高考物理总复习 第7章 第2讲 闭合电路欧姆定律课件 新人教版

第七章恒定电流第二讲闭合电路欧姆定律1考纲展示1.电源的电动势和内阻(Ⅱ)2.闭合电路的欧姆定律(Ⅱ)复习目标1.理解电动势的概念，能区分电压和电动势．2.理解闭合电路欧姆定律，掌握路端电压和电流的关系，会解决电源的功率问题．3.灵活应用闭合电路欧姆定律分析动态电路及含容电路问题.知识点一电动势1．概念：电动势是电源把正电荷从负极送到正极非静电力所做的功和移送电荷量的比值，E＝，表征的是_________做功的本领．2．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．在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极送到正极．Wq非静电力所做的功知识点二闭合电路欧姆定律1．闭合电路(1)组成(2)内、外电压的关系：E＝．内电路：电源内部的电路，内电阻上所降落的电压称为__________.外电路：电源外部的电路，电源两端电压称为外电压或_________内电压路端电压U外＋U内2．闭合电路的欧姆定律(1)内容：表述一：闭合电路的电流跟成正比，跟内、外电路的成反比．表述二：电动势等于内外电路之和．(2)公式：I＝.电源的电动势电阻之和电势降落ER＋r3．路端电压U随外电阻R变化的讨论电源的电动势和内电阻是由电源本身决定的，不随外电路电阻的变化而改变，而电流、路端电压是随着外电路电阻的变化而改变的．(1)外电路的电阻增大时，I，路端电压．(2)外电路断开时，R＝∞，路端电压U＝.(3)外电路短路时，R＝0，路端电压U＝，I＝_____(短路电流)．减小升高E0Er4．路端电压跟电流强度的关系路端电压跟电流强度的关系是U＝E－Ir，用图象表示如图所示，由图知，路端电压随电流的增加而减小，其函数关系是线性关系．此图象的物理意义是：(1)图线与纵轴的交点对应的电压等于电源的.(2)图线斜率大小代表电源的内阻r，内阻越大，直线倾斜得越厉害；内阻趋近于时，直线趋近于跟横轴平行．(3)图中U与U′分别表示电流为I1时外电压和内电压．从图象可以看出，I增大时，外电压U减小，内电压U′增大，但二者之和保持不变．(4)图中Im代表短路电流，Im＝.电动势E零Er1．电路的动态分析(1)电路的动态分析问题：是指由于断开或闭合开关、滑动变阻器滑片的滑动等造成电路结构发生了变化，某处电路变化又引起其他电路的一系列变化；对它们的分析要熟练掌握闭合电路欧姆定律，部分电路欧姆定律，串、并联电路中电压和电流的关系．(2)电路动态分析的思路基本思想是“部分→整体→部分”．思维流程如下：确定局部电阻的变化―→分析总电阻的变化―→再分析总电流、路端电压的变化―→最后分析局部电压、电流的变化2．电源的输出功率和电源的效率(1)正确区分相关电功率的含义电功率意义公式电源功率指电源提供的全部电功率P总＝EI电源输出功率指电源提供给外电路的功率P出＝UI电源内部消耗功率指电源内电阻消耗的功率P内＝I2r用电器的额定功率指用电器在正常工作条件(即额定电压)下的功率P额＝U额I额用电器的实际功率指用电器在实际电压下消耗的功率P实＝U实I实(2)电源的输出功率P出＝I2R＝E2r＋R2R＝E2R－r2R＋4r(输出功率随外电阻变化的图线如图所示)．①当R＝r时，P出最大＝E24r＝E24R.②当P出＜P出最大时，每个输出功率值对应两个可能的外电阻R1和R2，且r＝R1R2.(请同学们自己证明这一结论)．③R＜r时，P出随R的增大而增大；R＞r时，P出随R的增大而减小．(3)电源的效率η＝I2RI2R＋r＝RR＋r＝11＋rR，η随着R的增大而增大，η－R变化规律如图所示：可见，当R＝r，电源有最大输出功率时，效率仅为50%.(1)当电源的输出功率最大时，其效率η＝50%，当R→∞时η→100%，但此时P出＝0无实际意义．(2)对于内外电路上的固定电阻，其消耗的功率应根据P＝I2R来判断，与输出功率大小的判断方法不同．(2011·海南高考)如图，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，○V与○A分别为电压表和电流表，初始时S0与S均闭合，现将S断开，则()A．○V的读数变大，○A的读数变小B．○V的读数变大，○A的读数变大C．○V的读数变小，○A的读数变小D．○V的读数变小，○A的读数变大解析：电路中各量的动态变化如下：综上知，B正确．答案：B(2011·北京高考)如图所示电路，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电路的动态变化问题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＝ER总＋r可知I增大，由U内＝Ir可知U内增大，由E＝U内＋U外可知U外减小．故电压表示数减小．由U1＝IR1可知U1增大，由U外＝U1＋U2可知U2减小，由I2＝U2R2可知电流表示数变小，故A正确．答案：A【变式训练】1.(2013·洛阳模拟)如图所示的电路中，电源内阻不能忽略，电流表和电压表均为理想电表，下列说法中正确的是()A．若R1短路，电流表示数变小，电压表示数为零B．若R2短路，电流表示数变小，电压表示数变大C．若R3断路，电流表示数为零，电压表示数变大D．若R4断路，电流表示数变小，电压表示数变大解析：若R2短路，电流表示数变小，电压表示数为零，选项A正确；若R2短路，电流表示数变小，电压表示数变小，选项B错误；若R3断路，电流表示数为零，电压表示数变大，选项C正确；若R4断路，电流表示数变大，电压表示数变大，选项D错误．答案：AC如图所示，直线A是电源的路端电压和电流的关系图线，直线B、C分别是电阻R1、R2的两端电压与电流的关系图线，若将这两个电阻分别接到该电源上，则闭合电路的功率和效率A．R1接在电源上时，电源的效率高B．R2接在电源上时，电源的效率高C．R1接在电源上时，电源的输出功率大D．电源的输出功率一样大解析：电源的效率η＝P出P总＝UIEI＝UE，由于UB＞UC，故R1接在电源上时，电源的效率高，A项正确，B项错误；将电阻接在电源上，电阻的U­I图象与电源两端电压与电流关系图象的交点，表示将这个电阻接到此电源上的输出电压和电流，从图象中只可看出电流的数值，由于图线的斜率等于电阻的阻值，由图象可知，R2与电源的内阻相等，所以接在电源上时，R2比R1消耗功率大，故C、D错．答案：A用图象分析电源输出功率和效率1．分析图象问题时，一定要明确图线的含义，即要确定两坐标轴表示的物理意义．2．对闭合电路的UI图象，图线上每一点纵、横坐标的乘积为电源的输出功率；纯电阻电路的图线上每一点纵、横坐标的比值为此时外电路的电阻．3．注意电源输出功率最大与电源效率的区别，输出功率增大时，效率不一定增大，当R＝r时，电源有最大输出功率，而效率仅为50%.【变式训练】2.上题中，根据UI图象中的A、B、C三条图线，可以确定R1∶R2是多少？答案：3∶1解析：根据U­I图象I0＝U0r，12I0＝U0R2＋r，14I0＝U0R1＋r解得：R2＝r，R1＝3r.故R1∶R2＝3∶1.如图所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部．闭合电键S，小球静止时受到悬线的拉力为F，调节R1、R2，关于F的大小判断正确的是含容电路A．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变大B．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变小C．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变大D．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变小解析：保持R1不变，缓慢增大R2时，由于R0和R2串联，R0两端的电压减小，即平行板电容器的两个极板的电压U减小，带电小球受到的电场力F电＝qE＝qUd减小，悬线的拉力F＝mg2＋F2电将减小，A错误，B正确．保持R2不变，缓慢增大R1时，R0两端的电压不变，F电不变，悬线的拉力F不变，C、D错误．答案：B分析含容电路的方法与技巧1．直流电路中的电容：只有当电容器充、放电时，电容器所在支路中才会有电流，当电路稳定时，电容器对电路的作用是断路．2．极板间的电压：电容器跟与它并联的用电器的电压相等，与电容器串联的电阻不分压，电阻两端电压为零．3．充放电电流方向：在充放电时，电容器两根引线上的电流方向是相反的，所以一般根据正极板电荷变化情况来判断电流方向．4．计算带电量的变化：如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量的差；如果变化前后极板带电的电性改变，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和．【变式训练】3.(2013·北京西城期中)电源、开关S、定值电阻R1、光敏电阻R2和电容器连接成如图所示电路，电容器的两平行板水平放置．当开关S闭合，并且无光照射光敏电阻R2时，一带电液滴恰好静止在电容器两板间的M点．当用强光照射光敏电阻R2时，光敏电阻的阻值变小，则()A．液滴向下运动B．液滴向上运动C．电容器所带电荷量减少D．电容器两极板间电压变大解析：当用强光照射光敏电阻R2时，光敏电阻的阻值变小，电流增大，电容器两极板间电压变大，电容器所带电荷量增大，液滴所受电场力增大，液滴向上运动，选项B、D正确．答案：BD(17分)在如图所示的电路中，R1＝2Ω，R2＝R3＝4Ω，当开关S接a时，R2上消耗的电功率为4W，当开关S接b时，电压表示数为4.5V，试求：(1)开关S接a时，通过电源的电流和电源两端的电压；(2)电源的电动势和内电阻；(3)当开关S接c时，通过R2的电流．闭合电路欧姆定律的计算问题当开关接不同触点a、b、c时，电阻R1、R2、R3的连接方式发生了变化，搞清它们之间的连接方式是解题的前提和关键．(1)当S接a时，R1被短路，外电阻为R2，根据电功率公式可得通过电源的电流I1＝PR2＝1A(2分)电源两端的电压U1＝PR2＝4V．(2分)(2)当S接a时，有E＝U1＋I1r＝4＋r①(2分)当S接b时，R1和R2串联，R外′＝R1＋R2＝6Ω(1分)通过电源的电流I2＝U2R1＋R2＝0.75A(1分)这时有：E＝U2＋I2r＝4.5＋0.75r②(2分)解①②式得：E＝6Vr＝2Ω(2分)(3)当S接c时，R总＝R1＋r＋R23＝6Ω(1分)总电流I3＝E/R总＝1A(2分)通过R2的电流I′＝12I3＝0.5A．(2分)答案：(1)4V(2)6V2Ω(3)0.5A(1)不能正确判断本题电路中因开关S的触点位置变化导致电阻连接方式的变化是失误的主要原因．(2)不能灵活应用一些基本公式，如P＝I2R、P＝U2R、E＝U＋Ir等造成计算繁琐．【变式训练】4.如图所示电路，已知R3＝4Ω，闭合开关，电流表读数为0.75A，电压表读数为2V，经过一段时间，一个电阻被烧坏(断路)，使电流表读数变为0.8A，电压表读数变为3.2V，求：(1)哪个电阻发生断路故障；(2)R1的阻值；(3)能否求出电源电动势E和内阻r？如果能，求出结果；如果不能，说明理由．解析：(1)由电压表和电流表示数都增大可以确定R2断路．(2)R2断路后，电压表测量的是R1两端的电压，根据R＝UI，R1＝3.20.8Ω＝4Ω.(3)R2断路前，R3两端的电压为U3＝I1R1－U2＝0.75×4V－2V＝1VI3＝U3R3＝14A＝0.25AR2断路前后，根据闭合电路欧姆定律E＝0.75×4V＋(0.25＋0.75)(R4＋r)E＝3.2V＋0.8(R4＋r)解得E＝4V，R4＋r＝1Ω故只能求出电源电动势E，而不能求出内阻r.答案：(1)R2(2)4Ω(3)见解析