高考物理一轮复习 第7章 第2讲 电路 电路的基本规律固Word文档格式.docx
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3.适用条件
适用于金属导体和电解质溶液导电,适用于纯电阻电路.
4.导体的伏安特性曲线
用横轴表示电压U,纵轴表示电流I,画出I-U关系图线.
(1)线性元件:
伏安特性曲线为通过坐标原点的直线的电学元件.
(2)非线性元件:
伏安特性曲线为曲线的电学元件,即非线性元件电流与电压不成正比.
闭合电路欧姆定律
1.闭合电路
(1)组成
(2)内、外电压的关系:
E=U内+U外.
2.闭合电路欧姆定律
(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:
(只选用于纯电阻电路).
3.路端电压跟电流的关系
(1)关系式:
U=E-Ir.
(2)用图象表示如图7-2-1所示(其中纵轴截距为电动势,横轴截距为短路电流,斜率的绝对值为内阻.)
图7-2-1
(3)特殊情况
①当外电路断路时,I=0,U=E.
②当外电路短路时,I短=
,U=0.
1.(多选)一个T型电路如图7-2-2所示,电路中的电阻R1=10Ω,R2=120Ω,R3=40Ω,另有一测试电源电动势为100V,内阻忽略不计.则( )
图7-2-2
A.当c、d端短路时,a、b之间的等效电阻是40Ω
B.当a、b端短路时,c、d之间的等效电阻是40Ω
C.当a、b两端接通测试电源时,c、d两端的电压为80V
D.当c、d两端接通测试电源时,a、b两端的电压为80V
【解析】 当cd端短路时,R2与R3并联,总电阻为30Ω,后与R1串联,a、b间等效电阻为40Ω,A对;
当a、b端短路时,R1与R3并联,总电阻为8Ω,后与R2串联,c、d间等效电阻为128Ω,B错;
当a、b两端接通测试电源时,电阻R2未接入电路,c、d两端的电压即为R3两端的电压,为Ucd=
×
100V=80V,C对;
当c、d两端接通测试电源时,电阻R1未接入电路,a、b两端的电压即为R3两端的电压,为Uab=
100V=25V,D错.所以正确选项为A、C.
【答案】 AC
2.(2014·
云南省玉溪质检)如图7-2-3为直流电车模型的工作示意图,电源电动势E=12V,全电路电阻等效为R=1Ω,电车在水平路面上以5m/s的速度匀速行驶,电车所受阻力恒为7.2N,则电路中电流为( )
图7-2-3
A.12A B.6A C.3A D.1A
【解析】 由题意可知EI-I2R=Fv=Ffv,代入数据可得I=6A,选项B正确.
【答案】 B
3.(2013·
兰州一中质检)如图7-2-4所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,闭合开关后,滑动变阻器滑片P向左移动,下列结论正确的是( )
A.电流表读数变小,电压表读数变大
B.小灯泡L变亮
C.电容器C上电荷量减小
D.电源的总功率变大
图7-2-4
【解析】 闭合开关后,滑动变阻器滑片P向左移动,电流表读数变小,电压表读数变大,小灯泡L变暗,选项A正确B错误.电容器C上电压增大,电荷量增大,选项C错误.电源的总功率变小,选项D错误.
【答案】 A
4.(2014·
湖南省怀化市质检)如图7-2-5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图线的一部分,用该电源和小灯泡组成闭合电路,下例说法中正确的是( )
A.此电源的内阻为0.5Ω
B.电源的总功率为10W
C.电源的输出功率为8W
D.由于小灯泡的U-I图线是一条曲线,所以欧姆定律不适用
图7-2-5
【解析】 由电源的U-I图线A可知,此电源的电动势为4V,内阻为0.5Ω,选项A正确.用该电源和小灯泡组成闭合电路,电源输出电流为2A,电源的总功率为P=EI=8W,电源的输出功率为P=UI=3×
2W=6W,选项B、C错误.小灯泡的U-I图线是一条曲线,但是欧姆定律仍适用,选项D错误.
电路动态变化问题的分析
1.电路动态变化问题是指由于断开或闭合开关、滑动变阻器滑片的滑动等造成电路结构发生了变化,一处变化又引起了一系列的变化,对它们的分析要熟练掌握闭合电路欧姆定律,部分电路欧姆定律,串、并联电路的电压、电流关系.
2.分析方法
(1)程序法:
电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路
→变化支路.
(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.
(多选)(2014·
济南一中检测)如图7-2-6所示,闭合开关S后,A灯与B灯均发光,当滑动变阻器的滑片P向左滑动时,以下说法中正确的是( )
A.A灯变亮
B.B灯变亮
C.电源的输出功率可能减小
D.电源的总功率增大
图7-2-6
【解析】 当滑动变阻器的滑片P向左滑动时,A灯变亮,B灯变暗,选项A正确,B错误;
由于外电路电阻增大,输出电流减小,电源的总功率减小,电源的输出功率可能减小,选项C正确,D错误.
程序法分析电路动态变化
(1)明确局部电路变化时所引起的局部电路电阻的变化.
(2)根据局部电阻的变化,确定电路的外电阻R总如何变化.
(3)根据闭合电路欧姆定律I总=
,确定电路的总电流如何变化.
(4)由U内=I总r确定电源的内电压如何变化.
(5)由U外=E-U内确定路端电压如何变化.
(6)由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化.
【迁移应用】
1.(多选)(2012·
北京西城期末)电源、开关S、定值电阻R1、光敏电阻R2和电容器连接成如图7-2-7所示的电路,电容器的两平行板水平放置.当开关S闭合,并且无光照射光敏电阻R2时,一带电液滴恰好静止在电容器两板间的M点.当用强光照射光敏电阻R2时,光敏电阻的阻值变小,则
( )
A.液滴向下运动
B.液滴向上运动
C.电容器所带电荷量减少
D.电容器两极板间电压变大
图7-2-7
【解析】 当用强光照射光敏电阻R2时,光敏电阻的阻值变小,电流增大,电容器两极板间电压变大,电容器所带电荷量增大,液滴所受电场力增大,液滴向上运动,选项B、D正确.
【答案】 BD
电源的输出功率和效率
1.电源的输出功率
(1)任意电路:
P出=UI=EI-I2r=P总-P内.
(2)纯电阻电路:
P出=I2R=
(3)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.
⑤P出与R的关系如图7-2-8所示.
图7-2-8
2.电源的效率
η=
100%=
100%.
因此在纯电阻电路中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%.
(2014·
重庆一中检测)如图7-2-9所示的电路中,电池的电动势E=5V,内电阻r=10Ω,固定电阻R=90Ω,R0是可变电阻.在R0由0增加到400Ω的过程中,求:
(1)可变电阻R0上消耗热功率最大的条件和最大热功率;
(2)电池的内电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和.
图7-2-9
【解析】
(1)可变电阻R0上消耗的热功率
P1=I2R0=(
)2R0=
由上式可得:
当R0=100Ω时,P1有最大值Pm=
W=
W.
(2)r和R上消耗的热功率之和P2=I2(R+r)=
100
由上式可知,R0最大时,P2最小,即当R0=400Ω时,P2有最小值
P2min=
100W=0.01W.
【答案】
(1)R0=100Ω时,Pm=
W
(2)0.01W
西安一中检测)如图7-2-10所示,直线A为某电源的U-I图线,直线B为电阻R的U-I图线,求:
图7-2-10
(1)电源的电动势和内阻分别是多大?
(2)当用此电阻R和该电源组成闭合电路时,该电源的输出功率为多少?
(3)若接入该电源的外电阻是一个最大阻值为2Ω的滑动变阻器,则滑动变阻器的阻值多大时,其消耗的功率最大.
【解析】
(1)由图可知,E=6V,r=0.5Ω.
(2)P=UI=5V×
2A=10W.
(3)R=r,即R的阻值是0.5Ω时,输出功率最大.
最大功率为Pm=
=18W.
【答案】 见解析
电源U-I图线与电阻U-I图线
两种图线的比较
图象上
的特征
物理意义
电源U-I图像
电阻U-I图像
图形
图像表述的物理量变化关系
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
图线与坐标轴交点
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
图线上每一点坐标的乘积UI
表示电源的输出功率
表示电阻消耗的功率
图线上每一点对应的U、I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等大,表示此电阻的大小
图线的斜率的大小
内电阻r
电阻大小
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7-2-11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( )
图7-2-11
A.
、
B.
C.
D.
【解析】 电源效率η=
,E为电源的总电压(即电动势),根据图象可知Ua=
E、Ub=
E,所以选项D正确.
【答案】 D
3.某一电源的路端电压与电流的关系和电阻R1、R2的电压与电流的关系如图7-2-12所示.用此电源和电阻R1、R2组成电路.R1、R2可以同时接入电路,也可以单独接入电路.为使电源输出功率最大,可采用的接法是( )
A.将R1单独接到电源两端
B.将R2单独接到电源两端
C.将R1、R2串联后接到电源两端
D.将R1、R2并联后接到电源两端
图7-2-12
【解析】 由U-I图象可以确定电源的电动势E=3V,内阻r=0.5Ω,R1=0.5Ω,R2=1Ω.由电源的输出功率特点可知当外电路电阻和内阻相等时输出功率最大,故选A.
“电桥”模型的分析应用
“电桥”是一种比较特殊的电路,常用来测量电阻和研究导体的导电性能,其电路组成和分析方法如下:
(1)电路组成:
图7-2-13
(2)分析方法:
当
时,电流表中无电流通过,称作“电桥平衡”.因此可以通过调节“电桥平衡”来计算未知电阻和研究导体导电性能.
(2013·
安徽高考)用图7-2-14所示的电路可以测量电阻的阻值.图中Rx是待测电阻,R0是定值电阻,Ⓖ是灵敏度很高的电流表,MN是一段均匀的电阻丝.闭合开关,改变滑动头P的位置,当通过电流表Ⓖ的电流为零时,测得MP=l1,PN=l2,则Rx的阻值为( )
R0 B.
R0
C.
R0 D.
R0
图7-2-14
【解析】 电流表Ⓖ中的电流为零,表示电流表Ⓖ两端电势差为零(即电势相等),则R0与Rl1两端电压相等,Rx与Rl2两端电压相等.
由①②③④式得
即Rx=
R0.选项C正确.
【答案】 C
【即学即用】
如图7-2-15所示的电路中,R1、R2、R3是固定电阻,R4是光敏电阻,其阻值随光照强度的增强而减小.当开关S闭合且没有光照射时,电容器C不带电.当用强光照射R4且电路稳定时,则与无光照射时比较( )
图7-2-15
A.电容器C的上极板带正电
B.电容器C的下极板带正电
C.通过R4的电流变小,电源的路端电压增大
D.通过R4的电流变大,电源提供的总功率变小
【解析】 无光照射时,C不带电,说明
.当有光照射时,R4阻值减小,则R4分压减小,C的上极板电势低于下极板电势,下极板带正电.由于R4减小,回路中总电流变大,通过R1、R2的电流变小,通过R4的电流变大,P总=EI变大,故B正确.
【答案】 B
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