2020届高考物理总复习 第8章 恒定电流 第2课时 闭合电路欧姆定律课件 教科版

第2课时闭合电路欧姆定律基础回顾核心探究演练提升基础回顾自主梳理·融会贯通知识梳理一、电源的电动势和内阻1.电动势(1)定义:电动势在数值上等于把1C的正电荷在电源内从移送到所做的功.(2)表达式:E=,单位:V.(3)物理意义:反映电源把转化为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r,叫做电源的,它是电源的另一个参数.非静电力Wq负极正极其他形式的能电势能内阻二、闭合电路的欧姆定律1.内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成,跟内、外电路的电阻之和成反比.2.公式(1)I=(只适用于纯电阻电路).(2)E=(适用于所有电路).3.路端电压U与电流I的关系(1)关系式:U=.ERr正比U外+IrE-Ir(2)电源的U-I图像:①当电路断路即I=0时,纵坐标的截距为.②当外电路电压U=0时,横坐标的截距为.③图线的斜率的绝对值为电源的.电源电动势短路电流内阻拓展思考对电源的U-I图像若纵坐标上的取值不从0开始,图像与纵轴的交点表示什么?与横轴的交点还表示短路电流吗?电源内阻如何计算?答案:纵轴的交点表示电源的电动势,横轴的交点不表示短路电流,图线斜率的绝对值表示电源内阻.自主检测1.思考判断(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)电动势由电源中非静电力的特性决定,与电源的体积无关,与外电路无关.()(3)电动势是电源两极间的电压.()(4)闭合电路中的短路电流无限大.()(5)闭合电路中外电阻越大,路端电压越大.()(6)在闭合电路中,外电阻越大,电源的输出功率越大.()(7)电源的输出功率越大,电源的效率越高.()答案:(1)√(2)√(3)×(4)×(5)√(6)×(7)×2.(多选)若E表示电动势,U表示外电压,U′表示内电压,R表示外电路的总电阻,r表示内电阻,I表示电流,则下列各式中正确的是()A.U′=IRB.U′=E-UC.U=E+IrD.U=EBD解析:内电压与电流的关系为U′=Ir,选项A错误;外电压与电动势的关系为E=U+Ir,选项C错误.RRr3.(2018·黑龙江鸡西期末)用伏安法测电池的电动势和内电阻,依照数据画出了图线,如图,则测得电动势E=V,内阻r=Ω.解析:根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir,可得U=E-Ir,当I=0时的纵轴截距大小等于电源的电动势大小,图像的斜率大小等于电源的内阻,E=1.6V,r=|UI|=1.61.01.0Ω=0.6Ω.答案:1.60.64.(2017·吉林大学附中七模)(多选)在如图所示的电路中,开关闭合后,灯泡L能正常发光.当滑动变阻器的滑片向右移动时,下列判断正确的是()A.滑动变阻器R连入电路中的阻值变小B.灯泡L变暗C.电源消耗的功率增大D.电容器C所带电荷量增加BD解析:当滑动变阻器的滑片向右移动时,滑动变阻器R连入电路的阻值增大,选项A错误;R增大,根据闭合电路欧姆定律可知电路中电流减小,灯泡L将变暗,选项B正确;电源消耗的总功率P=EI,电流减小,P减小,选项C错误;路端电压U=E-Ir增大,则电容器电荷量Q=CU增大,选项D正确.核心探究分类探究·各个击破考点一电路的动态分析1.判定总电阻变化情况的规律(1)当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小).(2)若开关的通、断使串联的用电器增多时,电路的总电阻增大;若开关的通、断使并联的支路增多时,电路的总电阻减小.(3)在如图所示分压电路中,滑动变阻器可视为由两段电阻构成,其中一段R并与用电器并联,另一段R串与并联部分串联.A,B两端的总电阻与R串的变化趋势一致.2.电路动态分析的常用“两法”(1)程序判断法:遵循“局部→整体→部分”的思路,按以下步骤分析:(2)极限法:即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.【典例1】(2017·宁夏银川二模)(多选)在如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r.M为多种元件集成的电子元件,其阻值与两端所加的电压成正比(即RM=kU,式中k为正常数)且遵循欧姆定律.R1和R2是两个定值电阻(其电阻可视为不随温度变化而变化).R为滑动变阻器,现闭合开关S,使变阻器的滑片向上移动,下列说法中正确的是()A.电压表V1,V2读数增大B.电子元件M两端的电压减小C.通过电阻R的电流增大D.电流表读数减小CD解析:变阻器的滑片向上移动过程中,滑动变阻器连入电路的电阻减小,电路总电阻减小,根据闭合电路欧姆定律可得路端电压减小,即电压表V2示数减小,电路总电流增大,即通过R1和M的电流增大,所以其两端的电压增大,即电压表V1示数增大,M两端的电压增大,而路端电压是减小的,所以并联电路两端的电压减小,所以R2两端电压减小,即通过R2的电流减小,电流表示数减小,总电流增大,因为I=+IR,所以IR增大,选项C,D正确.【针对训练】(2017·广西钦州期中)某学校创建绿色校园,如图(甲)为新装的一批节能路灯,该路灯通过光控开关实现自动控制.如图(乙)为其内部控制电路简化原理图,a,b端接路灯电源的开关,要求Uab大于某一值时,接通路灯电路,该控制电路中电源电动势为E,内阻为r,Rt为光敏电阻(光照强度增加时,其电阻值减小).现增加光照强度,则下列判断正确的是()A.电源路端电压不变B.R0两端电压变大C.指示灯变暗,Uab变大D.电源总功率不变B解析:由题意,增加光照强度,Rt减小,外电路总电阻减小,根据闭合电路欧姆定律得知,干路电流I增大,电源的内电压增大,路端电压U减小,Uab变小,选项A错误;R上电流减小,则通过R0电流I0=I-IR,I增大,而IR减小,则I0增大,R0两端电压U0增大,而R0、指示灯的电压之和等于路端电压,路端电压减小,则知指示灯的电压减小,指示灯变暗,因Uab变小,选项B正确,C错误;电源的总功率P=EI,I增大,则P增大,选项D错误.考点二电路中的功率及效率问题1.电路中的功率分配P总=P出+P内,即EI=UI+I2r2.输出功率与闭合电路总电流的关系P出=EI-I2r当I=2Er时,P出有最大值.若外电路是纯电阻电路,则有P出=I2R=22()ERRr=22()4ERrrR.由上式可以看出(1)当R=r时,电源的输出功率最大,为Pm=24Er.(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)P出与R的关系如图所示.3.电源的效率η=PP总出×100%=UE×100%=RRr×100%=11rR×100%因此R越大,η越大;当R=r时,电源有最大输出功率时,效率仅为50%.【典例2】如图所示,已知电源电动势为12V,内阻为2Ω,保护电阻R0=1Ω,则当电阻箱R读数为多少时,保护电阻R0消耗的电功率最大,这个最大值为多少?〚核心点拨〛(1)由P=I2R0知R0不变,P最大时必有I最大.(2)由闭合电路欧姆定律I=0ERRr知I最大时,R最小.解析:保护电阻消耗的功率为P0=2020()ERrRR,因R0和r是常量,而R是变量,所以R最小时,P0最大,即R=0时,P0max=2020()ERrR=221213W=16W.答案:016W【例题拓展1】在典例2中的条件不变,则当电阻箱R的读数为多少时,电阻箱R消耗的功率PR最大并求这个最大值.解析:这时要把保护电阻R0与电源内阻r算在一起,当R=R0+r,即R=(2+1)Ω=3Ω时,PRmax=204()ErR=21243W=12W.答案:3Ω12W解析:把R0=5Ω当做电源内阻的一部分,则等效电源内阻r等为7Ω,而电阻箱R的最大值为3Ω,小于7Ω,P=(ERr等)2R=22()4ERrrR等等,则不能满足R=r等,当电阻箱R的电阻取3Ω时,R消耗功率最大,最大值为P=(ERr等)2R=4.32W.答案:3Ω4.32W【例题拓展2】在典例2中,若电阻箱R的最大值为3Ω,R0=5Ω,则当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R的功率最大,并求这个最大值.解析:由电功率公式P出=(ERr外)2R外=22()4ERrrR外外,当R外=r时,P出最大,即R=r-R0=1Ω时,P出max=24Er=21242W=18W.【例题拓展3】在典例2中的条件不变,则电源的最大输出功率为多少?答案:18W误区警示最大功率问题的两点注意(1)解决最大功率问题时,要弄清是定值电阻还是可变电阻的最大功率,定值电阻的最大功率用P=I2R=2UR分析,可变电阻的最大功率用等效电源法求解.(2)电源输出功率最大时,效率不是最大,只有50%.多维训练1.[电源的P-R图像问题](多选)将一电源与一电阻箱连接成闭合电路,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.电源最大输出功率等于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,电源效率等于50%ABD解析:由于题述将一电源与一电阻箱连接成闭合回路,电阻箱所消耗功率P等于电源输出功率.由曲线可知,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正确;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,电流I=PR=3A,电源电动势E=I(R+r)=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正确.2.导学号58826176[电路中的功率及电源的效率问题](2017·四川成都九校期中联考)(多选)在如图所示的电路中,电源的电动势为E=4V,内电阻为r=2Ω,定值电阻的阻值为R0=1Ω,可变电阻R的阻值可在0至10Ω之间调节(包括0和10Ω),则()A.当R=10Ω时,R0消耗的功率最大,最大值为16169WB.当R=1Ω时,电源的输出功率最大,最大值为2WC.当R=3Ω时,R消耗的功率最大,最大值为43WD.当R=10Ω时,电源的效率最大,最大值为88%BC解析:当可变电阻R的阻值最大即R=10Ω时,电路中电流最小,此时R0消耗的功率最小,选项A错误;当可变电阻R=1Ω时,电源的输出功率为P=I2(R+R0)=(0ErRR)2(R0+R)=2W,选项B正确;当可变电阻R=3Ω时,R消耗功率为P=I2R=(0ErRR)2R=43W,选项C正确;当可变电阻R=10Ω时,电源的效率η=2020()()IRRIrRR×100%=1113×100%≈84.6%,选项D错误.考点三电源和电阻的U-I图像的比较电源U-I图像电阻U-I图像关系式U=E-IrU=IR图像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斜率(绝对值)电源内阻r若图像为过原点的直线,图像斜率表示电阻的大小坐标U,I的乘积表示电源的输出功率表示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【典例3】(2017·湖南衡阳三模)(多选)如图所示的U-I图像中,直线a表示某电源路端电压与电流的关系,直线b为某一电阻R的伏安特性曲线.用该电源直接与电阻R连接成闭合电路,由图像可知正确的有()A.R的阻值为2.0ΩB.电源电动势为3V,内阻为1.5ΩC.电源的输出功率为2.0WD.电源内部消耗的功率为1.5WAC解析:电阻R的阻值R=UI=2.01.0Ω=2Ω,选项A正确;由图像a可知,电源电动势E=3.0V,电源内阻为r=3.01.02Ω=1Ω,选项B错误;由两图线的交点坐标,可得电源的路端电压为2.0V,干路电流为1.0A,输出功率为P=UI=2.0×1.0W=2.0W,选项C正确.电路中的电流为1.0A,电源内部消耗功率为P内=I2r=12×1W=1W,选项D错误.误区警示U-I图线的应用误区(1)电源U-I图线的纵坐标U不以零开始的话,横轴的截距小于短路电流,但直