2025届高三一轮复习物理课件（人教版新高考新教材）第2讲　闭合电路的欧姆定律

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第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
第三环节　核心素养提升
2.路端电压跟电流的关系(1)关系式:U=E-Ir。(2)用图像表示如图所示,其中纵轴截距为电动势,横轴截距为短路电流,斜率的绝对值为电源的内阻。
3.电路的功率和效率(1)电源的功率P总= EI 。(2)电源内部损耗功率P内= I2r 。(3)电源的输出功率P出= UI 。
追本溯源(1)根据E=U+Ir画出电源的U-I图像,根据图线如何求电源的电动势和内阻?(2)最简单的闭合回路如图所示,推导出电源的输出功率的表达式,并求出电源的最大输出功率。
提示 (1)纵轴截距表示电源电动势,图线的斜率的大小表示内阻。
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)电动势就是电源两极间的电压。(　　)(3)闭合电路(纯电阻电路)中的电流跟电源电动势成正比,跟整个电路的电阻成反比。(　　)(4)闭合电路中的短路电流无限大。(　　)(5)电源U-I图像上某点纵、横坐标的乘积对应此时的输出功率。(　　)
2.小明坐在汽车的副驾驶位上看到一个现象:当汽车的电动机启动时,汽车的车灯会瞬时变暗。汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图所示,已知汽车电源电动势为15 V,内阻为0.1 Ω。车灯接通、电动机未启动时,电流表示数为15 A(车灯可看作不变的电阻);电动机启动的瞬间,电流表示数达到60 A,电动机的线圈电阻为0.1 Ω。下列论述正确的是(　　)A.车灯接通、电动机未启动时,车灯的功率为225 WB.电动机启动时,车灯的功率为54 WC.电动机启动时,输出的机械功率为195 WD.电动机启动时,电源输出的功率为540 W
3.(多选)右图是某电源的路端电压与电流的关系图像,下列结论正确的是(　　)A.电源的电动势为6.0 VB.电源的内阻为12 ΩC.电源的短路电流为0.5 AD.电流为0.3 A时的外电阻是18 Ω
(2)“串反并同”结论法。①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。②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。
(3)极限法:因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端,让电阻最大或电阻为零,再去讨论电路的变化。
考向1 动态电路的分析【典例1】 (多选)在如图所示的电路中,电源的负极接地,其电动势为E、内阻为r,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,电流表和电压表均为理想电表。在滑动变阻器滑片P自a端向b端滑动的过程中,下列说法正确的是(　　)A.电压表示数减小B.电流表示数增大C.电阻R2消耗的功率增大D.a端的电势降低
考向2 含容电路的动态分析【典例2】 (多选)如图所示,两电容器的电容分别为C1=6 μF,C2=3 μF, R1=3 Ω,R2=6 Ω,电源电动势E=18 V、内阻不计。下列说法正确的是(　　)A.开关S断开时,a、b两点电势相等B.开关S闭合后,a、b两点间的电流是2 AC.开关S断开时电容器C1的电荷量比开关S闭合后电容器C1的电荷量大D.不论开关S断开还是闭合,电容器C1的电荷量总比电容器C2的电荷量大
规律方法(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两端无电压,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灯泡亮度。(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。
训练突破1.如图所示,电路中定值电阻R大于电源内阻r。闭合开关,电路稳定后,将滑动变阻器滑片向下滑动,理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3,理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI,下列说法错误的是(　　)A.A的示数增大B.V2的示数增大C.ΔU3与ΔI的比值大于rD.ΔU1大于ΔU2
提示 (1)R2=R1+r(2)R2=0(3)R1+R2=r
答案:(1)10 Ω　1.6 W (2)0　5.12 W　80%(3)不能　理由见解析
特别提醒电源功率及效率问题的三点注意(1)当电源输出功率最大时,效率并不是最大,此时η=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,其消耗的功率仅取决于电路中电流的大小,即根据P=I2R来判断,与输出功率大小的判断方法不同。(3)外电阻为可变电阻时,要根据能量守恒求解(即P出=P外=P变+P固),且外电阻越接近电源内阻,电源的输出功率越大。
训练突破2.(多选) 如图所示,三个电阻R1、R2、R3的阻值均为R,电源的内阻r解析:当滑动变阻器的滑片在中点c时,电路中并联部分阻值最大,将滑动变阻器的滑片由c点向a端滑动时,并联部分阻值减小,因R1>r,故外电阻越小,电源的输出功率越大,选项C正确。电路中并联部分阻值减小,故电路总阻值减小,总电流增大,电源内阻消耗的功率变大,选项D正确。电路中并联部分阻值减小,根据串联分压规律,并联部分的电压减小,滑动变阻器的滑片由c点向a端滑动时,右侧并联部分电阻增大,电流减小,R3消耗的功率变小,选项B错误。电路总电流增大,右侧部分电流减小,故左侧部分电流增大,R2消耗的功率变大,选项A错误。
整合构建两种图像的比较
【典例4】 (多选)如图所示,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图线,曲线Ⅲ是一个小灯泡的U-I曲线。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(　　)A.电源1与电源2的内阻之比是12∶5B.电源1与电源2的电动势之比是1∶1C.在这两种连接状态下,小灯泡消耗的功率之比是5∶11D.在这两种连接状态下,小灯泡的电阻之比是1∶2思维点拨(1)如何求电源Ⅰ和Ⅱ的内阻?(2)电源和小灯泡串联后,它们一定相等的物理量是哪个量?
解析:根据电源的路端电压随输出电流变化的图线斜率的绝对值表示电源内阻可知,电源1与电源2的内阻之比是12∶5,选项A正确。根据电源的路端电压随输出电流变化的图线纵轴的截距表示电源电动势可知,电源1与电源2的电动势之比是1∶1,选项B正确。根据曲线交点表示工作点,交点的纵、横坐标的乘积表示电源输出功率,在这两种连接状态下,小灯泡消耗的功率之比是5∶11,选项C正确。根据曲线交点的纵、横坐标的比值表示小灯泡电阻,在这两种连接状态下,小灯泡的电阻之比是80∶99,选项D错误。
规律总结利用两种U-I图像解题的基本方法利用电源的U-I图像和电阻的U-I图像解题时,无论电阻的U-I图像是直线还是曲线,解决此类问题的基本方法都是图解法。即把电源和电阻的U-I图线画在同一坐标系中,图线的交点即电阻的“工作点”,由此可求电阻的电压和电流,其他的量也可求。
训练突破3.硅光电池是一种太阳能电池,具有低碳环保的优点。如图所示,图线a是该电池在某光照下路端电压U和电流I的关系图像(电池内阻不是常量),图线b是某电阻R的U-I图像。在该光照下将它们组成闭合回路时,硅光电池的内阻为(　　) A.5.5 ΩB.7.0 ΩC.12.0 ΩD.12.5 Ω
电路故障问题模型构建电路故障一般是短路或断路,常见的情况有导线断芯、灯泡断丝、灯座短路、电阻器内部断路、接触不良等现象。1.两种常见电路故障的特点。(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.检查电路故障的两种基本方法。(1)仪表检测法。①电压表检测:如果电压表示数为零,说明电压表上无电流通过,则可能在与电压表并联的路段之外有断路,或与电压表并联的路段完全短路;如果电压表有示数,说明电压表上有电流通过,则在与电压表并联的路段之外无断路,且与电压表并联的路段内电阻值不为零(可能无短路,也可能部分短路)。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正负极和量程。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。在使用欧姆表检测时,外电路一定要切断电源。
(2)假设法。已知电路发生某种故障,寻找故障发生在何处时,可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故障,运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理。推理结果若与题述物理现象不符合,则故障不是发生在这部分电路;若推理结果与题述物理现象符合,则故障可能发生在这部分电路。直到找出发生故障的全部可能为止,此方法亦称排除法。
典例示范下图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。
(1)应用多用电表的直流挡进行检查,选择开关置于10 V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
(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间导线断路
思维点拨(1)红表笔接____________电势,由图知____________电势高。 (2)电压表有示数,说明什么?电压表无示数,说明什么?
电压表有示数,说明与电压表并联路段之外无断路且并联路段内电阻不为零。电压表无示数,说明与电压表并联路段之外有断路或并联路段完全短路。
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点接电源正极,电势高于b点电势,所以红表笔应接触a。由表1可知,a、b间,b、c间,d、f间均有示数,c、d间无示数,说明d、f之外路段无断路,且d、f间有电阻,而灯不亮,则d、f间有断路,C错误,D正确。至于灯A、灯B是否短路,则无法判断,A、B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,A、C错误。d、e间存在很大电阻,表明d、e间导线断路,D正确。e、f间电阻为零,则灯B短路,B正确。