《高考物理 模型系列之算法模型 專題12 閉合電路歐姆定律應(yīng)用模型學(xué)案》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理 模型系列之算法模型 專題12 閉合電路歐姆定律應(yīng)用模型學(xué)案（13頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 專題12 閉合電路歐姆定律應(yīng)用模型 模型界定 在閉合電路中，涉及電路結(jié)構(gòu)的分析與簡(jiǎn)化；涉及元件有電鍵、電表及純電阻、非純電阻元件；涉及問(wèn)題涵蓋電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)、功率、效率及圖像；應(yīng)用規(guī)律有部分電路與全電路歐姆定律、焦耳定律、能量守恒、功率與效率公式、串并聯(lián)電路基本關(guān)系等 模型破解 １.解決電路題目的首要問(wèn)題是電路結(jié)構(gòu)的分析與簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化電路時(shí)可用節(jié)點(diǎn)法、電流流向法、等電勢(shì)法等。每種方法中都需注意一些特殊情況的處理： （1）電表處理：理想電流表用導(dǎo)線替代，理想電壓表處斷開(kāi)。非理想電表等效為一個(gè)電阻。 （2）電容器處理：在電路穩(wěn)定即電容器非充放狀態(tài)下電容器所在電路是斷路的 （3）

2、無(wú)電流通過(guò)的電阻處理：與理想電壓表、電容器串聯(lián)的定值電阻中無(wú)電流通過(guò)，其兩端電壓為0、電勢(shì)相等，此時(shí)可用一無(wú)電阻的導(dǎo)線替代 （4）滑動(dòng)變阻器的處理：由滑片所在處將滑動(dòng)變阻器的總電阻分成兩部分，限流式接法中一部分被短路、一部分接入電路；分壓式接法中一部分與測(cè)量電路并聯(lián)再與另一部分相串聯(lián) 例1.一個(gè)T型電路如圖所示，電路中的電=10，=120，。另有一側(cè)是電源，電動(dòng)勢(shì)為100V，內(nèi)阻忽略不計(jì)。則 A．當(dāng)端短路時(shí)，之間的等效電阻是 B．當(dāng)端短路時(shí)，之間的等效電阻是40 C．當(dāng)兩端接通測(cè)試電源時(shí)，兩端的電壓為80V D．當(dāng)兩端接通測(cè)試電源時(shí)，兩端的電壓為80V 【答案】AC 【解析

3、】當(dāng)cd端短路時(shí)，電路結(jié)構(gòu)為R2與R3并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，，同理可知，A正確B錯(cuò)誤。當(dāng)ab兩端接電源時(shí)，cd間接入電壓表測(cè)電壓時(shí)，R2可等效為一條導(dǎo)線，cd兩端的電壓等于電阻R2兩端電壓，同理有C正確D錯(cuò)誤。 例2. 如圖所示電路中，A1和A2為理想電流表，示數(shù)分別為I1和I2，。當(dāng)a、b兩點(diǎn)間加以恒定的電壓U后，下列結(jié)論正確的是（ ） A．I1:I2=3:4 B．I1:I2=5:9 C．將A1、A2換理想電壓表，其示數(shù)之比為3:5 D．將A1、A2換理想電壓表，其示數(shù)之比為1:1 【答案】BC ２.應(yīng)用歐姆定律列式的再一個(gè)查看外電路中有無(wú)非純電阻器件。歐姆定律

4、Ｕ＝ＩＲ只適用于純電阻器件；對(duì)于全電路歐姆定律的兩個(gè)表達(dá)式要注意到 （1）表達(dá)式E＝I（R+r）適用于外電路不含有非純電阻的元件 （2）表達(dá)式E＝U+Ir對(duì)外電路有無(wú)非純電阻元件都適用 另外，若是一個(gè)電池處于被充電的狀態(tài)時(shí)，電池兩端電壓與其電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系是U＝E+Ir 最后根據(jù)已知量與待求量利用全電路歐姆定律和部分電路的歐姆定律、串并聯(lián)電路中電流、電壓間關(guān)系列方程求解 注意短時(shí)間內(nèi)可認(rèn)為電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻不變，即解題過(guò)程中E、r可認(rèn)為是常量 例３.圖示為汽車蓄電池與車燈、啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)組成的電路，蓄電池內(nèi)阻為0.05Ω，電表可視為理想電表。只接通S1時(shí)，電流表示數(shù)為10A，電壓表示數(shù)為12

5、V，再接通S2，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，電流表示數(shù)變?yōu)?A，則此時(shí)通過(guò)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流是 ３題圖 A．2A　　　B．8A C．42A　　 　D．50A 【答案】D 例４.如圖（a）所示電路中，電源電動(dòng)勢(shì)E=12V，內(nèi)阻r=2Ω，R1＝4Ω，R2＝6Ω，R3＝3Ω。 （1）若在C、D間連一個(gè)理想電壓表，其讀數(shù)是多少？ （2）若在C、D間連一個(gè)理想電流表，其讀數(shù)是多少？ （3）圖（a）中虛線框內(nèi)的電路可等效為一個(gè)電源，即圖（a）可等效為圖（b），其等效電動(dòng)勢(shì)E′等于CD間未接入用電器時(shí)CD間的電壓；若用導(dǎo)線直接將CD兩點(diǎn)連接起來(lái)，通過(guò)該導(dǎo)線的電流等于等效電源

6、的短路電流。則等效電源的內(nèi)電阻r′是多少？ （4）若在C、D間連一個(gè)“6V，3W”的小燈泡，則小燈泡的實(shí)際功率是多少？ 【答案】：（1）6V（2）1A（3）6Ω（4）1.33W 【解析】：（1）若在C、D間連一個(gè)理想電壓表，根據(jù)閉合電路歐姆定律，有 理想電壓表讀數(shù)為 UV=I1R2=6V （3）依題意，該等效電源的電動(dòng)勢(shì)， 短路電流，所以其等效內(nèi)阻 （4）小燈泡的電阻 將小燈泡連在C、D之間，相當(dāng)于接在等效電源E′兩端，則流過(guò)小燈泡的電流大小為 小燈泡的實(shí)際功率為 ３.電流是電路問(wèn)題的靈魂，除了可從歐姆定律求解電流外，還可從電流定義式I=q/

7、t及微觀表達(dá)式 I=nqSv=λqv、焦耳定律Q=I2Rt、電功率P=IU、電源功率P=IE及輸出功率P=IU、內(nèi)電路功率P=I2r、串并聯(lián)電路中電流關(guān)系等求解 一般說(shuō)來(lái)，涉及通過(guò)導(dǎo)體橫截面電荷量、自由電荷數(shù)目、定向運(yùn)動(dòng)速度等問(wèn)題時(shí)利用電流定義式或微觀表達(dá)式；應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)求電流時(shí)，若電路不是簡(jiǎn)單的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)時(shí)，可利用通過(guò)節(jié)點(diǎn)的電流關(guān)系：流入節(jié)點(diǎn)的總電流與流出節(jié)點(diǎn)的總電流相等 例５.如圖是一個(gè)電路的一部分，其中R1=5Ω，R2=1Ω，R3=3Ω，I1=0.2A，I2=0.1A，那么電流表測(cè)得的電流為 例５圖 A．0.2 A，方向向右 B．0.15A，方向向左 C．0.2 A，方向向

8、左 D．0.3A，方向間右 【答案】C ４.在電源的輸出功率問(wèn)題中，注意電源的輸出功率隨電流或外電路的電阻不是單調(diào)變化，要利用PR－I、PR－R關(guān)系圖線的特點(diǎn)分析求解，常用推論有： （1）當(dāng)I＝E/2r＝I短/2時(shí)輸出功率最大，電路中電流不能達(dá)到E/2r＝I短/2時(shí)則越接近輸出功率越大 （2）外電路是純電阻前提下，當(dāng)R=r時(shí)電源的輸出功率最大。外電路阻值不能達(dá)到r時(shí)則R越接近r輸出功率越大 （3）當(dāng)輸出功率小于電源的最大輸出功率時(shí)，同一輸出功率值可對(duì)應(yīng)于電路中的兩個(gè)電流值、兩個(gè)外電路的電阻值，兩個(gè)值之間的關(guān)系為I1+I2=I短，R1R2=r2 另外，求某一可變電阻消耗的最大功率時(shí)

9、較簡(jiǎn)便的方法是“等效電源”法 例６.當(dāng)外電路的電阻分別為8 Ω和2 Ω時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)在外電路上產(chǎn)生的熱量正好相等，則該電源的內(nèi)電阻是(　　) A．1 Ω　　　　　　　 B．2 Ω C．4 Ω D．6 Ω 【答案】C 【解析】：由()2R1＝()2R2，代入數(shù)據(jù)解得r＝4 Ω，C正確．也可直接由推論R1R2=r2得結(jié)果。 例７ 如圖所示，R1為定值電阻，R2為可變電阻，E為電源電動(dòng)勢(shì)，r為電源的內(nèi)電阻，以下說(shuō)法中錯(cuò)誤的是 A．當(dāng)R2=Rl + r時(shí)，R2上獲得最大功率 B．當(dāng)Rl=R2 + r時(shí)，Rl上獲得最大功率 C．當(dāng)R2=O時(shí)Rl上獲得功率可能最大

10、 D．當(dāng)R2=O時(shí)，電源的輸出功率可能最大 【答案】：B ５.在串并電路中，給定了各器件的額定功率時(shí)，電路中能消耗的最大功率并一定等于各器件額定功率之和，電流電壓也存在同樣的問(wèn)題。此類問(wèn)題解題的基本思路是： （1）串聯(lián)電路中比較額定電流，取其小者計(jì)算出總電壓、總功率即為最大值 （2）并聯(lián)電路中比較額定電壓，取其小者計(jì)算總電流、總功率即為最大值 例８.R1、R2和R3分別標(biāo)有“”、“”和“”將它們連接后接入電路中，如右圖所示，則此電路中允許消耗的最大功率為 Ａ．0.4W Ｂ．2.2W Ｃ．2.5 W Ｄ．3.4W 【答案】A 【解析】：兩電阻

11、串聯(lián)，通過(guò)的電流相等，允許通過(guò)的最大電流取其額定電流的最小值，即上支路中最大電流Im=0.5A,則該支路兩端電壓最大值為Um1=Im(R1+R2)=2.5V。并聯(lián)電路中電壓相等，所能加的最大電壓取兩端電壓的最小值，而R3的額定電壓為1V，故整個(gè)電壓所能加的最大電壓為Um2=U3=1V，電路中允許消耗的最大功率Pm=I3U3+U32/(R1+R2)=0.4W,A正確。 ６.在涉及圖像的常見(jiàn)問(wèn)題中，涉及電源總功率P＝IE、電源的輸出功率（外電路消耗的功率）PR＝IU＝I（E－Ir）、電源的熱功率（電源內(nèi)電路消耗的電功率）Pr=I2r在同一坐標(biāo)系中圖像的分析與計(jì)算，注意與函數(shù)表達(dá)式對(duì)應(yīng)起來(lái)分析；

12、 電源的外伏安特性曲線與導(dǎo)體伏安特性曲線在同一坐標(biāo)中圖像的分析與計(jì)算，注意兩圖像的交點(diǎn)坐標(biāo)表示該導(dǎo)體與該電源組成閉合回路時(shí)的工作點(diǎn)；注意圖像上某點(diǎn)斜率的意義及區(qū)分切線斜率與連線斜率；注意面積的物理意義及如何從圖像上分析電源的效率等 例９.某同學(xué)將一直流電源的總功率PE、輸出功率PR和電源內(nèi)部的發(fā)熱功率P,隨電流I變化的圖線畫(huà)在了同一坐標(biāo)系上，如圖中的a、b、c所示，根據(jù)圖線可知 A. 反映變化的圖線是c B. 電源電動(dòng)勢(shì)為8V C. 電源內(nèi)阻為1 D. 當(dāng)電流為0.5A時(shí)，外電路的電阻為6 【答案】AD 例１０.已知兩個(gè)電源的電動(dòng)勢(shì)為E1和E2、內(nèi)阻r1和r2滿足關(guān)系E2

13、>E1，r2>r1，有一定值電阻R1分別接在兩個(gè)電源上，獲得相等的功率，則去掉R1而將另一電阻R2且滿R2>R1分別接在該兩個(gè)電源上，關(guān)于電阻R2獲得的功率P2有 A．P1< P2 B．P1>P2 C．P1= P2 D．條件不足無(wú)法確定 【答案】A 【解析】：此時(shí)用解析式分析時(shí)涉及的變量較多，不易分析，可考慮用圖象法。由于定值電阻在兩電源上獲取的功率相等，則兩電源的U－I圖線必有交點(diǎn)，且導(dǎo)體的U－I圖線與它們交于同一點(diǎn)上，作出圖像如圖所示。 將R2接在兩電源上時(shí)，由圖可以看出，圖線與兩電源U－I圖線的交點(diǎn)坐標(biāo)線所圍矩形面積相比，接在電動(dòng)勢(shì)較大的E1上時(shí)輸出功率即

14、R2消耗的功率較大，A正確。 題型演練 １.玻爾認(rèn)為，圍繞氫原子核做圓周運(yùn)動(dòng)的核外電子，軌道半徑只能取某些特殊的數(shù)值，這種現(xiàn)象叫做軌道的量子化。若離核最近的第一條可能的軌道半徑為r1，則第n條可能的軌道半徑為（n=1，2，3，……），其中n叫量子數(shù)。設(shè)氫原子的核外電子繞核近似做勻速圓周運(yùn)動(dòng)形成的等效電流，在n=3狀態(tài)時(shí)其強(qiáng)度為I，則在n=2狀態(tài)時(shí)等效電流強(qiáng)度為 A. B. C. D. 【答案】C ２.一質(zhì)子源發(fā)出的初速度為0的質(zhì)子，經(jīng)一加速電場(chǎng)加速，形成了1mA的細(xì)柱形質(zhì)子流。已知質(zhì)子的電荷e=1.60×10-19C (1)每

15、秒鐘靶上接收到的質(zhì)子數(shù)為多少？ （2）假定靶與質(zhì)子源之間的電場(chǎng)是均勻分布的，在質(zhì)子束中距質(zhì)子源L和4L處各取一段極短的相等長(zhǎng)度的質(zhì)子流，其中質(zhì)子數(shù)分別為n1和n2，求n1:n2 【答案】：（1）6.25×1015（2）2:1 【解析】：（1）由電流的定義式 可得每秒靶上接收的質(zhì)子數(shù)為 ３.如圖所示電路中，R=4Ω，R2=6Ω，電源內(nèi)阻不可忽略，當(dāng)電鍵S2閉合時(shí)，電流表A的示數(shù)為3 A，則當(dāng)S2斷開(kāi)時(shí)，電流表示數(shù)可能為 （ ） A．3．2 A B．2．1 A C．1．2 A D．0．8 A 【答案】B 【

16、解析】：斷開(kāi)后，總電阻變大，電流變小，A錯(cuò)誤．原來(lái)路端電壓是12 V，后來(lái)路端電壓大于12 V，電流則大于1.2 A．CD皆錯(cuò)誤，B正確． ４.在圖甲所示電路中，R1、R2均為定值電阻，且R1＝100 Ω，R2的阻值未知，R3是一滑動(dòng)變阻器，當(dāng)其滑片從最左端滑至最右端的過(guò)程中，測(cè)得電源的路端電壓U隨電流I的變化圖線如圖乙所示，其中圖線上的A、B兩點(diǎn)是滑片在變阻器上的兩個(gè)不同端點(diǎn)時(shí)分別得到的．求： 甲　　　　　　　　　　乙 (1)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻； (2)定值電阻R2的阻值； (3)滑動(dòng)變阻器R3的最大值． 【答案】：（1）20V 20Ω（2）5Ω（3）300Ω 【解

17、析】：(1)由閉合電路歐姆定律得： E＝U＋I(xiàn)r 將圖象中A、B兩點(diǎn)的電壓和電流代入得： E＝16＋0.2 r　E＝4＋0.8 r 解得E＝20 V，r＝20 Ω. (2)當(dāng)R3的滑片滑到最右端時(shí)，R3、R1均被短路，此時(shí)外電路電阻等于R2，且對(duì)應(yīng)于圖線上B點(diǎn)，故由B點(diǎn)的U、I值可求出R2的阻值為： R2＝＝ Ω＝5 Ω. (3)滑動(dòng)變阻器的滑片置于最左端時(shí)，R3阻值最大．設(shè)此時(shí)外電路總電阻為R，由圖象中A點(diǎn)坐標(biāo)求出： R＝＝ Ω＝80 Ω. 又R＝＋R2，代入數(shù)值解得滑動(dòng)變阻器的最大阻值R3＝300 Ω. ５.如圖所示，一臺(tái)電動(dòng)機(jī)提著質(zhì)量為m的物體，以速度v勻速上升。已知

18、電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為R，電源電動(dòng)勢(shì)為E，通過(guò)電源的電流為I，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，忽略一切阻力導(dǎo)線電阻，則（ ） ５題圖 A．電源內(nèi)阻 B．電源內(nèi)阻 C．如果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸被卡住而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，較短時(shí)間內(nèi)電源消耗的功率將變大 D．如果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸被卡住而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，較短時(shí)間[內(nèi)電源消耗的功率將變小 【答案】BC ６.如右圖所示，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(shuō)法中錯(cuò)誤的是 ６圖 A．電源的電動(dòng)勢(shì)為4V B．電源的內(nèi)電阻為1Ω C．電源輸出功率最大值為8W D．電源被短路時(shí)，電源消耗的最大功率可達(dá)16W 【答案

19、】C　 ７.如圖所示，直線Ⅰ、Ⅱ分別是電源1與電源2的路端電壓隨輸出電流變化的特性圖線，曲線Ⅲ是一個(gè)小燈泡的伏安特性曲線，如果把該小燈泡先后分別與電源1和電源2單獨(dú)連接時(shí)，則下列說(shuō)法不正確的是 ７圖 A.電源1和電源2的內(nèi)阻之比是11∶7 B.電源1和電源2的電動(dòng)勢(shì)之比是1∶1 C.在這兩種連接狀態(tài)下，小燈泡消耗的功率之比是1∶2 D.在這兩種連接狀態(tài)下，小燈泡的電阻之比是1∶2 【答案】D 【解析】：電源U-I圖線斜率的絕對(duì)值表示電源內(nèi)阻、縱截距等于電源電動(dòng)勢(shì)，ＡＢ皆正確。小燈泡Ｕ-I圖線與電源Ｕ－Ｉ圖線的交點(diǎn)坐標(biāo)線所圍成矩形面積表示該連接狀態(tài)下電源的輸出功率也即小燈泡消

20、耗的功率，可知Ｃ正確；交點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率表示該狀態(tài)下電源外電路電阻即小燈泡電阻，由圖知應(yīng)為18:25，Ｄ錯(cuò)誤。 ８.和蓓同學(xué)用常規(guī)器材研究標(biāo)有“2.5V 0.3A”字樣的小燈泡兩端的電壓和通過(guò)其電流的關(guān)系，先選擇合理的電路再正確連線，閉合開(kāi)關(guān)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到的數(shù)據(jù)如下表所示． 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 電壓U/V 0 0.10 0.20 0.40 0.60 1.00 1.60 1.80 2.20 2.50 電流I/A 0 0.08 0.14 0.18 0.19 0.22 0.26 0.28 0.30

21、0.32 （1）在甲圖虛線框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖（圖中電源和開(kāi)關(guān)已畫(huà)好） 2圖 （2）在乙圖坐標(biāo)系中，選取適當(dāng)?shù)臉?biāo)度，畫(huà)出小燈泡的U—I圖線 （3）經(jīng)分析可得出：當(dāng)小燈泡中電流為零時(shí)，電阻約為 Ω，當(dāng)U=2.00V時(shí)，電阻約為 Ω，其阻值不同的原因是 。 （4）若將該燈泡與阻值為l0Ω的電阻串聯(lián)后接在電動(dòng)勢(shì)E=3V、內(nèi)阻不計(jì)的電源兩端，則小燈泡實(shí)際消耗的功率約為 W。 2答圖 【答案】 （1）如圖甲（2）如圖乙（3）1.25 6.9（6.5~7.2）燈泡電阻隨溫度升高而增大 （4）0.176（0.16~0.22） （4）設(shè)此時(shí)燈泡兩端電壓為U，通過(guò)的電流為I，由閉合電路的歐姆定律有即U=3-10I，在測(cè)得的燈泡的U-I圖象中作出此函數(shù)關(guān)系圖線，如圖丙，可從兩圖線的交點(diǎn)得到電路中的電壓與電流分別為U=0.85V，I=0.21A，則消耗的功率為P=IU=0.179W.