物理学案专题5-电动势闭合电路的欧姆定律老版

1、物理学案专题5-电动势 闭合电路的欧姆定律A1、 基本概念 闭合电路欧姆定律(1)内、外电路 内电路：电源两极（不含两极）以内，如电池内的溶液、发电机的线圈等内电路的电阻叫做内电阻 外电路：电源两极，包括用电器和导线等外电路的电阻叫做外电阻(2) 闭合电路的欧姆定律 内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，与内、外电路的电阻之和成反比，即I=E/（R+r） 由EUIr可知，电源电势能等于内外压降之和； 适用条件：纯电阻电路(3) 路端电压跟负载的关系UEOR 路端电压：根据UIRER/（Rr）E/(1+r/R)可知，当R增大时，U增大；当R减小时，U减小。表示为UR图象如上图 U一I关系图由

2、闭合电路欧姆定律知：UEIr , 路端电压随着电路中电流的增大而减小； U一I关系图线如图示，当电路断路即I0时，纵坐标的截距为电动势E；当外电路电压为U0时，横坐标的截距I短=E/r为短路电流；图线的斜率的绝对值为电源的内电阻二、常规题型例1. (2011江苏南京一模)在如图7223甲所示电路中，闭合电键S，在滑动变阻器的滑动触头P向下滑动的过程中，四个理想电表的示数都发生变化图乙中三条图线分别表示了三个电压表示数随电流表示数变化的情况以下说法正确的是图7223A图线a表示的是电压表的示数随电流表示数变化的情况B图线c表示的是电压表的示数随电流表示数变化的情况C此过程中电压表示数的变化量U1

3、和电流表示数变化量I的比值变大D此过程中电压表示数的变化量U3和电流表示数变化量I的比值不变解析电压表测量定值电阻R1的电压，其UI图象是过原点的直线，B正确；示数的变化量和电流表示数的变化量的比值为r是电源内阻，C错误；示数的变化量和电流表示数的变化量的比值为rR1是确定值，D正确；根据图中a、b图线的斜率可判断，a图线的斜率大，其斜率大小为rR1，b图线的斜率为电源内阻r，即a图线是电压表的示数随电流表示数变化的情况，A正确答案ABD即时练习：1.某同学做电学实验(电源内阻r不能忽略)，通过改变滑动变阻器电阻大小，观察到电压表和电流表的读数同时变大，则他所连接的电路可能是图4中的图4解析A

4、、B、D图中电路的电压表读数变大，表示电源(或等效电源)的路端电压变大，则内电压变小，电流表的读数一定减小，与题目已知条件相矛盾，可排除C图中电压表示数为定值电阻两端的电压，由欧姆定律可以判断电流、电压可以同时增大，选项C正确答案C2. 图5甲为测量某电源电动势和内阻时得到的UI图线用此电源与三个阻值均为3 的电阻连接成电路，测得路端电压为4.8 V则该电路可能为图乙中的图5解析由UI图线的斜率及截距可得该电源E6 V，r0.5 .当U4.8 V时，I2.4 A，RU/I2 ，B正确答案B 图72153.在如图7215所示的UI图象中，直线为某一电源的路端电压与电流的关系图象，直线为某一电阻R

5、的伏安特性曲线用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路，由图象可知A电源的电动势为3 V，内阻为0.5 B电阻R的阻值为1 C电源的输出功率为2 WD电源的效率为66.7%解析由直线知E3 V，r0.5 ，A正确；由直线知，R1 ，B正确；两直线交点的坐标值的乘积表示电源的输出功率P出IU4 W，C错；电源效率100%66.7%，D正确4. 用电压表检查图7218电路中的故障，电路中只有一处故障，测得Uad5.0 V，Ucd0 V，Ubc0 V，Uab5.0 V，则此故障可能是图7218AL断路 BR断路CR断路 DS断路解析在只有一处断路的情况下，Uad5.0 V，S不可能断；Ucd0 V，Ub

6、c0 V，说明L、R不可能断；再考虑Uab5.0 V，断点只能是R.答案B5. 如图7220所示电路中，R14 ，R26 ，电源内阻不可忽略，当开关S2闭合时，电流表的示数为3 A，则当开关S2断开时，电流表示数可能为图7220A3.2 A B2.1 AC1.2 A D0.8 A解析当S2闭合时，路端电压为12 V；当S2断开后，路端电压增大，将大于12 V，此时电流表示数I1.2 A，所以电流表示数在1.2 AI3 A范围内，故选B.答案B6. (2011上海)如图所示电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P从最高端向下滑动时 (A)电压表V读数先变大后变小，电流表A读数变大(B)电压表

7、V读数先变小后变大，电流表A读数变小(C)电压表V读数先变大后变小，电流表A读数先变小后变大(D)电压表V读数先变小后变大，电流表A读数先变大后变小答案：A小结：闭合电路欧姆定律：电源有内阻分压分消耗能量。B1、 “双基”针对性精讲释疑，解题步骤归纳总结闭合电路的输出功率 功率关系：P总=EI=U外I十U内I= UII2r， 电源的输出功率与电路中电流的关系:P出=EII2r，当时,电源的输出功率最大， 电源的输出功率与外电路电阻的关系:，当Rr时也即I=E/2r时,电源的输出功率最大, ，由图象可知，对应于电源的非最大输出功率P可以有两个不同的外电阻Rl和R2，不难证明由图象还可以看出：当R

8、r时，若R增大，则P出减小应注意:对于内外电路上的固定电阻，其消耗的功率仅取决于电路中的电流大小 电源的供电效率 2、 常规题型例1. (2010重庆理综)(12分)在”探究小灯泡的伏安特性”实验中，所用器材有：灯泡L、量程恰当的电流表和电压表、直流电源E、滑动变阻器R、电键S等，要求灯泡两端电压从0 V开始变化图12(1)实验中滑动变阻器应采用_接法(填”分压”或”限流”)(2)某同学已连接如图12所示的电路，在连接最后一根导线的c端到直流电源正极之前，请指出其中仅有的2个不当之处，并说明如何改正A_B_图13(3)电路连接正确后，分别测得两只灯泡L1和L2的伏安特性曲线如图13中和所示然后

9、将灯泡L1、L2与电池组(电动势和内阻均恒定)连成图14所示电路多次测量后得到通过L1和L2的电流平均值分别为0.30 A和0.60 A.图14A在图13中画出电池组路端电压U和电流I的关系曲线B由该曲线可知电池组的电动势为_ V，内阻为_.(取2位有效数字)解析(1)由于灯泡两端的电压从0 V开始变化，所以电路应采用分压接法(2)连接电路的基本原则是安全性原则要求连接电路时电键是断开的，滑动变阻器的滑动触头应置于电压最小的位置，即本题应置于b端(3)A.在图中画出一条直线，要求直线与图线、的交点对应电流分别为0.3 A和0.6 A.BA中画出的图线与U轴的交点对应电源的电动势，图线的斜率表示

10、电源的内电阻答案(1)分压(2)A.电键S不应闭合，应处于断开状态B滑动变阻器滑动触头P位置不当，应将其置于b端(3)A.路端电压U与电流I的关系曲线见下图B4.62.7即时练习：图31 某同学用伏安法测小灯泡的电阻时，误将电流表和电压表接成如图3所示的电路接通电源后，可能出现的情况是A电流表烧坏B电压表烧坏C小灯泡烧坏 D小灯泡不亮解析电压表内阻很大，所在支路电流非常小，电压表和电流表均不会被烧坏，所以A、B错电流表内阻远小于小灯泡的电阻，通过小灯泡的电流几乎为零，故小灯泡可能不亮，选项C错，D对答案D即时练习：2.（2011海南）.图1是改装并校准电流表的电路图，已知表头a的量程为Ig=6

11、00内阻为Rg，A是标准电流表，要求改装后的电流表量程为I=60mA。完成下列填空。（1） 图1中分流电阻Rp的阻值为_。（2）在电表改装成后的某次校准测量中，a表的示数如图所是，由此读出流过a电流表的电流为_ 49.5mA。此时流过分流电阻R跑的电流为_49.0mA（保留一位小数）3. 如图8甲所示，为理想电流表，R为电阻箱(099.9 )，置于阻值最大位置，Rx为未知电阻：(1)断开S2，闭合S1，逐次减小电阻箱的阻值，得到一组R、I值，并依据R、I值作出了如图8乙所示的R图线(2)断开S2，闭合S1，当R调至某一位置时，电流表的示数I11.0 A；保持电阻箱的位置不变，断开S1，闭合S2

12、，此时电流表的示数为I20.8 A，据以上数据可知图8A电源电动势为3.0 VB电源内阻为0.5 CRx的阻值为0.5 DS1断开、S2接通时，随着R的减小，电源输出功率减小解析由I得Rr则R图象的斜率kE2.0 V，A选项错误；R轴截距的绝对值等于内阻r，即r0.5 ，B选项正确；S2断开、S1闭合时，Rr；S1断开、S2闭合时，RxRr，所以Rx0.5 ，C选项正确因Rxr，所以电路中的外电阻大于内电阻，随R的减小，电源输出功率将增大，R0时，电源输出功率最大，D选项错误答案BC4.(2010广州市期中测试)(10分)某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5

13、的保护电阻R0，实验电路如图9所示图9(1)连好电路后，当该同学闭合电键时，发现电流表示数为0，电压表示数不为0.检查各接线柱均未接错，接触良好且未发生短路；他用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接a、b，b、c，d、e时，示数均为0，把两表笔接c、d时，示数与电压表示数相同，由此可推断故障是_(2)按电路原理图，用多用电表的电压挡检查电路，试把两表笔分别接c、d时的实物电路图以画线代替导线连接起来图10(3)排除故障后，该同学顺利完成实验，测量得到下列数据，请根据数据在图11所示的坐标图中画出UI图线，由图知：电池的电动势为_，内阻为_.I/A0.100.170.230.30U/V1.2

14、01.000.800.60图11(4)考虑电表本身电阻对测量结果的影响，造成本实验的系统误差的原因是_(5)实验所得的电池的电动势和内阻的测量值与真实值比较：E测_E真，r测_r真(填”、”、”)答案(1)R断路(2)如图甲所示(3)如图乙所示1.5 V0.5 (4)电压表内阻分流(5)5.（2011天津）（4）某同学测量阻值约为25k的电阻Rx，现备有下列器材：A电流表（量程100 A，内阻约为 2 k）；B电流表（量程500 A，内阻约为300 ）；C电压表（量程15 V，内阻约为100 k）；D电流表（量程50 V，内阻约为500 k）；E直流电源（20 V，允许最大电流1 A）；F滑动

15、变阻器（最大阻值1 k，额定功率1 W）；G电键和导线若干。电流表应选 ，电压表应选 。（填字母代号）该同学正确选择仪器后连接了以下电路，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在接线上存在的问题： 【解析】：电学实验选择仪器的一般步骤如下： 根据量程选择电流表和电压表，不能超过表的量程，不能量程太大导致表的读数偏小； 根据题中关键语句，如精确测量，从零开始连续可调等等选择分压电路亦或是限流电路；分压电路滑动变阻器选择小阻值，限流电路滑动变阻器选择大阻值； 选择电流表的内外接法，一般的原则是“大内偏大，小外偏小”；也可以根据与之间的关系来判断，当时，采用电流表的

16、外接法，反之选择电流表内接法。（1）本题中，待测电阻Rx的阻值约为25k，直流电源电动势为20V，经粗略计算电路中最大的电流约为，所以电流表选择B；虽然电压表C的量程不足，但是相比起来电压表D的量程超过太多，读数偏小，所以电压表选择C表。（2）根据本题解析的第、两条原则可知电路图的问题为：电流表应采用内接的方法；滑动变阻器应采用分压器方式的接法 。6. (2011浙江宁波期末)(14分)某课外小组设计了一种测定风速的装置，其原理如图7224所示一个劲度系数k120 N/m、自然长度L01 m的弹簧一端固定在墙上的M点，另一端N与导电的迎风板相连，弹簧穿在光滑水平放置的电阻率较大的金属杆上，弹簧

17、是不导电的材料制成的迎风板面积S0.5 m2，工作时总是正对着风吹来的方向，电路的一端与迎风板相连，另一端在M点与金属杆相连，迎风板可在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好定值电阻R1.0 ，电源的电动势E12 V，内阻r0.5 .闭合开关，没有风吹时，弹簧处于原长，电压表的示数U19.0 V，某时刻由于风吹迎风板，电压表的示数变为U26.0 V(电压表可看做理想表)求：图7224(1)金属杆单位长度的电阻；(2)此时作用在迎风板上的风力解析设无风时金属杆接入电路的电阻为R1，风吹时接入电路的电阻为R2，由题意得(1)无风时：U1R1得R14.5 所以金属杆单位长度的电阻r /m4.5 /m.(2

18、)有风时：U2R2得R21.5 此时，弹簧长度L m压缩量xL0L m m.由二力平衡得此时风力：Fkx120 N80 N.答案(1)4.5 /m(2)80 N小结： 伏安法测电阻以及应用 图2例2(2011金考卷)如图2所示，R1、R2为可调电阻，R3为一般电阻，R4为热敏电阻(电阻随温度升高而减小)当环境温度升高时，下列说法中正确的是A电容器所带电荷量增大B若R1的阻值减小，电容器的带电荷量可能保持不变C若R2的阻值增大，电容器的带电荷量可能保持不变D若R2的阻值减小，电流表的示数可能保持不变解析当环境温度升高时，R4的电阻减小，整个回路电阻减小，干路电流增大，电流表示数增大，并联电路电压

19、增大即电容器两端电压增大，所以电容器带电荷量也增大，A正确；若R1的阻值减小，对电路无影响，B错误；若R2的阻值增大，则干路电流减小，则R4和内阻分压减小，并联电路电压变大，电容器带电荷量增大，C错误；若R2的阻值减小，整个回路电阻减小，干路电流增大，则R4和内阻分压增大，并联电路电压可能与温度升高前相等，电流表示数可能不变，D正确答案AD即时练习：1. 如图7216所示是某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻，R2为定值电阻，A、B接监控装置，则图7216A当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压升高B当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压降低C当仅增大R2的阻值时，可增

20、大A、B之间的电压D当仅减少R2的阻值时，可增大A、B之间的电压解析当有人通过而遮蔽光线时，R1变大，则R2两端电压减小，故A错，而B对；当R2阻值增大时，A、B之间的电压增大，故C对，而D错答案BC2. 在如图6所示的电路中，当滑动变阻器的触头P向上滑动时，则图6A电源的总功率变小B电容器贮存的电量变大C灯L1变暗D灯L2变亮解析RR总IUUCIL2由此电路的变化可知：电源的总功率(PEI)变大；电容器贮存的电量(QCUC)变小；灯L1变亮；灯L2变亮所以正确答案为D.答案D 图73(2010安徽合肥一模)如图7所示，电源电动势为E，内阻为r，平行板电容器两金属板水平放置，开关S是闭合的，两

21、板间一质量为m、电荷量为q的油滴恰好处于静止状态，为灵敏电流计则以下说法正确的是A在将滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，油滴向上加速运动，中有从b到a的电流B在将滑动变阻器滑片P向下移动的过程中，油滴向下加速运动，中有从b到a的电流C在将滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，油滴仍然静止，中有从a到b的电流D在将S断开后，油滴仍保持静止状态，中无电流通过解析滑片P向上移动，接入电路的电阻增大，总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律可知，干路电流减小，因UEI(rR1)，可知电容器极板电压变大，油滴受到的电场力增大，油滴向上运动，极板电压变大，说明电容器充电，中电流方向从b到a，A正确，B、C错误；将S断

22、开后，电容器放电，中有电流，电压减小，电场力减小，油滴向下运动，D错误答案A4. 在如图7221所示的电路中，闭合开关S后，L1、L2两灯泡都正常发光，后来由于某种故障使L2突然变亮，电压表读数增加由此推断，这故障可能是图7221AL1灯丝烧断 B电阻R2断路C电阻R2短路 D电容器被击穿短路解析电压表读数增大，说明路端电压增大，外电阻增大，不可能短路，故C、D错误若L1灯丝烧断，总电阻增大，总电流减小，L2两端电压减小，L2变暗，A选项错误若R2断路，总电阻增大，电压表读数增大，总电流减小，L1与R1并联部分两端的电压减小，故L2两端的电压增大，L2变亮，B正确答案B5.(8分)如图15所示

23、，电源电动势E10 V，内阻r1 ，R13 ，R26 ，C30 F，图15(1)闭合开关S，求稳定后通过R1的电流(2)然后将开关S断开，求电容器两端的电压变化量和流过R1的总电量(3)如果把R2换成一个可变电阻，其阻值可以在010 范围内变化，求开关闭合并且电路稳定时，R2消耗的最大电功率解析(1)稳定时，电容器看做断开状态，电路中的电流：I A1 A.(2)S闭合，电路处于稳定状态时，电容器两端的电压：UIR216 V6 V断开后，电容器两端的电压为10 V所以U4 V流过R1的总电量为：QUC430106 C1.2104 C.(3)当R2R1r4 时，R2消耗的电功率最大，P26.25

24、W.答案(1)1 A(2)4 V1.2104 C(3)6.25 W6. (10分)如图17所示的电路中，两平行金属板A、B水平放置，两板间的距离d40 cm.电源电动势E24 V，内电阻r1 ，电阻R15 .闭合开关S，待电路稳定后，将一带正电的小球从B板小孔以初速度v04 m/s竖直向上射入板间若小球带电荷量为q1102 C，质量为m2102 kg，不考虑空气阻力那么，滑动变阻器接入电路的阻值为多大时，小球恰能到达A板？此时，电源的输出功率是多大？(取g10 m/s2) 图17解析小球进入板间后，受重力和电场力作用，且到达A板时速度为零设两板间电压为UAB，由动能定理得mgdqUAB0mv解

25、得UAB8 V滑动变阻器两端电压U滑UAB8 V设通过滑动变阻器的电流为I，由欧姆定律得I1 A滑动变阻器接入电路的电阻R滑8 电源的输出功率P出I2(RR滑)23 W.答案8 23 W小结： 含电容器的电路，闭合电路滑动变阻器的电阻改变，电流改变，电容器的电压改变，电场改变，放入内部的带电体受力改变。例3(2010北京海淀区期末)一个微型吸尘器的直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在电动势为E、内阻为r的直流电源的两极间，电动机恰好能正常工作，则A电动机消耗的总功率为UIB电动机消耗的热功率为C电源的输出功率为EID电源的效率为1解析电动机消耗的总功率PUI，选项A正

26、确；电动机是非纯电阻，消耗的热功率只能用I2R来求，选项B错误；电源的总功率为EI，输出功率为UI，且UIEII2r，电源效率为1或，选项C错而D对答案AD即时练习：1. 某同学设计了一个转向灯电路(图7219)，其中L为指示灯，L1、L2分别为左、右转向灯，S为单刀双掷开关，E为电源当S置于位置1时，以下判断正确的是图7219AL的功率小于额定功率BL1亮，其功率等于额定功率CL2亮，其功率等于额定功率D含L支路的总功率较另一支路的大解析S接1时，因电源有内阻，各灯均不能达到额定功率，B、C错含L支路的电阻大于另一支路电阻，其电压与另一支路相同，其功率小于另一支路功率，D错L功率小于额定频率

27、，A正确答案A2. (2011金考卷)”嫦娥二号”于2010年10月1日18时59分57秒发射，入轨后”嫦娥二号”卫星展开太阳能帆板”嫦娥二号”卫星上的电子仪器及各种动作的控制都是靠太阳能电池供电的由于光照而产生电动势的现象称为光伏效应卫星上的太阳能电池就是依靠光伏效应设计的单晶硅太阳能电池在正常照射下，每秒从太阳获得能量为0.26 J，单片单晶硅太阳能电池可产生0.6 V的电动势，可获得0.1 A的电流，内阻为4 .则该太阳能电池的光电转化率和机械效率分别为A23%23% B23%67%C7.7%33% D23%7.7%解析设光电转化率为1，由能量守恒与转化可得：P光1EI可求得123%；该

28、电池输出的机械功率为：P机EII2r，所以机械效率为：2100%7.7%，D正确答案D3. (2011合肥八中月考)如图7217所示，电源的电动势和内阻分别为E、r，在滑动变阻器的滑动触头P由a向b移动的过程中，下列各物理量变化情况为图7217A电流表的读数一直减小BR0的功率先增大后减小C电压表的读数先减小后增大D电源的总功率先减小后增大解析设想把电压表从电路中拆去，可看出电路的结构为滑动变阻器的左右两侧并联，再与R0串联，构成闭合回路滑动变阻器两侧的电阻之和为定值，当滑动触头滑至中点时，整个回路的电阻最大，电流最小，电源的路端电压最大，所以电流表的读数先减小后增大，电压表的读数先增大后减小

29、，A、C错误；R0是定值电阻，所以R0的功率先减小后增大，B错误；电源的总功率PEI，电源的电动势不变，所以电源的总功率先减小后增大，D正确答案D4. (2011福建南平二模)某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标系中，如图7222中的a、b、c所示以下判断错误的是图7222A直线a表示电源的总功率B曲线c表示电源的输出功率C电源的电动势E3 V，内电阻r1 D电源的最大输出功率Pm9 W解析电源的总功率为PEEI，电源的输出功率为PREII2r，电源内部的发热功率PrI2r，所以直线a表示电源的总功率，选项A正确；曲线b表示电源内部的发热功率，曲线c表示电源的输出功率，选项B正确；直线a的斜率表示电动势E，解得E3 V，由曲线b上某点坐标可得电源内阻为1 ，选项C正确；当外电路电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大，Pm2.25 W，对应曲线c的最高点，选项D错误 答案D5.(10分)在如图16所示的电路中，R12 ，R24 ，当电键S接a时，R2上消耗的电功率为4 W当电键S接b时，电压表示数为4.5 V试求：图16(1)当电键S接a时，通过电源的电流和电源两端的电压；(2)电源的电动势和内电阻解析(1)当S