2020版物理新导学浙江选考大一轮精讲讲义:第八章 恒定电流 第2讲 Word版含答案.pdf
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1、第第 2 讲 闭合电路欧姆定律讲 闭合电路欧姆定律 考试标准 知识内容考试要求说明 串联电路和并联电路c 闭合电路的欧姆定律d 1.不要求解决无穷网络等复杂电路的问题 2.电表改装只限于改装成单量程电压表和电流表 3.不要求分析外电路为混联电路的动态电路问题. 一、串联电路和并联电路 1电路的串、并联 串联并联 电流II1I2InII1I2In 电压UU1U2UnUU1U2Un 电阻RR1R2Rn 1 R 1 R1 1 R2 1 Rn 电压与电流分配电压与各部分电路的电阻成正比电流与各支路的电阻成反比 功率分配与各部分电路的电阻成正比与各支路的电阻成反比 2两个重要的结论 (1)串联电路的总电
2、阻大于电路中任意一个电阻的电阻值,电路中任意一个电阻值变大或变 小时,串联电路的总电阻变大或变小 (2)并联电路的总电阻小于电路中任意一个支路电阻的电阻值,任意一个支路电阻值变大或 变小时,电路的总电阻变大或变小 自测 1 如图 1 所示, 有三个电阻, 已知 R1R2R3136, 则电路工作时, 电压 U1U2 为( ) 图 1 A16 B19 C13 D12 答案 D 解析 由题图可知 R2与 R3并联后再与 R1串联,U1为 R1两端电压,U2为并联部分电压,由 电阻关系知 R23R1,R36R1,R2与 R3并联总电阻 R232R1,根据串联电路电 3R16R1 3R16R1 压分配规
3、律有 U1U2R1R2312. 二、闭合电路的欧姆定律 1公式 (1)I(只适用于纯电阻电路) E Rr (2)EU外Ir(适用于所有电路) 2路端电压与外电阻的关系 (1)一般情况:U外IRR. E Rr (2)特殊情况: 当外电路断路时,I0,U外E. 当外电路短路时,I短 ,U外0. E r 3路端电压 U 与电流 I 的关系 (1)关系式:UEIr. (2)UI 图象(如图 2 所示) 图 2 当电路断路即 I0 时,纵坐标的截距为电源电动势 当外电路电压为 U0 时,横坐标的截距为短路电流 图线的斜率的绝对值为电源的内阻 自测 2 将一电源电动势为 E,内阻为 r 的电池,与外电路连
4、接,构成一个闭合电路,用 R 表示外电路总电阻,I 表示电路的总电流,下列说法正确的是( ) A由 U外IR 可知,外电压随 I 的增大而增大 B由 U内Ir 可知,电源两端的电压随 I 的增大而增大 C由 U外EIr 可知,电源输出电压随输出电流 I 的增大而减小 D由 PIU外可知,电源的输出功率 P 随输出电流 I 的增大而增大 答案 C 解析 因 R 的变化,才使 I 发生了改变,故不能用 U外IR 来分析 U外随 I 的变化情况由 闭合电路欧姆定律知,U外EIr,E、r 为定值,故 U外随 I 的增大而减小,故 A、B 错,C 对 ; 对于 PIU外, I 增大, R 减小, 若 R
5、r, 由输出功率 P 随外电阻变化曲线可知, R 减小, P 减小,故 D 错 自测 3 某电源电动势为 E, 内阻为 r.根据路端电压与电流的关系式 UEIr, 作出 U 与 I 的函数图象如图 3 所示下列说法正确的是( ) 图 3 A图线斜率的绝对值表示内阻的大小 B电源短路的状态对应于图中的 P 点 C电动势越大,P 点位置越接近坐标原点 D外电路断开的状态对应于图中的 Q 点 答案 A 解析 UI 图象中,由 UEIr 知,图线为一条直线,纵轴截距为电源电动势,横轴截距 为短路电流,直线的斜率的绝对值等于电源的内阻,故 A 正确. 命题点一 闭合电路欧姆定律及动态分析 1总电阻变化的
6、规律 (1)当外电路的任何一个电阻阻值增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小) (2)若开关的通、断使串联的用电器增多时,电路的总电阻增大;若开关的通、断使并联的 支路增多时,电路的总电阻减小 2电路动态分析的两种方法 (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 Error!变化支路 (2)极限法:即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑 至两个极端去讨论 类型 1 闭合电路欧姆定律 例 1 (2018湖州市三县期中)如图 4 所示的电路中,电源电动势 E6 V,电源内阻 r1 ,电阻 R13 ,电阻 R26 .当闭合开关
7、S 后,流过 R1的电流为( ) 图 4 A. A B. A 4 3 2 3 C2 A D1 A 答案 A 解析 R1与 R2并联电阻 R12 2 3 6 36 I总 A2 A,流过 R1的电流 I1I总2 A A,故 A 正确 E R12r 6 21 R2 R1R2 6 36 4 3 变式 1 有两个阻值都为 R 的电阻,串联起来接在电动势为 E 的电源上,通过每个电阻的 电流为 I,若将这两个电阻并联起来,仍接在该电源上,此时通过一个电阻的电流为 I,则 2 3 该电源的内阻是( ) AR B. C4R D. R 2 R 8 答案 C 解析 由闭合电路欧姆定律得,两电阻串联时I,两电阻并联
8、时 I ,解得r4R, E 2Rr 2 3 1 2 E R 2r 故选项 C 正确 类型 2 电路的动态分析 例 2 (2018书生中学月考)巨磁电阻(GMR)电流传感器可用来准确检测输电线路中的强电 流, 其原理利用了巨磁电阻效应 巨磁电阻效应是指某些磁性材料的电阻在一定磁场作用下 随磁感应强度 B 的增加而急剧减小的特性 如图 5 所示为检测电路, 设输电线路电流为 I(不 是 GMR 中的电流),GMR 为巨磁电阻,R1、R2为定值电阻,已知输电线路电流 I 在巨磁电 阻 GMR 处产生的磁场的磁感应强度 B 的大小与 I 成正比,下列有关说法正确的是( ) 图 5 A如果 I 增大,电
9、压表 V1示数减小,电压表 V2示数减小 B如果 I 增大,电流表 A 示数减小,电压表 V1示数增大 C如果 I 减小,电压表 V1示数增大,电压表 V2示数增大 D.如果 I 减小,电流表 A 示数减 小,电压表 V2示数减小 答案 D 变式 2 (多选)如图 6 所示是一种油箱内油面高度检测装置的示意图 图中油量表由电流表 改装而成,金属杠杆的一端接浮标,另一端触点 O 接滑动变阻器 R.当油箱内油面下降时, 下列分析正确的是( ) 图 6 A触点 O 向下滑动 B触点 O 向上滑动 C电路中的电流增大了 D电路中的电流减小了 答案 BD 解析 当油面下降时,浮标位置降低,在杠杆作用下,
10、滑动变阻器的触点 O 向上移动,滑 动变阻器连入电路的阻值变大,根据 I可知电路中的电流变小,电流表示数变小,选 E Rr 项 A、C 错误,B、D 正确 类型 3 闭合电路的故障分析 1故障特点 (1)断路特点:表现为路端电压不为零而电流为零 (2)短路特点:用电器或电阻发生短路,表现为有电流通过电路但它两端电压为零 2检测方法 (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,或并联路段被 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使用电流表检测时,一定要注意电流表的极性和量程 (3)欧姆表检
11、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 路在使用欧姆表检测时,电路一定要切断电源 例 3 用电压表检查图 7 电路中的故障,测得 Uad5.0 V,Ucd0,Ubc0,Uab5.0 V, 则此故障可能是( ) 图 7 AL 断路 BR 断路 CR断路 DS 断路 答案 B 解析 由Uad5.0 V和Uab5.0 V可知, 开关S、 灯泡L、 电阻R均为通路, 由Ucd0, Ubc0 可知电路为断路故障(电路中无电流),所以故障可能是 R 断路,选项 B 正确 命题点二 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IEIU外IU内P出P内 (2)纯电阻
12、电路:P总I2(Rr). E2 Rr 2电源内部消耗的功率 P内I2rIU内P总P出 3电源的输出功率 (1)任意电路:P出IU外IEI2rP总P内 (2)纯电阻电路:P出I2R. E2R Rr2 E2 Rr2 R 4r (3)纯电阻电路中输出功率随 R 的变化关系 当 Rr 时,电源的输出功率最大为 Pm. E2 4r 当 Rr 时,随着 R 的增大输出功率越来越小 当 Rr 时,随着 R 的增大输出功率越来越大 4电源的效率 (1)任意电路:100% 100%. P出 P总 U E (2)纯电阻电路:100%100%. R Rr 1 1 r R 因此在纯电阻电路中 R 越大, 越大;当 R
13、r 时,电源有最大输出功率,但电源的效率仅 为 50%. 例 4 直流电路如图 8 所示,电源内阻不可忽略,在滑动变阻器的滑片 P 向右移动时,电 源的( ) 图 8 A总功率一定增大 B效率一定减小 C内部损耗功率一定减小 D输出功率一定先增大后减小 答案 C 解析 滑片 P 向右移动时外电路电阻 R外增大, 由闭合电路欧姆定律知总电流减小, 由 P总 EI 可得 P总减小,选项 A 错误;根据 100%100%可知选项 B 错误; R外 R外r 1 1 r R外 由 P内I2r 可知,选项 C 正确;由 P出R外图象,因不知道 R外的初始值与 r 的关系,所 以无法判断 P出的变化情况,选
14、项 D 错误 变式 3 将一电源与一电阻箱连接成闭合回路,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 9 所示,由此可知( ) 图 9 A电源最大输出功率可能大于 45 W B电源内阻一定等于 5 C电源电动势为 45 V D电阻箱所消耗功率 P 最大时,电源效率大于 50% 答案 B 解析 由题可知将一电源与一电阻箱连接成闭合回路,电阻箱所消耗功率 P 等于电源输出 功率由电阻箱所消耗功率 P 与电阻箱读数 R 变化的曲线可知,电阻箱所消耗功率 P 最大 为 45 W,所以电源最大输出功率为 45 W,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
15、路电阻等于电源内阻, 所以电源内阻一定等于 5 , 选项 B 正确 ; 由电阻箱所消耗功率 P 最大值为 45 W 时,电阻箱读数为 R5 ,电流 I3 A,电源 P R 电动势 EI(Rr)30 V,选项 C 错误;电阻箱所消耗功率 P 最大时,电源效率为 50%, 选项 D 错误 变式 4 (多选)(2018杭州市期末)许多人造卫星都用太阳能电池供电, 太阳能电池由许多片 电池板组成,某电池板不接负载时电压是 600 V,短路电流是 30 A,下列说法正确的是 ( ) A该电池板电动势约为 600 V B该电池板内阻约为 20 C该电池板最大输出功率为 4.5109 W D该电池板最大输出
16、效率为 50% 答案 ABC 解析 当电池板不接负载时所测量电压为电源的电动势, 故电池板的电动势 E 约为 600 V, 由题意可知电池板的内阻为 r 20 ,故 A、B 正确;当内外电阻相等时,电 E I 600 V 30 A 源的输出功率最大,此时最大输出功率 Pmax W4.5109 W,故 C E2 4r 600 10 62 4 20 正确;由 100%100%100%100%知,R 越大,效率越高, P出 P总 IU IE R Rr 1 1 r R 可高于 50%,故 D 错误 变式 5 如图 10 所示, 电源电动势 E12 V, 内阻 r3 , R01 , 直流电动机内阻 R0
17、1 ,当滑动变阻器阻值为 R1时可使甲电路输出功率最大,滑动变阻器阻值为 R2时可使乙电 路输出功率最大,且此时电动机刚好正常工作(额定输出功率为 P02 W),则 R1和 R2的值 分别为( ) 图 10 A2 ,2 B2 ,1.5 C1.5 ,1.5 D1.5 ,2 答案 B 解析 因为题中甲电路是纯电阻电路,当外电阻与电源内阻相等时,电源的输出功率最大, 所以 R12 ,故选项 C、D 错误;而乙电路是含电动机电路,欧姆定律不适用,电路的输 出功率 PIUI(EIr),当 I2 A 时,输出功率 P 有最大值,此时电动机的输出功率 E 2r 为 P02 W,发热功率为 P热I2R04 W
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