第2节 闭合电路的欧姆定律-2023年高考物理二轮复习对点讲解与练习（通用版）

第七章  恒定电流

第2节　闭合电路的欧姆定律

考点一　闭合电路的动态分析问题

【知识梳理】

【温馨提示】

　对于U­I图象中纵坐标(U)不从零开始的情况，图线与横坐标的交点坐标小于短路电流，但直线的斜率大小仍等于电源的内阻．

【诊断小练】

(1)闭合电路中的电流与电源电动势成正比，与整个电路的电阻成反比．(　　)

(2)电动势是电源两极间的电压．(　　)

(3)电动势的单位跟电压的单位一致，所以电动势就是两极间的电压．(　　)

(4)当外电阻增大时，路端电压也增大．(　　)

(5)非静电力做的功越多，电动势就越大．(　　)

(6)E＝只是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小是由电源内非静电力的特性决定的．(　　)

【命题突破】

命题点1　电阻变化引起的动态变化

1．如图为某控制电路，由电动势为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是两个指示灯．当电位器的触片由b端滑向a端时，下列说法正确的是(　　)

A．L1、L2都变亮  B．L1、L2都变暗

C．L1变亮，L2变暗  D．L1变暗，L2变亮

命题点2　传感器引起的动态变化

2．在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图所示．M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻RM发生变化，导致S两端电压U增大，装置发出警报，此时(　　)

A．RM变大，且R越大，U增大越明显

B．RM变大，且R越小，U增大越明显

C．RM变小，且R越大，U增大越明显

D．RM变小，且R越小，U增大越明显

【方法总结】

1．程序法

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．

即：←R↑→

3．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．

4．特殊值法：对于某些电路问题，可以采取代入特殊值法判定，从而得出结论.

命题点3　断路(短路)引起的动态变化

3．如图所示的电路，闭合开关，灯L1、L2正常发光．由于电路出现故障，突然发现L1变亮，L2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是(　　)

A．R1断路  B．R2断路

C．R3短路  D．R4短路

【方法总结】

已知电路发生某种故障，寻找故障发生的位置时，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，运用欧姆定律进行推理，推理结果若与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路；若不符合，则故障不发生在这部分电路．用这种方法逐段找下去，直至找到发生故障的全部可能为止，这里应用了排除法.

考点二　闭合电路的功率及效率问题

【知识梳理】

由P出与外电阻R的关系图象可知

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外电阻R1和R2，且R1R2＝r2.

【诊断小练】

(1)外电阻越大，电源输出功率越大，效率越高．(　　)

(2)在闭合电路中，外电阻越大，电源的输出功率越大．(　　)

(3)在纯电阻电路中，当外电阻与电源内阻相等时，效率最大．(　　)

(4)在纯电阻电路中，当外电阻与电源内阻相等时，电源输出功率达到最大．(　　)

【命题突破】

命题点1　电源效率的分析

1．有一个电动势为3 V、内阻为1 Ω的电源．下列电阻与其连接后，使电阻的功率大于2 W，且使该电源的效率大于50%的是(　　)

A．0.5 Ω  B．1 Ω

C．1.5 Ω  D．2 Ω

命题点2　电源功率的分析与计算

2.如图所示，已知电源的内电阻为r，固定电阻R0＝r，可变电阻R的总阻值为2r，若滑动变阻器的滑片P由A端向B端滑动，则下列说法中正确的是(　　)

A．电源的输出功率由小变大

B．固定电阻R0上消耗的电功率由小变大

C．电源内部的电压即内电压由小变大

D．滑动变阻器R上消耗的电功率变小

命题点3　P­I图象的理解与应用

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变化的图线画在了同一坐标系中，如图中的a、b、c所示．以下判断正确的是(　　)

A．在a、b、c三条图线上分别取横坐标相同的A、B、C三点，这三点的纵坐标一定满足关系PA＝PB＋PC

B．b、c图线的交点与a、b图线的交点的横坐标之比一定为1∶2，纵坐标之比一定为1∶4

C．电源的最大输出功率Pm＝9 W

D．电源的电动势E＝3 V，内电阻r＝1 Ω

考点三　两种图线的理解及应用

【知识梳理】

【命题突破】

命题点1　对电源U­I图象的理解

1.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 A

D．电流为0.3 A时的外电阻是18 Ω

命题点2　同一坐标系中两种图线的比较

2.如图所示，图线甲、乙分别为电源和某金属导体的伏安特性曲线，电源的电动势和内阻分别用E、r表示，根据所学知识分析下列选项正确的是(　　)

A．E＝50 V

B．r＝ Ω

C．当该导体直接与该电源相连时，该导体的电阻为20  Ω

D．当该导体直接与该电源相连时，电路消耗的总功率为 80 W

考点四　含容电路的分析与计算

【知识梳理】

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．

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.

5．含电容器电路的动力学问题的处理方法：含电容器电路如果和力学知识相结合一般是分析电容器内电场强度的变化，进而分析带电粒子在电容器内的运动状态，常涉及牛顿第二定律，动能定理等知识．

【命题突破】

命题点1　含容电路的动态分析

1．在如下图所示的电路中，当闭合开关S后，若将滑动变阻器的滑片P向下调节，则正确的是(　　)

A．电压表和电流表的示数都增大

B．灯L2变暗，电流表的示数减小

C．灯L1变亮，电压表的示数减小

D．灯L2变亮，电容器的带电量增加

命题点2　电容器电荷量的分析与计算

2．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(　　)

A.  B．

C.  D．

【方法总结】

含电容器电路的分析技巧

分析和计算含有电容器的直流电路时，关键是准确判断和求出电容器两端的电压，其具体方法是：

(1)确定电容器和哪个电阻并联，该电阻两端电压即为电容器两端电压．

(2)当电容器和某一电阻串联后接在某一电路两端时，此电路两端电压即为电容器两端电压．

(3)当电容器与电源直接相连，则电容器两极板间电压即等于电源电动势.

3．如图所示，R1、R2、R3、R4均为可变电阻，C1、C2均为电容器，电源的电动势为E，内阻r≠0.若改变四个电阻中的一个阻值，则(　　)

A．减小R1，C1、C2所带的电量都增加

B．增大R2，C1、C2所带的电量都增加

C．增大R3，C1、C2所带的电量都增加

D．减小R4，C1、C2所带的电量都增加

命题点3　电容器中含带电体的力电综合问题

4．如图所示电路中，电源的电动势为E，内阻为r，R1、R3为定值电阻，R2为滑动变阻器，C为平行板电容器，开关S闭合后，电容器两板正中央有一个带电液滴恰好静止．电流表和电压表都可以视为理想电表．当滑动变阻器滑片P向b端滑动过程中，下述说法中正确的是(　　)

A．电压表示数变大，电流表示数变小

B．电压表示数变小，电流表示数变大

C．电容器C所带电荷量增加，液滴向上加速运动

D．电容器C所带电荷量减小，液滴向下加速运动

考点五　等效电源法的应用

1．方法概述：等效法是把复杂的物理现象、物理过程转化为简单的物理现象、物理过程来研究和处理的一种科学思想方法．

2．常见类型

(1)物理量的等效：如等效电阻、等效电源、等效长度、等效力、等效重力加速度等．

(2)过程的等效：如平抛运动可等效为水平方向的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动，带电粒子在匀强电场中做类平抛运动等．

例、如图所示，R1为定值电阻，R2为可变电阻，E为电源电动势，r为电源内电阻，以下说法中正确的是(　　)

A．当R2＝R1＋r时，R2上获得最大功率

B．当R2＝R1＋r时，R1上获得最大功率

C．当R2＝0时，R1上获得最大功率

D．当R2＝0时，电源的输出功率最大

【考能提升·对点演练】

1．如图所示电路中，电源内阻忽略不计．闭合电键，电压表示数为U，电流表示数为I；在滑动变阻器R1的滑片P由a端滑到b端的过程中(　　)

A．U先变大后变小

B．I先变小后变大

C．U与I比值先变大后变小

D．U变化量与I变化量比值等于R3

2.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是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图象(电池内阻不是常数)，图线b是某电阻R的U­I图象．当它们组成闭合回路时，硅光电池的内阻可表示为(　　)

A.  B．

C.  D

3.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 Ω

B．电动机的内阻为4 Ω

C．电动机的正常工作电压为1 V

D．电源效率约为93.3%

4．阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成图示电路，保持S1闭合、S2断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；再闭合开关S2，电流重新稳定后，C所带的电荷量为Q2，则Q1与Q2之比为(　　)

A．5∶3  B．1∶1

C.1∶2  D．1∶3

5．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 V

B．电源的总功率为10 W

C．a、b间电压的大小为5 V

D．a、b间用导线连接后，电路的总电流为1 A

6．如图甲所示的电路中，R1为定值电阻，滑动变阻器的最大阻值为R2，电源电动势为E，内阻不计．闭合开关S后，滑动变阻器滑片P从A端滑到B端的过程中，电流表示数I与电压表示数U的变化关系的完整图线如图乙所示，则下列选项中正确的是(　　)

A．R1＝5 Ω，R2＝15 Ω

B．R2＝15 Ω，E＝3 V

C．R1的最大功率为1.8 W，滑动变阻器消耗的功率一直变大

D．R1的最小功率为0.2 W，滑动变阻器消耗的功率先增大后减小

7．竖直放置的一对平行金属板的左极板上，用绝缘细线悬挂了一个带正电的小球，将平行金属板按如右图所示的电路连接，开关闭合后绝缘细线与左极板间的夹角为θ.保持开关闭合，当滑动变阻器R的滑片在a位置时，电流表的读数为I1，夹角为θ1；当滑片在b位置时，电流表的读数为I2，夹角为θ2，则(　　)

A．θ1<θ2，I1<I2  B．θ1＞θ2，I1＞I2

C．θ1＝θ2，I1＝I2  D．θ1<θ2，I1＝I2

8.如图所示，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，闭合电键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(　　)

A．增大R1的阻值  B．增大R2的阻值

C．增大两板间的距离  D．断开电键S

9．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，如图所示，根据图线可知下列叙述正确的是(　　)

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

10.如图所示为两电源的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．当外接相同的电阻时，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

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

11.如图是温度自动报警器的工作原理图，左侧是控制电路，右侧是工作电路，图中1是电磁铁、2是衔铁、3是常开触点、4是常闭触点、5是水银温度计．下列说法正确的是(　　)

A．温度低于警戒温度时，电铃报警

B．温度高于警戒温度时，电铃报警

C．温度低于警戒温度时，控制电路处于断路状态，指示灯亮

D．温度高于警戒温度时，控制电路处于断路状态，指示灯亮

12.在如图所示的电路中，闭合开关S，当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动过程中，下列说法正确的是(　　)

A．电容器的电荷量增大

B．电流表A的示数减小

C．电压表V1示数在变大

D．电压表V2示数在变大

13．有一种测量物体重力的电子秤，其电路原理图如图中的虚线所示，主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(实际上是一个阻值可随压力变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质上是电流表)．不计踏板的质量，已知电流表的量程为2 A，内阻为1 Ω，电源电动势为12 V，内阻为1 Ω，电阻R随压力F变化的函数式为R＝30－0.01F(F和R的单位分别为N和Ω)．下列说法中正确的是(　　)

A．该秤能测量的最大体重是2 600 N

B．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘的0.375 A处

C．电流表G的量程越大，则能测量的最大体重越小

D．该秤可以通过电路规律转换成F＝3 200＋关系进行刻度转换

14.如图所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，与分别为电压表与电流表．初始时S0与S均闭合，现将S断开，则(　　)

A.的读数变大，的读数变小

B.的读数变大，的读数变大

C.的读数变小，的读数变小

D.的读数变小，的读数变大

15.恒流源是一种特殊的电源，其输出的电流能始终保持不变．如图所示的电路中，当滑动变阻器滑动触头P向左移动时，下列说法中正确的是(　　)

A．R0上的电压变小

B．R2上的电压变大

C．R1上的电压变大

D．R1上电压变化量大于R0上的电压变化量

16．据介绍，电容车在一个站点充电30秒到1分钟后，空调车可以连续运行3公里，不开空调则可以持续行驶5公里，最高时速可达44公里每小时．超级电容器可以反复充放电数十万次，其显著优点有：容量大、功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽．如图所示为某汽车用的超级电容器，规格为“48 V，3 000 F”，放电电流为1 000 A，漏电电流为10 mA，充满电所用时间为30 s，下列说法不正确的是(　　)

A．放电能持续的时间超过10分钟

B．充电电流约为4 800 A

C．若汽车一直停在车库，则电容器完全漏完电，时间将超过100天

D．所储存电荷量是手机锂电池“4.2 V,1 000 mA·h”的40倍

17．如图所示，电源电动势E＝27 V，内阻r＝2 Ω，固定电阻R2＝4 Ω，R1为光敏电阻．C为平行板电容器，其电容C＝3 pF，虚线到两极板距离相等，极板长l＝0.2 m，间距d＝1.0×10－2 m．P为一圆盘，由形状相同、透光率不同的两个半圆a、b构成，它可绕AA′轴匀速转动．当细光束通过a、b照射光敏电阻R1时，R1的阻值分别为12 Ω、3 Ω.有带电荷量为q＝－1.0×10－4 C的微粒沿图中虚线以速度v0＝10 m/s连续射入C的电场中．闭合开关，假设照在R1上的光强发生变化时，R1阻值立即有相应的改变，重力加速度g取10 m/s2.

(1)细光束通过a照射到R1上时，求电容器所带的电荷量；

(2)细光束通过a照射到R1上，带电微粒刚好沿虚线匀速运动，判断细光束通过b照射到R1上时带电微粒能否从C的电场中射出．

18．如图甲所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1＝100 Ω，R2阻值未知，R3为一滑动变阻器．当其滑片P从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图线如图乙所示，其中A、B两点是滑片P在变阻器的两个不同端点得到的．求：

(1)电源的电动势和内阻；

(2)定值电阻R2的阻值；

(3)滑动变阻器的最大阻值．