2020年物理高考大一轮复习 第8章 恒定电流 第24讲 电路 闭合电路的欧姆定律课件

第八章恒定电流高考总复习·物理第24讲电路闭合电路的欧姆定律高考总复习·物理板块一板块二板块三课时达标目录板块一︿︿[知识梳理]1．闭合电路的欧姆定律(1)内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势成________，跟内、外电阻之和成________．(2)公式：①I＝ER＋r(只适用于纯电阻电路)；②E＝______________(适用于所有电路)．正比反比U外＋Ir增大2．路端电压与外电阻的关系一般情况U＝IR＝ER＋r·R＝E1＋rR，当R增大时，U________特殊情况①当外电路断路时，I＝0，U＝______②当外电路短路时，I短＝Er，U＝0EE－Ir3.路端电压跟电流的关系(1)关系式：U＝____________.(2)用图象表示如图所示，其中纵轴截距为__________，横轴截距为____________，斜率的绝对值为______________．电动势短路电流电源的内阻EI4．电路的功率和效率(1)电源的功率P总＝________.(2)电源内部损耗功率P内＝__________.(3)电源的输出功率P出＝________.(4)电源的效率η＝P出P总×100%＝UE×100%.I2rUI√[基础小练]判断下列说法是否正确(1)电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量．()(2)电动势就等于电源两极间的电压．()(3)闭合电路中外电阻越大，路端电压越小．()×××(4)在闭合电路中，外电阻越大，电源的输出功率越大．()(5)电源的输出功率越大，电源的效率越高．()(6)若闭合电路的外电路中含有电动机，则电源输出功率的最大值仍然为E24r.()××板块二︿︿[考法精讲]考法一闭合电路的功率及效率问题任意电路P总＝EI＝P出＋P内电源总功率纯电阻电路P总＝I2(R＋r)＝E2R＋r电源内部消耗的功率P内＝I2r＝P总－P出任意电路P出＝UI＝P总－P内电源的输出功率纯电阻电路P出＝I2R＝E2RR＋r2P出与外电阻R的关系任意电路η＝P出P总×100%＝UE×100%电源的效率纯电阻电路η＝RR＋r×100%由P出与外电阻R的关系图象可知①当R＝r时，电源的输出功率最大为Pm＝E24r；②当Rr时，随着R的增大输出功率越来越小；③当Rr时，随着R的增大输出功率越来越大；④当P出Pm时，每个输出功率对应两个外电阻R1和R2，且R1R2＝r2.归纳总结闭合电路欧姆定律中功率的最值问题(1)定值电阻的功率P定＝I2RR为定值电阻，P定只与电流有关系，当R外最大时，I最小P定最小，当R外最小时，I最大P定最大．(2)电源的输出功率P出＝E2R外r＋R外2＝E2R外－r2R外＋4r，当R外＝r时，P出功率最大．(3)变化电阻的功率的最大值利用等效思想，把除变化电阻之外的其他的定值电阻等效成电源的内阻r′，则变化电阻的功率即为等效以后的电源的输出功率，即当R变＝r′时，P变有最大值．B【自主练1】(2019·合肥八中高三综合模拟)将一电源与一电阻箱连接成闭合回路，测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线如图所示，由此可知()A．电源最大输出功率可能大于45WB．电源内阻一定等于5ΩC．电源电动势为45VD．电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率大于50%解析由电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数P变化的曲线可知，电阻箱所消耗功率P最大为45W，所以电源最大输出功率为45W，选项A错误；由电源输出功率最大的条件可知，电源输出功率最大时，外电路电阻等于电源内阻，所以电源内阻一定等于5Ω，选项B正确；由电阻箱所消耗功率P最大值为45W可知，此时电阻箱读数为R＝5Ω，Pmax＝E24R，解得E＝30V，选项C错误；电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率为50%，选项D错误．【自主练2】(2019·昆明模拟)如图所示，E＝8V，r＝2Ω，R1＝8Ω，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？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E24r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E′＝E＝8V，内阻r′＝r＋R1＝10Ω，且为定值，利用电源的输出功率随外电阻变化的结论知，当R2＝r′＝10Ω时，R2有最大功率，即P2max＝E′24r′＝824×10W＝1.6W.(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R2＝0时，电路中有最大电流，即Imax＝ER1＋r＝0.8A，R1的最大功率P1max＝I2maxR1＝5.12W，这时电源的效率η＝R1R1＋r×100%＝80%.(3)不可能．因为即使R2＝0，外电阻R1也大于r，不可能有E24r的最大输出功率．本题中，当R2＝0时，外电路得到的功率最大．答案(1)10Ω1.6W(2)05.12W80%(3)不能理由见解析解题技巧电源最大输出功率的分析方法在外电路为纯电阻的电路中，Pmax＝E24r只有在外电阻等于内电阻的时候才成立，如果外电阻无论如何都不等于内电阻，输出功率的最大值并非该数据，则需要看外电阻变化的区间，若在零与内阻间变化，则外电阻最大时，输出功率最大，若外电阻总大于内阻，则外电阻最小时输出功率最大．即外电阻越接近内电阻，输出功率越大．考法二两种U­I图线的比较及应用电源U­I图象电阻U­I图象图形物理意义路端电压随电流的变化规律电阻两端电压随电流的变化规律截距与纵轴交点表示电源电动势E，与横轴交点表示短路电流Er过坐标轴原点，表示没有电压时电流为零坐标的乘积UI表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率坐标的U、I比值表示外电阻的大小，不同点对应的外电阻大小不同每一点对应的比值均等大，表示此电阻的大小不变斜率的绝对值内电阻r电阻大小【自主练3】(2019·河南豫南九校期末联考)(多选)两位同学在实验室利用如图甲所示的电路测定定值电阻R0，电源的电动势E和内阻r，调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，一个同学记录了电流表A和电压表V1的测量数据，另一同学记录的是电流表A和电压表V2的测量数据．并根据数据描绘了如图乙所示的两条U­I直线，图象两直线的交点表示的物理意义是()A．滑动变阻器的滑动头P滑到了最右端B．电源的输出功率最大C．定值电阻R0上消耗的功率为0.5WD．电源的效率达到最大值答案BC解析由题意可知图线甲表示电源的路端电压随电流的变化关系；图线乙表示电阻两端的电压随电流的变化关系；交点处说明两图线表示的电流相等，并且电压相等，故说明此时滑动变阻器短路，即滑片滑到了最左端，故选项A错误；当电路中外电阻等于内电阻时，电源输出功率最大，但本题R0＞r，改变滑动变阻器时无法达到电路中内、外电阻相等，此时当外电阻越接近内电阻时，电源输出功率最大，故选项B正确；由图可知，此时电源的路端电压为1.0V，电流为0.5A，定值电阻上消耗的电功率P＝UI＝0.5W，故选项C正确；电源的效率η＝IE－I2rIE＝E－IrE，由此可知电流越小效率越大，可见滑动变阻器的滑动头P滑到最右端时效率最大，故选项D错误．AD【自主练4】(2019·全国百所名校高三模拟示范卷)(多选)某中学物理学习兴趣小组做“测定电源电动势和内阻”的实验，他们分别测了两个电源的电动势和内阻，并利用所测数据绘出两电源的U­I图象分别如图中①②所示，则()A．电源①的电动势比电源②的大B．电源①的内阻比电源②的小C．当外接相同的电阻时，两电源的输出功率可能相等D．当外接相同电阻时，电源①的输出功率一定比电源②的输出功率大解析由图象在U坐标轴上的截距等于电源电动势，图线的斜率的绝对值等于电源的内阻，故选项A正确，B错误．作外接电阻R的U­I图线分别交电源①、②的伏安特性曲线于S1、S2两点，如图所示，电源的工作点横、纵坐标的乘积IU为电源的输出功率，由图可知，无论外接多大电阻，工作点S1的横、纵坐标的乘积都大于S2的横、纵坐标的乘积，可知电源①的输出功率总比电源②的输出功率大，故选项C错误，D正确．归纳总结分析U­I图象的一般思路(1)明确纵、横坐标的物理意义．(2)明确图象的截距、斜率及交点的意义．(3)找出图线上对应状态的参量或关系式．(4)结合相关概念或规律进行分析、计算．考法三含电容器电路的分析1．电容器的简化处理：简化电路时可以把电容器所处电路作为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时在相应位置再补上．2．电阻的简化处理：电路稳定后，与电容器同支路的电阻是一个等势体，相当于导线．3．电荷变化量的计算：电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电．若电容器两端电压升高，电容器将充电，若电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电．可由ΔQ＝CΔU计算电容器上电荷量的变化．【自主练5】(2019·济南历城二中高三模拟)(多选)在如图所示的电路中，电容器C的上极板带正电．为了使该极板仍带正电且电量增大，下列办法可采用的是()A．增大R1，其他电阻不变B．增大R2，其他电阻不变C．增大R3，其他电阻不变D．增大R4，其他电阻不变[思维导引]由图可知R1与R2串联后与R3、R4并联，开始时C的上极板带正电，说明上极板电势要高于下极板，要使电量增大应增大上极板的电势或减小下极板的电势．答案AD解析增大R1时，R1上的分压增大，而下极板电势不变，上极板电势增大，则电容器两端的电势差增大，极板上电荷量增大，故选项A正确；若增大R2时，R2上的分压增大，则R1两端的电势差减小，上极板电势降低，而下极板电势不变，故可能使下极板带正电，电量减小，故选项B错误；增大R3，则R3分压增大，故下极板的电势增大，会出现与B相同的结果，故选项C错误；增大R4，则R4分压增大，R3两端的电势差减小，故下极板电势降低，上、下极板间电势差增大，故电量增大，故选项D正确．AD【自主练6】(2019·黄冈中学期中)(多选)如图所示，电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，电阻R1＝2Ω，R2＝3Ω，R3＝7.5Ω，电容器电容C＝4μF，开关S原来断开，现在合上开关S到电路稳定，则()A．S断开时电容器的电压为3VB．S断开时电容器a极板带负电C．S合上电路稳定后电容器b极板带负电D．从S断开到合上开关S且电路稳定，流过电流表的电量为1.92×10－5C解析S断开，C相当于断路，R3中无电流，C两端电压等于R2两端电压，由于a极板的电势比b极板的电势高，所以电容器a极板带正电，电容器的电压U1＝R2R1＋R2＋rE＝32＋3＋1×6V＝3V，故选项A正确，B错误；S合上电路稳定后，R1与R2串联后再与R3并联，C两端电压等于R1两端电压，b极板的电势比a极板的电势高，所以电容器b极板带正电，由电路分析知，外电路总电阻为R外＝R1＋R2R3R1＋R2＋R3＝2＋3·7.52＋3＋7.5Ω＝3Ω，电容器的电压为U2＝R1R1＋R2·R外R外＋rE＝22＋3×33＋1×6V＝1.8V，流过电流表的电量为Q＝CU1＋CU2＝4×10－6×(3＋1.8)C＝1.92×10－5C，故选项C错误，D正确．归纳总结分析含容电路应注意的两点(1)电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路上的电阻无电压降，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压．在电路稳定后，与电容器串联的电阻中无电流通过，与电容器串联的电阻阻值变化，不影响电路中其他电表示数和用电器的工作．(2)电路中的电流、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，电荷量增大；如果电容器两端电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电，电荷量减小．考法四电路的动态分析1．动态分析特点断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动、电阻增大或减小导致电路电压、电流、功率等的变化．2．电路动态分析的方法(1)程序法电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路并联