《2019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用模型學案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019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用模型學案（13頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 專題12 閉合電路歐姆定律應用模型 模型界定 在閉合電路中，涉及電路結構的分析與簡化；涉及元件有電鍵、電表及純電阻、非純電阻元件；涉及問題涵蓋電流、電壓、電動勢、功率、效率及圖像；應用規(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)電路基本關系等 模型破解 １.解決電路題目的首要問題是電路結構的分析與簡化，簡化電路時可用節(jié)點法、電流流向法、等電勢法等。每種方法中都需注意一些特殊情況的處理： （1）電表處理：理想電流表用導線替代，理想電壓表處斷開。非理想電表等效為一個電阻。 （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、無電流通過的電阻處理：與理想電壓表、電容器串聯(lián)的定值電阻中無電流通過，其兩端電壓為0、電勢相等，此時可用一無電阻的導線替代 （4）滑動變阻器的處理：由滑片所在處將滑動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量電路并聯(lián)再與另一部分相串聯(lián) 例1.一個T型電路如圖所示，電路中的電=10，=120，。另有一側是電源，電動勢為100V，內(nèi)阻忽略不計。則 A．當端短路時，之間的等效電阻是 B．當端短路時，之間的等效電阻是40 C．當兩端接通測試電源時，兩端的電壓為80V D．當兩端接通測試電源時，兩端的電壓為80V 【答案】AC 【解析

3、】當cd端短路時，電路結構為R2與R3并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，，同理可知，A正確B錯誤。當ab兩端接電源時，cd間接入電壓表測電壓時，R2可等效為一條導線，cd兩端的電壓等于電阻R2兩端電壓，同理有C正確D錯誤。 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a、b兩點間加以恒定的電壓U后，下列結論正確的是（ ） 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.應用歐姆定律列式的再一個查看外電路中有無非純電阻器件。歐姆定律

4、Ｕ＝ＩＲ只適用于純電阻器件；對于全電路歐姆定律的兩個表達式要注意到 （1）表達式E＝I（R+r）適用于外電路不含有非純電阻的元件 （2）表達式E＝U+Ir對外電路有無非純電阻元件都適用 另外，若是一個電池處于被充電的狀態(tài)時，電池兩端電壓與其電動勢的關系是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、電壓間關系列方程求解 注意短時間內(nèi)可認為電源電動勢與內(nèi)阻不變，即解題過程中E、r可認為是常量 例３.圖示為汽車蓄電池與車燈、啟動電動機組成的電路，蓄電池內(nèi)阻為0.05Ω，電表可視為理想電表。只接通S1時，電流表示數(shù)為10A，電壓表示數(shù)為12

5、V，再接通S2，啟動電動機時，電流表示數(shù)變?yōu)?A，則此時通過啟動電動機的電流是 ３題圖 A．2A　　　B．8A C．42A　　 　D．50A 【答案】D 例４.如圖（a）所示電路中，電源電動勢E=12V，內(nèi)阻r=2Ω，R1＝4Ω，R2＝6Ω，R3＝3Ω。 （1）若在C、D間連一個理想電壓表，其讀數(shù)是多少？ （2）若在C、D間連一個理想電流表，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電源，即圖（a）可等效為圖（b），其等效電動勢E′等于CD間未接入用電器時CD間的電壓；若用導線直接將CD兩點連接起來，通過該導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“6V，3W”的小燈泡，則小燈泡的實際功率是多少？ 【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，該等效電源的電動勢， 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，相當于接在等效電源E′兩端，則流過小燈泡的電流大小為 小燈泡的實際功率為 ３.電流是電路問題的靈魂，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)電路中電流關系等求解 一般說來，涉及通過導體橫截面電荷量、自由電荷數(shù)目、定向運動速度等問題時利用電流定義式或微觀表達式；應用電路結構求電流時，若電路不是簡單的串并聯(lián)結構時，可利用通過節(jié)點的電流關系：流入節(jié)點的總電流與流出節(jié)點的總電流相等 例５.如圖是一個電路的一部分，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關系圖線的特點分析求解，常用推論有： （1）當I＝E/2r＝I短/2時輸出功率最大，電路中電流不能達到E/2r＝I短/2時則越接近輸出功率越大 （2）外電路是純電阻前提下，當R=r時電源的輸出功率最大。外電路阻值不能達到r時則R越接近r輸出功率越大 （3）當輸出功率小于電源的最大輸出功率時，同一輸出功率值可對應于電路中的兩個電流值、兩個外電路的電阻值，兩個值之間的關系為I1+I2=I短，R1R2=r2 另外，求某一可變電阻消耗的最大功率時

9、較簡便的方法是“等效電源”法 例６.當外電路的電阻分別為8 Ω和2 Ω時，單位時間內(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為電源電動勢，r為電源的內(nèi)電阻，以下說法中錯誤的是 A．當R2=Rl + r時，R2上獲得最大功率 B．當Rl=R2 + r時，Rl上獲得最大功率 C．當R2=O時Rl上獲得功率可能最大

10、 D．當R2=O時，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，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題。此類問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，取其小者計算總電流、總功率即為最大值 例８.R1、R2和R3分別標有“”、“”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)，通過的電流相等，允許通過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.在涉及圖像的常見問題中，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在同一坐標系中圖像的分析與計算，注意與函數(shù)表達式對應起來分析；

12、 電源的外伏安特性曲線與導體伏安特性曲線在同一坐標中圖像的分析與計算，注意兩圖像的交點坐標表示該導體與該電源組成閉合回路時的工作點；注意圖像上某點斜率的意義及區(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變化的圖線畫在了同一坐標系上，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. 電源電動勢為8V C. 電源內(nèi)阻為1 D. 當電流為0.5A時，外電路的電阻為6 【答案】AD 例１０.已知兩個電源的電動勢為E1和E2、內(nèi)阻r1和r2滿足關系E2

13、>E1，r2>r1，有一定值電阻R1分別接在兩個電源上，獲得相等的功率，則去掉R1而將另一電阻R2且滿R2>R1分別接在該兩個電源上，關于電阻R2獲得的功率P2有 A．P1< P2 B．P1>P2 C．P1= P2 D．條件不足無法確定 【答案】A 【解析】：此時用解析式分析時涉及的變量較多，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，且導體的U－I圖線與它們交于同一點上，作出圖像如圖所示。 將R2接在兩電源上時，由圖可以看出，圖線與兩電源U－I圖線的交點坐標線所圍矩形面積相比，接在電動勢較大的E1上時輸出功率即

14、R2消耗的功率較大，A正確。 題型演練 １.玻爾認為，圍繞氫原子核做圓周運動的核外電子，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)。設氫原子的核外電子繞核近似做勻速圓周運動形成的等效電流，在n=3狀態(tài)時其強度為I，則在n=2狀態(tài)時等效電流強度為 A. B. C. D. 【答案】C ２.一質子源發(fā)出的初速度為0的質子，經(jīng)一加速電場加速，形成了1mA的細柱形質子流。已知質子的電荷e=1.60×10-19C (1)每

15、秒鐘靶上接收到的質子數(shù)為多少？ （2）假定靶與質子源之間的電場是均勻分布的，在質子束中距質子源L和4L處各取一段極短的相等長度的質子流，其中質子數(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，當電鍵S2閉合時，電流表A的示數(shù)為3 A，則當S2斷開時，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】：斷開后，總電阻變大，電流變小，A錯誤．原來路端電壓是12 V，后來路端電壓大于12 V，電流則大于1.2 A．CD皆錯誤，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是一滑動變阻器，當其滑片從最左端滑至最右端的過程中，測得電源的路端電壓U隨電流I的變化圖線如圖乙所示，其中圖線上的A、B兩點是滑片在變阻器上的兩個不同端點時分別得到的．求： 甲　　　　　　　　　　乙 (1)電源的電動勢和內(nèi)電阻； (2)定值電阻R2的阻值； (3)滑動變阻器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＋Ir 將圖象中A、B兩點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R3的滑片滑到最右端時，R3、R1均被短路，此時外電路電阻等于R2，且對應于圖線上B點，故由B點的U、I值可求出R2的阻值為： R2＝＝ Ω＝5 Ω. (3)滑動變阻器的滑片置于最左端時，R3阻值最大．設此時外電路總電阻為R，由圖象中A點坐標求出： R＝＝ Ω＝80 Ω. 又R＝＋R2，代入數(shù)值解得滑動變阻器的最大阻值R3＝300 Ω. ５.如圖所示，一臺電動機提著質量為m的物體，以速度v勻速上升。已知

18、電動機線圈的電阻為R，電源電動勢為E，通過電源的電流為I，當?shù)刂亓铀俣葹間，忽略一切阻力導線電阻，則（ ） ５題圖 A．電源內(nèi)阻 B．電源內(nèi)阻 C．如果電動機轉軸被卡住而停止轉動，較短時間內(nèi)電源消耗的功率將變大 D．如果電動機轉軸被卡住而停止轉動，較短時間[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.由該圖可知下列說法中錯誤的是 ６圖 A．電源的電動勢為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，電源消耗的最大功率可達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單獨連接時，則下列說法不正確的是 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的電動勢之比是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圖線斜率的絕對值表示電源內(nèi)阻、縱截距等于電源電動勢，ＡＢ皆正確。小燈泡Ｕ-I圖線與電源Ｕ－Ｉ圖線的交點坐標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；交點與坐標原點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，由圖知應為18:25，Ｄ錯誤。 ８.和蓓同學用常規(guī)器材研究標有“2.5V 0.3A”字樣的小燈泡兩端的電壓和通過其電流的關系，先選擇合理的電路再正確連線，閉合開關進行實驗，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)畫出實驗電路圖（圖中電源和開關已畫好） 2圖 （2）在乙圖坐標系中，選取適當?shù)臉硕?，畫出小燈泡的U—I圖線 （3）經(jīng)分析可得出：當小燈泡中電流為零時，電阻約為 Ω，當U=2.00V時，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)后接在電動勢E=3V、內(nèi)阻不計的電源兩端，則小燈泡實際消耗的功率約為 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）設此時燈泡兩端電壓為U，通過的電流為I，由閉合電路的歐姆定律有即U=3-10I，在測得的燈泡的U-I圖象中作出此函數(shù)關系圖線，如圖丙，可從兩圖線的交點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. 13