高二物理《欧姆定律》重难知识点精析及综合能力强化训练

1高二物理《欧姆定律》重难知识点精析及综合能力强化训练I.重难知识点精析【学习目标】1、理解闭合电路欧姆定律及其表达式并能熟练地用来解决有关的电路问题2、理解路端电压与负载的关系【自主学习】一、闭合电路欧姆定律1、电动势E、外电压U外与内电压U内三者之间的关系________________○1、电动势等于电源___________时两极间的电压○2、用电压表接在电源两极间测得的电压U外___E2、闭合电路欧姆定律○1、内容___________○2、表达式○3常用变形式U外=E-Ir二、路端电压与负载的关系1、路端电压与外电阻的关系○1根据U=E-Ir、I=rRE可知：当R_____时，U增大，当R_____时，U减小○2当外电路断开时，R=∞，I=_____,U=_____当外电路短路时，R=0，I=_____,U=_____2、路端电压与电流的关系图像由U=E-Ir可知，U-I图像是一条向下倾斜的直线如图说出：○1图线与纵轴截距的意义_____________________○2图线与横轴截距的意义_____________________○3图像斜率的意义___________________________○4与部分电路欧姆定律U—I曲线的区别_________________________________________________【典型例题】例1、在图1中R1=14Ω,R2=9Ω.当开关处于位置1时，电流表读数I1=0.2A;当开关处于位置2时，电流表读数I2=0.3A.求电源的电动势E和内电阻r。答案：E=3Vr=1Ω例2、如图2所示，当滑动变阻器R3的滑片C向B方向移动时，电路中各电表示数如何变化？（电表内阻对电路的影响不计）图1图2A1A2A3V2VABV1R1R2R3C2答案：V增大V1减小V2增大A1减小A2增大A3减小例3、如图3所示的电路中，店员电动势为6V，当开关S接通后，灯泡L1和灯泡L2都不亮，用电压表测得各部分电压是Uab=6V,Uad=0,Ucd=6V,由此可断定（）A、L1和L2的灯丝都烧断了B、L1的灯丝都烧断了C、L2的灯丝都烧断了D、变阻器R断路答案：C例4、四节干电池，每节电动势为1.5V，内阻为0.5Ω，用这四节干电池组成串联电池组对电阻R=18Ω的用电器供电，试计算：（1）用电器上得到的电压和电功率；（2）电池组的内电压和在内电阻上损失的热功率.答案：（1）U=5.4V,P=1.62W（2）Ur=0.6V,Pr=0.18W【针对训练】1、如图4所示的电路中，当变阻器R3的滑动触头P向b端移动时（）A、电压表示数变大，电流表示数变小B、电压表示数变小，电流表示数变大C、电压表示数变大，电流表示数变大D、电压表示数变小，电流表示数变小2、如图5是某电源的路端电压U随干路电流I的变化图像，有图像可知，该电源的电动势_____V,内阻为____。3、以太阳能电池板，测得他的开路电压为800mV,短路电流40mA.如将该电池板与一阻值为20Ω的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是（）A、0.10VB、0.20VC、0.30VD、0.40V图3图402468123U/VI/A图534、某学生在研究串联电路的电压时，接成如图6所示电路，接通K后，他将高内阻的电压表并联在A、C两点间时，电压表读数为U,当并联在A、B两点间时，电压表读数也为U,当并联在A、B两点间时，电压表读数为零，则出现此种情况的原因是（R1,R2阻值相差不大）A、AB段断路B、BC段断路C、AB段短路D、BC段短路【能力训练】1、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0.10V，求电源的电动势和内阻。2、电源的电动势为4.5V，为电阻为4.0Ω时，路端电压为4.0V。如果在外电路并联一个6.0Ω的电阻，路端电压是多大？如果6.0Ω的电阻串联在外电路中，路端电压又是多大？3、现有电动势1.5V，内阻1.0Ω的电池多节，准备用一定数量的这种电池串联起来对一个“6.0V,0.6Ω”的用电器供电，以保证用电器在额定状态下工作。问：最少要用几节这种电池？电路中还需要一个定值电阻做分压用，请计算这个电阻的规格。4、关于电源的电动势，下面叙述正确的是（）A、电源的电动势就是接在电源两极间的电压表测得的电压B、同一电源接入不同电路，电动势就会发生变化C、电源的电动势时表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量D、在闭合电路中，党外电阻变大时，路端电压变大，电源的电动势也变大5、如图7所示的电路中，电源的电动势E和内电阻r恒定不变，电灯L恰能正常发光，如果变阻器的滑片向b端滑动，则（）A、电灯L更亮，安培表的示数减小B、电灯L更亮，安培表的示数减大C、电灯L更暗，安培表的示数减小图6图74D、电灯L更暗，安培表的示数减大6、如图8所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的图像，则下属说法中不正确的示（）A、电动势E1=E2，发生短路时的电流I1I2B、电动势E1=E2，内阻r1r2C、电动势E1=E2，内阻r1r2D、当电源的工作电流变化相同时，电源2的路端电压变化较大7、一个电源分别接上8Ω和2Ω的电阻时，两电阻消耗的电功率相等，则电源的内阻为()A、1ΩB、2ΩC、4ΩD、8Ω8、在如图9所示的电路中，电源电动势E=3.0V，内电阻r=1.0Ω；电阻R1=10Ω，R2=10Ω,R3=35Ω,电容器的电容C=100ｕF，电容器原来不带电。求接通电键K后流过R4的总电荷量。9、如图10所示电路中，R1=R2=R3,S断开时，伏特表示数为16V，S闭合时，示数为10V，若伏特表可视为理想的，求：（1）、电源电动势的内阻各位多大？（2）、闭合S前R1消耗的功率分别多大？（3）、如箭电源改为图乙所示电路，其他条件不变，则断开和闭合S时伏特表的示数分别为多大？10、如图11所示，电灯L标有“4V,1W”，滑动变阻器总电阻为50Ω。当滑片滑至某位置时，L恰好正常发光，此时电流表的示数为0.45A。由于外电路发生故障，电灯L突然熄灭，此时电流表的示数变为0.5A，电压表的示数为10V。若导线完好，电路中各出接触良好。试问：2IU01图8图9图105(1)、发生故障的是短路还是断路，发生在何处？(2)、发生故障前，滑动变阻器接入电路的阻值为多大？(3)、电源的电动势和内阻为多大？参考答案针对训练1、B2、E=3Vr=(1/3)Ω3、D4、AD能力训练1、E=1.5Vr=2Ω2、U1=3.84VU2=4V3、5节R=14Ω4.C5.A6.B7.C8.Q=2.0×10-4C9.(1)E=20Vr=5Ω(2)P1=6.4WP2=2.5W(3)U断=8VU闭=5V10.（1）断路L处(2)20Ω(3)12.5V5ΩII.“闭合电路欧姆定律”题型归类分析闭合电路欧姆定律是高中电学的核心内容，是进行电路分析和计算的主要依据，也是历年高考的热点.下面通过例题对闭合电路欧姆定律的题型进行归类分析，希望对同学们有所启发.一、电路的动态分析一个闭合电路就是一个整体，当某一局部电路发生变化时，会使整个电路的总电阻发生变化，随之会引起一系列连锁反应：干路中的总电流变化→电源的内电压变化→路端电压变化→各支路的电压及电流变化.这时，可根据串并联电路的特点、闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律进行分析.例1．如图1所示，当可变电阻R0的滑动片向右移动时，下列判断正确的是：A．电压表的读数变小B．电流表的读数变小C．电压表的读数增大D．电流表的读数增大分析与解：由图可知，当滑动片P向右移动时，R0变大，使整个外电路的电阻R变大，图11R0PAVR1rER2图16根据闭合电路欧姆定律I=E/(R+r)可知电路总电流I减小，路端电压U=E–Ir增大，则电压表的读数变大，选项C正确.根据串联电路的特点，R2两端的电压U2=U–IR1，因U↑、I↓，则U2↑，通过电阻R2的电流I2=U/R2变大.根据并联电路的特点，通过R0的电流I0=I–I2，因I↓、I2↑，则I0↓，电流表的读数变小，选项B正确.故本题的正确选项为B、C.点评：电路动态分析的基本思路是：“部分→整体→部分”，即从某个电阻的变化入手，由串并联规律先判断外电路总电阻的变化情况，然后由闭合电路欧姆定律判断总电流和路端电压的变化情况，最后由部分电路的欧姆定律判断各支路的电流、电压变化情况.二、功率计算1．电源的输出功率：P出=IU=IE–I2r对于外电路是纯电阻的电路，电源的输出功率：P出＝rRrRErRRERI4/)()(22222电源的输出功率随外电阻的变化关系如图2所示，则：①当R=r时，P出max＝rE42②一个输出功率（除最大功率外）P对应于两个不同的外电阻R1和R2，且21RRr.③当Rr时，R↑→P出↑；当Rr时，R↑→P出↓.2．电源的效率：η=％％＝总出100100rRRPP则R↑→η↑，当R=r时，电源的输出功率最大，但效率仅为50％.例2．如图3所示，已知电源的内阻r=2Ω，定值电阻R1=0.5Ω，求：（1）当滑动变阻器R2的阻值为多大时，电阻R1消耗的功率最大？（2）当滑动变阻器R2的阻值为多大时，电源的输出功率最大？（3）当滑动变阻器R2的阻值为多大时，变阻器消耗的功率最大？分析与解：（1）因为R1是定值电阻，其功率P1=I12R1，所以当R2=0时，I1最大，则电阻R1的功率P1最大.（2）当外阻等于内阻时电源的输出功率最大，即R1+R2=r，R2=r–R1=2Ω–0.5Ω=1.5Ω时,电源的输出功率最大.（3）将电阻R1等效到电源内部，此时电源的输出功率就等于变阻器R2消耗的功率，等效电源的输出功率最大时，变阻器消耗的功率也最大.即R2=R1+r=0.5Ω+2Ω=2.5Ω时，变阻器消耗的功率最大.点评：由R=r时电源输出功率最大的理论处理上述问题时，可将某定值电阻充当电源的内阻来处理.例3．如图4所示，电源的电动势E=24V，内阻r=1Ω，电阻R=2Ω，M为直流电动机，其电枢电阻r/=1Ω，电动机正常工作时，其两端所接电压表读数为UV=21V，求电动机转变机械能的功率是多大？分析和解：由闭合电路欧姆定律可得：E=UV+I(R+r)，则：AArRUEIV1122124RP0PmR1R=rR2P0图2R1R2SEr图3RMVE图4r7由能量守恒可知电动机输出的机械功率为：P机=IUV–I2r/=(1×21–12×1)W=20W点评：含电动机的直流电器，已不再是纯电阻电路，此时欧姆定律已不适用.电动机在正常工作时，除了少部分电能转化为内能外，大部分电能转化为机械能，这时电功大于电热，求机械功率或其它形式功率要用能的转化和守恒定律解决.三、含有电容器的电路电容器是一个储存电能的元件，在直流电路中，当电容器充、放电时，电路有充电放电电流.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的元件，在电容器处电路可看作是断路.分析和计算含有电容器的直流电路时，关键是准确地判断和求出电容器两端的电压，其具体方法是：1．确定电容器和哪个电阻并联，该电阻两端的电压即为电容器两端的电压.2．当电容器和某一电阻串联后接在某一电路两端时，此电路两端的电压即为电容器两端的电压，而与电容器串联的电阻可看成导线.例4．如图5所示，E=10V，R1=4Ω，R2=6Ω，C=30μF，电池内阻可忽略.（1）闭合开关S，求稳定后通过R1的电流.（2）然后将开关S断开，求这以后通过R1的电量.分析：电容器稳定后相当于断路，S断开前电容器相当于和R2并联，S断开后，电容器相当于直接接到电源上.S断开前后通过R1的电量即为前后两状态下电容器带电量之差.解：（1）电容器稳定后相当于断路，则：AARREII16410211.（2）断开S前，电容器两端的电压等于R2两端的电压，电压为I1R2，电容器的带电量为：Q1=CI1R2.断开S稳定后总电流为零，电阻R1不分压，可看成导线，电容器两端的电压就等于电源的电动势E