闭合电路欧姆定律.docx
- 文档编号:8049364
- 上传时间:2023-01-28
- 格式:DOCX
- 页数:30
- 大小:260.87KB
闭合电路欧姆定律.docx
《闭合电路欧姆定律.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《闭合电路欧姆定律.docx(30页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
闭合电路欧姆定律
第2讲 闭合电路欧姆定律
一、串、并联电路的特点
1.特点对比
串联
并联
电流
I=I1=I2=…=In
I=I1+I2+…+In
电压
U=U1+U2+…+Un
U=U1=U2=…=Un
电阻
R=R1+R2+…+Rn
=
+
+…+
2.几个常用的推论
(1)串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻.
(2)并联电路的总电阻小于其中任一支路的总电阻,且小于其中最小的电阻.
(3)无论电阻怎样连接,每一段电路的总耗电功率P总是等于各个电阻耗电功率之和.
(4)无论电路是串联还是并联,电路中任意一个电阻变大时,电路的总电阻变大.
自测1
教材P66第2题改编 一个量程为0~150V的电压表,内阻为20kΩ,把它与一个大电阻串联后接在110V电路的两端,电压表的读数是5V.这个外接电阻是( )
A.240ΩB.420kΩC.240kΩD.420Ω
答案 B
二、电源 闭合电路的欧姆定律
1.电源
(1)电动势
①计算:
非静电力搬运电荷所做的功与搬运的电荷量的比值,E=
;
②物理含义:
电动势表示电源把其他形式的能转化成电能本领的大小,在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压.
(2)内阻:
电源内部导体的电阻.
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正比,跟内、外电阻之和成反比;
(2)公式:
I=
(只适用于纯电阻电路);
(3)其他表达形式
①电势降落表达式:
E=U外+U内或E=U外+Ir;
②能量表达式:
EI=UI+I2r.
3.路端电压与外电阻的关系
(1)一般情况:
U=IR=
·R=
,
当R增大时,U增大;
(2)特殊情况:
①当外电路断路时,I=0,U=E;
②当外电路短路时,I短=
,U=0.
自测2
教材P63第4题改编 电源的电动势为4.5V.外电阻为4.0Ω时,路端电压为4.0V,若在外电路中分别并联一个6.0Ω的电阻和串联一个6.0Ω的电阻.则两种情况下的路端电压为( )
A.4.3V 3.72VB.3.73V 4.3V
C.3.72V 4.3VD.4.2V 3.73V
答案 C
三、电路中的功率
1.电源的总功率
(1)任意电路:
P总=IE=IU外+IU内=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=IU内=P总-P出.
3.电源的输出功率
(1)任意电路:
P出=IU=IE-I2r=P总-P内.
(2)纯电阻电路:
P出=I2R=
=
.
(3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关系
①当R=r时,电源的输出功率最大为Pm=
.
②当R>r时,随着R的增大输出功率越来越小.
③当R 自测3 (多选)如图1所示,一直流电动机与阻值R=9Ω的电阻串联在电源上,电源的电动势E=30V,内阻r=1Ω,闭合开关,用理想电压表测出电动机两端电压U=10V,已知电动机线圈的电阻RM=1Ω,则下列说法中正确的是( ) 图1 A.通过电动机的电流为10A B.电动机的输入功率为20W C.电源的输出功率为4W D.电动机的输出功率为16W 答案 BD 解析 根据欧姆定律得回路中电流I= = A=2A,故A错误;电动机的输入功率为P入=UI=10×2W=20W,故B正确;电源的输出功率P出=EI-I2r=30×2W-22×1W=56W,故C错误;电动机的输出功率P出′=UI-I2RM=(10×2-22×1)W=16W,故D正确. 命题点一 电路的动态分析 1.动态电路的特点 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.电路动态分析的两种方法 (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 →变化支路. (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片分别滑至两个极端去讨论. 例1 (多选)如图2所示,电源电动势为E,内阻为r.电路中的R2、R3分别为总阻值一定的滑动变阻器,R0为定值电阻,R1为光敏电阻(其电阻随光照强度增大而减小).当开关S闭合时,电容器中一带电微粒恰好处于静止状态.下列说法中正确的是( ) 图2 A.只逐渐增大对R1的光照强度时,电阻R0消耗的电功率增大,电阻R3中有向上的电流 B.只调节电阻R3的滑动端P2向上端移动时,电源消耗的电功率变大,电阻R3中有向上的电流 C.只调节电阻R2的滑动端P1向下端移动时,电压表示数变大,带电微粒向下运动 D.若断开开关S,带电微粒向下运动 答案 AD 解析 当逐渐增大光照强度时,光敏电阻R1的阻值减小,依据“串反并同”可知电流I增大,则PR0增大,UC增大,QC=CUC增大,即电容器充电,R3中有向上的电流,A正确;当P2向上移动时,UC不变,R3中没有电流,故B错误;当P1向下移动时,I不变,但UC变大,EC= 变大,电场力FC= 变大,微粒向上运动,故C错误;若断开开关S,电容器放电,UC降为0,则微粒只受重力作用而向下运动,故D正确. 变式1 (2018·安徽黄山模拟)如图3所示,虚线框内为高温超导限流器,它由超导部件和限流电阻并联组成.超导部件有一个超导临界电流IC,当通过限流器的电流I>IC时,将造成超导体失超,从超导态(电阻为零,即R1=0)转变为正常态(一个纯电阻,且R1=3Ω),以此来限制电力系统的故障电流.已知超导临界电流IC=1.2A,限流电阻R2=6Ω,小灯泡L上标有“6V 6W”的字样,电源电动势E=8V,内阻r=2Ω.原来电路正常工作,超导部件处于超导态,灯泡L正常发光,现灯泡L突然发生短路,则( ) 图3 A.灯泡L短路前通过R2的电流为 A B.灯泡L短路后超导部件将由超导态转化为正常态,通过灯泡的电流为1A C.灯泡L短路后通过R1的电流为 A D.灯泡L短路后通过R2的电流为2A 答案 C 解析 标有“6V 6W”的小灯泡L正常工作时的电阻R= =6Ω,通过灯泡L的电流I= =1A,超导部件处于超导态,其电阻为零,1A电流全部通过超导部件,即灯泡L短路前通过R2的电流为零,A错误;灯泡L短路后,电流增大超过超导部件的超导临界电流,将由超导态转化为正常态,外电路电阻R′= =2Ω,由闭合电路欧姆定律可得,通过灯泡的电流I′= =2A,B错误;由并联电路电流分配规律可知,灯泡L短路后通过R1的电流为 A,通过R2的电流为 A,C正确,D错误. 命题点二 电路中的功率及效率问题 1.电源的效率 η= ×100%= ×100%. 2.纯电阻电路 P总=EI= , P出= R, η= ×100%= ×100%. 3.电源的最大输出功率 P出=UI=I2R= R= = , 由此式可看出,当R=r时,P出有最大值,即Pm= = . P出与外电阻R的函数关系可用如图4所示图象表示,由图象可以看出: 图4 (1)当R=r时,输出功率最大,Pm= . (2)当R“接近”r时,P出增大,当R“远离”r时,P出减小. (3)当P出 例2 如图5所示,E=8V,r=2Ω,R1=8Ω,R2为变阻器接入电路中的有效阻值,问: 图5 (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的最大功率是多少? 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 输出? 为什么? 答案 (1)10Ω 1.6W (2)0 5.12W 80% (3)不能 理由见解析 解析 (1)将R1和电源等效为一新电源,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= = W=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= =0.8A,R1的最大功率P1max=Imax2R1=5.12W 这时电源的效率 η= ×100%=80%. (3)不能.因为即使R2=0,外电阻R1也大于r,不可能有 的最大输出功率. 变式2 (多选)直流电路如图6所示,在滑动变阻器的滑片P向右移动时,电源的( ) 图6 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 答案 ABC 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可知P总减小,故选项A正确; 根据η= ×100%= ×100%可知选项B正确; 由P损=I2r可知,选项C正确; 由P输-R外图象可得,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. 变式3 (多选)如图7甲所示,电源电动势E=6V,闭合开关,将滑动变阻器的滑片P从A端滑至B端的过程中,得到电路中的一些物理量的变化如图乙、丙、丁所示.其中图乙为输出功率与路端电压的关系曲线,图丙为路端电压与总电流的关系曲线,图丁为电源效率与外电路电阻的关系曲线,不考虑电表、导线对电路的影响.则下列关于图中a、b、c、d点的坐标值正确的是( ) 图7 A.a(4V,4.5W)B.b(4.8V,2.88W) C.c(0.6A,4.5V)D.d(8Ω,80%) 答案 BD 解析 由题图丙可知短路电流为I短=3A, 由I短= 得r= = Ω=2Ω, 电源的效率最大时,滑动变阻器接入电路的电阻最大,由题图丁可知电源的最大效率为η=80%,由η= ×100%= ×100%,解得R=8Ω,滑动变阻器的滑片P在最右端B时,分别对应b、c、d三点. 当输出功率达到最大时外电路电阻R1=r=2Ω, 此时路端电压为Ua=3V, 则Pa=Pm= = W=4.5W, 坐标为a(3V,4.5W); b点、c点: R=8Ω,Ic= = A=0.6A, Uc=E-Icr=(6-0.6×2)V=4.8V, Pb=UcIc=4.8×0.6W=2.88W, 所以b点的坐标为b(4.8V,2.88W), c点的坐标为c(0.6A,4.8V), d点的坐标为d(8Ω,80%), 故选项B、D正确. 命题点三 对电源U-I图线的理解和应用 1.截距 纵轴上的截距等于电源的电动势;横轴上的截距等于外电路短路时的电流,即I短= (如图8所示). 图8 2.斜率 图线斜率的绝对值等于电源的内阻,即r=| |= ,斜率的绝对值越大,表明电源的内阻越大. 3.图线上的点 图线上任一点对应的U、I的比值为此时外电路的电阻,即R= . 4.面积 面积UI为电源的输出功率,而电源的总功率P总=EI,P总-P出=EI-UI为电源的发热功率. 例3 (多选)如图9所示,图中直线①表示某电源的路端电压与电流的关系图线,图中曲线②表示该电源的输出功率与电流的关系图线,则下列说法正确的是( ) 图9 A.电源的电动势为50V B.电源的内阻为 Ω C.电流为2.5A时,外电路的电阻为15Ω D.输出功率为120W时,输出电压是30V 答案 ACD 解析 电源的路端电压和电流的关系为: U=E-Ir,显然直线①的斜率的绝对值等于r,纵轴的截距为电源的电动势,从题图中看出E=50V,r= Ω=5Ω,A正确,B错误;当电流为I1=2.5A时,由回路中电流I1= ,解得外电路的电阻R外=15Ω,C正确;当输出功率为120W时,由题图中P-I关系图线看出对应干路电流为4A,再从U-I图线读取对应的输出电压为30V,D正确. 变式4 如图10,直线A为某电源的U-I图线,曲线B为某小灯泡L1的U-I图线的一部分,用该电源和小灯泡L1串联起来组成闭合回路时灯泡L1恰能正常发光,则下列说法中正确的是( ) 图10 A.此电源的内电阻为 Ω B.灯泡L1的额定电压为3V,额定功率为6W C.把灯泡L1换成阻值恒为1Ω的纯电阻,电源的输出功率将变小 D.由于小灯泡L1的U-I图线是一条曲线,所以灯泡发光过程中欧姆定律不适用 答案 B 解析 由图象知,电源的内阻为r= = Ω=0.5Ω,A错误;因为灯L1正常发光,故灯L1的额定电压为3V,额定功率为P=UI=3×2W=6W,B正确;正常工作时,灯L1的电阻为R1= =1.5Ω,换成R2=1Ω的纯电阻后,该电阻更接近电源内阻r,故电源的输出功率将变大,C错误;小灯泡是纯电阻,适用欧姆定律,其U-I图线是一条曲线的原因是灯泡的电阻随温度的变化而发生变化,故D错误. 变式5 (多选)如图11所示,直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性图线,曲线Ⅲ是一个小灯泡的U-I图线,如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接,则下列说法正确的是( ) 图11 A.电源1比电源2的内阻大 B.电源1和电源2的电动势相等 C.小灯泡与电源1连接时消耗的功率比与电源2连接时消耗的功率小 D.小灯泡与电源1连接时消耗的功率比与电源2连接时消耗的功率大 答案 ABC 解析 由闭合电路的欧姆定律E=U+Ir知,当I=0时电动势E等于路端电压U,即电源的U-I图线与U轴的交点就是电源电动势的大小,由题图知,电源1和电源2的电动势相等,故B正确;电源内阻r= ,即电源的U-I图线的斜率的绝对值表示电源的内阻,由题图知r1>r2,故A正确;小灯泡的U-I图线与电源的U-I图线的交点即为小灯泡的工作状态,由题图知,小灯泡与电源1连接时消耗的功率P1=U1I1小于小灯泡与电源2连接时消耗的功率P2=U2I2,故C正确,D错误. 命题点四 含电容器电路的分析 1.电路简化 把电容器所处的支路视为断路,简化电路时可以去掉,求电荷量时再在相应位置补上. 2.电容器的电压 (1)电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压. (2)电容器所在的支路中没有电流,与之串联的电阻无电压,相当于导体. 3.电容器的电量及变化 (1)利用Q=UC计算电容器初、末状态所带的电量Q1和Q2; (2)如果变化前后极板带电的电性相同,通过所连导线的电量为Q1-Q2; (3)如果变化前后极板带电的电性相反,通过所连导线的电量为Q1+Q2. 例4 (2016·全国卷Ⅱ·17)阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图12所示电路.开关S断开且电流稳定时,C所带的电荷量为Q1;闭合开关S,电流再次稳定后,C所带的电荷量为Q2.Q1与Q2的比值为( ) 图12 A. B. C. D. 答案 C 解析 S断开时等效电路图如图甲所示. 甲 电容器两端电压为U1= × R× = E; S闭合时等效电路图如图乙所示. 乙 电容器两端电压为U2= × R= E, 由Q=CU得 = = ,故选项C正确. 变式6 如图13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( ) 图13 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 答案 B 解析 由闭合电路欧姆定律可知: 增大R1的阻值会使总电阻增大,总电流减小,电源内电路电势降落减小,R1两端电压增大,则电容器两板间电压增大,板间电场强度增大,油滴受电场力增大,油滴将向上运动,选项A错误;电路稳定时R2中无电流,R2阻值变化对电路无任何影响,则选项B正确;只增大板间距离d,会使板间电场强度减小,油滴将向下运动,选项C错误;断开开关S,电容器放电,油滴将向下运动,选项D错误. 命题点五 电路故障分析 1.故障特点 (1)断路特点: 表现为路端电压不为零而电流为零; (2)短路特点: 用电器或电阻发生短路,表现为有电流通过电路但用电器或电阻两端电压为零. 2.检查方法 (1)电压表检测: 如果电压表示数为零,则说明可能在并联路段之外有断路,或并联路段短路; (2)电流表检测: 当电路中接有电源时,可用电流表测量各部分电路上的电流,通过对电流值的分析,可以确定故障的位置.在运用电流表检测时,一定要注意电流表的极性和量程; (3)欧姆表检测: 当测量值很大时,表示该处断路;当测量值很小或为零时,表示该处短路.在运用欧姆表检测时,被检测元件应从电路中拆下来; (4)假设法: 将整个电路划分为若干部分,然后逐一假设某部分电路发生某种故障,运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理. 例5 如图14是某同学连接的实验实物图,A、B灯都不亮,他采用下列两种方法进行故障检查. 图14 (1)应用多用电表的直流挡进行检查,选择开关置于10V挡.该同学测试结果如表1所示,在测试a、b间直流电压时,红表笔应接触(选填“a”或“b”).根据测试结果,可判定故障是. A.灯A短路B.灯B短路 C.cd段断路D.df段断路 表1 测试点 电压示数 a、b 有示数 b、c 有示数 c、d 无示数 d、f 有示数 表2 测试点 指针偏转情况 c、d d、e e、f (2)(多选)将开关断开,再选择欧姆挡测试,测量结果如表2所示,那么检查出的故障是( ) A.灯A断路B.灯B短路 C.灯A、B都断路D.d、e导线断路 答案 (1)a D (2)BD 解析 (1)应用多用电表判断电路故障,首先要正确使用多用电表,对多用电表而言,电流应从红表笔流入该表内,由题图能看出a点电势高于b点电势,知红表笔应接触a.由表1条件可知,d、f间有示数,则d—c—a—干电池—b—f间无断路,故df段断路,选项D正确;若灯A短路或灯B短路,不会造成A、B灯都不亮,选项A、B错误;若cd段断路,则d、f间不会有示数,选项C错误. (2)由表2可知,c、d间有一定的电阻但不是很大,灯A既不短路也不断路,选项A、C错误;d、e间存在很大电阻,表明d、e间导线断路,选项D正确;e、f间电阻为零,则灯B短路,选项B正确. 变式7 如图15所示电路中,由于某处出现了故障,导致电路中的A、B两灯变亮,C、D两灯变暗,故障的原因可能是( ) 图15 A.R1短路 B.R2断路 C.R2短路 D.R3短路 答案 D 解析 A灯在干路上,A灯变亮,说明电路中总电流变大,由闭合电路欧姆定律可知电路的外电阻减小,这就说明电路中只会出现短路而不会出现断路,选项B被排除.因为短路部分的电阻变小,分压作用减小,与其并联的用电器两端的电压减小,C、D两灯变暗,A、B两灯变亮,这说明发生短路的电阻与C、D两灯是并联的,而与A、B两灯是串联的.观察电路中电阻的连接形式,只有R3短路符合条件,故选D. 变式8 (多选)如图16所示的电路中,电源电压保持不变,闭合开关S,电路正常工作,过了一会儿,电流表 的示数变为零.若电路中故障发生在灯L、电阻R上,用一根导线来判断电路故障,则下列判断正确的是( ) 图16 A.将导线并联在R两端,电流表无示数,一定是L断路 B.将导线并联在L两端,电流表无示数,一定是R断路 C.将导线并联在R两端,电流表有示数,一定是R断路 D.将导线并联在L两端,电流表有示数,一定是L断路 答案 CD 解析 电流表 的示数变为零,说明电路故障为断路.将导线与用电器并联进行检测时,若电流表有示数,说明与导线并联的用电器断路;若电流表无示数,说明另一个用电器断路或两个用电器都断路.若将导线并联在R两端,电流表无示数,则可能是L断路,也可能是R、L都断路,故选项A错误;若将导线并联在L两端,电流表无示数,则可能是R断路,也可能是R、L都断路,故选项B错误;若将导线并联在R两端,电流表有示数,则一定是R断路,选项C正确;若将导线并联在L两端,电流表有示数,则一定是L断路,选项D正确. 1.(多选)在如图1所示的U-I图象中,直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图线,直线Ⅱ为某一电阻R的U-I图线.用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路,由图象可知( ) 图1 A.电源的电动势为3V,内阻为0.5Ω B.电阻R的阻值为1Ω C.电源的输出功率为4W D.电源的效率为50% 答案 ABC 解析 由图线Ⅰ可知,电源的电动势为3V,内阻为r= =0.5Ω;由图线Ⅱ可知,电阻R的阻值为1Ω,该电源与电阻R直接相连组成的闭合电路的电流为I= =2A,路端电压U=IR=2V(可由题图读出),电源的输出功率为P=UI=4W,电源的效率为η= ×100%≈66.7%,故选项A、B、C正确,D错误. 2.(2018·贵州遵义调研)如图2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( ) 图2 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 解析 由变阻器R0的滑动端向下滑动可知,R0接入电路的有效电阻减小,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U1=IR1可知U1增大,由U外=U1+U2可知U2减小,由I2= 可知电流表示数减小,故A正确. 3.(多选)已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小,有磁场时电阻变大,并且磁场越强电阻值越大.为探测有无磁场,利用磁敏电阻作为传感器设计了如图3所示电路,电源的电动势E和内阻r不变,在没有磁场时调节变阻器R使电灯L正常发光.若探测装置从无磁场区进入强磁场区,则( ) 图3 A.电灯L变亮B.电灯L变暗 C.电流表的示数减小D.电流表的示数增大 答案 AC 解析 探测装置从无磁场区进入强磁场区时,磁敏电阻阻值变大,则电路的总电阻变大,根据I= 可知总电流变小,所以电流表的示数减小,根据U=E-Ir,可知I减小,U增大,所以灯泡两端的电压增大,所以电灯L变亮,故A、C正确,B、D错误. 4.(2017·宁夏银川2月模拟)如图4甲所示为某一小灯泡的U-I图线,现将两盏这样的小灯泡并联后再与一个4Ω的定值电阻R串联,接在内阻为1Ω、电动势为3V的电源两端,如图乙所示,则( ) 图4 A.通过每盏小灯泡的电流约为0.2A,此时每盏小灯泡的电功率约为0.6W B.通过每盏小灯泡的电流约为0.3A,此时每盏小灯泡的电功率约为0.6W C.通过每盏小灯泡的电流约为0.2A,此时每盏小灯泡的电功率约为0.2W D.通过每盏小灯泡的电流约为0.3A,此时每盏小灯泡的电功率约为0.4W 答案 C 解析 由题图甲可以看出,当通过小灯泡的电流为0.2A时,对应灯泡两端的电
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 闭合电路 欧姆定律