（通用版）2020版高考物理一輪復習 第八章 第47課時 閉合電路的歐姆定律（重點突破課）講義（含解析）.doc

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第47課時　閉合電路的歐姆定律(重點突破課) [考點一　閉合電路的動態(tài)分析] 動態(tài)分析問題是閉合電路歐姆定律的具體應用，這類問題由于形式多樣、考法靈活，考生不能統(tǒng)籌系統(tǒng)地去想問題，而導致分析不夠全面而失誤。 1．閉合電路的歐姆定律 (1)內(nèi)容：閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。 (2)公式：I＝(只適用于純電阻電路)。 (3)其他表達形式 ①電壓表達式：E＝U＋Ir。 ②能量表達式：EI＝UI＋I2r。 2．路端電壓與外電阻的關系 (1)一般情況：U＝E－Ir，當外電阻R增大時，路端電壓U增大。UI圖像如圖。 (2)特殊情況 ①當外電路斷路時，I＝0，U＝E。 ②當外電路短路時，I短＝，U＝0。 [典例]　如圖所示電路，當滑動變阻器R1的滑片向上滑動時，下列說法正確的是(　　) A．R2的功率增大 B．R3兩端的電壓減小 C．電流表的示數(shù)變大 D．R1的電流增大 [解析]　當滑動變阻器R1的滑片向上滑動時，其接入電路的電阻增大，外電路總電阻增大，則干路電流I減小，路端電壓U增大，R3兩端的電壓等于路端電壓，則R3兩端的電壓增大，通過R3的電流I3增大，通過R2的電流I2＝I－I3，I減小，I3增大，則I2減小，故R2的功率減小，電壓U2也減?。籖1、R4的并聯(lián)電壓U并＝U－U2，U增大，U2減小，則U并增大，故通過電流表的電流IA增大，電流表的示數(shù)變大，通過R1的電流I1＝I2－IA，I2減小，IA增大，則I1減小，故只有C正確。 [答案]　C 閉合電路動態(tài)分析的三種方法 1．程序法 2．“串反并同”結論法 (1)所謂“串反”，即某一電阻增大時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、消耗的電功率都將減小，反之則增大?！　? (2)所謂“并同”，即某一電阻增大時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、消耗的電功率都將增大，反之則減小。 3.極限法 因滑動變阻器滑片滑動引起電路變化的問題，可將滑動變阻器的滑片分別滑至兩個極端，讓電阻最大或電阻為零進行討論。 [集訓沖關] 1.如圖所示，閉合開關S，a、b、c三盞燈均正常發(fā)光，電源電動勢恒定且內(nèi)阻不可忽略?，F(xiàn)將滑動變阻器R的滑片稍向上滑動一些，三盞燈亮度變化為(　　) A．a(chǎn)燈變亮，b、c燈變暗　　 B．a(chǎn)、c燈變亮，b燈變暗 C．a(chǎn)、c燈變暗，b燈變亮 D．a(chǎn)、b燈變暗，c燈變亮 解析：選B　將滑動變阻器R的滑片稍向上滑動一些，R接入電路的電阻將減小，總電阻將減小，由閉合電路歐姆定律I＝得，總電流增大，路端電壓U＝E－Ir減小，由Pa＝I2Ra知a燈變亮，由Ua＝IRa知a燈兩端的電壓變大，由U＝Ua＋Ub判斷出b燈兩端電壓Ub減小，由Ib＝，Pb＝知通過b燈的電流減小，b燈變暗，再由I＝Ib＋Ic知Ic變大，由Pc＝Ic2Rc知c燈變亮，B正確。 2.(多選)如圖所示電路，已知電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，R0為固定電阻，當滑動變阻器R的觸頭向下移動時，下列論述正確的是(　　) A．燈泡L一定變亮 B．電流表的示數(shù)變小 C．電壓表的示數(shù)變小 D．R0消耗的功率變小 解析：選ABD　當R的觸頭向下移動時，R接入電路的電阻變大，外電路總電阻變大，則由閉合電路歐姆定律知，總電流變小，路端電壓變大，則電壓表的示數(shù)變大，燈泡L兩端的電壓變大，則燈泡L一定變亮，通過燈泡L的電流變大，而總電流變小，則電流表的示數(shù)變小，R0消耗的功率變小，故A、B、D正確，C錯誤。 [考點二　含電容器電路問題] 含電容器電路的分析是一個難點，電路中出現(xiàn)電容器，學生往往難以確定電容器與電路的串、并聯(lián)關系及電壓關系等，給分析解決問題帶來很大的障礙。 1．電路的簡化 不分析電容器的充、放電過程時，把電容器所在的電路視為斷路，簡化電路時可以去掉，求電荷量時再在相應位置補上。 2．電路穩(wěn)定時電容器的處理方法 電路穩(wěn)定后，與電容器串聯(lián)的電路中沒有電流，同支路的電阻相當于導線，即電阻不起降低電壓的作用，電容器兩端的電壓與其并聯(lián)用電器兩端電壓相等。 3．電壓變化帶來的電容器變化 電路中電流、電壓的變化可能會引起電容器的充、放電。若電容器兩端電壓升高，電容器將充電；若電容器兩端電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電，可由ΔQ＝CΔU計算電容器上電荷量的變化量。 [典例]　(2016全國卷Ⅱ)阻值相等的四個電阻、電容器C及電池E(內(nèi)阻可忽略)連接成如圖所示電路。開關S斷開且電流穩(wěn)定時，C所帶的電荷量為Q1；閉合開關S，電流再次穩(wěn)定后，C所帶的電荷量為Q2。Q1與Q2的比值為(　　) A．　　　　　　　　　 B． C． D． [解析]　斷開S和閉合S后等效電路分別如圖甲、乙所示。 根據(jù)串聯(lián)電路的電壓與電阻成正比可得，甲、乙兩圖中電容器兩極板間的電壓U1＝E，U2＝E，C所帶的電荷量Q＝CU，則Q1∶Q2＝3∶5，選項C正確。 [答案]　C [規(guī)律方法]　含電容器電路問題的解題思路 第一步 理清電路的串、并聯(lián)關系 第二步 確定電容器兩極板間的電壓。在電容器充電和放電的過程中，歐姆定律等電路規(guī)律不適用，但對于充電或放電完畢的電路，電容器的存在與否不再影響原電路，電容器接在某一支路兩端，可根據(jù)歐姆定律及串、并聯(lián)規(guī)律求解該支路兩端的電壓U 第三步 分析電容器所帶的電荷量。針對某一狀態(tài)，根據(jù)Q＝CU，由電容器兩端的電壓U求電容器所帶的電荷量Q，由電路規(guī)律分析兩極板電勢的高低，高電勢板帶正電，低電勢板帶負電 [集訓沖關] 1.(多選)如圖所示電路中，電源電動勢恒為E，內(nèi)阻為r，電壓表的內(nèi)阻為10 kΩ，B為靜電計，C1、C2分別是兩個電容器。將開關閉合一段時間，下列說法正確的是(　　) A．若C1>C2，則電壓表兩端的電勢差大于靜電計兩端的電勢差 B．若將滑動變阻器滑動觸頭P向右滑動，則電容器C2上帶電量增大 C．電容器C1上帶電量為零 D．再將開關斷開，然后使電容器C2兩極板間距離增大，則靜電計張角也增大 解析：選CD　由于靜電計的兩個電極是彼此絕緣的，電壓表是由電流表改裝成的，電路穩(wěn)定后，電路中沒有電流，電壓表兩端沒有電壓，而電容器C2充電，兩端存在電壓，所以電壓表兩端的電勢差小于靜電計兩端的電勢差，故A錯誤；電路穩(wěn)定后，電容器C2的電壓等于電源的電動勢，保持不變，將滑動變阻器滑動觸頭P向右滑動，電容器C2的電壓不變，帶電量不變，故B錯誤；由于電壓表兩端沒有電壓，電容器C1沒有被充電，帶電量為零，故C正確；將開關斷開，電容器C2的帶電量Q不變，板間距離增大，電容C減小，由公式C＝分析可知，板間電壓增大，靜電計張角增大，故D正確。 2.如圖所示，電源的內(nèi)阻不計，電動勢E＝12 V，R1＝8 Ω，R2＝4 Ω，電容C＝40 μF，則下列說法正確的是(　　) A．開關斷開時，電容器不帶電 B．將開關閉合，電容器充電 C．將開關閉合后，穩(wěn)定時電容器的電荷量為4.810－14 C D．若開關處于閉合狀態(tài)，現(xiàn)將開關斷開，到再次穩(wěn)定后，通過R1的總電荷量為3.2 10－4 C 解析：選D　開關斷開時，電容器兩端電壓等于電源電動勢，不為零，電容器帶電，A項錯誤；將開關閉合，電容器兩端電壓變小，電容器放電，B項錯誤；將開關閉合后，穩(wěn)定時電容器兩端的電壓U＝＝ V＝4 V，電容器的電荷量為Q＝UC＝44010－6 C＝1.610－4 C，C項錯誤；若開關處于閉合狀態(tài)，現(xiàn)將開關斷開，到再次穩(wěn)定后，通過R1的總電荷量ΔQ＝|ΔU|C＝(12－4)4010－6 C＝3.210－4 C，D項正確。 3.如圖所示的電路中，電源的電動勢為E、內(nèi)阻為r，閉合開關S，在滑動變阻器的滑片P向左移動的過程中，下列結論正確的是(　　) A．小燈泡L變暗 B．電流表讀數(shù)變大，電壓表讀數(shù)變小 C．電容器C上的電荷量增加 D．電源的總功率變小 解析：選B　滑動變阻器的滑片P向左移動的過程中，滑動變阻器接入電路的阻值減小，由閉合電路的歐姆定律得，干路電流I增大，即電流表讀數(shù)變大，小燈泡L的功率P＝I2R燈增大，小燈泡L變亮，路端電壓U＝E－Ir減小，即電壓表讀數(shù)變小，電源的總功率P總＝EI增大，A、D錯誤，B正確；滑動變阻器兩端的電壓U′＝E－I(R燈＋r)減小，電容器C上的電荷量Q＝CU′減小，C錯誤。 [考點三　電路故障問題] 電路故障一般有斷路和短路兩大問題，高考常考出現(xiàn)這兩類問題的原因和表現(xiàn)，在備考中要能正確區(qū)分并判定這兩類問題，掌握常用的檢查方法。 1．故障特點 (1)斷路特點：表現(xiàn)為路端電壓不為零而電流為零。 (2)短路特點：用電器發(fā)生短路，表現(xiàn)為有電流通過電路但其兩端電壓為零。 2．檢查方法 電壓表 檢測 如果電壓表示數(shù)為零，則說明可能在并聯(lián)路段之外有斷路，或并聯(lián)路段短路 電流表 檢測 當電路中接有電源時，可用電流表測量各部分電路上的電流，通過對電流值的分析，可以確定故障的位置。在使用電流表檢測時，一定要注意電流表的極性和量程 歐姆表 檢測 當測量值很大時，表示該處斷路；當測量值很小或為零時，表示該處短路。在使用歐姆表檢測時，電路一定要與電源斷開 假設法 將整個電路劃分為若干部分，然后逐一假設某部分電路發(fā)生某種故障，運用閉合電路或部分電路的歐姆定律進行推斷 [典例]　如圖所示，電路中燈泡A、B均正常發(fā)光。忽然燈泡B比原來變暗了些，而燈泡A比原來變亮了些。電路中出現(xiàn)的故障可能是(　　) A．R2發(fā)生斷路 B．R3發(fā)生斷路 C．R2、R3同時發(fā)生斷路 D．R1、R3同時發(fā)生斷路 [解析]　假設R2斷路，則A燈所在并聯(lián)支路的總電阻增大，導致外電路總電阻增大，干路電流減小，路端電壓U增大，流過R1的電流I1增大，流過燈泡所在并聯(lián)支路的總電流I2(I2＝I總－I1)減小，B燈兩端的電壓UB＝I2RB3并減小，B燈變暗，A燈兩端的電壓UA(UA＝U－UB)增大，A燈變亮。選項A正確，同理分析可得，選項B、C、D錯誤。 [答案]　A (1)斷路故障的判斷：用電壓表與電源并聯(lián)，若有電壓，再逐段與電路并聯(lián)，若電壓表示數(shù)等于電源電動勢，則該段電路中有斷點。 (2)短路故障的判斷：用電壓表與電源并聯(lián)，若有電壓，再逐段與電路并聯(lián)，若電壓表示數(shù)為零，則該并聯(lián)段電路被短路；若電壓表示數(shù)不為零，則該并聯(lián)段電路沒有被短路或不完全被短路?！　? [集訓沖關] 1.如圖所示的電路中，電源的電動勢為6 V，當開關S接通后，燈泡L1和L2都不亮，用電壓表測得各部分的電壓是Uab＝6 V，Uad＝0 V，Ucd＝6 V，由此可斷定(　　) A．L1和L2的燈絲都燒斷了 B．L1的燈絲燒斷了 C．L2的燈絲燒斷了 D．滑動變阻器R斷路 解析：選C　由Uab＝6 V可知，電源完好，燈泡都不亮，說明電路當中出現(xiàn)斷路故障，且在a、b之間。由Ucd＝6 V可知，L1與滑動變阻器R是通的，斷路故障出現(xiàn)在c、d之間，故L2斷路。所以選項C正確。 2.如圖所示，E為內(nèi)阻不能忽略的電池，R1、R2、R3均為定值電阻，電壓表與電流表均為理想電表；開始時開關S閉合，電壓表、電流表讀數(shù)均不為零，某時刻發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表讀數(shù)均變大，則電路中可能出現(xiàn)的故障是(　　) A．R1斷路　　　　　　 B．R2斷路 C．R1短路 D．R3短路 解析：選B　若R1斷路，電流表讀數(shù)為零，不符合題意，故A錯誤；若R2斷路，外電路總電阻增大，總電流減小，路端電壓增大，則電壓表讀數(shù)變大；R3的分壓增大，則電流表的讀數(shù)變大，符合題意，故B正確；若R1短路，外電路總電阻減小，總電流增大，路端電壓減小，則電壓表讀數(shù)變小，電流表的讀數(shù)變大，不符合題意，故C錯誤；若R3短路，外電路總電阻減小，總電流增大，路端電壓減小，則電壓表讀數(shù)變小，不符合題意，故D錯誤。 3.在如圖所示的電路中，開關S閉合后，由于電阻元件發(fā)生短路或斷路故障，電壓表和電流表的讀數(shù)都增大，則可能出現(xiàn)了下列哪種故障(　　) A．R1短路 B．R2短路 C．R3短路 D．R1斷路 解析：選A　若R1短路，則外部電路的電阻只剩R3，故總電阻減小，總電流變大，電流表的示數(shù)變大，電壓表的示數(shù)變大，A正確；若R2短路，電流表的示數(shù)變?yōu)榱?，B錯誤；若R3短路，電壓表的示數(shù)變?yōu)榱?，C錯誤；若R1斷路，電流表的示數(shù)變?yōu)榱悖珼錯誤。