江苏高考物理总复习讲义闭合电路欧姆定律及其应用Word下载.docx
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U1=U2=…=Un
总电阻
R总=R1+R2+…+Rn
=++…+
功率分配
P1R1=P2R2=…=PnRn
2.三个有用的结论
(1)串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻,电路中任意一个电阻变大时,总电阻变大。
(2)并联电路的总电阻小于电路中任意一个电阻,任意一个电阻变大时,总电阻变大。
(3)某电路中无论电阻怎样连接,该电路消耗的电功率P总等于各个电阻消耗的电功率之和。
[题点全练]
1.(2019·
扬州中学月考)A、B、C三个灯泡按如图所示的方式连接时,各自消耗的实际功率相同,则RA∶RB∶RC为( )
A.1∶1∶1 B.1∶2∶2
C.2∶1∶1D.1∶4∶4
解析:
选D 灯泡B、C并联,电压相同,根据U=IR和P=UI,电流和电阻均相等;
通过灯泡A的电流与通过灯泡B的电流之比为2∶1,功率相同,根据公式P=I2R,电阻之比为1∶4;
故RA∶RB∶RC=1∶4∶4,故D正确,A、B、C错误。
2.电路如图所示,接通电路后三个灯的电阻都相等。
那么三个灯消耗的电功率P1、P2、P3之间的关系是( )
A.P1=P2=P3B.P1=P2>P3
C.P1=P2=P3D.P3=4P1=4P2
选D L1、L2并联,所以两端电压相等,两个灯的电阻又相等,所以电流也相等,即I1=I2,而I3=I1+I2=2I1,根据P=I2R可知:
P3=4P1=4P2,故D正确,A、B、C错误。
3.(2019·
重庆市巴蜀中学月考)如图所示电路中,各灯泡额定电压和额定功率分别是:
A灯“10V 10W”,B灯“60V 60W”,C灯“40V 40W”,D灯“30V 30W”。
在a、b两端加上电压后,四个灯都能发光。
比较各灯泡消耗功率大小,以下说法正确的是( )
A.PB>
PA>
PD>
PCB.PB>
PC
C.PB>
PC>
PAD.PA>
PB
选A A灯的电阻:
RA==Ω=10Ω,B灯的电阻:
RB==Ω=60Ω,C灯的电阻:
RC==Ω=40Ω,D灯的电阻:
RD==Ω=30Ω,设a到b回路中的电流为1A,则IA=IB=1A;
C、D两灯并联,UC=UD,即ICRC=(1-IC)RD,则有IC==A=A,ID=1A-A=A,A灯消耗的功率为PA=IA2RA=12×
10W=10W,B灯消耗的功率为PB=IB2RB=12×
60W=60W,C灯消耗的功率为PC=IC2RC=2×
40W≈7.3W,D灯消耗的功率为PD=ID2RD=2×
30W≈9.8W,所以PB>
PC,故A正确,B、C、D错误。
突破点
(二) 闭合电路的动态分析
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。
[典例] [多选](2018·
大连模拟)在如图所示的电路中,电源的负极接地,其电动势为E、内电阻为r,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,C为电容器,、为理想电流表和电压表。
在滑动变阻器滑片P自a端向b端滑动的过程中,下列说法中正确的是( )
A.电压表示数减小 B.电流表示数增大
C.电容器C所带电荷量增多D.a点的电势降低
[方法应用]
(一)由题明3法
基础解法(程序法):
P由a端向b端滑动,其阻值减小,则总电阻减小,总电流增大,电阻R1两端电压增大,示数变大,A错误;
电阻R2两端的电压U2=E-I总(R1+r),I总增大,则U2减小,I2=,I2减小,的示数IA=I总-I2增大,B正确;
由于电容器的电压UC=U2减小,由Q=CUC知Q减小,C错误;
Uab=φa-φb=φa=U2,故φa降低,D正确。
能力解法一(结论法):
由于R3减小,R2与R3并联,则U2、I2均减小,而UC=U2,Q=CUC知Q减小,C错误;
Uab=U2=φa-φb=φa减小,D正确;
因为R1间接与R3串联,故I1、U1均增大,故示数增大,A错误;
根据IA=I1-I2知IA增大,B正确。
能力解法二(极限法):
设滑片P滑至b点,则R3=0,φa=φb=0,D正确;
R2上电压为零,则C上电压也为零,Q=0,C错误;
当R3=0时,总电阻最小,总电流最大,R1上电压最大,故A错误;
由于IA=I1-I2,此时I1最大,I2=0最小,故IA最大,B正确。
(二)3法比较
(1)“程序法”:
较繁琐,准确度高,学生易掌握。
(2)“结论法”:
较简单,要求学生要准确判断电路中各元件的串、并联关系。
(3)“极限法”:
较简单,仅适用于物理量单调变化的情况,如果电阻先增大后减小或先减小后增大,则不宜用该方法。
[集训冲关]
1.
(2018·
苏州期末)如图所示,电源内阻不能忽略,电流表、电压表均可视为理想电表,在滑动变阻器R的触头从a端滑到b端的过程中( )
A.电压表V的示数先增大后减小,电流表A的示数增大
B.电压表V的示数先增大后减小,电流表A的示数减小
C.电压表V的示数先减小后增大,电流表A的示数增大
D.电压表V的示数先减小后增大,电流表A的示数减小
选A 当滑动头从a端滑到中点时,变阻器左右并联的电阻增大,分担的电压增大,变阻器右边电阻减小,则通过电流表的电流增大。
外电路总电阻增大,干路电流减小,电源的内电压减小,路端电压增大,则电压表的示数增大;
当滑动头从中点滑到b端时,变阻器左右并联的电阻减小,分担的电压减小,外电路总电阻减小,干路电流增大,而通过变阻器左侧的电流减小,则通过电流表的电流增大。
电源的内电压增大,路端电压减小。
所以电压表的示数先增大后减小,电流表示数一直增大,故A正确。
2.
[多选]如图所示电路中,电源内阻不能忽略,两个电压表均为理想电表。
当滑动变阻器R2的滑动触头P移动时,关于两个电压表V1与V2的示数,下列判断正确的是( )
A.P向a移动,V1示数增大、V2的示数减小
B.P向b移动,V1示数增大、V2的示数减小
C.P向a移动,V1示数改变量的绝对值小于V2示数改变量的绝对值
D.P向b移动,V1示数改变量的绝对值大于V2示数改变量的绝对值
选AC P向a移动,R2连入电路的电阻减小,根据“并同串反”可知V2示数减小,V1示数增大,U内增大,A正确;
同理,B错误;
由E=U内+U外=U内+UV1+UV2,电源电动势不变可得:
U内示数改变量绝对值与V1示数改变量绝对值之和等于V2示数改变量绝对值,C正确;
同理,D错误。
3.[多选]某温度检测、光电控制加热装置原理如图所示。
图中RT为热敏电阻(随温度升高阻值减小),用来探测加热电阻丝R的温度,RG为光敏电阻(随光照强度增大阻值减小),接收小灯泡L的光照,除RT、RG外,其他电阻均为定值电阻。
当R处温度降低时( )
A.L变亮 B.通过R3的电流减小
C.E2的路端电压增大D.R消耗的功率减小
选BC 当R处温度降低时,热敏电阻RT阻值变大,由闭合电路欧姆定律可知,左侧电路中的电流减小,通过小灯泡L的电流减小,小灯泡L的光照强度减小,光敏电阻RG的阻值变大,对右侧电路,由闭合电路欧姆定律可知,通过R2的电流变小,右侧电路中的电源E2的路端电压变大,R两端电压变大,通过R的电流也变大,R消耗的功率变大,通过R3的电流变小,选项B、C正确。
突破点(三) 闭合电路的功率及效率问题
电源总功率
任意电路:
P总=EI=P出+P内
纯电阻电路:
P总==I2(R+r)
内部功率
P内=I2r=P总-P出
输出功率
P出=UI=P总-P内
P出==I2R=
P出与
外电阻R
的关系
P出随R的增大先增大后减小,当R=r时达到最大Pm=,P出<Pm时对应两个外电阻R1和R2,且R1R2=r2。
电源的效率
η=×
100%=×
100%
[典例] 如图所示,已知电源电动势为6V,内阻为1Ω,保护电阻R0=0.5Ω,求:
当电阻箱R读数为多少时,保护电阻R0消耗的电功率最大,并求这个最大值。
[解析] 保护电阻消耗的功率为P0=,因R0和r是常量,而R是变量,所以R最小时,P0最大,即R=0时,P0max==W=8W。
[答案] R=0 P0max=8W
[多维探究]
[变式1] 例题中条件不变,求当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R消耗的功率PR最大,并求这个最大值。
这时要把保护电阻R0与电源内阻r算在一起,据以上结论,当R=R0+r即R=(1+0.5)Ω=1.5Ω时,PRmax==W=6W。
答案:
R=1.5Ω PRmax=6W
[变式2] 在例题中,若电阻箱R的最大值为3Ω,R0=5Ω,求:
当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R的功率最大,并求这个最大值。
把R0=5Ω当作电源内阻的一部分,则等效电源内阻r等为6Ω,而电阻箱R的最大值为3Ω,小于6Ω,P=2R=,则不能满足R=r等,当电阻箱R的电阻取3Ω时,R消耗功率最大,最大值为:
P=2R=W。
R=3Ω P=W
[变式3] 例题中条件不变,求电源的最大输出功率。
由电功率公式P出=2R外=,当R外=r时,P出最大,即R=r-R0=0.5Ω时,P出max==W=9W。
9W
[变式4] 如图所示,电源电动势E=2V,内阻r=1Ω,电阻R0=2Ω,可变电阻的阻值范围为0~10Ω。
求可变电阻为多大时,R上消耗的功率最大,最大值为多少?
方法一:
PR=,根据闭合电路欧姆定律,路端电压
U=E·
=,
所以PR=,
代入数据整理得PR=,
当R=Ω时,R上消耗的功率最大,PRmax=W。
方法二:
采用等效电源法分析,把定值电阻等效到电源的内部,
即把电源和定值电阻看作电动势为E′=E,内阻为r′=的电源,当R=r′=时,电源对外电路R的输出功率最大PR=。
把数值代入各式得:
E等=E′=E=V;
r等=r′==Ω。
所以:
PR==W。
R=Ω P=W
突破点(四) 闭合电路的图像
两种UI图像的比较
电源UI图像
电阻UI图像
图形
物理意义
电源的路端电压随电路电流的变化关系
电阻中的电流随电阻两端电压的变化关系
截距
与纵轴交点表示电源电动势E,与横轴交点表示电源短路电流
过坐标轴原点,表示没有电压时电流为零
坐标U、I
的乘积
表示电源的输出功率
表示电阻消耗的功率
的比值
表示外电阻的大小,不同点对应的外电阻大小不同
每一点对应的比值均
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