（新課改省份專用）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 第2節(jié) 電源 閉合電路的歐姆定律學(xué)案（含解析）.doc
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第2節(jié) 電源 閉合電路的歐姆定律 一、電路的串聯(lián)、并聯(lián) 串聯(lián) 并聯(lián) 電流 I＝I1＝I2＝…＝In I＝I1＋I(xiàn)2＋…＋I(xiàn)n 電壓 U＝U1＋U2＋…＋Un U＝U1＝U2＝…＝Un 電阻 R＝R1＋R2＋…＋Rn ＝＋＋…＋ 功率 分配 ＝＝…＝ P1R1＝P2R2＝…＝PnRn 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：E＝。 電動(dòng)勢(shì)是描述電源的參量，由電源本身決定。 (3)物理意義：反映了電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小。 2．內(nèi)阻：電源內(nèi)部導(dǎo)體的電阻。 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 (1)I＝(只適用于純電阻電路) (2)E＝U內(nèi)＋U外(適用于任何電路) 3．路端電壓U與電流I的關(guān)系 (1)關(guān)系式：U＝E－Ir。(適用于任何電路) (2)UI圖像 ①當(dāng)電路斷路即I＝0時(shí)，縱軸的截距為電源電動(dòng)勢(shì)。 ②當(dāng)外電路電壓為U＝0時(shí)，橫軸的截距為短路電流。 ③圖線的斜率的絕對(duì)值為電源的內(nèi)阻。 將電壓表接在電源兩極間測(cè)得的電壓U是指路端電壓，不是內(nèi)電阻兩端的電壓，也不是電源電動(dòng)勢(shì)。 [基礎(chǔ)自測(cè)] 一、判斷題 (1)電路中某電阻的阻值最大，該電阻的功率不一定最大。(√) (2)電動(dòng)勢(shì)就是電源兩極間的電壓。() (3)閉合電路中外電阻越大，路端電壓越大。(√) (4)在閉合電路中，外電阻越大，電源的輸出功率越大。() (5)電源的輸出功率越大，電源的效率越高。() 二、選擇題 1．電源的電動(dòng)勢(shì)為4.5 V、外電阻為4.0 Ω時(shí)，路端電壓為4.0 V。若在外電路中分別并聯(lián)一個(gè)6.0 Ω的電阻和串聯(lián)一個(gè)6.0 Ω的電阻，則兩種情況下的路端電壓為( ) A．4.30 V 3.72 V B．3.73 V 4.30 V C．3.72 V 4.29 V D．4.20 V 3.73 V 解析：選C 由閉合電路歐姆定律得E＝U＋r，代入數(shù)據(jù)解得r＝0.5 Ω。當(dāng)并聯(lián)一個(gè)R1＝6 Ω的電阻時(shí)，R總＝＝2.4 Ω，則此時(shí)路端電壓U1＝R總＝3.72 V；當(dāng)串聯(lián)一個(gè)R2＝6 Ω的電阻時(shí)，R總′＝R＋R2＝10 Ω，此時(shí)路端電壓U2＝R總′＝4.29 V，故C正確。 2．[人教版選修3－1 P52T2改編](多選)如圖畫出了用電壓表、電流表測(cè)量導(dǎo)體電阻的兩種電路圖。圖中電壓表的內(nèi)阻為1 kΩ，電流表內(nèi)阻為0.1 Ω，被測(cè)導(dǎo)體R的真實(shí)電阻為87.4 Ω。測(cè)量時(shí)，把電壓表讀數(shù)和電流表讀數(shù)的比值作為電阻的測(cè)量值。如果不考慮實(shí)驗(yàn)操作中的偶然誤差，按甲、乙兩種電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到的電阻測(cè)量值是( ) A．甲圖的測(cè)量值是87.4 Ω B．甲圖的測(cè)量值是80.4 Ω C．乙圖的測(cè)量值是87.5 Ω D．乙圖的測(cè)量值是87.4 Ω 解析：選BC 由題圖可知，甲圖采用的是電流表外接法測(cè)電阻，測(cè)量值為電壓表與電阻R并聯(lián)的阻值，為＝80.4 Ω。乙圖是電流表內(nèi)接法測(cè)電阻，測(cè)量值是電流表與電阻R串聯(lián)的阻值，為R＋RA＝87.5 Ω。故B、C正確。 3.[人教版選修3－1 P52T4]如圖是有兩個(gè)量程的電壓表，當(dāng)使用a、b兩個(gè)端點(diǎn)時(shí)，量程為0～10 V，當(dāng)使用a、c兩個(gè)端點(diǎn)時(shí)，量程為0～100 V。已知電流表的內(nèi)阻Rg為500 Ω，滿偏電流Ig為1 mA，則電阻R1、R2的值是( ) A．9 500 Ω 90 000 Ω B．90 000 Ω 9 500 Ω C．9 500 Ω 9 000 Ω D．9 000 Ω 9 500 Ω 解析：選A 接a、b時(shí)，由串聯(lián)電路特點(diǎn)有R總＝R1＋Rg＝，得R1＝－Rg＝9 500 Ω。接a、c時(shí)，同理有R總′＝R1＋R2＋Rg＝，得R2＝－Rg－R1＝90 000 Ω。 4．一個(gè)電源接8 Ω電阻時(shí)，通過電源的電流為0.15 A，接13 Ω電阻時(shí)，通過電源的電流為0.10 A，則電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻分別為( ) A．2 V 1.5 Ω B．1.5 V 2 Ω C．2 V 2 Ω D．1.5 V 1.5 Ω 解析：選B 由閉合電路歐姆定律得 E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r) 代入數(shù)據(jù)聯(lián)立解得r＝2 Ω，E＝1.5 V。 高考對(duì)本節(jié)內(nèi)容的考查，主要集中在串、并聯(lián)電路的計(jì)算、閉合電路的動(dòng)態(tài)分析、閉合電路的功率及效率問題、兩類UI圖像的比較與應(yīng)用，主要以選擇題的形式呈現(xiàn)，難度一般，而對(duì)串、并聯(lián)電路的計(jì)算的考查，常結(jié)合電學(xué)實(shí)驗(yàn)，難度會(huì)大一些。 考點(diǎn)一 串、并聯(lián)電路的計(jì)算[基礎(chǔ)自修類] [題點(diǎn)全練] 1．[電路的計(jì)算] (多選)如圖所示，圖線1表示電阻為R1的導(dǎo)體A的伏安特性曲線，圖線2表示電阻為R2的導(dǎo)體B的伏安特性曲線，則下列說法正確的是( ) A．R1∶R2＝1∶3 B．把A拉長為原來的3倍后其電阻等于B的電阻R2 C．將A與B串聯(lián)后接在電源上，二者消耗的功率之比P1∶P2＝1∶3 D．將A與B并聯(lián)后接在電源上，通過二者的電流之比I1∶I2＝1∶3 解析：選AC 根據(jù)IU圖像知，圖線的斜率表示電阻的倒數(shù)，所以R1∶R2＝1∶3，A正確；根據(jù)公式R＝ρ可得，把A拉長為原來的3倍后，橫截面積減小為原來的，所以電阻變?yōu)樵瓉淼?倍，B錯(cuò)誤；串聯(lián)電路電流相等，將A與B串聯(lián)后接在電源上，根據(jù)公式P＝I2R可得，消耗的功率之比P1∶P2＝1∶3，C正確；并聯(lián)電路電壓相等，電流之比等 于電阻之反比，所以將A與B并聯(lián)后接在電源上，通過二者的電流之比I1∶I2＝3∶1，D錯(cuò)誤。 2．[串聯(lián)電路的功率計(jì)算] 電阻R1和R2分別標(biāo)有“2 Ω 1.0 A”和“4 Ω 0.5 A”，將它們串聯(lián)后接入電路中，如圖所示，則此電路中允許消耗的最大功率為( ) A．1.5 W B．3.0 W C．5.0 W D．6.0 W 解析：選A 由題意可知，兩電阻串聯(lián)后能通過的最大電流為I＝0.5 A，則電路允許消耗的最大電功率為P＝I2(R1＋R2)＝1.5 W，A正確。 [名師微點(diǎn)] 串、并聯(lián)電路的三個(gè)重要結(jié)論 (1)串聯(lián)電路的總電阻大于電路中任意一個(gè)電阻，電路中任意一個(gè)電阻值變大時(shí)，串聯(lián)的總電阻變大。 (2)并聯(lián)電路的總電阻小于電路中任意一個(gè)支路電阻，任意一個(gè)支路電阻值變大時(shí)，電路的總電阻變大。 (3)某電路中無論電阻怎樣連接，該電路消耗的電功率總等于各個(gè)電阻消耗的電功率之和。 考點(diǎn)二 閉合電路的動(dòng)態(tài)分析[多維探究類] 動(dòng)態(tài)分析問題常用的三種方法 1．程序法 2．“串反并同”結(jié)論法 (應(yīng)用條件：電源內(nèi)阻不為零) (1)所謂“串反”，即某一電阻增大時(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、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(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大，反之則減小。 即：←R↑→ 3．極限法 因變阻器滑片滑動(dòng)引起電路變化的問題，可將變阻器的滑片分別滑至兩個(gè)極端，讓電阻最大或電阻為零，然后再討論。 考法(一) 常規(guī)電路的動(dòng)態(tài)分析 [例1] 電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電源與定值電阻R1、R2及滑動(dòng)變阻器R連接成如圖所示的電路，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的觸頭由中點(diǎn)滑向a端時(shí)，下列說法正確的是( ) A．定值電阻R2的電功率減小 B．電壓表和電流表的示數(shù)都減小 C．電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)減小 D．R中電流變化的絕對(duì)值小于電流表示數(shù)變化的絕對(duì)值 [解析] 當(dāng)滑動(dòng)變阻器的觸頭由中點(diǎn)滑向a端時(shí)，R接入電路的電阻減小，總電阻減小，干路電流增大，內(nèi)電壓增大，路端電壓減小，電壓表的示數(shù)減小，R2的電壓增大，R1的電壓減小，電流表的示數(shù)減小，A、C錯(cuò)誤，B正確；因?yàn)榭傠娏髟龃?，電流表的示?shù)減小，所以R中電流增大，并且R中電流變化的絕對(duì)值大于電流表示數(shù)變化的絕對(duì)值，D錯(cuò)誤。 [答案] B 考法(二) 含電容器的動(dòng)態(tài)電路 [例2] (多選)如圖所示，C1＝6 μF，C2＝3 μF，R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，電源電動(dòng)勢(shì)E＝18 V，內(nèi)阻不計(jì)。下列說法正確的是( ) A．開關(guān)S斷開時(shí)，a、b兩點(diǎn)電勢(shì)相等 B．開關(guān)S閉合后，a、b兩點(diǎn)間的電流是2 A C．開關(guān)S斷開時(shí)C1帶的電荷量比開關(guān)S閉合后C1帶的電荷量大 D．不論開關(guān)S斷開還是閉合，C1帶的電荷量總比C2帶的電荷量大 [解析] S斷開時(shí)外電路處于斷路狀態(tài)，兩電阻中無電流通過，電阻兩端電勢(shì)相等，由圖知a點(diǎn)電勢(shì)與電源負(fù)極電勢(shì)相等，而b點(diǎn)電勢(shì)與電源正極電勢(shì)相等，A錯(cuò)誤。S斷開時(shí)兩電容器兩端電壓都等于電源電動(dòng)勢(shì)，而C1>C2，由Q＝CU知此時(shí)Q1>Q2，當(dāng)S閉合時(shí)，穩(wěn)定狀態(tài)下C1與R1并聯(lián)，C2與R2并聯(lián)，電路中電流I＝＝2 A，此時(shí)兩電阻兩端電壓分別為U1＝IR1＝6 V，U2＝IR2＝12 V，則此時(shí)兩電容器所帶電荷量分別為Q1′＝C1U1＝3.610－5 C，Q2′＝C2U2＝3.610－5 C，對(duì)電容器C1來說，S閉合后其兩端電壓減小，所帶電荷量也減小，故B、C正確，D錯(cuò)誤。 [答案] BC [題型技法] 分析含電容器電路應(yīng)注意的兩點(diǎn) (1)電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無電流通過，所以在此支路上的電阻無電壓降，因此電容器兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓。在電路穩(wěn)定后，與電容器串聯(lián)的電阻中無電流通過，與電容器串聯(lián)的電阻阻值變化，不影響電路中其他電表示數(shù)和燈泡亮度。 (2)電路中的電流、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，電荷量增大；如果電容器兩端電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電，電荷量減小。 考法(三) 含熱敏電阻、光敏電阻等的動(dòng)態(tài)電路 [例3] (多選)某溫度檢測(cè)、光電控制加熱裝置原理如圖所示。圖中RT為熱敏電阻(隨溫度升高阻值減小)，用來探測(cè)加熱電阻絲R的溫度，RG為光敏電阻(隨光照強(qiáng)度增大阻值減小)，接收小燈泡L的光照，除RT、RG外，其他電阻均為定值電阻。當(dāng)R處溫度降低時(shí)( ) A．L變亮 B．通過R3的電流減小 C．E2的路端電壓增大 D．R消耗的功率減小 [解析] 當(dāng)R處溫度降低時(shí)，熱敏電阻RT阻值變大，由閉合電路歐姆定律可知，左側(cè)電路中的電流減小，通過小燈泡L的電流減小，小燈泡L的光照強(qiáng)度減小，光敏電阻RG的阻值變大，對(duì)右側(cè)電路，由閉合電路歐姆定律可知，通過R2的電流變小，右側(cè)電路中的電源E2的路端電壓變大，R兩端電壓變大，通過R的電流也變大，R消耗的功率變大，通過R3的電流變小，選項(xiàng)B、C正確。 [答案] BC [題型技法] 分析熱敏、光敏電阻電路應(yīng)注意以下兩點(diǎn) 一是應(yīng)把兩個(gè)電路聯(lián)動(dòng)考慮；二是正確運(yùn)用相關(guān)電路規(guī)律分析推理。當(dāng)R處溫度降低時(shí)，熱敏電阻RT的阻值變化，左側(cè)電路中的電流變化，燈泡亮度變化，光敏電阻的阻值變化，從而引起右側(cè)電路中各個(gè)電阻的電壓、電流、電功率變化。 考法(四) 電路故障分析 [例4] 如圖所示的電路中，閉合開關(guān)S，燈L1、L2正常發(fā)光。由于電路出現(xiàn)故障，突然發(fā)現(xiàn)L1變亮，L2變暗，電流表的讀數(shù)變小，根據(jù)分析，發(fā)生的故障可能是( ) A．R1斷路 B．R2斷路 C．R3短路 D．R4短路 [解析] 等效電路圖如圖所示。若R1斷路，總電阻變大，總電流減小，路端電壓變大，L1兩端電壓變大，L1變亮；ab部分電路結(jié)構(gòu)沒變，電流仍按原比例分配，總電流減小，通過L2、電流表的電流都減小，故A正確。若R2斷路，總電阻變大，總電流減小，ac部分電路結(jié)構(gòu)沒變，R1、L1中電流都減小，與題意相矛盾，故B錯(cuò)誤。若R3短路或R4短路，總電阻減小，總電流增大，電流表中電流變大，與題意相矛盾，C、D錯(cuò)誤，因此正確選項(xiàng)只有A。 [答案] A [題型技法] 1．電路故障一般是短路或斷路。常見的情況有導(dǎo)線斷芯、燈泡斷絲、燈泡短路、電阻內(nèi)部斷路、接觸不良等現(xiàn)象。故障的特點(diǎn)如下： 斷路狀態(tài)的特點(diǎn) 短路狀態(tài)的特點(diǎn) 電源路端電壓不為零而電流為零；若外電路某兩點(diǎn)之間的電壓不為零，則這兩點(diǎn)間有斷點(diǎn)，而這兩點(diǎn)與電源連接部分無斷點(diǎn) 有電流通過電路而兩端電壓為零 2.利用電流表、電壓表判斷電路故障的方法： 常見故障 故障解讀 原因分析 正常 無示數(shù) “電流表示數(shù)正?！北砻麟娏鞅硭陔娐窞橥?，“電壓表無示數(shù)”表明無電流通過電壓表。 故障原因可能是： a．電壓表損壞； b．電壓表接觸不良； c．與電壓表并聯(lián)的用電器短路。 正常 無示數(shù) “電壓表有示數(shù)”表明電壓表有電流通過，“電流表無示數(shù)”說明沒有或幾乎沒有電流流過電流表。 故障原因可能是： a．電流表短路； b．和電壓表并聯(lián)的用電器斷路。 、 均無示數(shù) “兩表均無示數(shù)”表明無電流通過兩表。 除了兩表同時(shí)被短路外，可能是干路斷路導(dǎo)致無電流。 [題點(diǎn)全練] 1．[含光敏電阻的電路分析] 如圖所示電路中，L1、L2為兩只完全相同、阻值恒定的燈泡，R為光敏電阻(光照越強(qiáng)，阻值越小)。閉合開關(guān)S后，隨著光照強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)( ) A．L1逐漸變暗，L2逐漸變亮 B．L1逐漸變亮，L2逐漸變暗 C．電源內(nèi)電路消耗的功率逐漸減小 D．光敏電阻R和L1消耗的總功率逐漸增大 解析：選A 當(dāng)光照增強(qiáng)時(shí)，光敏電阻的阻值減小，電路的總電阻減小，由閉合電路歐姆定律可得，電路中總電流增大，則L2逐漸變亮，U內(nèi)＝Ir增大，由U＝E－Ir可知，路端電壓減小，L2兩端的電壓增大，則L1兩端的電壓減小，故 L1逐漸變暗，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；電路中總電流增大，由P＝I2r知電源內(nèi)電路消耗功率逐漸增大，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；將L2看成電源內(nèi)電路的一部分，光敏電阻R和L1消耗的總功率是等效電源的輸出功率，由于等效電源的內(nèi)阻大于外電阻，所以當(dāng)光敏電阻的阻值減小，即外電阻減小時(shí)，等效電源的內(nèi)、外電阻相差更大，輸出功率減小，則光敏電阻R和L1消耗的總功率逐漸減小，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 2．[含電容器的電路分析] (2016全國卷Ⅱ)阻值相等的四個(gè)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(guān)S斷開且電流穩(wěn)定時(shí)，C所帶的電荷量為Q1；閉合開關(guān)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：選C 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(xiàng)C正確。 3．[電路的動(dòng)態(tài)分析] (多選)如圖所示，電表均為理想電表，兩個(gè)相同燈泡的電阻均為R，且R大于電源內(nèi)阻r。將滑動(dòng)變阻器滑片向下滑動(dòng)，電壓表V1、V2、V3示數(shù)變化量的絕對(duì)值分別為ΔU1、ΔU2、ΔU3，電流表A示數(shù)變化量的絕對(duì)值為ΔI，則( ) A．兩燈泡的亮度始終一樣且逐漸變暗 B．V1、V2的示數(shù)增大，V3的示數(shù)減小 C．ΔU3與ΔI的比值為2R＋r D．ΔU3>ΔU1>ΔU2 解析：選AD 此電路為串聯(lián)電路，將滑片向下滑動(dòng)，電路中的總電阻增大，總電流減小，通過兩串聯(lián)燈泡的電流始終一樣且減小，兩燈泡逐漸變暗，A正確；電壓表V2測(cè)量的是路端電壓，電壓表V1測(cè)量的是燈泡L1兩端的電壓，因總電流減小，所以V1的示數(shù)減小、V2的示數(shù)增大，B錯(cuò)誤；將燈泡L1的電阻等效為電源的內(nèi)阻，由閉合電路歐姆定律知＝r＋R，C錯(cuò)誤；又由＝r，＝R，可知ΔU3>ΔU1>ΔU2，D正確。 考點(diǎn)三 閉合電路的功率及效率問題[師生共研類] 電源 總功率 任意電路：P總＝EI＝P出＋P內(nèi) 純電阻電路：P總＝＝I2(R＋r) 內(nèi)部功率 P內(nèi)＝I2r＝P總－P出 輸出功率 任意電路：P出＝UI＝P總－P內(nèi) 純電阻電路：P出＝＝I2R＝ P出與 外電阻R 的關(guān)系 P出隨R的增大先增大后減小，當(dāng)R＝r時(shí)達(dá)到最大Pm＝，P出＜Pm時(shí)對(duì)應(yīng)兩個(gè)外電阻R1和R2，且R1R2＝r2。 電源的 效率 任意電路：η＝100%＝100% 純電阻電路：η＝100% [典例] 如圖所示，已知電源電動(dòng)勢(shì)E＝6 V，內(nèi)阻r＝1 Ω，保護(hù)電阻R0＝0.5 Ω，求：當(dāng)電阻箱R讀數(shù)為多少時(shí)，保護(hù)電阻R0消耗的電功率最大，并求這個(gè)最大值。 [解析] 保護(hù)電阻消耗的電功率為P0＝， 因R0和r是常量，而R是變量，所以R最小時(shí)，P0最大，即R＝0時(shí)，P0max＝＝ W＝8 W。 [答案] R＝0 P0max＝8 W [延伸思考] (1)典例中條件不變，求當(dāng)電阻箱R讀數(shù)為多少時(shí)，電阻箱R消耗的功率PR最大，并求這個(gè)最大值。 [解析] 這時(shí)要把保護(hù)電阻R0與電源內(nèi)阻r算在一起，據(jù)以上結(jié)論，當(dāng)R＝R0＋r，即R＝1 Ω＋0.5 Ω＝1.5 Ω時(shí)，電阻箱R消耗的功率最大，PRmax＝＝ W＝6 W。 [答案] R＝1.5 Ω PRmax＝6 W (2)在典例中，若電阻箱R的最大值為3 Ω，R0＝5 Ω，求：當(dāng)電阻箱R讀數(shù)為多少時(shí)，電阻箱R的功率最大，并求這個(gè)最大值。 [解析] 把R0＝5 Ω當(dāng)作電源內(nèi)阻的一部分，則等效電源內(nèi)阻r等為6 Ω，而電阻箱R的最大值為3 Ω，小于6 Ω， 由P＝2R＝， 可知不能滿足R＝r等，所以當(dāng)電阻箱R的電阻取3 Ω時(shí)，R消耗功率最大，最大值為：P＝2R＝ W。 [答案] R＝3 Ω P＝ W (3)典例中條件不變，求電源的最大輸出功率。 [解析] 由電功率公式P出＝2R外＝，當(dāng)R外＝r時(shí)，P出最大，即R＝r－R0＝0.5 Ω時(shí)，P出max＝＝ W＝9 W。 [答案] 9 W (4)如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)E＝2 V，內(nèi)阻r＝1 Ω，電阻R0＝2 Ω，可變電阻的阻值范圍為0～10 Ω。求可變電阻為多大時(shí)，R上消耗的功率最大，最大值為多少？ [解析] 法一：PR＝，根據(jù)閉合電路歐姆定律，路端電壓 U＝E＝， 所以PR＝， 代入數(shù)據(jù)整理得PR＝， 當(dāng)R＝ Ω時(shí)，R上消耗的功率最大，PRmax＝ W。 法二：采用等效電源法分析，把定值電阻等效到電源的內(nèi)部，即把電源和定值電阻看作電動(dòng)勢(shì)為E′＝E，內(nèi)阻為r′＝的電源，當(dāng)R＝r′＝時(shí)，電源對(duì)外電路R的輸出功率最大PRmax＝。 把數(shù)值代入各式得：E等＝E′＝E＝ V； r等＝r′＝＝ Ω。 所以PRmax＝＝ W。 [答案] R＝ Ω P＝ W [題點(diǎn)全練] 1．[通過圖像分析功率] 將一電源與一電阻箱連接成閉合回路，測(cè)得電阻箱所消耗功率P與電阻箱讀數(shù)R變化的曲線如圖所示，由此可知( ) A．電源最大輸出功率可能大于45 W B．電源內(nèi)阻一定等于5 Ω C．電源電動(dòng)勢(shì)為45 V D．電阻箱所消耗功率P最大時(shí)，電源效率大于50% 解析：選B 由題意知將一電源與一電阻箱連接成閉合回路，電阻箱所消耗功率P等于電源輸出功率。由電阻箱所消耗功率P與電阻箱讀數(shù)R變化的曲線可知，電阻箱所消耗功率P最大為45 W，所以電源最大輸出功率為45 W，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由電源輸出功率最大的條件可知，電源輸出功率最大時(shí)，外電路電阻等于電源內(nèi)阻，所以電源內(nèi)阻一定等于5 Ω，選項(xiàng)B正確；由電阻箱所消耗功率P最大值為45 W可知，此時(shí)電阻箱讀數(shù)為R＝5 Ω，電流I＝ ＝3 A，電源電動(dòng)勢(shì)E＝I(R＋r)＝30 V，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電阻箱所消耗功率P最大時(shí)，電源效率為50%，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 2．[內(nèi)、外電路規(guī)律分析] 如圖所示，曲線C1、C2分別是純電阻直流電路中，內(nèi)、外電路消耗的電功率隨電流變化的圖線。由該圖可知下列說法中錯(cuò)誤的是( ) A．電源輸出功率最大值為8 W B．電源的電動(dòng)勢(shì)為4 V C．電源的內(nèi)電阻為1 Ω D．電源被短路時(shí)，電源消耗的最大功率可達(dá)16 W 解析：選A 當(dāng)內(nèi)電阻等于外電阻時(shí)，電源的輸出功率最大，最大值為4 W，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)P＝UI可得，當(dāng)I＝2 A時(shí)，外電壓為2 V，內(nèi)電壓也為2 V，電源的電動(dòng)勢(shì)為4 V，選項(xiàng)B正確；電源的內(nèi)電阻為r＝＝1 Ω，選項(xiàng)C正確；電源被短路時(shí)，電源消耗的最大功率可達(dá)P＝＝16 W，選項(xiàng)D正確。 考點(diǎn)四 兩類UI圖像的比較與應(yīng)用[基礎(chǔ)自修類] 電源UI圖像 電阻UI圖像 圖形 圖像表述的物理量變化關(guān)系 電源的路端電壓隨電路電流的變化關(guān)系 電阻中的電流隨電阻兩端電壓的變化關(guān)系 圖線與坐標(biāo)軸交點(diǎn) 與縱軸交點(diǎn)表示電源電動(dòng)勢(shì)E，與橫軸交點(diǎn)表示電源短路電流 過坐標(biāo)軸原點(diǎn)，表示沒有電壓時(shí)電流為零 圖線上每一點(diǎn)坐標(biāo)的乘積UI 表示電源的輸出功率 表示電阻消耗的功率 圖線上每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的U、I比值 表示外電阻的大小，不同點(diǎn)對(duì)應(yīng)的外電阻大小不同 每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的比值均等大，表示此電阻的大小 圖線的斜率的大小 圖線斜率的絕對(duì)值等于內(nèi)電阻r的大小(注意坐標(biāo)數(shù)值是否從零開始) 電阻的大小 [題點(diǎn)全練] 1．[兩類UI圖像的對(duì)比應(yīng)用] (多選)在如圖所示的圖像中，直線Ⅰ為某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖像，直線Ⅱ?yàn)槟骋浑娮鑂的UI圖線。用該電源直接與電阻R相連組成閉合電路。由圖像可知( ) A．電源的電動(dòng)勢(shì)為3 V，內(nèi)阻為0.5 Ω B．電阻R的阻值為1 Ω C．電源的輸出功率為2 W D．電源的效率為66.7% 解析：選ABD 圖線Ⅰ與縱軸的交點(diǎn)表示電源電動(dòng)勢(shì)E，為3 V，圖線Ⅰ的斜率的絕對(duì)值表示電源內(nèi)阻r，為0.5 Ω，A正確。圖線Ⅱ的斜率表示電阻R的阻值，為1 Ω，B正確。由Ⅰ、Ⅱ圖線的交點(diǎn)坐標(biāo)可知閉合電路的電流I＝2 A，路端電壓U＝2 V，電源輸出功率P＝UI＝4 W，C錯(cuò)誤。電源效率η＝＝＝66.7%，D正確。 2．[電源的路端電壓與輸出功率圖像的應(yīng)用] (多選)如圖所示，圖中直線①表示某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線，圖中曲線②表示該電源的輸出功率與電流的關(guān)系圖線。下列說法正確的是( ) A．電源的電動(dòng)勢(shì)為50 V B．電源的內(nèi)阻為 Ω C．電流為2.5 A時(shí)，外電路的電阻為15 Ω D．輸出功率為120 W時(shí)，輸出電壓是30 V 解析：選ACD 電源的路端電壓和電流的關(guān)系為：U＝E－Ir，顯然直線①的斜率的絕對(duì)值等于r，縱軸的截距為電源的電動(dòng)勢(shì)，從題圖中看出E＝50 V，r＝ Ω＝5 Ω，A正確，B錯(cuò)誤；當(dāng)電流為I1＝2.5 A時(shí)，由回路中電流I1＝，解得外電路的電阻R外＝15 Ω，C正確；當(dāng)輸出功率為120 W時(shí)，由題圖中PI關(guān)系圖線看出對(duì)應(yīng)干路電流為4 A，再從UI圖線讀取對(duì)應(yīng)的輸出電壓為30 V，D正確。 “專項(xiàng)研究拓”視野——電表的改裝原理與應(yīng)用 電壓表、電流表的改裝 改裝為大量程電壓表 改裝為大量程電流表 原理 串聯(lián)電阻分壓 并聯(lián)電阻分流 改裝原理圖 分壓電阻 或分流電阻 U＝IgR＋I(xiàn)gRg， 所以R＝－Rg IgRg＝(I－Ig)R， 所以R＝ 改裝后的 電表內(nèi)阻 RV＝R＋Rg>Rg RA＝下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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