2021高考物理（选择性考试）人教版一轮学案：8.2闭合电路欧姆定律

第二节　闭合电路欧姆定律

1.电源

电源是把负电荷从正极搬到负极的一种装置；从能的转化角度看，电源是将其他形式的能转化为电能的装置.

2.电源的电动势

表征电源非静电力做功的本领，在数值上等于在电源内部把1库仑的正电荷从负极移到正极非静电力做的功或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，与电源体积大小无关，与外电路无关.

3.内阻

电流通过电源内部时也受阻碍作用，阻碍的强弱用内阻r表示.电池用久后，r会变大.

1.内容

闭合电路里的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比.

2.公式

I＝，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.

1.2013年6月“神舟十号”与“天宫一号”的成功对接，使中国空间站建设又迈出了坚实的一步.飞行器在太空飞行，主要靠太阳能电池提供能量.若一太阳能电池板，测得它的开路电压为800 mV，短路电流为40 mA.若将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是（　　）

A.0.10 V　　　　　　　B.0.20 V

C.0.30 V  D.0.40 V

答案：D

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＝知，总电流I减小，由U＝E－Ir知，路端电压U增大.如图所示为UR图象.

2.（多选）如图所示，电路中当可变电阻R的阻值增大时（　　）

A.A、B两点间的电压增大

B.A、B两点间的电压减小

C.通过R的电流IR增大

D.通过R的电流IR减小

答案：AD

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U-I关系图线如图所示.

2.规律

（1）当电路断路，即I＝0时，纵轴上的截距为电源电动势.

（2）当电路短路，即U＝0时，横轴上的截距为短路电流.

（3）图线斜率的绝对值为电源的内电阻.

（4）图线上任一点对应的U、I比值为相应外电路的电阻.

3.（2019·四川成都模拟）如图，直线A为电源的UI图线，直线B和C分别为电阻R1、R2的UI图线.现用该电源分别与R1、R2组成闭合电路甲和乙.由图象一定能确定的是（　　）

A.电阻R1<R2

B.电源输出功率P1<P2

C.电源内阻消耗的功率Pr1<Pr2

D.电源效率η1<η2

答案：C

电动势反映非静力做功本领，闭合电路中的电流跟电源电动势成正比，适用于纯电阻电路.电源U-I图象反映输出电压和输出电流的关系.

考点一  闭合电路中的功率和能量转化

1.电源的总功率

P总＝EI＝U外I＋U内I＝P出＋P内.

若外电路是纯电阻电路，则有P总＝I2（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

P出＝UI＝EI－I2r＝P总－P内.

若外电路是纯电阻电路，则有

P出＝I2R＝＝.

由上式可以看出

（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<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.

（5）P出与R的关系如图所示.

4.电源的效率

η＝×100%＝×100%＝×100%＝

×100%.

因为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%.

　（多选）在如图所示的电路中，电源的电动势E恒定，内阻r＝1 Ω，定值电阻R3＝5 Ω，电表均为理想电表.当开关S断开与闭合时，ab段电路消耗的电功率相同.则下列说法正确的是（　　）

A.电阻R1、R2可能分别为3 Ω、6 Ω

B.电阻R1、R2可能分别为4 Ω、5 Ω

C.开关S断开时电压表的示数可能小于S闭合时的示数

D.开关S从断开到闭合，电压表的示数变化量与电流表的示数变化量之比一定等于6 Ω

解析：当开关S断开时，ab段电路消耗的电功率为P＝（R1＋R2）；当S闭合时，ab段电路消耗的电功率为P′＝R1，由S断开与闭合时ab段电路消耗的电功率相同代入数据可知选项A错误，B正确；当开关S断开时电压表的示数为U，当S闭合时电压表的示数为U′，由电路图分析一定是U>U′，选项C错误；因为电压表示数U＝E－I（R3＋r），画出UI图线易知＝R3＋r＝6 Ω，选项D正确.

答案：BD

1.分析电路，将复杂的电路简化，分析各电阻的连接情况.

2.求出电路的总电阻，根据闭合电路欧姆定律求出总电流.若电路发生变化，可以列出方程组.

3.应用串并联电路和部分电路欧姆定律研究各部分电路的情况，可以求解各部分电路的电阻、电压、电流、电功率及其变化等.

4.与电源串联的未知电阻或定值电阻可以等效到电源内阻，这是应用闭合电路欧姆定律常用的方法.

考点二  含电容器电路的分析和计算

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，同一支路的电阻相当于导线，即电阻不起到降低电压的作用，电容器跟与它并联的用电器的电压相等.

（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）电容器带电荷量的计算：在计算出电容器的带电荷量后，必须同时判定两板的极性，并标在图上，从而进一步求电容器所带电荷量的变化量.

　（多选）如图所示，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 A

C.开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量大

D.不论开关S断开还是闭合，C1带的电荷量总比C2带的电荷量大

解析：S断开时外电路处于断路状态，两电阻中无电流通过，电阻两端电势相等，由图知a点电势与电源负极电势相等，而b点电势与电源正极电势相等，A项错误；S断开时两电容器两端电压都等于电源电动势，而C1>C2，由Q＝CU知此时Q1>Q2，当S闭合时，稳定状态下C1与R1并联，C2与R2并联，电路中电流I＝＝2 A，此时两电阻两端电压分别为U1＝IR1＝6 V，U2＝IR2＝12 V，则此时两电容器所带电荷量分别为Q′1＝C1U1＝3.6×10－5 C，Q′2＝C2U2＝3.6×10－5 C，对电容器C1来说，S闭合后其两端电压减小，所带电荷量也减小，故B、C项正确，D项错误.

答案：BC

考点三  两个U-I图线的理解和应用

1.电源的U-I图线反映的是电源路端电压随总电流的变化规律，由其解析式U＝E－Ir可知该图线为一直线，并可由解析式对应理解图线斜率和截距的物理意义.

2.电阻的U-I图线反映的是电阻两端电压与流过电阻的电流的变化规律，若电阻为线性元件，则其解析式为U＝IR，可知该图线为过原点的直线；若电阻为非线性元件，则图线为曲线.

3.电源U-I图象与电阻U-I图象的区别

　如图所示，直线A是电源的路端电压和电流的关系图线，直线B、C分别是电阻R1、R2的两端电压与通过该电阻电流的关系图线.若将这两个电阻分别接到该电源上，则（　　）

A.R1接在电源上时，电源的效率高

B.R2接在电源上时，电源的效率高

C.R1接在电源上时，电源的输出功率大

D.电源的输出功率一样大

解析：电源的效率η＝＝＝，由于UB>UC，故R1接在电源上时，电源的效率高，选项A正确，B错误；将电阻接在电源上，电阻的U-I图线与电源两端电压与电流关系图线的交点表示将这个电阻接到此电源上的输出电压和电流，从图线中只可看出电流的数值，由于图线的斜率等于电阻的阻值，由图线可知，R2与电源的内阻相等，所以接在电源上时，R2比R1消耗功率大，选项C、D错误.

答案：A

1.首先要明确图线的含义，即要确定两坐标轴表示的物理意义.

2.对闭合电路的U-I图象，图线上每一点纵、横坐标的乘积为电源的输出功率；纯电阻电路的图线上每一点纵、横坐标的比值为此时外电路的电阻.

3.注意电源输出功率最大与电源效率的区别，输出功率增大时，电源效率不一定增大.当R＝r时，电源有最大输出功率，而效率仅为50%.

1.如图所示电路，电源内阻不可忽略，R0为定值电阻，开关S闭合后，滑动变阻器滑片P置于滑动变阻器的中点时，电压表示数为8 V，当滑片从中点向b端移动距离s后，电压表示数变为6 V；滑片从中点向a端移动距离s后，电压表示数为（　　）

 A.9 V　　　　　　　　B.10 V

C.11 V  D.12 V

答案：D

2.如图所示的电路中，两平行金属板之间的带电液滴处于静止状态，电流表和电压表均为理想电表，由于某种原因灯泡L的灯丝突然烧断，其余元件均正常，则下列说法正确的是 （　　）

A.电流表、电压表的读数均变小

B.电源内阻消耗的功率变大

C.液滴将向上运动

D.电源的输出功率变大

答案：C

3.在如图所示电路中，电源内阻不可忽略.开关S闭合后，在滑动变阻器R2的滑动端由a向b缓慢滑动的过程中（　　）

A.电压表的示数减小，电流表的示数减小

B.电压表的示数增大，电流表的示数减小

C.电容器C所带电荷量减小

D.电容器C所带电荷量增大

答案：C

4.电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比.在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示，图中U为路端电压，I为干路电流，a、b为图线上的两点，相应状态下电源的效率分别为ηa、ηb.由图可知ηa、ηb的值分别为（　　）

A.、　　　　　　　　B.、

C.、  D.、

答案：D

5.如图电路中，电源E的电动势为3.2 V，电阻R的阻值为30 Ω，小灯泡L的额定电压为3 V，额定功率为4.5 W.当开关S接位置1时，电压表的读数为3 V，那么当开关S接位置2时，小灯泡L的发光情况是（　　）

A.正常发光　　　　　B.有可能被烧坏

C.比正常发光略亮  D.很暗，甚至不亮

答案：D