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2018版高考物理大一轮复习讲义 第八章 恒定电流 第2讲 闭合电路欧姆定律

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第八章  恒定电流
第2讲 闭合电路欧姆定律
      内容索引


   基础           命题点一             命题点二            命题点三            命题点四
               闭合电路欧姆定                          电源和电阻U-I                        盘查拓展点            课时作业
知识梳理                                                             含电容器电路
                律及动态分析                            图象的比较             的分析
                                 电路中的功率
                                 及效率问题
     1

基础知识梳理
一、闭合电路的欧姆定律
1.内容:在外电路为纯电阻的闭合电路中,电流的大小跟电源的电动势
成  正比          ,跟内、外电路的电阻之和成反比.
2.公式:
(1)I=            (只适用于纯电阻电路).

(2)E=  U   外   +    Ir     (适用于所有电路).
3.路端电压U与电流I的关系
(1)关系式:U=E-Ir.
(2)U-I图象如图所示.
①当电路断路即I=0时,纵坐标的截距为  电源电动势                      .
②当外电路短路即U=0时,横坐标的截距为  短路电流                  .
③图线的斜率的绝对值为          电源的内阻     .
二、电路中的功率及效率问题
1.电源的总功率

(1)任意电路:P总=   IE     =  IU     外    +IU内=P出+P内.
                  I2(R+r)
(2)纯电阻电路:P总=                 =            .
2.电源内部消耗的功率

     2
P内=  I   r   =IU内=P总-P出.
3.电源的输出功率

                        2
(1)任意电路:P出=  IU     =IE-I r=P总-P内.


                  2
(2)纯电阻电路:P出=I     R=________=                  .
(3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关系

①当R=r时,电源的输出功率最大为Pm=          .
②当R>r时,随着R的增大输出功率越来越小.
③当RR2
  A.V 的示数必增大,V      的示数必减小
 √   1             2
  B.V1的示数必增大,V2的示数必增大

  C.V1的示数必减小,V2的示数必增大

  D.V1的示数必减小,V2的示数必减小
   7

课时作业
 1.如图所示电路,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         答案    解析
√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


                             1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
由变阻器R0的滑动端向下滑动可知,R0连入电路的有效电阻减小,R总减

小,由I=       可知I增大,由U内=Ir可知U内增大,由E=U内+U外可知

U外减小,故电压表示数减小.由U1=IR1可知U1增大,由U外=U1+U2可

知U2减小,由I2=      可知电流表示数减小,故A正确.


                            1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
2.(多选)已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小,有磁场时电阻变大,并
且磁场越强电阻值越大.为探测有无磁场,利用磁敏电阻作为传感器设计
了如图所示电路,电源的电动势E和内阻r不变,在没有磁场时调节变阻
器R使电灯L正常发光.若探测装置从无磁场区
进入强磁场区,则         答案    解析
√A.电灯L变亮           B.电灯L变暗
√C.电流表的示数减小        D.电流表的示数增大


                             1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
探测装置从无磁场区进入强磁场区时,磁敏电阻阻值变大,则电路的总
电阻变大,根据I=     可知总电流变小,所以电流表的示数减小,根据U
=E-Ir,可知I减小,U增大,所以灯泡两端的电压增大,所以电灯L变
亮,故A、C正确,B、D错误.


                            1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
 3.在如图所示电路中,已知电表均为理想仪表,且小灯泡的电阻小于电

 源的内阻,电流表A、电压表V1、电压表V2的读数分别为I、U1和U2,P
 为被细线悬挂在两平行金属板间的带电小球,细线与竖直方向间的夹角
 为θ,则当滑动变阻器的滑片向右滑动一小段距离的过程中,

 电流表A、电压表V1、电压表V2读数变化量大小分别是ΔI、

 ΔU1和ΔU2,下列说法中正确的是           答案    解析

 A.ΔU2大于ΔU1
 B.灯泡变亮、细线与竖直方向间的夹角θ变大
√C.电源的输出功率变大


                              1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
滑动变阻器电阻增大,总电流减小,R1电压减小,R2电压增大,而U外又

增大,明显R2电压增大要超过R1电压减小,则A错误.

U外增大,即灯泡两端电压增大,灯泡变亮;R1电压减小,即电容器两端
电压变小,细线与竖直方向间的夹角θ变小,则B错误.

小灯泡的电阻小于电源的内阻,那么再并联R1、R2就更小了,因外电阻

等于内电阻时,P出最大,所以当外电阻小于内电阻时,外电阻增大,

P出增大,则C正确.


                            1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
 4.如图所示的电路中,闭合开关S,灯L1、L2正

 常发光.由于电路突然出现故障,发现灯L1变亮

 ,灯L2变暗,电流表的读数变小,根据分析,
 发生的故障可能是       答案   解析
 A.R 断路            B.R 断路
√   1                 2

 C.R3短路            D.R4短路


                             1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
分析电路的连接方式可知,R1与L1并联;R2与R3先并联再与电流表、R4

串联,然后与L2并联.发现灯L1变亮,灯L2变暗,说明L1两端的电压变大

,L2两端的电压变小,可能是R1断路,A正确;

如果R2断路,则灯L2变亮,灯L1变暗,与现象不符,B错误;

若R3短路或R4短路,与电流表示数变小不符,C、D错误.


                            1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
 5.(多选)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      答案   解析
√A.电源的输出功率由小变大
 B.固定电阻R    上消耗的电功率由小变大
√          0
 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


                             1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
由闭合电路欧姆定律推出电源的输出功率随外电阻变化的规律表达式P出


=                ,根据上式作出P出-R外图象如图所示.

当滑片P由A端向B端滑动时,外电路电阻的变化范围是
           ,由图可知,当外电路电阻由0增加到    r时,电
源的输出功率一直变大,选项A正确.

R0是纯电阻,所以其消耗的电功率PR0=     ,因全电路的总电压即电源电
动势E一定,当滑动变阻器的滑片P由A端向B端滑动时,外电阻增大,总

电流减小,内电压减小,外电压升高,R0上消耗的电功率也一直增大,
选项B正确,C错误.

                             1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
讨论滑动变阻器R上消耗的电功率的变化情况时,可以把定值电阻R0当作
电源内电阻的一部分,即电源的等效内电阻为r′=                           ,这时滑
动变阻器R上消耗的电功率相当于外电路消耗的功率,即等效电源的输出
功率.随着滑片P由A端向B端滑动,在R的阻值增大到                  之前,滑动变阻器
R上消耗的电功率是一直增大的;则根据闭合电路欧姆定律可知,当R=   
   时,滑动变阻器R上消耗的电功率达到最大值,滑片P再继续向B端滑动
,则滑动变阻器R上消耗的电功率就会逐渐减小,故选项D错误.


                            1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
 6.(多选)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    答案    解析
 A.当R =R +r时,R   获得最大功率
√    2   1       2
 B.当R1=R2+r时,R1获得最大功率
 C.当R =0时,R   获得最大功率
√    2       1
 D.当R2=0时,电源的输出功率最大


                             1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
在讨论R2的电功率时,可将R1视为电源内阻的一部分,即将原电路等效

为外电阻R2与电动势为E、内阻为(R1+r)的电源(等效电

源)连成的闭合电路(如图甲所示),R2的电功率是等效电

源的输出功率.显然当R2=R1+r时,R2获得的电功率最大,
A项正确;

                                   2
讨论R1的电功率时,由于R1为定值,根据P=I             R知,电
                                 2
路中电流越大,R1上的电功率就越大(P1=I            R1),所以,

当R2=0时,等效电源内阻最小(等于r,如图乙所示),R1
获得的电功率最大,故B项错误,C项正确;

                            1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
讨论电源的输出功率时,(R1+R2)为外电阻,内电阻r恒定,由于题目没

有给出R1和r的具体数值,所以当R2=0时,电源输出功率不一定最大,
故D项错误.


                            1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
7.如图所示,直线A为某电源的U-I图线,曲线B为某小
灯泡的U-I图线,用该电源和小灯泡组成闭合电路时,

电源的输出功率和电源的总功率分别是               答案    解析
A.4 W,8 W          B.2 W,4 W
C.2 W,3 W         √D.4 W,6 W
用该电源和小灯泡组成闭合电路时,电源的输出功率
是UI=2×2 W=4 W,电源的总功率是EI=3×2 W=
6 W.选项D正确.

                            1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
 8.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的关系图线(电池内阻不是常数),图
 线b是某电阻R的U-I图线.在该光照强度下将它们
 组成闭合回路时,硅光电池的内阻为              答案    解析
√A.8.0 Ω           B.10 Ω
 C.12 Ω            D.12.5 


                             1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
由闭合电路欧姆定律得U=E-Ir,当I=0时,E=U,由图线a与纵轴的
交点读出电动势为E=3.6 V.根据两图线交点处的状态可知,电阻两端的

电压为2 V,则内阻r=            Ω=8.0 Ω,故A正确.


                            1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
 9.(多选)在如图所示的U-I图线上,a、b、c各点均表示该电路中有一个

 确定的工作状态,在b点α=β,则下列说法中正确的是                   答案    解析
√A.在b点时电源有最大输出功率
 B.在b点时电源的总功率最大
 C.从a→b,β角增大,电源的总功率和输出功率可能
    都将增大
√D.从b→c,β角增大,电源的总功率和输出功率可能
    都将减小

                             1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
b点对应内、外电路电阻相等,电源有最大输出功率,A正确;

电源的总功率P总=IE,当回路电流最大时电源总功率最大,即外电路短
路时电源的总功率最大,B错误;
从a→b,路端电压升高,回路电流减小,电源的总功率减小,C错误;
若     =r(电源内阻),由路端电压和干路电流可判断从b→c外电路电阻增
大,电源的输出功率和总功率都减小,D正确.


                            1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
10.(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                答案   解析
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C     带的电荷量比开关S闭合后C         带的
√            1                      1
   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


                             1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
S断开时外电路处于断路状态,两电阻中均无电流通过,电阻两端电势
相等,由题图知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的电荷量分别为Q1′=C1U1=3.6×
  -5                    -5
10   C、Q2′=C2U2=3.6×10     C,对电容器C1来说,S闭合后其两端
电压减小,所带的电荷量也减小,故B、C正确,D错误.

                            1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
 11.在如图所示的电路中,电容器的电容C=2              μF,电源电压为12      V且恒

 定不变,R1∶R2∶R3∶R4=1∶2∶6∶3,则电容器极板a所带电荷量为
 A.-8×10-6 C
 B.4×10-6 C
 C.-4×10-6 C
√D.8×10-6 C
 答案    解析


                             1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
设R1、R2、R3、R4的电阻分别为R、2R、6R、3R.电路稳定后,电容器所

在支路无电流,左右两个支路构成并联电路,其中R1和R2支路中电流I1

=                ,R3和R4支路中电流I3=             ,令电源正极的电势

φ=0,则φa=-I1R1=-4    V,φb=-I3R3=-8    V,得Uab=φa-φb=4    V
                                         -6
,即电容器极板a带正电荷,电荷量Q=CUab=8×10                C,D正确.


                            1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
 12.(多选)如图所示,D是一只理想二极管,水平放置的平行板电容器AB
 内部原有带电微粒P处于静止状态.下列措施下,关于P的运动情况说法
 正确的是      答案   解析
√A.保持S闭合,增大A、B板间距离,P仍静止
√B.保持S闭合,减小A、B板间距离,P向上运动
 C.断开S后,增大A、B板间距离,P向下运动
√D.断开S后,减小A、B板间距离,P仍静止


                             1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
保持S闭合,电源的路端电压不变,增大A、B板间距离,电容减小,由于
二极管的单向导电性,电容器不能放电,其电量不变,由推论E=                           得
到,板间场强不变,微粒所受电场力不变,仍处于静止状态,故A正确.
保持S闭合,电源的路端电压不变,电容器的电压不变,减小A、B板间距
离,由E=       可知,板间场强增大,电场力增大,微粒将向上运动,故B
正确.
断开S后,电容器的电量Q不变,由推论E=                    得到,板间场强不变,
微粒所受电场力不变,仍处于静止状态,故C错误,D正确.

                             1  2 3 4  5 6 7  8 9 10 11 12
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