高考物理一輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題32 閉合電路的歐姆定律 電路分析（講）（含解析）1

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專(zhuān)題32 閉合電路的歐姆定律 電路分析（講）1應(yīng)用串、并聯(lián)電路規(guī)律、閉合電路歐姆定律及部分電路歐姆定律進(jìn)行電路動(dòng)態(tài)分析。2非純電阻電路的分析與計(jì)算，將結(jié)合實(shí)際問(wèn)題考查電功和電熱的關(guān)系能量守恒定律在電路中的應(yīng)用，是高考命題的熱點(diǎn)，多以計(jì)算題或選擇題的形式出現(xiàn)。3穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)含電容電路的分析，以及電路故障的判斷分析，多以選擇題形式出現(xiàn)。4實(shí)驗(yàn)及相關(guān)電路的設(shè)計(jì)，幾乎已成為每年高考必考的題型。1熟練掌握串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)，并能分析、計(jì)算2理解閉合電路歐姆定律，并能進(jìn)行電路的動(dòng)態(tài)分析和計(jì)算一、串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)1特點(diǎn)對(duì)比串聯(lián)并聯(lián)電流II1I2InII1I2In電壓UU1U2UnUU1U2Un電阻RR1R2Rn2幾個(gè)常用的推論（1）串聯(lián)電路的總電阻大于其中任一部分電路的總電阻（2）并聯(lián)電路的總電阻小于其中任一支路的總電阻，且小于其中最小的電阻（3）無(wú)論電阻怎樣連接，每一段電路的總耗電功率P總是等于各個(gè)電阻耗電功率之和（4）無(wú)論電路是串聯(lián)還是并聯(lián)，電路中任意一個(gè)電阻變大時(shí)，電路的總電阻變大二、電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻1電動(dòng)勢(shì)（1）定義：電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于非靜電力把1 C的正電荷在電源內(nèi)從負(fù)極移送到正極所做的功（2）表達(dá)式：（3）物理意義：反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能的本領(lǐng)大小的物理量2內(nèi)阻電源內(nèi)部也是由導(dǎo)體組成的，也有電阻，叫做電源的內(nèi)阻，它是電源的另一重要參數(shù)三、閉合電路歐姆定律1內(nèi)容：閉合電路的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比2公式3路端電壓U與電流I的關(guān)系（1）關(guān)系式：UEIr（2）UI圖象如圖所示當(dāng)電路斷路即I0時(shí)，縱坐標(biāo)的截距為電源電動(dòng)勢(shì)當(dāng)外電路電壓為U0時(shí)，橫坐標(biāo)的截距為短路電流圖線的斜率的絕對(duì)值為電源的內(nèi)阻考點(diǎn)一電路動(dòng)態(tài)變化的分析1電路動(dòng)態(tài)分析類(lèi)問(wèn)題是指由于斷開(kāi)或閉合開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器滑片的滑動(dòng)等造成電路結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，一處變化又引起了一系列的變化2電路動(dòng)態(tài)分析的方法（1）程序法：電路結(jié)構(gòu)的變化R的變化U端的變化固定支路（2）極限法：即因滑動(dòng)變阻器滑片滑動(dòng)引起的電路變化問(wèn)題，可將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)端分別滑至兩個(gè)極端去討論（3）判定總電阻變化情況的規(guī)律當(dāng)外電路的任何一個(gè)電阻增大（或減?。r(shí)，電路的總電阻一定增大（或減?。┤糸_(kāi)關(guān)的通、斷使串聯(lián)的用電器增多時(shí)，電路的總電阻增大；若開(kāi)關(guān)的通、斷使并聯(lián)的支路增多時(shí)，電路的總電阻減小在如圖所示分壓電路中，滑動(dòng)變阻器可視為由兩段電阻構(gòu)成，其中一段R并與燈泡并聯(lián)，另一段R串與并聯(lián)部分串聯(lián)A、B兩端的總電阻與R串的變化趨勢(shì)一致重點(diǎn)歸納1、電路動(dòng)態(tài)分析思路電路動(dòng)態(tài)分析要注意以下三點(diǎn)：（1）閉合電路歐姆定律EUIr（E、r不變）和部分電路歐姆定律UIR聯(lián)合使用（2）局部電阻增則總電阻增，反之總電阻減；支路數(shù)量增則總電阻減，反之總電阻增（3）兩個(gè)關(guān)系：外電壓等于外電路上串聯(lián)各分電壓之和；總電流等于各支路電流之和典型案例壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷小車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖甲所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車(chē)上，中間放置一個(gè)絕緣重球,重球直徑略小于壓敏電阻和擋板間距，小車(chē)向右做直線運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，電流表示數(shù)如圖乙所示，下列判斷正確的是：（）AER壓敏電阻vt1 t2 t3It甲乙0A從0到t1時(shí)間內(nèi)，小車(chē)一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)B從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車(chē)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車(chē)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)D從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)【答案】C【名師點(diǎn)睛】本題關(guān)鍵是根據(jù)電流變化情況判斷壓力變化情況，根據(jù)牛頓第二定律判斷加速度變化情況，從而判斷小車(chē)的可能運(yùn)動(dòng)情況；壓敏電阻的阻值會(huì)隨所受壓力的增大而減小，而電流變大說(shuō)明電阻變小，故電流變大說(shuō)明壓力變大；反之，電流變小說(shuō)明壓力變?。浑娏鞑蛔冋f(shuō)明壓力不變。針對(duì)練習(xí)1（多選）如圖所示電路，電源內(nèi)阻不能忽略，R1阻值小于變阻器的總電阻， 當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P停在變阻器的中點(diǎn)時(shí)，電壓表的示數(shù)為U，電流表的示數(shù)為I。那么，滑片P由中點(diǎn)向上移動(dòng)的全過(guò)程中：（）A電壓表的示數(shù)始終小于UB電流表的示數(shù)始終大于IC電壓表的示數(shù)先增大后減小D電流表的示數(shù)先減小后增大【答案】BC【名師點(diǎn)睛】電路的動(dòng)態(tài)分析： 分析的順序：外電路部分電路變化變化由判斷的變化由判斷U的變化由部分電路歐姆定律分析固定電阻的電流、電壓的變化用串、并聯(lián)規(guī)律分析變化電阻的電流、電壓、電功、電功率。幾個(gè)有用的結(jié)論 、外電路中任何一個(gè)電阻增大（或減少）時(shí)外電路的總電阻一定增大（或減少）。 、若開(kāi)關(guān)的通斷使串聯(lián)的用電器增多時(shí)，總電阻增大；若開(kāi)關(guān)的通斷使并聯(lián)的支路增多時(shí)，總電阻減少 、動(dòng)態(tài)電路的變化一般遵循“串反并同”的規(guī)律；當(dāng)某一電阻阻值增大時(shí)，與該電阻串聯(lián)的用電器的電壓（或電流）減小，與該電阻并聯(lián)的用電器的電壓（或電流）增大。針對(duì)練習(xí)2如圖所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r（），電表均視為理想電表。閉合開(kāi)關(guān)S后，調(diào)節(jié)R的阻值，使電流表的示數(shù)增大，在這一過(guò)程中電壓表示數(shù)的變化量的大小為，則：（）A通過(guò)R的電流增大，但增大量小于 B的大小隨R的變化而變化C電源的輸出功率一定增大了 D電源的效率降低了【答案】D【名師點(diǎn)睛】動(dòng)態(tài)分析電路可采用串反并同法和程序法；而的表達(dá)式根據(jù)全電路的歐姆定律和串聯(lián)分壓、并聯(lián)分流找關(guān)系考點(diǎn)二電路中的功率及效率問(wèn)題1電源的總功率（1）任意電路：P總EIU外IU內(nèi)IP出P內(nèi)（2）純電阻電路：P總I2（Rr）2電源內(nèi)部消耗的功率：P內(nèi)I2rU內(nèi)IP總P出3電源的輸出功率（1）任意電路：P出UIEII2rP總P內(nèi)（2）純電阻電路：P出I2R（3）輸出功率隨R的變化關(guān)系當(dāng)Rr時(shí)，電源的輸出功率最大為當(dāng)Rr時(shí)，隨著R的增大輸出功率越來(lái)越小當(dāng)Rr時(shí)，隨著R的增大輸出功率越來(lái)越大當(dāng)P出Pm時(shí)，每個(gè)輸出功率對(duì)應(yīng)兩個(gè)可能的外電阻R1和R2，且R1R2r2P出與R的關(guān)系如圖所示4電源的效率（1）任意電路：100%100%（2）純電阻電路：100%因此在純電阻電路中R越大，越大；當(dāng)Rr時(shí)，電源有最大輸出功率，效率僅為50%特別提醒當(dāng)電源的輸出功率最大時(shí)，效率并不是最大，只有50%；當(dāng)R時(shí)，100%，但此時(shí)P出0，無(wú)實(shí)際意義重點(diǎn)歸納1、對(duì)閉合電路功率的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)（1）閉合電路是一個(gè)能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能內(nèi)外電路將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，EIP內(nèi)P外就是能量守恒定律在閉合電路中的體現(xiàn)（2）外電阻的阻值向接近內(nèi)阻的阻值方向變化時(shí)，電源的輸出功率變大（3）對(duì)于直流電路的分析與計(jì)算，要熟練掌握串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)，知道這兩種電路的電壓、電流及電功率的分配關(guān)系，并能把較為復(fù)雜的電路化為簡(jiǎn)單、直觀的串、并聯(lián)關(guān)系3、電源的U I圖象的應(yīng)用（1）根據(jù)UEIr可知，電源的UI圖線是如圖所示的一條傾斜的直線直線斜率的絕對(duì)值表示電源的電阻r，縱軸的截距為電源電動(dòng)勢(shì)E直線上任何一點(diǎn)A與原點(diǎn)O的連線的斜率表示對(duì)應(yīng)的外電路電阻R圖線上每一點(diǎn)的坐標(biāo)的乘積為對(duì)應(yīng)情況下電源的輸出功率，對(duì)于圖中的A點(diǎn)有PAUAIA（2）對(duì)于UI圖線中縱坐標(biāo)（U）不從零開(kāi)始的情況，圖線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)坐標(biāo)小于短路電流，但直線斜率的絕對(duì)值仍等于電源的內(nèi)阻說(shuō)明：電源的伏安特性曲線是一條斜率為負(fù)值的直線，反映的是電源的特征：縱軸上的截距表示電動(dòng)勢(shì)，斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻電阻的伏安特性曲線是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，斜率表示電阻的大小上述兩個(gè)曲線在同一坐標(biāo)系中的交點(diǎn)表示電源的工作狀態(tài)對(duì)閉合電路的UI圖象，圖線上每一點(diǎn)縱、橫坐標(biāo)的乘積為電源的輸出功率；純電阻電路的圖線上每一點(diǎn)縱、橫坐標(biāo)的比值為此時(shí)外電路的電阻典型案例圖為兩個(gè)不同閉合電路中兩個(gè)不同電源的U-I圖像，下列判斷正確的是：（）A電動(dòng)勢(shì)E1E2，發(fā)生短路時(shí)的電流I1I2B電動(dòng)勢(shì)E1=E2，內(nèi)阻r1r2C電動(dòng)勢(shì)E1E2，內(nèi)阻 r1r2D當(dāng)兩電源的工作電流變化量相同時(shí)，電源2的路端電壓變化大【答案】D【名師點(diǎn)睛】在電源外電壓與電流關(guān)系圖線中，圖線與縱坐標(biāo)交點(diǎn)表示斷路狀態(tài)，此時(shí)電壓為電源電動(dòng)勢(shì)大小，；圖線與橫坐標(biāo)交點(diǎn)表示短路狀態(tài)，此時(shí)電流大小為短路電流；圖線的斜率大小表示電源內(nèi)阻大小，即。針對(duì)練習(xí)1（多選）如圖所示電路，R1為定值電阻，R2為可變電阻，E為電源電動(dòng)勢(shì)，r為電源內(nèi)阻，以下說(shuō)法中正確的是：（）A當(dāng)R2=R1+r時(shí)，R2獲得最大功率B當(dāng)R1=R2+r時(shí)，R1獲得最大功率C當(dāng)R2=0時(shí)，R1獲得最大功率D當(dāng)R2=0時(shí)，電源輸出功率最大【答案】AC【解析】在討論R2的功率時(shí)，可將R1視為電源內(nèi)阻的一部分，雖然當(dāng)R2R1r，R2上獲得最大功率，此等效電源有最大輸出功率，選項(xiàng)A正確在討論R1的功率時(shí)，可將R2視為電源內(nèi)阻的一部分，當(dāng)R20時(shí)，R1獲得功率最大，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確在討論電源的輸出功率時(shí)，（R1R2）為外電阻，內(nèi)電阻r恒定，只有當(dāng)R1R2r時(shí)電源輸出功率最大，由于題目未給出R1和r的具體數(shù)值，所以當(dāng)R20時(shí)，電源輸出功率不一定最大【名師點(diǎn)睛】電源內(nèi)阻恒定不變時(shí)，電源的輸出功率隨外電阻的變化不是單調(diào)的，存在極值：當(dāng)外電阻等于內(nèi)阻時(shí)，電源輸出功率最大如果一個(gè)電路的外電阻恒定不變，當(dāng)電源的內(nèi)阻發(fā)生變化時(shí)，電源的輸出功率隨內(nèi)阻的變化是單調(diào)的，內(nèi)阻減小，輸出功率增大，內(nèi)阻最小時(shí)，輸出功率最大針對(duì)練習(xí)2（多選）在如圖甲所示的電路中，R1為定值電阻，R2為滑動(dòng)變阻器。閉合電鍵S，將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P從最右端滑到最左端，兩個(gè)電壓表的示數(shù)隨電路中電流變化的完整過(guò)程圖線如圖乙所示。則：（）A圖線甲是電壓表V2示數(shù)隨電流變化的圖線B電源內(nèi)電阻的阻值為10C電源的最大輸出功率為36WD滑動(dòng)變阻器R2的最大功率為09W【答案】ADP=UI=18W；故C錯(cuò)誤；由C的分析可知，R1的阻值為5，R2電阻為20；當(dāng)R1等效為內(nèi)阻，則當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值等于R+r時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率最大，故當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值為10時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率最大，由閉合電路歐姆定律可得，電路中的電流，則滑動(dòng)變阻器消耗的總功率P=I2R=09W；故D正確；故選AD【名師點(diǎn)睛】此題是關(guān)于電路的動(dòng)態(tài)分析以及電功和電功率的問(wèn)題；在求定值電阻的最大功率時(shí)，應(yīng)是電流最大的時(shí)候；而求變值電阻的最大功率時(shí)，應(yīng)根據(jù)電源的最大輸出功率求，必要時(shí)可將與電源串聯(lián)的定值電阻等效為內(nèi)阻處理考點(diǎn)三電路故障分析及含電容器電路分析一、電路故障分析1故障特點(diǎn)（1）斷路特點(diǎn)：表現(xiàn)為電源電壓不為零而電流為零；如果外電路中兩點(diǎn)間的電壓不為零而電流為零，則說(shuō)明這兩點(diǎn)間有斷點(diǎn)，而這兩點(diǎn)與電源的連接部分沒(méi)有斷點(diǎn)（2）短路特點(diǎn)：用電器或電阻發(fā)生短路，表現(xiàn)為有電流通過(guò)電路但它兩端電壓為零2檢查方法（1）電壓表檢測(cè)：如果電壓表示數(shù)為零，則說(shuō)明可能在并聯(lián)路段之外有斷路，或并聯(lián)路段短路（2）電流表檢測(cè)：當(dāng)電路中接有電源時(shí)，可用電流表測(cè)量各部分電路上的電流，通過(guò)對(duì)電流值的分析，可以確定故障的位置在運(yùn)用電流表檢測(cè)時(shí)，一定要注意電流表的極性和量程（3）歐姆表檢測(cè)：當(dāng)測(cè)量值很大時(shí)，表示該處是斷路，當(dāng)測(cè)量值很小或?yàn)榱銜r(shí)，表示該處是短路在運(yùn)用歐姆表檢測(cè)時(shí)，電路一定要切斷電源（4）假設(shè)法：將整個(gè)電路劃分為若干部分，然后逐一假設(shè)某部分電路發(fā)生某種故障，運(yùn)用閉合電路或部分電路的歐姆定律進(jìn)行推理二、電容器電路分析在直流電路中，當(dāng)電容器充、放電時(shí)，電路里有充、放電電流，一旦電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，電容器在電路中就相當(dāng)于一個(gè)阻值無(wú)窮大的元件，在電容器處電路可看作是斷路，簡(jiǎn)化電路時(shí)可去掉它，簡(jiǎn)化后若要求電容器所帶電量時(shí)，可接在相應(yīng)的位置上，分析和計(jì)算含有電容器的直流電路時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：1、電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無(wú)電流通過(guò)，所以在此支路中的電阻上無(wú)電壓降。因此，電容器兩極間的電壓就等于該支路兩端的電壓。2、當(dāng)電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時(shí)，電容器兩極間的電壓與其并聯(lián)電阻兩端的電壓相等。 3、電路的電流、電壓變化時(shí)，將會(huì)引起電容器的充（放）電，如果電容器兩端電壓升高，電容器將充電，如果電壓降低，電容器將通過(guò)與它連接的電路放電。重點(diǎn)歸納1、分析和計(jì)算含有電容器的直流電路問(wèn)題，關(guān)鍵是準(zhǔn)確地判斷和求出電容器兩端的 電壓，具體方法是：（1）明確電路結(jié)構(gòu)，確定電容器和哪部分電路并聯(lián)，該電路兩端電壓就是電容器兩端電壓（2）當(dāng)電容器與某一電阻串聯(lián)后接入電路時(shí)，此支路中沒(méi)有電流，所以與電容器串聯(lián)的電阻看成導(dǎo)線，電路兩端的電壓就是電容器兩極板間電壓（3）對(duì)于較復(fù)雜電路，需要將電容器兩端的電勢(shì)與基準(zhǔn)點(diǎn)的電勢(shì)比較后才能確定電容器兩端的電壓2、兩種基本的電路故障（斷路和短路）（1）斷路的判斷如果電路中用電器不工作（常是燈不亮），且電路中無(wú)電流，則電路斷路。具體到那一部分?jǐn)嗦罚袃煞N判斷方式： 把電壓表分別和各處并聯(lián)，則有示數(shù)且比較大（常表述為等于電源電壓）處斷路（電源除外）； 把電流表分別與各部分并聯(lián)，如其他部分能正常工作，則當(dāng)時(shí)與電流表并聯(lián)的部分?jǐn)嚅_(kāi)了。（2）短路的判斷串聯(lián)電路或者串聯(lián)部分中一部分用電器不能正常工作，其他部分用電器能正常工作，則不能正常工作的部分短路。把電壓表分別和各部分并聯(lián)，導(dǎo)線部分的電壓為零表示導(dǎo)線正常，如某一用電器兩端的電壓為零，則此用電器短路。典型案例如圖所示，U=10V，電阻R1=4，R2=6，電容C=30F。（1）閉合開(kāi)關(guān)S，電路穩(wěn)定后，求通過(guò)R1的電流強(qiáng)度；（2）然后斷開(kāi)S，求這以后流過(guò)R1的電量是多少？【答案】（1）1A；（2）【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵理清電路，判斷電容器與誰(shuí)并聯(lián)，通過(guò)Q=CU進(jìn)行求解（1）閉合開(kāi)關(guān)S，待電路穩(wěn)定后，兩電阻串聯(lián)，根據(jù)歐姆定律求出電路中的電流大??；（2）電鍵閉合時(shí)，C1與電阻R2并聯(lián)，根據(jù)Q=CU求出電容器C1的電量，此時(shí)電容器C2兩端的電壓為0電鍵S斷開(kāi)，兩電容都與電源并聯(lián)，根據(jù)Q=CU求出兩電容器的電量，從而求出斷開(kāi)S后流過(guò)電阻R1的電量針對(duì)練習(xí)1（多選）如圖所示的圖象中，直線表示某電源路端電壓與電流的關(guān)系，直線為某一電阻的伏安特性曲線。用該電源直接與電阻連接成閉合電路，由圖象可知：（）A的阻值為B電源電動(dòng)勢(shì)為，內(nèi)阻為C電源的輸出功率為D電源內(nèi)部消耗功率為【答案】AD【解析】電阻R=U/I=15故A正確；根據(jù)閉合電路歐姆定律得U=E-Ir，當(dāng)I=0時(shí)，U=E，由讀出電源的電動(dòng)勢(shì)E=3V，內(nèi)阻等于圖線的斜率大小，則r=|U/I|=3/2=15故B錯(cuò)誤；兩圖線的交點(diǎn)表示該電源直接與電阻R相連組成閉合電路時(shí)工作狀態(tài)，由圖讀出電壓U=15V，電流I=10A，則電源的輸出功率為P =UI=15W故C錯(cuò)誤；電源內(nèi)部消耗功率為，故D正確【名師點(diǎn)睛】本題主要考查了閉合電路的歐姆定律、電功、電功率。對(duì)于圖線關(guān)鍵要根據(jù)物理規(guī)律，從數(shù)學(xué)角度來(lái)理解其物理意義本題要抓住圖線的斜率、交點(diǎn)的意義來(lái)理解圖象的意義。針對(duì)練習(xí)2（多選）如圖所示，A為巨磁電阻，當(dāng)它周?chē)拇艌?chǎng)增強(qiáng)時(shí)，其阻值增大；C為電容器在S閉合后，當(dāng)有磁鐵靠近A時(shí)，下列說(shuō)法正確的有：（）A電流表的示數(shù)增大B電容器C的電荷量增大C電壓表的示數(shù)變大D電源內(nèi)阻消耗的功率變大【答案】BC【名師點(diǎn)睛】有磁鐵靠近A時(shí)，其阻值增大，然后結(jié)合電路的關(guān)系即可判斷出電流和電壓的變化，分析總電流和路端電壓的變化，即可分析其他量的變化。