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1、第 1 讲 电阻定律 闭合电路的欧姆定律第 1 讲 电阻定律 闭合电路的欧姆定律 近几年高考对本章内容的考查,主要涉及电路的分析与计算,包含欧姆定律的应用问题、 动态分析问题、故障判断问题、含容电路问题、电功和电功率问题的处理方法等,题型以选 择题为主;另外本章知识常与电场、电磁感应、交流电等知识综合,常考计算题。实验部分则 以 基本仪器的使用和实验设计为主,题型以填空题的形式出现。 预计 2020 年高考命题的重点仍将考查基本概念、 规律的理解和应用,特别要关注与实际 生活联系紧密的电路分析和计算问题;实验则考查基本仪器的使用,对实验原理的理解,实验 数据的分析和处理等。 第 1 讲 电阻定
2、律 闭合电路的欧姆定律 1电路的基本概念和规律 (1)三个电流表达式的比较 公式 适用 范围 字母含义公式含义 定 义 式 I= q t 一切 电路 q为时间t内 通过导体横截 面的电荷量 反映了I的大小,但不能说Iq或I q t 1 t 微 观 式 I= nqSv 一切 电路 n:导体单位体 积内的自由电 荷数 q:每个自由电 荷的电荷量 S:导体横截面 积 v:电荷定向移 动速率 从微观上看n、q、S、v决定了I的大小 决 定 式 I= U R 金属、 电解 液 U:导体两端的 电压 R:导体本身的 电阻 I由U、R决定 IU,I 1 R (2)公式R=与R=的比较 l S U I 比较项
3、 目 R= l S R= U I 意义电阻的决定式电阻的定义式 理解 说明导体的电 阻由、l、S 决定,即与l成 正比,与S成反 比 提供了一种测量电阻的方法(伏安法),不能认为R与U成正比,与I 成反比 适用范 围 只适用于粗细 均匀的金属导 体或浓度均匀 的电解液 适用于任何纯电阻导体 (3)电阻的串联、并联 串联电路并联电路 电路 电流I=I1=I2=InI=I1+I2+In 电压U=U1+U2+UnU=U1=U2=Un 总电 阻 R总=R1+R2+Rn=+ + 1 R总 1 R1 1 R2 1 Rn 功率 分配 = P1 P2 R1 R2 = P1 P2 R2 R1 (4)电功和电热、
4、电功率和热功率的区别与联系 意义公式联系 电 功 电流 在一 段电 路中 所做 的功 W=UIt 电 热 电流 通过 导体 产生 的热 量 Q=I2Rt (焦耳定 律) 电 功 率 单位 时间 内电 流所 做的 功 P=UI 【易错警示】 含有直流电动机的电路不能简单地认为它一定是一个非纯电阻电路,要 从纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化的区别上加以区分。若电动机不转(如电动机转子 被卡住),则没有电能转化为机械能,此时电能全部转化为内能,电路中虽然有电动机,但此时 的电路仍可当作纯电阻电路处理。 1.1(2018湖南常德二模)安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说,电子绕核的运动可 等效
5、为环形电流。 设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆 周运动。下列关于该环形电流的说法正确的是( )。 A.电流大小为,方向沿顺时针方向 ve 2r B.电流大小为 ,方向沿顺时针方向 ve r C.电流大小为,方向沿逆时针方向 ve 2r D.电流大小为 ,方向沿逆时针方向 ve r 【答案】C 1.2(2018 湖北随州 10 月月考)已知三个电阻R1=3 、R2=2 、R3=1 ,按如图所示连接,则 哪两点间的电阻最小?( )。 A.A与B两点间 B.B与C两点间 C.A与C两点间 D.无法判断 【答案】C 1.3(2018陕西西安七校联考)(多选)如图所示的电
6、路中,输入电压U恒为12 V,灯泡L上标有 “6 V 12 W”字样,电动机线圈的电阻RM=0.50 。若灯泡恰能正常发光,以下说法中正确的是 ( )。 A.电动机的输入功率为 12 W B.电动机的输出机械功率为 12 W C.电动机的热功率为 2.0 W D.整个电路消耗的电功率为 22 W 【答案】AC 2闭合电路欧姆定律 (1)闭合电路的欧姆定律 (2)路端电压与外电阻的关系 一般 情况 U=IR=R=,当R增大时,U增大 E R + r E 1 + r R 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 E r (3)路端电压跟电流的关系 关系
7、式:U=E-Ir。 用图象表示如图所示,其中纵轴截距表示电动势,横轴截距表示短路电流,斜率的绝对 值表示内阻。 (4)闭合电路的功率及效率问题 电源总功 任意电路:P总=EI=P出+P内 率 纯电阻电路:P总=I2(R+r)= E2 R + r 电源内部 消 耗的功率 P内=I2r=P总-P出 任意电路:P出=UI=P总-P内 电源的输 出功率纯电阻电路:P出=I2R= E2R (R + r)2 当R=r时,电源的输出功率最大为Pm= E2 4r 当Rr时,随着R的增大输出功率越来越小 当R2R2,由此可以推断,当 不用电压表测量时,R2分得的电压小于4V;当把电压表并在R2上时,bc间的电阻
8、Rbc为R2和RV 的并联电阻,RbcR2 C.U1P2 B.P1=P2 C.12 【解析】由图线的交点读出,R1接在电源上时,电源的输出功率P1=U1I1=42W=8W;R2接 在电源上时,电源的输出功率P2=U2I2=24W=8W,即P1=P2,A项错误,B项正确;电源的效率= = =,效率与路端电压成正比,R1接在电源上时路端电压大,效率高,12,C项错误,D项 P出 P总 UI EI U E 正确。 【答案】BD 5.(2018 重庆模拟)(多选)如图所示的电路中,定值电阻为R,滑动变阻器最大阻值R=2R,电 源电动势为E,内阻r=R,灯泡 L 的电阻为R,为零刻度在中央的理想电流计,
9、为理想电压 表,在滑动变阻器的滑片P从左端滑到右端的过程中,下列判断正确的是( )。 A.的示数先减小后增大 B.的示数先增大后减小 C.电源的输出功率先增大后减小 D.灯泡 L 先变暗后变亮 【解析】 在滑动变阻器的滑片P从左端滑到右端的过程中,当滑片P滑到变阻器中点, 即 两边电阻均为R时,电流计的示数为零,则的示数先减小到零后增大,A 项正确。当滑片P 滑到变阻器中点,即两边电阻均为R时,外电路的总电阻最大,此时路端电压最大,即的示 数先增大后减小;当滑片P滑到变阻器中点时,R外=R=r,此时电源的输出功率最大,则电源的 输出功率先增大后减小,B、C 两项正确。当滑片P滑到变阻器最左端时
10、,灯泡被短路,不亮; 滑片P滑到变阻器中点时,外电路电阻为R,则通过灯泡的电流IL=;当P滑到最右端时,外 E 4R 电路电阻为 ,通过灯泡的电流IL=,则当滑动变阻器的滑片P从左端滑到右端的过程中,灯 2R 3 2E 5R 泡 L 一直变亮,D 项错误。 【答案】ABC 6.(2018 上海模拟)如图所示,电路中三个电阻R1、R2和R3的阻值分别为R、2R和 4R。当开 关 S1断开、S2闭合时,电源输出功率为P0;当 S1闭合、S2断开时,电源的输出功率也为P0。 则当 S1、S2都断开时电源的电动势和总功率分别为( )。 A.3, P0R P0 2 B.2,P0 P0R C.3,P0 P
11、0R D.,P0 P0R 【解析】 当开关 S1断开、 S2闭合时,电路中电流I1=,P0=R=R;当 S1闭合、 S2 E R + r I12 E2 (R + r)2 断开时,电路中电流I2=,P0=4R=4R,联立解得r=2R,E=3;当 S1、 S2都 E 4R + r I22 E2 (4R + r)2 P0R 断开时,电源的总功率P=P0,C 项正确。 E2 R1+ R2+ R3+ r 【答案】C 7.(2019 天津月考)如图所示,电源电动势为E,内阻为r,平行板电容器两金属板水平放置,开 关 S 是闭合的,两板间一质量为m,电荷量为q的油滴恰好处于静止状态,为灵敏电流计。 则下列说
12、法正确的是( )。 A.若电阻R2断路,油滴向上加速运动,中有从b到a的电流 B.在将滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,油滴向下加速运动,中有从a到b的电流 C.在将滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,油滴仍然静止,中有从a到b的电流 D.在将 S 断开后,油滴仍保持静止状态,中无电流通过 【解析】若电阻R2断路,则外电路电阻变大,总电流变小,所以电容器两端的电压变大, 根据Q=CU,可知电容器要充电,所以中有从b到a的电流,由于电压增大,所以电容器两板 之间的电场强度会变大,导致油滴向上加速运动,A 项正确。在将滑动变阻器滑片P向上移动 的过程中,回路中电阻变大,电流变小,所以电容器两端的电压
13、增大,故中有从b到a的电流, 油滴要加速向上运动,B、C 两项错误。在将 S 断开后,电容器放电,中有从a到b的电流, 板间电场强度减小,则油滴向下加速运动,D 项错误。 【答案】A 1.(2016 全国卷,17)阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图甲 所示电路。开关 S 断开且电流稳定时,C所带的电荷量为Q1;闭合开关 S,电流再次稳定后,C 所带的电荷量为Q2。Q1与Q2的比值为( )。 甲 A.B.C.D. 2 5 1 2 3 5 2 3 【解析】S 断开时等效电路如图乙所示 乙 电容器两端电压U1=R= E E R + 2 3R 2 3 1 2 1 5 S 闭合
14、时等效电路如图丙所示 丙 电容器两端电压 U2=R= E E R + 1 2R 1 2 1 3 由Q=CU得= =,故 C 项正确。 Q1 Q2 U1 U2 3 5 【答案】C 2.(2010 吉林卷,19)电源的效率定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比。在 测电源电动势和内阻的实验中得到的实验图线如图所示,图中U为路端电压,I为干路电 流,a、b为图线上的两点,相应状态下电源的效率分别为a、b。由图可知a、b的值 分别为( )。 A.、B.、 3 4 1 4 1 3 2 3 C.、D.、 1 2 1 2 2 3 1 3 【解析】 电源的效率定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比
15、,即= P外 P总 IU IE =,E为电源的总电压(电动势)。 在U-I图象中,纵轴截距表示电动势,根据图象可知Ua= E,Ub= U E 2 3 E,则a=,b=,所以 A、B、C 三项错误,D 项正确。 1 3 2 3 1 3 【答案】D 3.(2015 浙江卷,14)下列说法正确的是( )。 A.电流通过导体的热功率与电流大小成正比 B.力对物体所做的功与力的作用时间成正比 C.电容器所带电荷量与两极间的电势差成正比 D.弹性限度内,弹簧的劲度系数与弹簧伸长量成正比 【解析】根据公式P=I2R可知热功率与电流大小的平方成正比,A 项错误;功的公式 W=Flcos,其中位移l与时间t不一
16、定成正比,B 项错误;由公式Q=CU可知 C 项正确;弹簧的 劲度系数由弹簧本身决定,与弹簧伸长量无关,D 项错误。 【答案】C 4.(2015 安徽卷,17)一根长为L、横截面积为S的金属棒,其材料的电阻率为,棒内单位体 积自由电子数为n,电子的质量为m,电荷量为e。在棒两端加上恒定的电压时,棒内产生电流, 自由电子定向运动的平均速率为v,则金属棒内的电场强度大小为( )。 A.B.C.nevD. mv2 2eL mv2Sn e ev SL 【解析】 欧姆定律I=,电流的微观表达式I=neSv,电阻定律R=,则金属棒内电场强度 U R L S 大小E= = =nev,故 C 项正确。 U L
17、 IR L 【答案】C 5.(2015 北京卷,19)如图所示,其中电流表的量程为 0.6 A,表盘均匀划分为 30 个小格,每 一小格表示 0.02 A;R1的阻值等于电流表内阻的 ;R2的阻值等于电流表内阻的 2 倍。若用电 1 2 流表的表盘刻度表示流过接线柱 1 的电流值,则下列分析正确的是( )。 A.将接线柱 1、2 接入电路时,每一小格表示 0.04 A B.将接线柱 1、2 接入电路时,每一小格表示 0.02 A C.将接线柱 1、3 接入电路时,每一小格表示 0.06 A D.将接线柱 1、3 接入电路时,每一小格表示 0.01 A 【解析】当接线柱 1、2 接入电路时,R1与电流表并联,因为R1=,可知流过R1的电流为 RA 2 流过电流表电流的 2 倍,所以 1、2 接线柱间的电流为通过电流表电流的 3 倍,所以每一小格 是原来的 3 倍,即 0.06A,所以 A、B 两项错误;当接线柱 1、3 接入电路时,电流表与R1并联, 然后再与R2串联,串联电阻对电流无影响,与 1、2 接入电路的效果一样,所以每一小格表示 0.06A,C 项正确,D 项错误。 【答案】C