出功率为3.0 WD电源内部消耗功率为1.5 W解析:选AD.由于电源的路端电压与电流的关系图线和电阻R的UI图线都为直线,所以电源的路端电压与电流的关系图线的斜率的绝对值等于电源内阻,r1.5 ;电阻R的UI图线的斜率等于电阻R的阻值,R1.5 ,选项A正确,B错误;电源的路端电压与电流的关系图线和电阻R的UI图线交点纵、横坐标的乘积表示电源的输出功率,
18、电源的输出功率为PUI1.51.0 W1.5 W,选项C错误;由EIPPr解得电源内部消耗的功率为PrEIP3.01.0 W1.5 W1.5 W,选项D正确电源的功率和效率学生用书P151【知识提炼】电源总功率任意电路:P总EIP出P内纯电阻电路:P总I2(Rr)电源内部消耗的功率P内I2rP总P出电源的输出功率任意电路:P出UIP总P内纯电阻电路:P出I2RP出与外电阻R的关系电源的效率任意电路:100%100%纯电阻电路:100%【典题例析】(2018西安模拟)如图所示,E8 V,r2 ,R18 ,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
19、?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的最大功率是多大?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输出?为什么?解析(1)将R1和电源(E,r)等效为一新电源,则新电源的电动势EE8 V内阻rrR110 ,且为定值利用电源的输出功率随外电阻变化的结论知,当R2r10 时,R2有最大功率,即P2max W1.6 W.(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R20时,电路中有最大电流,即Imax0.8 AR1的最大功率P1maxIR15.12 W这时电源的效率100%80%.(3)不能因为即使R20,外电
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