(江苏专版)2019年高考物理总复习 第30讲 闭合电路欧姆定律焦耳定律讲义

第30讲 闭合电路欧姆定律 焦耳定律闭合电路的 欧姆定律,Ⅱ,15年,T 10—简答，根据闭合电路的欧姆定律公式描绘U­I 图象，得出电动势和内电阻,应用数学处理物理问题16年,T 8—多选，考查闭合电路欧姆定律的应用；T 13—计算，电磁感应中闭合电路的欧姆定律的问题，计算感应电动势,分析综合、应用数学处理 物理问题17年,T 11—简答，根据闭合电路欧姆定律选择合适的滑动变阻器,推理 弱项清单,1.闭合电路中电源两端的电压为路端电压而不是电源电动势； 2．电源U­I 图线与电阻U­I 图线的区别及应用； 3．闭合电路的动态分析；4．纯电阻电路与非纯电阻电路的区别．知识整合一、电功与电功率1．电功(1)定义：电路中________移动电荷做的功．(2)公式：W＝________＝________.(3)电流做功的实质：是静电力做的功，将________转化成其他形式的能．2．电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功，表示电流做功的________．(2)公式：P＝________＝________.二、电热和焦耳定律1．电热：电流流过一段导体时产生的________．2．公式：Q＝________.3．热功率：P＝________＝________.三、电源电动势及内阻1．电源：电源是________________________的装置．2．电源的电动势：表征电源________的本领，在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压．电动势由电源自身的非静电力的特性决定．3．内阻：电流通过电源内部时也受阻碍作用，阻碍的强弱用________表示．电池用久后，r会________．四、闭合电路欧姆定律1．内容：闭合电路里的电流跟电源的________成正比，跟内、外电路的________成反比．2．公式：________，变形后也可以写成E＝IR＋Ir或E＝U外＋U内．3．适用条件：外电路为纯电阻电路．五、路端电压1．定义：外电路两端的电压即电源的输出电压，U＝E－Ir.2．与外电阻的关系：当外电路总电阻R增大时，由I＝ER＋r知，总电流I________，由U＝E－Ir知，路端电压U________.如图所示为U­R图象．六、电源的U­I图象1．定义：电源的输出电压与输出电流的变化关系图线．由U＝E－Ir可画出U­I关系图线如图所示．2．规律(1)当电路断路即I＝0时，纵轴上的截距为________；(2)当电路短路即U＝0时，横轴上的截距为________；(3)图线斜率的绝对值为电源的________；(4)图线上任一点对应的U、I比值为相应外电路的电阻．方法技巧考点1 电功与电功率1．电功与电热的比较【典型例题1】如图所示，为电解槽，为电动机，N为电阻，恒定电压U＝12 ，电解槽内阻r A＝2 Ω，当S1闭合，S2、S3断开时，电流表A的示数为6 A；当S2闭合，S1、S3断开时，电流表A的示数为5 A，且电动机输出功率为35 W；当S3闭合，S1、S2断开时，电流表A的示数为4 A．求：(1)电阻的阻值及发热功率各多大？(2)电动机的内阻是多少？(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？1.(多选)如图所示，一直流电动机与阻值R＝9 Ω的电阻串联在电源上，电源电动势E＝30 V，内阻r＝1 Ω，用理想电压表测出电动机两端电压U＝10 V，已知电动机线圈的电阻R M＝1 Ω，则下列说法中正确的是( )A．通过电动机的电流I＝10 AB．电动机的输出功率P＝16 WC．10 s内电动机产生的热量Q＝40 JD．10 s内通过电动机的电荷量q＝20 C考点2 闭合电路动态电路的分析方法(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：因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑片分别滑至两个极端，让电阻最大或电阻为零去讨论．【典型例题2】(多选)如图所示，电源内阻不可忽略，当滑动变阻器的滑动片向右滑动时，下列说法中正确的是( )A．电流表A1读数变小B．电流表A2读数变大C．电压表V读数变大D．电压表V读数不变2.(多选)如图所示电路中，电源电动势为E内阻为r，当滑动变阻器R2滑动端向右滑动后，理想电流表A1、A2的示数变化量的绝对值分别为ΔI1、ΔI2，理想电压表示数变化量的绝对值为ΔU.下列说法中正确的是( )A．电压表V的示数减小B．电流表A2的示数变小C．ΔU与ΔI1比值一定小于电源内阻rD．ΔU与ΔI2比值一定小于电源内阻r考点3 电路中的功率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)＝E2R＋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 －I 2r ＝P 总－P 内．(2)纯电阻电路：P 出＝I 2R ＝E 2R （R ＋r ）2＝E2（R －r ）2R＋4r . (3)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P m ＝E24r.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＜P m 时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R 1和R 2，且R 1·R 2＝r 2. ⑤P 出与R 的关系如图所示．4．电源的效率(1)任意电路：η＝P 出P 总×100%＝UE ×100%.(2)纯电阻电路：η＝R R ＋r ×100%＝11＋rR×100%.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，但效率仅为50%.【典型例题3】 (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( )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考点4 电源的U­I 图象的应用1．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 m ＝Er .2．图线斜率的绝对值等于电源的内阻，即r ＝|ΔU ΔI |＝EI m，斜率的绝对值越大，表明电源的内阻越大．3．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 ＝UI.4．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．【典型例题4】 (多选)如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图象，下列结论正确的是( ) A ．电源的电动势为6.0 V B ．电源的内阻为12 Ω C ．电源的短路电流为0.5 AD ．电流为0.3 A 时的外电阻是18 Ω3.直线A 为电源的U­I 图线，直线B 为电阻R 的U­I 图线，用该电源和电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和电路的总功率分别是( )A ．4 W ，8 WB ．2 W ，4 WC ．4 W ，6 WD ．2 W ，6 W考点5 电路故障问题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它两端电压为零． 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，电路一定要切断电源．(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．【典型例题5】 用电压表检查如图所示电路中的故障，测得U ad ＝5.0 V ，U cd ＝0 V ，U bc＝0 V ，U ab ＝5.0 V ，则此故障可能是( )A．L断路B．R断路C．R′断路D．S断路考点6 含电容器电路的分析与计算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带电荷量的变化：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，可由ΔQ＝C·ΔU计算电容器上电荷量的变化．【典型例题6】如图所示的电路中，R1、R2、R3是定值电阻，R4是光敏电阻，其阻值随光照强度的增强而减小．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当堂检测 1.在某控制电路中，需要连成如图所示的电路，主要由电动势E、内阻为r 的电源与定值电阻R1、R2及电位器(滑动变阻器)R连接而成，L1、L2是红、绿两个指示灯，当电位器的触头由弧形碳膜的中点逆时针滑向a端时，下列说法中正确的是( )A．L1、L2两个指示灯都变亮B．L1、L2两个指示灯都变暗C．L1变亮，L2变暗D．L1变暗，L2变亮第1题图第2题图2．(多选)如图所示，电源电动势E＝3 V，小灯泡L标有“2 V、0.4 W”，开关S接1，当变阻器调到R＝4 Ω时，小灯泡L正常发光；现将开关S接2，小灯泡L和电动机M均正常工作．则( )A．电源内阻为1 ΩB．电动机的内阻为4 ΩC．电动机的正常工作电压为1 VD．电源效率约为93.3%第3题图3．(多选)如图所示的电路中，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，四个电阻的阻值已在图中标出．闭合开关S，下列说法正确的有( )A．路端电压为10 VB．电源的总功率为10 WC．a、b间电压的大小为5 VD．a、b间用导线连接后，电路的总电流为1 A4．(多选)两位同学在实验室中利用如图(a)所示的电路进行实验，调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，一位同学记录电流表和电压表的测量数据，另一位同学记录电流表和电压表的测量数据．两位同学根据记录的数据描绘出如图(b)所示的两条U­I 图线．则图象中两图线的交点表示的物理意义是( )第4题图A ．滑动变阻器的滑动触头P 滑到了最右端B ．电源的输出功率最大C ．定值电阻R 0消耗的功率为0.5 WD ．电源的效率达到最大值5．阻值相等的四个电阻、电容器C 及电池E(内阻可忽略)连接成如图所示电路．开关S 断开且电流稳定时，C 所带的电荷量为Q 1；闭合开关S ，电流再次稳定后，C 所带的电荷量为Q 2.Q 1与Q 2的比值为( )第5题图A .25B .12C .35D .23第30讲 闭合电路欧姆定律焦耳定律知识整合 基础自测一、1.(1)电场力 (2)qU UIt (3)电势能 2. (1)快慢 (2)W tIU 二、1.热量 2.I 2Rt 3.Q tI 2R三、1.把其他形式的能转化成电能 2.能量转化 3.内阻 变大 四、1.电动势 电阻 2.E ＝I (R ＋r ) 五、2.变小 增大六、2.(1)E (2)I 短 (3)内阻 方法技巧·典型例题1·(1)2 Ω 72 W (2)1 Ω (3)16 W 【解析】 (1)由欧姆定律I ＝U R得R ＝UI 1＝2 Ω，其发热功率P R ＝UI 1＝12×6 W ＝72 W ．(2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得UI 2＝I 22r M ＋P 输出，解得r M ＝1 Ω.(3)电解槽工作时，由能量守恒定律得P 化＝UI 3－I 23r A ，解得P 化＝(12×4－42×2) W ＝16 W.·变式训练1·BCD 【解析】 由E ＝30 V ，电动机两端电压10 V 可得R 和电源内阻上分担的电压为20 V ，则I ＝209＋1A ＝2 A ，故A 错误；电动机输入功率P ＝UI ＝10 V ×2 A ＝20 W, P 热＝I 2r M ＝4×1 W ＝4 W, P 输出＝P －P 热＝20 W －4 W ＝16 W ，故B 正确；根据焦耳定律10 s 内电动机产生的热量Q ＝I 2r M t ＝40 J ，故C 正确；根据电流的定义式可知10 s 内通过电动机的电量q ＝It ＝20 C ，故D 正确．·典型例题2·AC 【解析】 滑动片向右滑动，滑动变阻器的电阻将增大，电路中的总电阻将增大，总电流减小，故电流表A 1读数变小，选项A 正确；路端电压U ＝E －Ir 变大，故电压表的示数变大，选项C 正确，选项D 错误；则通过定值电阻的电流增大，由于总电流减小，所以通过滑动变阻器的电流减小，故电流表A 2读数变小，选项B 错误；故选AC.·变式训练2·BC 【解析】 滑动端向右滑动后，变阻器的电阻增大，外电路总电阻增大，则总电流减小，所以电流表A 2的示数减小．根据串联电路分压的特点分析可知，并联部分电压增大，即电压表V 的示数增大，故A 错误，B 正确；根据并联电路的电流规律I 2＝I 1＋I ，A 2的示数I 2变小，通过定值电阻R 1的电流增大，则A 1的示数I 1变小，所以ΔI 1一定大于ΔI 2.电压表测量路端电压，根据闭合电路欧姆定律U ＝E －I 2r 可知，ΔUΔI 2＝r ，而ΔI 1大于ΔI 2，所以ΔUΔI 1<r ，故D 错误，C 正确． ·典型例题3·ABC 【解析】 滑片P 向右移动时，接入电路的电阻变大，整个回路的电流变小，电源内部损耗的功率P 内＝I 2r 一定减小，C 正确；总功率P ＝EI 一定减小，A 正确；而内电压降低，外电压升高，电源的效率增大，B 正确；当内电阻等于外电阻时，输出功率最大，此题中无法知道内、外电阻的大小关系，因此D 错误．·典型例题4·AD·变式训练3·C 【解析】 两图像的交点表示电路中的电流为2 A ，路端电压为2 V ，电源电动势为3 V ，因此输出功率P ＝UI ＝4 W ，电路总功率P 总＝EI ＝6 W.·典型例题5·B 【解析】 电压表有示数的，说明与电源两极之间是相通的，根据现象判断故障可能是滑动变阻器断路．·典型例题6·B 【解析】 因有光照射时，光敏电阻的阻值减小，故总电阻减小；干路中电流增大，由E ＝U ＋Ir 可知路端电压减小；R 1与R 2支路中电阻不变，故该支路中的电流减小、通过R 4的电流增大，故C 、D 错误；当没有光照时，C 不带电说明C 所接两点电势相等，以电源正极为参考点，R 1上的分压减小，而R 3上的分压增大，故上极板所接处的电势低于下极板的电势，故下极板带正电；故A 错误，B 正确．当堂检测1．B 【解析】 当电位器的滑片滑向a 端时，外电阻变小，干路电流变大，内阻分压增大，外电阻分压减小，即L 1、L 2的分压都减小，故L 1、L 2都变暗，B 项正确．2．AD 【解析】 由小灯泡的额定功率P ＝UI 可知，I ＝0.2 A ，由欧姆定律得R L ＝U I ，可知小灯泡正常发光时电阻R L ＝10 Ω，由闭合电路欧姆定律可知， I ＝E R ＋R L ＋r，解得r ＝1 Ω，A 正确；接2时小灯泡正常发光，说明电路中电流仍为0.2 A ，故电动机两端电压U ′＝E －IR L －Ir ＝0.8 V ，电动机为非纯电阻用电器，故电动机内阻不等于4 Ω，B 、C 错误；由P 电源＝I 2r ，η＝P 总－P 电源P 总×100%，代入数据可得电源效率约93.3%，D 正确． 3．AC 【解析】 设四个电阻的等效电阻为R 路， R 路＝10 Ω，由闭合电路欧姆定律知，I ＝ER 路＋r ＝1210＋2A ＝1 A ，设路端电压为U ，则U ＝IR 路＝1 A ×10 Ω＝10 V ，选项A 正确；电源的总功率P ＝EI ＝12 W ，选项B 错误；设电源负极电势为0 V ，则a 点电势Φa ＝0.5 A ×5 Ω－0＝2.5 V ，b 点电势Φb ＝0.5 A ×15 Ω－0＝7.5 V ，则a 、b 两点的电势差U ab ＝Φa －Φb ＝2.5 V －7.5 V ＝－5 V ，所以a 、b 间电压的大小为5 V ，选项C 正确；当将a 、b 两点用导线连接后，由于导线没有电阻，此时a 、b 两点电势相等，其等效电路图如图所示．其中一个并联电路的等效电阻为3.75 Ω，显然总电阻为9.5 Ω，电流I ＝E R 总＝2419A ，故选项D 错误．第3题图4．BC 【解析】 由题图可得，电源电动势E ＝1.5 V ，内阻r ＝1 Ω，在交点位置有R ＋R 0＝U 1I ＝2 Ω，R 0＝U 2I＝2 Ω，则R ＝0，滑动变阻器的滑动触头P 滑到了最左端，选项A 错误；当电路中外电阻等于电源内阻时，电源的输出功率最大，但R 0>r ，故改变滑动变阻器的阻值时无法使电路中外电阻等于电源内阻，此时外电阻越接近电源内阻，电源的输出功率越大，故选项B 正确；P 0＝U 2I ＝0.5 W ，选项C 正确；电源的效率η＝EI －I 2r EI，电流越小，电源的效率越大，可见滑动变阻器的滑动触头P 滑到最右端时电源的效率最大，选项D 错误．5．C 【解析】 S 断开时等效电路如图甲所示．12 甲电容器两端电压为U 1＝ER ＋23R×23R ×12＝15E ；S 闭合时等效电路如图乙所示．乙电容器两端电压为U 2＝ER ＋12R×12R ＝13E ，由Q ＝CU 得Q 1Q 2＝U 1U 2＝35，故选项C 正确．本文档仅供文库使用。