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闭合电路欧姆定律(含答案)


第 3 课时
能利用 U-I 图象进行分析并计算.

闭合电路欧姆定律

导学目标 1.理解闭合电路欧姆定律的内容,并能进行电路动态分析及电路的相关计算 .2.

一、电源的电动势 [基础导引] 关于电源的电动势,判断下面说法的正误: (1)电源的电动势就是接在电源两极间的电压表测得的电压 (2)同一电源接入不

同的电路,电动势就会发生变化 ( ( ) ) ) )

(3)电源的电动势是表示电源把其他形式的能转化为电势能的本领大小的物理量 ( (4)在闭合电路中,当外电阻变大时,路端电压增大,电源的电动势也增大 [知识梳理] 1.电源是通过非静电力做功把____________的能转化成____________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=________,单位:V. 3.电动势的物理含义:电动势表示电源____________________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. 4.电动势是______量,需注意电动势不是电压. 二、闭合电路欧姆定律 [基础导引] 如图 1 所示电路中,电源的电动势 E=9 V、内阻 r=3 Ω,R=15 Ω. 下列说法中正确的是 A.当 S 断开时,UAC=9 V B.当 S 闭合时,UAC=9 V C.当 S 闭合时,UAB=7.5 V,UBC=0 D.当 S 断开时,UAB=0,UBC=0 [知识梳理] 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________,跟内、外电路的电阻之和成 ________.
?I= ? (2)公式? ?E= ?

(

)

图1

?只适用于纯电阻电路? ?适用于任何电路?

(3)路端电压与外电阻的关系 ①负载 R 增大→I 减小→U 内________→U 外________ 外电路断路时(R=∞),I=0,U 外=E.

②负载 R 减小→I 增大→U 内________→U 外________ 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______;U-I 关 系图线如图 2 所示. ①当电路断路即 I=0 时,纵坐标的截距为____________. ②当外电路电压为 U=0 时,横坐标的截距为__________. ③图线的斜率的绝对值为电源的__________.

图2 思考 :对于 U-I 图线中纵坐标(U)不从零开始的情况,直线的斜率的意义是否变化?

考点一 电路的动态分析 考点解读 电路的动态分析是电学的常考点之一,几乎每年都有该类试题出现.该类试题能考查考 生对闭合电路欧姆定律的理解,电路的结构分析及对串并联特点的应用能力,兼顾考查 学生的逻辑推理能力. 典例剖析 例1 (2011· 北京理综· 17)如图 3 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.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 思维突破 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
?并联分流I ? 路? → 变化支路 . ?串联分压U ?

(

) 图3

(2)“并同串反”规律,所谓“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻 中的电流、 两端电压、 电功率都将增大,反之则减小. 所谓“串反”, 即某一电阻增大时, 与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小,反之则增大. 跟踪训练 1 在如图 4 所示电路中,当滑动变阻器滑片 P 向下移动 时,则 A.A 灯变亮、B 灯变亮、C 灯变亮 B.A 灯变亮、B 灯变亮、C 灯变暗 C.A 灯变亮、B 灯变暗、C 灯变暗 D.A 灯变亮、B 灯变暗、C 灯变亮 考点二 电路中的有关功率及效率 考点解读 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. E2 (2)纯电阻电路:P 总=I2(R+r)= . 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. (2)纯电阻电路:P 出=I2R= E2R E2 . 2= ?R+r? ?R-r?2 +4r R 图4 ( )

(3)输出功率随 R 的变化关系 E2 ①当 R=r 时,电源的输出功率最大为 Pm= . 4r ②当 R>r 时,随着 R 的增大输出功率越来越小. ③当 R<r 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可能的外电阻 R1 和 R2,且 R1· R2=r2. ⑤P 出与 R 的关系如图 5 所示.

图5 4.电源的效率 P出 U (1)任意电路:η= ×100%= ×100%. E P总

R 1 (2)纯电阻电路:η= ×100%= ×100% r R+r 1+ R 因此在纯电阻电路中 R 越大, η 越大; 当 R=r 时, 电源有最大输出功率, 效率仅为 50%. 特别提醒 1.当电源的输出功率最大时,效率并不是最大,只有 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,其消耗的功率根据 P=I2R 来判断,与输出功率大小的判 断方法不同. 典例剖析 例 2 在如图 6 所示的电路中,R1=2 Ω,R2=R3=4 Ω,当开关 S 接 a 时,R2 上消耗的电功率为 4 W,当开关 S 接 b 时,电压表示数为 4.5 V,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)开关 S 接 b 时,电源的电动势和内电阻; (3)当开关 S 接 c 时,通过 R2 的电流. 思维突破 对于直流电路的分析与计算,要熟练掌握串、并联电路的特点,知道这两种电路 的电压、电流及电功率的分配关系,并能把较为复杂的电路化为简单、直观的串、并联关 系. 跟踪训练 2 如图 7 中电源的电动势为 6 V, 内阻为 1 Ω, R1 为 2 Ω, R2 全阻值为 3 Ω,下列说法错误的是 A.当 R2 为 1 Ω 时,R1 消耗的功率最大 B.通过改变 R2 的阻值,路端电压的最大值为 5 V,最小值为 4 V C.R2 的阻值越小,R1 消耗的功率越大 D.当 R2 的阻值为 3 Ω 时,R2 消耗的功率最大 考点三 涉及 U-I 图象的功率计算 考点解读 两种图线的比较: 物理意义 图象上的特征 图象表述的物理量变化 关系 电源 U-I 图象 电源的路端电压随电路 电流的变化关系 与纵轴交点表示电源电 图线与坐标轴交点 动势 E,与横轴交点表 E 示电源短路电流 r 过坐标轴原点,表示没 有电压时电流为零 电阻 U-I 图象 电阻的电流随电阻两端 电压的变化关系 图7 ( ) 图6

图线上每一点坐标的乘 积 UI 图线上每一点对应的 U、I 比值 图线的斜率 典例剖析

表示电源的输出功率 表示外电阻的大小,不 同点对应的外电阻大小 不同 内电阻 r 的相反数-r

表示电阻消耗的功率

每一点对应的比值均等 大,表示此电阻的大小 表示电阻大小

例 3 如图 8 所示,图中直线①表示某电源的路端电压与电流的关系图象,图中曲线②表示 该电源的输出功率与电流的关系图象,则下列说法正确的是 ( )

图8 A.电源的电动势为 50 V 25 B.电源的内阻为 Ω 3 C.电流为 2.5 A 时,外电路的电阻为 15 Ω D.输出功率为 120 W 时,输出电压是 30 V 思维突破 在解决此类图象问题时,(1)要明确纵横坐标的物理意义.(2)要明确图象的截距、 斜率,包围面积的物理意义.(3)根据物理规律写出反映纵横坐标物理量的关系式.(4)充 分挖掘图象所隐含的条件. 跟踪训练 3 用标有“6 V 3 W”的灯泡 L1、“6 V 6 W”的灯泡 L2 与理想电压表和理想 电流表连接成如图 9 甲所示的实验电路,其中电源电动势 E=9 V.图乙是通过两个灯泡 的电流随两端电压变化的曲线.当其中一个灯泡正常发光时( )

图9 A.电流表的示数为 1 A C.电路输出功率为 4 W B.电压表的示数约为 6 V D.电源内阻为 2 Ω

21.含电容器电路的分析方法 例 4 如图 10 所示的电路中,R1、R2、R3 是固定电阻,R4 是 光敏电阻,其阻值随光照的强度增强而减小.当开关 S 闭 合且没有光照射时,电容器 C 不带电.当用强光照射 R4 且 电路稳定时,则与无光照射时比较 A.电容器 C 的上极板带正电 B.电容器 C 的下极板带正电 C.通过 R4 的电流变小,电源的路端电压增大 D.通过 R4 的电流变大,电源提供的总功率变小 方法提炼 含电容器电路的分析方法 1.电路的简化:不分析电容器的充、放电过程时,把电容器处的电路视为断路,简化电路 时可以去掉,求电荷量时再在相应位置处补上. 2.电路稳定时电容器的处理方法:电路稳定后,与电容器串联的电路中没有电流,同支路 的电阻相当于导线,即电阻不起降低电压的作用,但电容器两端可能出现电势差. 3. 电压变化带来的电容器的变化: 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. 4.含电容器电路的处理方法:如果电容器与电源并联,且电路中有电流通过,则电容器两 端的电压不是电源电动势 E,而是路端电压 U. 跟踪训练 4 如图 11 所示的电路中,电源的电动势为 E、内电阻为 r,闭合开关 S,待电流达到稳定后,电流表示数为 I,电压表示 数为 U,电容器 C 所带电荷量为 Q.将滑动变阻器的滑动触头 P 从图示位置向 a 端移动一些,待电流达到稳定后,则与 P 移动 前相比 A.U 变小 B.I 变小 C.Q 不变 ( ) 图 11 D.Q 减小 ( ) 图 10

A 组 电路的动态分析 1.如图 12 所示,电源的电动势为 E,内电阻为 r,两电表均可看做是理想电表.闭合开关, 使滑动变阻器的滑片由右端向左端滑动,在此过程中 ( )

图 12 A.小灯泡 L1、L2 均变暗 B.小灯泡 L1 变暗,L2 变亮 C.电流表 A 的读数变小,电压表 V 的读数变大 D.电流表 A 的读数变大,电压表 V 的读数变小 2.如图 13 所示,图中的四个电表均为理想电表,当滑动变阻 器滑片 P 向右端移动时,下面说法中正确的是 A.电压表 V1 的读数减小,电流表 A1 的读数增大 B.电压表 V1 的读数增大,电流表 A1 的读数减小 C.电压表 V2 的读数减小,电流表 A2 的读数增大 D.电压表 V2 的读数增大,电流表 A2 的读数减小 B 组 闭合电路中电功率的分析与计算 3. 某同学将一直流电源的总功率 PE、 输出功率 PR 和电源内部的 发热功率 Pr 随电流 I 变化的图线画在同一坐标系内,如图 14 所示,根据图线可知 A.反映 Pr 变化的图线是 c B.电源电动势为 8 V C.电源内阻为 2 Ω D.当电流为 0.5 A 时,外电路的电阻为 6 Ω 4.一个微型吸尘器的直流电动机的额定电压为 U,额定电流为 I,线圈电阻为 R,将它接在 电动势为 E,内阻为 r 的直流电源的两极间,电动机恰好能正常工作,则 A.电动机消耗的总功率为 UI U2 B.电动机消耗的热功率为 R C.电源的输出功率为 EI Ir D.电源的效率为 1- E ( ) 图 14 ( ) 图 13 ( )

C 组 含电容器电路的分析与计算 5.如图 15 所示,电源两端电压为 U=10 V 保持不变,R1=4.0 Ω,R2 =6.0 Ω,C1=C2=30 μF.先闭合开关 S,待电路稳定后,再将 S 断 开,则 S 断开后,通过 R1 的电荷量为 A.4.2×10 B.1.2×10 C.4.8×10
-4

(

) 图 15

C C C C

-4 -4 -4

D.3.0×10

6.如图 16 所示,两个相同的平行板电容器 C1、C2 用导线相连,开 始都不带电.现将开关 S 闭合给两个电容器充电,待充电平衡 后,电容器 C1 两板间有一带电微粒恰好处于平衡状态.再将开关 S 断 图 16 开,把电容器 C2 两板稍错开一些(两板间距离保持不变),重新平衡后,下列判断正确的 是 A.电容器 C1 两板间电压减小 B.电容器 C2 两板间电压增大 C.带电微粒将加速上升 D.电容器 C1 所带电荷量增大 ( )

D 组 U-I 图象的理解与应用 7.如图 17 所示为两电源的 U-I 图象,则下列说法正确的是 ( A.电源①的电动势和内阻均比电源②大 B.当外接同样的电阻时,两电源的输出功率可能相等 C.当外接同样的电阻时,两电源的效率可能相等 图 17 )

D.不论外接多大的相同电阻,电源①的输出功率总比电源②的输出功率大 8.如图 18 所示是某直流电路中电压随电流变化的图象,其中 a、 b 分别表示路端电压、负载电阻上电压随电流变化的情况,下 列说法正确的是 A.阴影部分的面积表示电源输出功率 B.阴影部分的面积表示电源的内阻上消耗的功率 C.当满足 α=β 时,电源效率最高 D.当满足 α=β 时,电源效率小于 50% ( ) 图 18

课时规范训练
(限时:30 分钟) 1.下列关于电源电动势的说法中正确的是 ( )

A.在某电源的电路中,每通过 2 C 的电荷量,电源提供的电能是 4 J,那么这个电源的 电动势是 0.5 V B.电源的路端电压增大时,其电源的电动势一定也增大 C.无论内电压和外电压如何变化,其电源的电动势一定不变 D.电源的电动势越大,电源所能提供的电能就越多 2.两个相同的电阻 R,当它们串联后接在电动势为 E 的电源上,通过一个电阻的电流为 I; 若将它们并联后仍接在该电源上,通过一个电阻的电流仍为 I,则电源的内阻为 A.4R B.R R C. 2 D.无法计算 ( )

3.将三个不同的电源的 U-I 图线画在同一坐标中,如图 1 所示, 其中 1 和 2 平行,它们的电动势分别为 E1、E2、E3,它们的内 阻分别为 r1、r2、r3,则下列关系正确的是 A.r1=r2<r3 C.E1>E2=E3 B.r1>r2>r3 D.E1=E2<E3 ( ) 图1

4.在纯电阻电路中,当用一个固定的电源(设 E、r 是定值)向变 化的外电阻供电时, 关于电源的输出功率 P 随外电阻 R 变化 的规律如图 2 所示,则 A.当 R=r 时,电源有最大的输出功率 B.当 R=r 时,电源的效率 η=50% C.电源的功率 P′随外电阻 R 的增大而增大 D.电源的效率 η 随外电阻 R 的增大而增大 5.(2010· 上海单科· 5)在如图 3 所示的闭合电路中,当滑片 P 向右移动 时,两电表读数的变化是 A. 变大, 变大 B. 变小, 变大 C. 变大, 变小 D. 变小, 变小 6.(2010· 安徽· 18)如图 4 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.闭合开关 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 ( ) 图4 图3 ( ) ( ) 图2

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 7. (2011· 上海单科· 12)如图 5 所示电路中,闭合电键 S,当滑动变阻器的滑 动触头 P 从最高端向下滑动时, A.电压表 V 读数先变大后变小,电流表 A 读数变大 B.电压表 V 读数先变小后变大,电流表 A 读数变小 C.电压表 V 读数先变大后变小,电流表 A 读数先变小后变大 D.电压表 V 读数先变小后变大,电流表 A 读数先变大后变小 8.如图 6 所示,电源的电动势和内阻分别为 E、r,在滑动变阻器的 滑片 P 由 a 向 b 移动的过程中,下列各物理量变化情况为( A.电流表的读数一直减小 B.R0 的功率先减小后增大 C.电源输出功率先增大后减小 D.电压表的读数先增大后减小 9.如图 7 甲所示是一火警报警器的部分电路示意图,其中 R2 为半导体热敏材料制成的传感 器,电阻 R2 随温度 t 变化的图线如图乙所示.电流表为值班室的显示器.a、b 之间接报 警器,当传感器 R2 所在处出现火情时,显示器的电流 I 和报警器两端的电压 U 的变化情 况是 ( ) 图6 ) 图5 ( )

图7 A.I 变大,U 变大 C.I 变小,U 变大 B.I 变大,U 变小 D.I 变小,U 变小

10.在电学探究实验课中,某组同学在实验室利用如图 8 甲所示的电路图连接好电路,并用 于测定定值电阻 R0,电源的电动势 E 和内电阻 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. 根据所得数据描绘了如图乙所示的两条 U-I 直线. 则 有 ( )

甲 图8



A.图象中的图线乙是电压表 V1 的测量值所对应的图线 B.由图象可以得出电源电动势和内阻分别是 E=1.50 V,r=1.0 Ω C.图象中两直线的交点表示定值电阻 R0 上消耗的功率为 0.75 W D.图象中两直线的交点表示在本电路中该电源的效率达到最大值

复习讲义
基础再现 一、 基础导引 (1)× (2)× (4)× W 知识梳理 1.其它形式 电势能 2. 3.把其它形式的能转化成电势能 4.标 q 二、 基础导引 AC E 知识梳理 (1)正比 反比 (2) U 外+U R+r 减小 ①电动势 E ②短路电流 Im ③内阻 r 思考:不变.斜率的绝对值仍表示电源内阻. 课堂探究 例1 A 跟踪训练 1 D 例2 (1)1 A 4 V (2)6 V 2 Ω (3)0.5 A 跟踪训练 2 A 例 3 ACD 跟踪训练 3 CD 例4 B 跟踪训练 4 B 分组训练 1.BD 2.AD 3.ACD 4.AD 5.A 6.BCD 7.AD 8.A


(3)√

(3)①减小

增大 ②增大 减小

E (4) r

课时规范训练
1.C 2.B 3.AC 4.ABD 5.B 6.B 7.A

8.BD 9.D 10.B


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