（北京专用）2020版高考物理总复习 第十章 第2讲 闭合电路欧姆定律课件

第2讲闭合电路欧姆定律一电源的电动势和内阻二闭合电路及其欧姆定律知识梳理考点一电路的动态分析考点二电路中的功率及效率考点三电源和电阻的U-I图像的比较深化拓展考点四含电容器电路的分析知识梳理一、电源的电动势和内阻1.电动势(1)电源:电源是通过非静电力做功把①其他形式的能转化成②电势能的装置。(2)电动势:非静电力搬运电荷所做的功与搬运的电荷量的比值,E=③ ,单位:V。(3)电动势的物理含义:电动势表示电源④把其他形式的能转化成电势能本领的大小,在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。Wq2.内阻:电源内部的电路叫⑤内电路,其也有电阻r,叫做电源的⑥内电阻,它是电源的另一重要参数。二、闭合电路及其欧姆定律1.闭合电路(1)组成 (2)内、外电压的关系:E=①U外+U内。:,:,()内电路电源内部的电路内电阻所分担的电压称为内电压外电路电源外部的电路其两端电压称为外电压或路端电压2.闭合电路欧姆定律(1)内容:闭合电路中的电流跟电源的电动势成②正比,跟内、外电路的电阻之和成③反比。(2)公式 (3)路端电压与外电阻的关系a.负载R增大→I减小→U内④减小→U外⑤增大,外电路断路时(R→无穷),I=0,U外=E。()()EIRrEUU外内只适用于纯电阻电路适用于任何电路b.负载R减小→I增大→U内⑥增大→U外⑦减小,外电路短路时(R=0),I= ,U内=E。(4)U-I关系图:由U=E-Ir可知,路端电压随着电路中电流的增大而减小,U-I关系图线如图所示。 Era.当电路断路即I=0时,纵轴的截距为⑧电动势。b.当外电路电压为U=0时,横轴的截距为⑨短路电流。c.图线的斜率的绝对值为电源的⑩内电阻。 1.有关电压与电动势的说法中正确的是 (D)A.电压与电动势的单位都是伏特,所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法B.电动势就是电源两极间的电压C.电动势公式E= 中的W与电压U= 中的W是一样的,都是静电力做的功D.电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能的本领强弱的物理量WqWq解析电压和电动势的单位虽然相同,但它们表示的意义不同,电压是表示静电力做功,将电能转化为其他形式能的本领大小的物理量;而电动势则表示电源把其他形式能转化为电势能本领大小的物理量,故电压和电动势是两个不同的物理量,A、B错,D正确;电动势E= 中的W是非静电力做功,电压U= 中的W是静电力做功,C错。WqWq2.飞行器在太空飞行,主要靠太阳能电池提供能量。若一太阳能电池板,测得它的开路电压为800mV,短路电流为40mA。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 (D)A.0.10VB.0.20VC.0.30VD.0.40V解析电源的开路电压等于电源电动势,所以电动势E=800mV。由闭合电路欧姆定律得短路电流I短= ,所以电源内阻r= = Ω=20Ω,该电源与20Ω的电阻连成闭合电路时,电路中电流I= = mA=20mA,所以路端电压U=IR=400mV=0.40V,D项正确。ErEI短33800104010ERr80020203.(2017丰台一模)在如图所示电路中,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在滑动变阻器R2的滑动端由b向a缓慢滑动的过程中,下列说法正确的是 (D)A.电流表的示数增大B.电压表的示数减小C.电容器C的电容增大D.电容器C所带电荷量增大解析滑动端由b向a滑动的过程中,R2接入电路部分的阻值增大,由闭合电路欧姆定律可知电流表的示数减小,A项错误;由串联电路的分压规律可知电压表的示数增大,B项错误;由Q=CU可知,D项正确;电容器的电容由自身结构决定,跟它的带电荷量或它两端电压大小无关,故C项错误。深化拓展考点一电路的动态分析1.程序法:基本思路是“部分→整体→部分”,无论电阻间是串联还是并联,只要有一个电阻变大(或变小),R总一定变大(或变小),再由欧姆定律判知I总和U端的变化情况,先确定串联在干路中定值电阻两端的电压,再根据U端=U1+U2+…判定并联电路的电压,最后由部分电路欧姆定律判知各部分物理量的变化情况。2.“并同串反”法:所谓“并同”,即某一电阻增大时,与它并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大;某一电阻减小时,与它并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。所谓“串反”,即某一电阻增大时,与它串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小;某一电阻减小时,与它串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大。要注意“并同串反”的规律仅作为一种解题技巧供参考。4.特殊值法:对于某些双臂环路问题,可以代入特殊值去判定,从而找出结论。 3.极限法:对于因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论。1-1(2018朝阳期末)在如图所示的电路中,闭合开关后,当滑动变阻器R1的滑片P向a端移动时 (A)A.A1、A2的示数都减小B.A1、A2的示数都增大C.A1的示数增大,A2的示数减小D.A1的示数减小,A2的示数增大解析当R1的滑片P向a端移动时,R1接入电路的阻值增大,外电路总电阻R外增大,干路电流I减小,故A1示数减小,则路端电压U=E-Ir增大,由I2= 得I2增大,而I=I2+I1,可见I1减小,电流表A2示数减小,故B、C、D选项均错误,只有A选项正确。2UR1-2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 (A)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,电流表的示数增大答案A在变阻器R0的滑动端向下滑动过程中,其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E=U内+U外可知U外减小,故电压表示数减小。由UR1=IR1可知UR1增大,由U外=UR1+U并可知U并减小,由I2= 可知电流表示数变小,故A正确。ERr总2UR并考点二电路中的功率及效率1.电源的功率(1)电源的总功率①任意电路:P总=EI=U外I+U内I=P出+P内。②纯电阻电路:P总=I2(R+r)= 。(2)电源内部消耗的功率:P内=I2r=U内I=P总-P出。(3)电源的输出功率:①任意电路:P出=UI=EI-I2r=P总-P内。2ERr②纯电阻电路:P出=I2R= = 。输出功率随R的变化关系:a.当R=r时,电源的输出功率最大,为Pm= 。b.当Rr时,随着R的增大,输出功率越来越小。c.当Rr时,随着R的增大,输出功率越来越大。d.P出Pm时,每个输出功率对应两个不同的外电阻R1和R2,且满足R1R2=r2。22()ERRr22()4ERrrR24Ere.P出与R的关系如图: 2.讨论、分析电阻消耗功率大小的方法(1)定值电阻:求解定值电阻消耗的最大功率时,根据P=I2R可知,电流最大时消耗功率最大。(2)可变电阻:求解可变电阻消耗的最大功率时,不能套用上述方法,因为电流随电阻的变化而变化,此时,可以利用电源的输出功率与外电阻的关系进行求解。也可采用等效电源法将用电器获得最大功率问题转化为等效电源输出最大功率问题。3.电源的效率η= ×100%= ×100%= ×100%= ×100%,因此当R增大时,效率η提高,当R=r,即电源有最大输出功率时,效率仅为50%。η-R图像如图所示。 PP出总UERRr11rR2-1(多选)直流电路如图所示,在滑动变阻器的滑片P向右移动时,电源的 (ABC)A.总功率一定减小B.效率一定增大C.内部损耗功率一定减小D.输出功率一定先增大后减小解析滑片P向右移动时外电路电阻R外增大,由闭合电路欧姆定律知总电流减小,由P总=EI可得P总减小,故选项A正确。根据η= =可知选项B正确。由P损=I2r可知,选项C正确。如图为P输-R外图像,因不知道R外的初始值与r的关系,所以无法判断P输的变化情况,选项D错误。RRr外外11rR外2-2(2018北京理综,23)如图1所示,用电动势为E、内阻为r的电源向滑动变阻器R供电。改变滑动变阻器R的阻值,路端电压U与电流I均随之变化。 (1)以U为纵坐标,I为横坐标,在图2中画出变阻器阻值R变化过程中U-I图像的示意图,并说明U-I图像与两坐标轴交点的物理意义。(2)a.请在图2画好的U-I关系图线上任取一点,画出带网格的图形,以其面积表示此时电源的输出功率;b.请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件。(3)请写出电源电动势定义式,并结合能量守恒定律证明:电源电动势在数值上等于内、外电路电势降落之和。答案见解析解析(1)U-I图像如图所示。图像与纵轴交点的纵坐标值为电源电动势,与横轴交点的横坐标值为短路电流。(2)a.如图所示b.电源输出的电功率P=I2R= R= 当外电路电阻R=r时,电源输出的电功率最大,为Pmax= (3)电动势定义式E= 2ERr222ErRrR24ErWq根据能量守恒定律,在题图所示电路中,非静电力做功W产生的电能等于在外电路和内电路产生的电热,即W=I2rt+I2Rt=Irq+IRq得E=Ir+IR=U内+U外考点三电源和电阻的U-I图像的比较图像物理意义注意问题电阻的U-I图像 反映I跟U的正比关系图线的斜率表示导体的电阻,斜率越大,电阻越大电源的U-I图像 表示电源的输出特性,纵轴截距为电源电动势,横轴截距为短路电流图线斜率的绝对值表示电源的内阻(注意纵坐标数值在坐标原点是否从零值开始)3-1如图所示,直线A为电源的U-I图线,曲线B为小灯泡的U-I图线,用该电源和小灯泡组成闭合电路时,电源的输出功率和电源的总功率分别是 (D)A.4W、8WB.2W、4WC.2W、3WD.4W、6W解析由电源的U-I图线可知E=3V,由两图线交点知,该电源和小灯泡组成闭合电路时,电流I=2A,路端电压U=2V,电源的输出功率P出=UI=4W,总功率P总=IE=6W,故D项正确。3-2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、R2两端的电压与通过的电流的关系图线,若将这两个电阻分别接到该电源上,则 (A)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= = = = ,由于R1R2,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U-I图线与电源的路端电压和电流的关系图线的交点,表示将这个电阻接到此电源上的输出电压和电流,从图像中可看出电流的数值,由于B、C图线的斜率等于电阻的阻值,由图像可知,R2与电源的内阻相等,所以电源接R2时比接R1时输出功率大,故C、D错。PP出总22()IRIRrRRr11rR考点四含电容器电路的分析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,因此电容器两极板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,电容器两极板间的电压与其并联电阻两端的电压相等。3.电路中电流、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;如果电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电。 4-1如图所示,电路中R1、R2均为可变电阻,电源内阻不能忽略,平行板电容器C的极板水平放置。闭合开关S,电路达到稳定时,带电油滴悬浮在两板之间静止不动。如果仅改变下列某一个条件,油滴仍能静止不动的是 (B)A.增大R1的阻值B.增大R2的阻值C.增大两板间的距离D.断开开关S解析设油滴质量为m,带电荷量为q,两板间距离为d,当其静止时,有 q= q=mg;由题图知,增大R1,由闭合电路欧姆定律有I= 知I减小,Ir=U内减小,UR1=E-Ir增大,油滴将向上加速运动;增大R2,油滴受力不变,仍保持静止;由E= 知,增大d,U不变时,E减小,油滴将向下加速运动;断开开关S,电容器将通过R1、R2放电,两板间场强