2024届高考物理一轮复习（新教材鲁科版）第十章电路及应用第2讲闭合电路的欧姆定律课件

闭合电路的欧姆定律第2讲目标要求1.了解电动势的物理意义，理解并掌握闭合电路的欧姆定律.2.会用闭合电路欧姆定律分析电路的动态变化.3.会计算涉及电源的电路功率.4.掌握路端电压和电流的关系及电源的U－I图像. 内容索引考点一　闭合电路欧姆定律及应用考点二　闭合电路的功率及效率问题考点三　电源的U－I图像课时精练考点四　含容电路的分析 考点一闭合电路欧姆定律及应用 1.电动势(1)非静电力所做的功与所移动的电荷量之比叫电动势.(2)物理含义：电动势表示电源把其他形式的能转化成本领的大小，在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压.梳理必备知识电势能 2.闭合电路欧姆定律(1)内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成，跟内、外电路的电阻之和成；(2)公式：I＝(只适用于纯电阻电路)；(3)其他表达形式E＝U外＋U内或E＝U外＋(适用于电路).正比反比Ir任意 1.电动势的大小反映了电源把电能转化为其他形式的能的本领强弱.()2.电动势就是电源的路端电压.()3.电源的重要参数是电动势和内阻.电动势由电源中非静电力的特性决定，与电源的体积无关，与外电路无关.()4.在电源电动势及内阻恒定的闭合电路中，外电阻越大，路端电压越大.()×√×√ 1.路端电压与外电阻的关系提升关键能力(2)特殊情况：①当外电路断路时，I＝0，U＝E. 2.动态分析常用方法(1)程序法：遵循“局部—整体—局部”的思路.①分析步骤(如图)：②分析时：串联电路注意分析电压关系，并联电路注意分析电流关系. (2)结论法：“串反并同”，应用条件为电源内阻不为零.①所谓“串反”，即某一电阻的阻值增大时，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”，即某一电阻的阻值增大时，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. 考向1闭合电路的有关计算例1(2019·江苏卷·3)如图所示的电路中，电阻R＝2Ω.断开S后，电压表的读数为3V；闭合S后，电压表的读数为2V，则电源的内阻r为A.1ΩB.2ΩC.3ΩD.4Ω√ 当断开S后，电压表的读数等于电源的电动势，即E＝3V；当闭合S后，有U＝IR，又由闭合电路欧姆定律可知，I＝，联立解得r＝1Ω，A正确，B、C、D错误. 例2(2023·福建福州市质检)在如图所示的电路中，电源电动势为E、内阻为r，闭合开关S，当滑动变阻器的滑片P移动时，发现电压表示数变大，则下列判断正确的是A.电流表示数变大B.电阻R1的电功率变大C.滑动变阻器的滑片P向上移动D.电源的输出功率一定增大√考向2闭合电路的动态分析 电压表示数变大时，说明外电路电阻增大，则滑动变阻器阻值变大，即滑动变阻器的滑片P向下移动，此时R2和R3的并联阻值增大，R2、R3两端电压增大，电流表示数变大，故A正确，C错误；外电路电阻增大，干路电流减小，电阻R1的电功率变小，故B错误；当外电阻和电源内阻相等时，电源的输出功率最大，当滑动变阻器的滑片向下移动时外电阻变大，但是不能确定外电阻和电源内阻的大小关系，所以输出功率不一定变大，故D错误. 例3(2023·重庆市育才中学高三测试)某同学按如图电路进行实验，电压表内阻看作无限大，电流表内阻看作零.实验中由于电路发生故障，发现两电压表示数相同了(但不为零)，若这种情况的发生是由于某一电阻引起的，则可能的故障是A.RP断路B.R2断路C.R1短路D.R3短路√考向3电路故障分析 若R3短路，则电压表V2示数为零，两电压表示数不相同；若RP断路，则电压表V2示数为零，两电压表示数不相同；若R1短路，则V1测滑动变阻器和R2串联的总电压，V2测R2两端电压，两电压表示数不同；若R2断路，则两电压表均测R3两端电压，两电压表示数相同且不为零，A、C、D错误，B正确. 例4如图所示的电路中，电源的电动势为6V，当开关S闭合后，灯泡L1和L2都不亮，用电压表测得各部分的电压分别为Uab＝6V，Uad＝0，Ucd＝6V，由此可断定A.L1和L2的灯丝都烧断了B.L1的灯丝烧断了C.L2的灯丝烧断了D.滑动变阻器R断路√ 由Uab＝6V可知电源完好，灯泡都不亮，说明电路中出现断路故障，由Ucd＝6V可知，灯泡L1与滑动变阻器R完好，断路故障出现在c、d之间，故灯泡L2的灯丝烧断了，选项C正确. 1.电压表检测：如果电压表示数为零，则说明可能在并联路段之外有断路，或并联部分短路；2.电流表检测：当电路中接有电源时，可用电流表测量各部分电路上的电流，通过对电流值的分析，可以确定故障的位置.在运用电流表检测时，一定要注意电流表的极性和量程；3.欧姆表检测：当测量值很大时，表示该处断路；当测量值很小或为零时，表示该处短路.在用欧姆表检测时，应断开电源.电路故障检测方法方法点拨 考点二闭合电路的功率及效率问题 1.电源的总功率(1)任意电路：P总＝＝＋IU内＝P出＋P内.(2)纯电阻电路：P总＝＝.2.电源内部消耗的功率P内＝＝IU内＝P总－P出.3.电源的输出功率(1)任意电路：P出＝＝IE－I2r＝P总－P内.(2)纯电阻电路：P出＝＝.梳理必备知识IEIU外I2(R＋r)I2rIUI2R 4.电源的效率 1.外电阻越大，电源的输出功率越大.()2.电源的输出功率越大，电源的效率越高.()3.电源内部发热功率越大，输出功率越小.()××× 1.纯电阻电路中电源的最大输出功率(如图)提升关键能力 2.提高纯电阻电路效率的方法 例5(多选)某同学将一直流电源的总功率PE、电源内部的发热功率Pr和输出功率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＋PCB.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∶4C.电源的最大输出功率Pm＝9WD.电源的电动势E＝3V，内电阻r＝1Ω√√√ 在a、b、c三条图线上分别取横坐标相同的A、B、C三点，因为直流电源的总功率PE等于输出功率PR和电源内部的发热功率Pr之和，所以这三点的纵坐标一定满足关系PA＝PB＋PC，故A正确；图线c表示电路的输出功率与电流的关系图线，很显然，最大输出功率小于3W，故C错误； 例6如图所示，已知电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，保护电阻R0＝0.5Ω.(1)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；答案08W (2)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；答案1.5Ω6W (3)求电源的最大输出功率.答案9W 把含有电源、电阻的部分电路等效为新的“电源”，其“电动势”、“内阻”如下：(1)两点间断路时的电压等效为电动势E′.等效电源方法点拨 常见电路等效电源如下：方法点拨 考点三电源的U－I图像 两类U－I图像的比较电源的U－I图像电阻的U－I图像图像表述的物理量的关系电源的路端电压与电路电流的关系电阻两端电压与流过电阻的电流的关系图线与坐标轴交点①与纵轴交点表示电源电动势E②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的斜率－r(r为内阻)表示电阻大小(电阻为纯电阻时) 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坐标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表示此电阻的阻值大小 例7(多选)如图所示，图甲中M为一电动机，开关S闭合后，当滑动变阻器R的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表V1和V2的读数随电流表A读数的变化情况如图乙所示，已知电流表A读数在0.2A以下时，电动机没有转动.不考虑电表内阻，以下判断正确的是A.图线①为V2读数随电流表读数的变化图线B.电路中电源电动势为3.4VC.此电路中，电动机的最大输入功率是0.9WD.滑动变阻器的最大阻值为30Ω√√ 由题图甲知，电压表V2测量路端电压，电流增大时，内电压增大，路端电压减小，所以图线①为V2的读数随电流表读数的变化图线，故A正确； 当I2＝0.3A时，U2＝3V，此时电动机输入功率最大，且P＝U2I2＝3×0.3W＝0.9W，故C正确； 考点四含容电路的分析 1.电路简化把电容器所在的支路稳定时视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上.2.电容器的电压(1)电容器所在的支路中没有电流，与之串联的电阻两端无电压，相当于导线.(2)电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压. 3.电容器的电荷量及变化(1)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.(2)如果变化前后极板带电的电性相同，通过所连导线的电荷量为|Q1－Q2|.(3)如果变化前后极板带电的电性相反，通过所连导线的电荷量为Q1＋Q2. 例8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√ S断开时等效电路图如图甲所示.甲S闭合时等效电路图如图乙所示.乙 例9(多选)(2023·福建龙岩市第一中学模拟)如图所示，电源电动势为E、内阻为r，R1、R2、R3为定值电阻(阻值均大于电源内阻r)，电压表和电流表可视为理想电表.开关S闭合时，一带电油滴P恰好能静止在平行金属板之间，若将滑动变阻器R的滑片向b端移动，下列说法正确的是A.油滴将向下运动B.电压表的示数变小，电流表的示数变大C.电源的输出功率逐渐增大，电源的效率逐渐增大D.R1、R3电阻上消耗的功率都变大√√ 油滴恰好静止在金属板之间，则重力和电场力是一对平衡力，滑片向b端移动，滑动变阻器接入电路的电阻减小，则并联部分总电阻减小，并联部分两端电压减小，即电容器两板间电压减小，板间电场强度减小，油滴所受电场力减小，所以油滴向下移动.故A正确；电压表和滑动变阻器并联，电流表和滑动变阻器串联，滑动变阻器电阻变小，总电阻减小，总电流变大，内阻r和R1两端电压变大，则R1消耗的功率变大，并联支路两端电压减小，通过R3的电流减小， 则R3消耗的功率变小，通过R2和R电流变大，电流表示数变大，R2两端电压变大，则R两端电压减小，即电压表示数减小，故B正确，D错误；根据电源的输出功率与外电阻间的关系可知，当外电路电阻大于内阻时，电源的输出功率随外电路总电阻的减小而增大，由题知电源的内阻小于外电路电阻，R总减小，所以电源的输出功率增大，故C错误. 五课时精练 1.(2022·江苏卷·2)如图所示，电路中灯泡均正常发光，阻值分别为R1＝2Ω，R2＝3Ω，R3＝2Ω，R4＝4Ω，电源电动势E＝12V，内阻不计，四个灯泡中消耗功率最大的是A.R1B.R2C.R3D.R4123456789101112√基础落实练 123456789101112由电路图可知，R3与R4串联后与R2并联，再与R1串联. 123456789101112四个灯泡的实际功率分别为P1＝I12R1＝18W，P2＝I22R2＝12W，P3＝I32R3＝2W，P4＝I42R4＝4W，故四个灯泡中消耗功率最大的是R1，故A正确，B、C、D错误. 2.交警使用的某型号酒精测试仪如图甲所示，其工作原理如图乙所示，传感器电阻R的阻值随气体中酒精浓度的增大而减小，电源的电动势为E，内阻为r，电路中的电表均为理想电表.当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，下列说法中正确的是A.电压表的示数变大，电流表的示数变小B.电压表的示数变小，电流表的示数变小C.酒精气体浓度越大，电源的输出功率越大D.电压表示数变化量与电流表示数变化量的绝对值之比保持不变√123456789101112 123456789101112当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，R的阻值减小，电路总电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律可知，电路中电流I变大，故电流表的示数变大，R两端电压为U＝E－I(R0＋r)变小，故电压表的示数变小，故A、B错误； 123456789101112因为不知道外电阻R0＋R与电源内阻r的关系，所以无法判断电源的输出功率如何变化，故C错误；电压表示数为U＝E－I(R0＋r)，电压表示数变化量与电流表示数变化量的绝对值之比为＝R0＋r，保持不变，故D正确. 3.在如图所示的电路中，开关S闭合后，由于电阻元件发生短路或断路故障，导致电压表和电流表的读数都增大，电压表和电流表均为理想电表，则可能出现了下列哪种故障A.R1短路B.R2短路C.R3短路D.R1断路√123456789101112 123456789101112若电路正常，则电流表测量流过R1的支路电流，电压表测量R3两端的电压.若R1短路，则R2被短路，外电路只有电阻R3接在电源两端，电流表测量干路电流，电压表测量路端电压，两表示数均增大，A正确；若R2短路，则R1被短路，电流表示数为零，B错误；若R3短路，则电压表示数为零，C错误；若R1断路，则电流表示数为零，D错误. 4.如图所示，图中的四个电表均为理想电表，当滑动变阻器的滑片P向右端移动时，下列说法中正确的是A.电源的输出功率一定变小B.电压表V1的读数变小，电流表A1的读数变小C.电压表V2的读数变大，电流表A2的读数变小D.电压表V2的读数变小，电流表A2的读数变小123456789101112√ 123456789101112当内、外电阻相等时电源的输出功率最大，由于电源的内、外电阻关系未知，所以不能确定电源的输出功率如何变化，故A错误；当滑动变阻器的滑片P向右端移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律可得，干路电流I增大，路端电压U减小，则电流表A1读数变大，电压表V1读数U1＝E－I(R1＋r)，I增大，其他量不变，则U1减小，A2的读数为I2＝，则I2减小，即电流表A2的读数变小，因总电流增大，则通过R2的电流增大，则U2变大，即电压表V2读数变大，故C正确，B、D错误. 5.将一电源与一电阻箱连接成闭合电路，测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线如图所示，由此可知A.电源最大输出功率可能大于45WB.电源内阻等于5ΩC.电源电动势为45VD.电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率大于50%√123456789101112 123456789101112由题可知将一电源与一电阻箱连接成闭合电路，电阻箱所消耗功率P等于电源输出功率，由题图可知，电阻箱所消耗功率P最大为45W，所以电源最大输出功率为45W，选项A错误；由电源输出功率最大的条件可知，电源输出功率最大时，外电路电阻等于电源内阻，所以电源内阻r＝5Ω，选项B正确； 123456789101112电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率为50%，选项D错误.电阻箱所消耗功率P最大值为45W时，电阻箱读数为R＝5Ω，则电流I＝＝3A，电源电动势E＝I(R＋r)＝30V，选项C错误； 6.(2023·四川内江市第六中学月考)电源的效率定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比.直线A、B和C分别是电源a、电源b和电阻R的U－I图线.将这个电阻R分别接到a、b两电源上，那么A.电源a、b电动势一样大，b内阻较大B.R接到电源a上，电路中的电流较小C.R接到电源b上，电源的输出功率较大D.R接到电源b上，电源效率较高√123456789101112 123456789101112由电源的U－I图线可知，纵轴截距表示电动势，斜率的绝对值表示内阻，故电源a、b电动势一样大，b内阻较大，A正确；当电源与电阻直接相连时，电源和电阻的U－I图线交点表示该电阻的工作状态，其横坐标表示电路中的电流，故R接到电源a上，电路中的电流较大，B错误； 123456789101112 7.(2023·江苏淮安市车桥中学高三测试)如图所示电路，电源内阻为r，两相同灯泡L1、L2电阻均为R，D为理想二极管(具有单向导电性)，电表均为理想电表.闭合S后，一带电油滴恰好在平行板电容器中央静止不动.现把滑动变阻器滑片向上滑动，电压表V1、V2示数变化量绝对值分别为ΔU1、ΔU2，电流表示数变化量绝对值为ΔI，则下列说法中错误的是A.两灯泡逐渐变亮B.油滴将向下运动C.＝R＋rD.ΔU2>ΔU1√123456789101112能力综合练 123456789101112滑片向上滑动，滑动变阻器接入电路的阻值减小，总电阻减小，回路中电流变大，两灯泡变亮，选项A正确； 123456789101112把L1的电阻R看作电源内阻一部分，ΔU2就是R＋r两端电压的增加量，则＝R＋r，选项C正确；由闭合电路欧姆定律可得＝r，所以ΔU2>ΔU1，选项D正确. 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的关系图像(电池内阻不是常量)，图线b是某电阻R的U－I图像.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A.5.5ΩB.7.0ΩC.12.0ΩD.12.5Ω√123456789101112 123456789101112由闭合电路欧姆定律得U＝E－Ir，当I1＝0时，E＝U1，由图线a与纵轴的交点读出电源的电动势为E＝3.6V，组成闭合回路时，根据两图线交点处的 9.(多选)(2023·河南三门峡市外国语高级中学高三检测)如图所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，L为小灯泡，R为滑动变阻器，V为理想电压表.现闭合开关S，将滑动变阻器R的滑动触头P从a端向b端滑动.已知小灯泡电阻和电源内阻相等，则下列说法中正确的是A.电压表示数先变小后变大B.小灯泡L先变暗后又变亮C.电源的输出功率先变小后变大D.电源的效率先减小后增大123456789101112√√ 123456789101112由电路结构可知，滑动变阻器R的滑动触头P两边的电阻并联，则当P从a端向b端滑动时，电路的总电阻先变大后变小，则干路电流先变小后变大，故小灯泡L先变暗后又变亮，选项B正确；由U＝E－Ir可知路端电压先变大后变小，即电压表的示数先变大后变小，选项A错误；因为小灯泡电阻和电源内阻相等，电路的总电阻先变大后变小，结合电源输出功率随外电路电阻变化图像可知，当内、外电阻相等时电源输出功率最大，则电源的输出功率先变小后变大，选项C正确； 123456789101112 10.(2023·河北邯郸市模拟)如图所示，电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，R0＝3Ω，R1＝7.5Ω，R2＝3Ω，R3＝2Ω，电容器的电容C＝2μF.开始时开关S处于闭合状态，则下列说法正确的是A.开关S闭合时，电容器上极板带正电B.开关S闭合时，电容器两极板间电势差是3VC.将开关S断开，稳定后电容器极板所带的电荷量是3.6×10－6CD.将开关S断开至电路稳定的过程中通过R0的电荷量是9.6×10－6C√123456789101112 123456789101112 123456789101112 11.在如图甲所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1＝100Ω，R2阻值未知，R3是一滑动变阻器，当其滑片P从最左端滑至最右端时，测得电源的路端电压随电源中流过的电流的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：123456789101112(1)电源的电动势和内阻；答案20V20Ω 123456789101112电源的路端电压随电流的变化图线斜率的绝对值等于电源的内阻，则内阻电源的电动势为E＝U＋Ir取电压U1＝16V，电流I1＝0.2A，代入解得E＝20V (2)定值电阻R2的阻值；123456789101112答案5Ω (3)滑动变阻器的最大阻值.123456789101112答案300Ω 123456789101112当滑片P滑到最左端时，滑动变阻器阻值最大，外电阻最大，电流最小，此时路端电压U1＝16V，电流I1＝0.2A， 12.如图所示，电源电动势E＝2V，内阻r＝1Ω，电阻R0＝2Ω，滑动变阻器的阻值范围为0～10Ω.求滑动变阻器的阻值为多大时，R上消耗的功率最大，最大值为多少？123456789101112素养提升练 123456789101112 123456789101112方法二　采用等效电源法分析，把电阻R0等效到电源的内部，即把电源和电阻R0看作等效电源，