【物理】2020届一轮复习人教版第七章第2讲闭合电路欧姆定律学案（江苏专用）
第2讲 闭合电路欧姆定律
一、电源 闭合电路的欧姆定律
1．电源
(1)电动势
①计算：非静电力搬运电荷所做的功与搬运的电荷量的比值，E＝；
②物理含义：电动势表示电源把其他形式的能转化成电能本领的大小，在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压．
(2)内阻：电源内部导体的电阻．
2．闭合电路欧姆定律
(1)内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电阻之和成反比；
(2)公式：I＝(只适用于纯电阻电路)；
(3)其他表达形式
①电势降落表达式：E＝U外＋U内或E＝U外＋Ir；
②能量表达式：EI＝U外I＋I2r.
3．路端电压与外电阻的关系
(1)一般情况：U＝IR＝·R＝，
当R增大时，U增大；
(2)特殊情况：
①当外电路断路时，I＝0，U＝E；
②当外电路短路时，I短＝，U＝0.
自测1 电源的电动势为4.5 V．外电阻为4.0 Ω时，路端电压为4.0 V，若在外电路中分别并联一个6.0 Ω的电阻或串联一个6.0 Ω的电阻．则两种情况下的路端电压分别为( )
A．4.38 V 3.72 V B．3.73 V 4.38 V
C．3.72 V 4.29 V D．4.29 V 3.73 V
答案 C
二、电路中的功率、效率
1．电源的总功率
(1)任意电路：P总＝IE＝IU外＋IU内＝P出＋P内．
(2)纯电阻电路：P总＝I2(R＋r)＝.
2．电源内部消耗的功率
P内＝I2r＝IU内＝P总－P出．
3．电源的输出功率
(1)任意电路：P出＝IU＝IE－I2r＝P总－P内．
(2)纯电阻电路：P出＝I2R＝＝.
(3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关系
①当R＝r时，电源的输出功率最大为P出m＝.
②当R>r时，随着R的增大输出功率越来越小．
③当R
r乙>r丙，且r乙＝R，则对比将R先后接在这三个电源上的情况，下列说法中正确的是( )
图7
A．接在甲电源上时，电源总功率最大
B．接在乙电源上时，电源输出功率最大
C．接在丙电源上时，电源输出功率最大，且电源效率最高
D．若R2＝r甲·r丙，则接在甲、丙电源上时，两电源内阻的热功率相等
答案 CD
解析 三个电源的电动势E相同，而内阻r甲>R＝r乙>r丙，根据闭合电路欧姆定律得I＝，R接在电源上时，电源的总功率为P总＝，则丙电源的总功率最大，A错误；电源的输出功率P出＝I2R＝()2R，电源的效率η＝×100%＝×100%，r丙最小，故接在丙电源上时，电源的输出功率最大，电源效率最高，B错误，C正确；电源的内阻消耗的功率为P内＝I2r＝()2r，将R2＝r甲·r丙，代入得：P内甲＝P内丙＝，D正确．
命题点三 电源U－I图象的理解和应用
1．截距：纵轴上的截距等于电源的电动势；横轴上的截距等于外电路短路时的电流，即I短＝(横、纵坐标均从0开始)．
2．斜率：图线斜率的绝对值等于电源的内阻，即r＝||＝，斜率的绝对值越大，表明电源的内阻越大．
3．图线上的点：图线上任一点对应的U、I的比值为此时外电路的电阻，即R＝.
4．面积：如图8，面积UI为电源的输出功率，而电源的总功率P总＝EI，P总－P出＝EI－UI为电源的发热功率．
图8
例3 (多选)(2018·苏州市模拟)硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点．如图9所示，曲线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I变化的关系图象(电池电动势不变，内阻不是定值)，图线b是某电阻R的U－I图象．在该光照强度下将它们组成闭合回路时，
下列说法中正确的是( )
图9
A．硅光电池的内阻为8 Ω
B．硅光电池的总功率为0.4 W
C．硅光电池的内阻消耗的热功率为0.32 W
D．若将R换成阻值更大的电阻，硅光电池的输出功率增大
答案 AC
命题点四 含容电路分析
1．电路简化
把电容器所处的支路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上．
2．电容器的电压
(1)电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压．
(2)电容器所在的支路中没有电流，与之串联的电阻无电压．
3．电容器的电荷量及电荷量变化
(1)利用Q＝UC计算电容器初、末状态所带的电荷量Q1和Q2；
(2)如果变化前后极板带电的电性相同，通过所连导线的电荷量为|Q1－Q2|；
(3)如果变化前后极板带电的电性相反，通过所连导线的电荷量为Q1＋Q2.
例4 (2018·南通市、泰州市一模)如图10所示，电源电动势E＝12 V，内阻r＝1.0 Ω，电阻R1＝4.0 Ω，R2＝7.5 Ω，R3＝5.0 Ω，电容器的电容C＝10 μF.闭合开关S，电路达到稳定后电容器的电荷量为( )
图10
A．4.5×10－5 C B．6.0×10－5 C
C．7.5×10－5 C D．1.2×10－4 C
答案 B
变式4 (2018·泰州二中月考)如图11所示的电路，水平放置的平行板电容器中有一个带电液滴正好处于静止状态(电源内阻不计，两端电压不变)．现将滑动变阻器的滑片P向左滑动，则( )
图11
A．电容器上的带电荷量将减少
B．电容器中的电场强度将增大
C．电容器的电容将减小
D．液滴将向上运动
答案 A
解析 电容器两极板间电压等于R2两端电压，当滑片P向左滑动时，总电阻增大，则总电流减小，R2两端电压U减小，电容器两端的电压减小，由Q＝CU，知电容器上的带电荷量减小，由E＝知电容器中的场强减小，故A正确，B错误；电容器的电容与U的变化无关，保持不变，故C错误；电容器中场强变小，则带电液滴所受电场力变小，液滴将向下运动，故D错误．
1．(2019·江都中学高三期末)下列关于电源电动势的说法，正确的是( )
A．电路中每通过2 C的电荷量，电池提供的电能是4 J，那么这个电池的电动势是0.5 V
B．电源的路端电压增大时，其电源电动势一定也增大
C．无论内电压和外电压如何变化，其电源电动势不变
D．电源的电动势越大，电源所能提供的电能就越多
答案 C
解析 电路中通过q＝2 C的电荷量，电池提供的电能W＝4 J，根据电动势的定义式E＝得电动势E＝2 V，A错误；电动势表征电源本身的特性，与外电路无关，当电源的路端电压增大时，其电源电动势不变，B错误，C正确；电动势越大，电源将其他形式的能转化为电能的本领就越大，不能说电源所能提供的电能就越多，D错误．
2.(2018·如皋市模拟)如图12所示电路中，R为某种半导体气敏元件，其阻值随周围环境一氧化碳气体浓度的增大而减小，当一氧化碳气体浓度增大时，下列说法中正确的是( )
图12
A．电压表V示数增大
B．电流表A示数减小
C．电路的总功率减小
D．变阻器R1的取值越大，电压表示数变化越明显
答案 D
解析 当一氧化碳气体浓度增大时，R减小，总电阻减小，则总电流增大，内电压增大，路端电压减小，可知，电压表V示数减小，通过R1的电流减小，电流表A示数增大，故A、B错误；电路的总功率为 P＝EI，E不变，I增大，则P增大，故C错误；变阻器R1的取值越大，R1与R并联的阻值越接近R，R对电路的影响越大，则知变阻器R1的取值越大，电压表示数变化越明显，故D正确．
3．(多选)如图13所示是某电源的路端电压与电流的关系图象，下列结论正确的是( )
图13
A．电源的电动势为6.0 V
B．电源的内阻为12 Ω
C．电源的短路电流为0.5 A
D．电流为0.3 A时的外电阻是18 Ω
答案 AD
解析 U－I图象纵轴上的截距为电源的电动势，即E＝6.0 V，选项A正确；由于该电源的U－I图象的纵轴坐标不是从零开始的，故横轴上的截距0.5 A并不是电源的短路电流，故内阻应按斜率的绝对值计算，即r＝||＝ Ω＝2 Ω，选项B、C错误；由闭合电路欧姆定律可得电流I＝0.3 A时，外电阻R＝－r＝18 Ω，故选项D正确．
4.某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标系中，如图14中的a、b、c所示．下列说法中错误的是( )
图14
A．直线a表示电源的总功率
B．曲线c表示电源的输出功率
C．电源的电动势E＝3 V，内阻r＝1 Ω
D．电源的最大输出功率Pm＝9 W
答案 D
5.(2018·泰州中学模拟)如图15所示，E为电源，其内阻不可忽略，RT为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，L为指示灯泡，C为平行板电容器，G为灵敏电流计．闭合开关S，当环境温度明显升高时，下列说法正确的是( )
图15
A．L变暗
B．RT两端电压变大
C．C所带的电荷量保持不变
D．G中电流方向由a→b
答案 D
解析 由题图可知，热敏电阻与L串联．当环境温度升高时热敏电阻的阻值减小，总电阻减小，则电路中电流增大，灯泡L变亮，故A错误；因为电路中电流增大，电源的内电压及灯泡L两端的电压增大，则RT两端电压减小，故B错误；因为电容器并联在电源两端，因内电压增大，路端电压减小，故由Q＝CU知电容器所带电荷量减小，故C错误；电容器所带电荷量减小，电容器放电，故G中电流由a→b，故D正确．
1．(2018·丰县中学月考)将一电源电动势为E，内电阻为r的电池与外电路连接，构成一个闭合电路，用R表示外电路电阻，I表示电路的总电流，下列说法正确的是( )
A．由U外＝IR可知，外电压随I的增大而增大
B．由U内＝Ir可知，电源两端的电压随I的增大而增大
C．由U＝E－Ir可知，电源输出电压随输出电流I的增大而减小
D．由P＝IU可知，电源的输出功率P随输出电流I的增大而增大
答案 C
解析 由U＝E－Ir可知，则电源输出电压随输出电流I的增大而减小，故选项C正确；由U
外＝IR可知，外电压与电流和电阻两个因素有关，故不能说电流增大，外电压就增大，其实电流增大是通过外电阻减小实现的，故选项A错误；电源两端的电压指的是路端电压，它是随外电阻R的增大而增大，而不是随电流的增大而增大，故选项B错误；由P＝IU可知，电源的输出功率P与输出电流I和电压有关，故不能只通过输出电流判断其大小，故选项D错误．
2.如图1所示电路，已知电源电动势为E，内阻为r，R0为固定电阻，当滑动变阻器R的滑动触头向下移动时，下列论述不正确的是( )
图1
A．灯泡L一定变亮
B．理想电流表的示数变小
C．理想电压表的示数变小
D．R0消耗的功率变小
答案 C
解析 当R的滑动触头向下移动时，R接入电路中的阻值变大，外电路总电阻变大，由闭合电路欧姆定律知，总电流I变小，电源的内电压变小，则路端电压变大，因此电压表示数变大，灯泡L两端的电压增大，则灯L一定变亮，故A正确，C错误；电路中并联部分的电压变大，通过L的电流变大，而总电流变小，则电流表A的示数变小，R0消耗的功率变小，故B、D正确．
3.(2018·东台创新学校月考)在如图2所示电路中，当S闭合时，滑动变阻器滑片P向下滑动一段距离，则下列说法正确的是( )
图2
A．A灯变亮、B灯变亮、C灯变亮
B．A灯变亮、B灯变亮、C灯变暗
C．A灯变亮、B灯变暗、C灯变暗
D．A灯变亮、B灯变暗、C灯变亮
答案 D
解析 当滑动变阻器滑片P向下滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值变小，总电阻变小，根据闭合电路欧姆定律知，总电流I增大，故A灯变亮；总电流I
增大，利用电动势、内电压和路端电压关系E＝Ur＋UA＋UB可知，B、C灯所在支路的电压UB减小，故B灯变暗；B灯所在支路电流减小，而干路电流增大，所以C灯所在支路电流增大，故C灯变亮，故D正确．
4.(2018·丰县中学月考)如图3所示，电源电动势为E，内阻为r，不计电压表和电流表内阻，当开关闭合后，两小灯泡均能发光．在将滑动变阻器的滑片逐渐向右滑动的过程中，下列说法正确的是( )
图3
A．小灯泡L1、L2均变暗
B．小灯泡L1变暗，小灯泡L2变亮
C．电流表A的读数变大，电压表V的读数变小
D．电流表A的读数变小，电压表V的读数变大
答案 D
解析 将滑动变阻器的滑片逐渐向右滑动的过程中，滑动变阻器接入电路的电阻增大，并联部分的电阻增大，外电路总电阻增大，干路电流减小，则L2灯变暗，电流表A的读数变小，电源的内电压减小，则路端电压增大，电压表V的读数变大，根据串联电路分压特点可知，并联部分电压增大，则L1灯变亮，故D正确．
5．(2018·海安中学月考)如图4所示，闭合开关S后，A灯与B灯均发光，当滑动变阻器的滑片P向左滑动时，以下说法中正确的是( )
图4
A．A灯变暗
B．B灯变亮
C．电源的输出功率可能减小
D．电源的总功率增大
答案 C
解析 当滑动变阻器的滑片P向左滑动时，电路总电阻增大，则总电流减小，所以B灯变暗；内电压减小，则外电压增大，灯泡B的电压减小，则并联部分的电压增大，则灯泡A变亮，故A、B
错误；电源的输出功率与内阻和外电阻的大小关系有关，当内阻小于外电阻，外电阻增大时，电源的输出功率减小，当内阻大于外电阻，外电阻增大时，电源的输出功率增大，外电阻等于内阻时，电源的输出功率最大，故C正确；根据P＝EI知，电源的总功率减小，故D错误．
6．(多选)如图5所示，图中直线①表示某电源的路端电压与电流的关系图线，图中曲线②表示该电源的输出功率与电流的关系图线，则下列说法正确的是( )
图5
A．电源的电动势为50 V
B．电源的内阻为 Ω
C．电流为2.5 A时，外电路的电阻为15 Ω
D．输出功率为120 W时，输出电压是30 V
答案 ACD
解析 电源的路端电压和电流的关系为：U＝E－Ir，显然直线①的斜率的绝对值等于r，纵轴的截距为电源的电动势，从题图中看出E＝50 V，r＝ Ω＝5 Ω，A正确，B错误；当电流为I1＝2.5 A时，由回路中电流I1＝，解得外电路的电阻R外＝15 Ω，C正确；当输出功率为120 W时，由题图中P－I关系图线看出对应干路电流为4 A，再从U－I图线读取对应的输出电压为30 V，D正确.
7．(2019·涟水中学模拟)在如图6所示电路中，R2为光敏电阻．闭合开关S，用较弱光照射R2，电压表读数为U0，电流表读数为I0；用较强光照射R2，电压表读数为U1，电流表读数为I1；用更强光照射R2，电压表读数为U2，电流表读数为I2.处理实验数据，令k1＝||，k2＝||，电表均为理想电表，则k1、k2的关系为( )
图6
A．k1>k2 B．k1＝k2
C．k1r，R2为光敏电阻，当光照强度减小时阻值增大，L为小灯泡，C为电容器，电表均为理想电表．闭合开关S后，若增大照射光强度，则( )
图7
A．电压表的示数减小
B．电源的输出功率增大
C．电容器上的电荷量增加
D．两电表示数变化量的比值的绝对值||不变
答案 BD
解析 增大光照强度则R2减小，所以电路的总电流增大，电压表测定值电阻R1两端的电压，故示数变大，A错误；因为R1>r，电源输出功率P出＝()2R外＝，则当R外＝r时，输出功率最大，当R外>r时，随外电路总电阻的减小，输出功率增大，B正确；由于内电压、R1两端的电压均增大，则电容器两端电压减小，电容器所带电荷量减小，C错误；由于U＝IR1，所以||＝R1，故不变，D正确．
9．(2018·南通市等六市一调)图8甲电路中，D为二极管，其伏安特性曲线如图乙所示．在图甲电路中，闭合开关S，滑动变阻器R的滑片P从左端向右移动过程中( )
图8
A．二极管D消耗的功率变大
B．二极管D的电阻变大
C．通过二极管D的电流减小
D．电源的功率减小
答案 A
解析 滑动变阻器R的滑片P从左端向右移动过程中，滑动变阻器接入电路的电阻减小，电路电流增大，由题图乙可知，二极管的电阻减小，电流、电压增大，消耗的功率也增大，故A正确，B、C错误；电源的功率为：P＝EI，因为电流增大，所以电源的功率增大，故D错误．
