第07講 電能及閉合電路歐姆定律（原卷版）-2024-2025學(xué)年高二物理上學(xué)期中期末復(fù)習(xí)精細(xì)講義

第07講電能及閉合電路歐姆定律——劃重點(diǎn)之高二期中期末復(fù)習(xí)精細(xì)講義考點(diǎn)1閉合電路歐姆定律考點(diǎn)2電路中的能量轉(zhuǎn)化考點(diǎn)3含電動機(jī)電路的功率計算考點(diǎn)4電源功率及效率考點(diǎn)1：閉合電路歐姆定律1.電動勢(1)電源：電源是通過非靜電力做功把其它形式的能轉(zhuǎn)化成電勢能的裝置．(2)電動勢：非靜電力搬運(yùn)電荷所做的功與搬運(yùn)的電荷量的比值，E＝eq\f(W,q).(3)電動勢的物理含義：電動勢表示電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化成電勢能本領(lǐng)的大小，在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓．2.電源的內(nèi)阻和容量(1)電源的內(nèi)阻：電源內(nèi)部導(dǎo)體的電阻叫內(nèi)阻，可通過電源的串、并聯(lián)改變電源的電動勢和內(nèi)阻。(2)電池的容量：電池放電時能輸出的總電荷量叫電池的容量，其單位是A·h或mA·h.比如，1A·h表示電池若以1A的電流為用電器供電，可以工作1h,若以1mA的電流為用電器供電，可工作1000h.(3)對同一種電池來說，體積越大，電池的容量越大，內(nèi)阻越??；使用時間越長，內(nèi)阻越大。3.閉合電路歐姆定律(1)內(nèi)容：閉合電路里的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電阻之和成反比．(2)公式：I＝eq\f(E,R＋r)(只適用于純電阻電路)．(3)其他表達(dá)形式①電勢降落表達(dá)式：E＝U外＋U內(nèi)或E＝U外＋I(xiàn)r.②能量表達(dá)式：EI＝UI＋I(xiàn)2r.4.閉合電路的歐姆定律的表達(dá)形式表達(dá)式物理意義適用條件I＝eq\f(E,R＋r)電流與電源電動勢成正比，與電路總電阻成反比純電阻電路E＝I（R＋r）①E＝U外＋I(xiàn)r②E＝U外＋U內(nèi)③電源電動勢在數(shù)值上等于電路中內(nèi)、外電壓之和①式適用于純電阻電路；②③式普遍適用EIt＝I2Rt＋I(xiàn)2rt④W＝W外＋W內(nèi)⑤電源提供的總能量等于內(nèi)、外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的總和④式適用于純電阻電路，⑤式普遍適用3．路端電壓與外電阻的關(guān)系一般情況U＝IR＝eq\f(E,R＋r)·R＝eq\f(E,1＋\f(r,R))，當(dāng)R增大時，U增大特殊情況①當(dāng)外電路斷路時，I＝0，U＝E②當(dāng)外電路短路時，I短＝eq\f(E,r)，U＝0【典例1】如圖所示，電源電動勢E=6V，內(nèi)電阻r=1Ω，小燈泡L標(biāo)有“2V

4W”，當(dāng)調(diào)節(jié)可變電阻A．流過小燈泡的電流I=1B．電源的路端電壓為2VC．可變電阻R此時的阻值為2ΩD．可變電阻R此時消耗的功率為4W【典例2】某電路如圖所示，其中四個電阻阻值相等，電壓表可視為理想電壓表，電池E內(nèi)阻可忽略。開關(guān)S斷開時，電壓表示數(shù)為U1；閉合開關(guān)S后，電壓表示數(shù)為U2，U1A．35 B．12 C．25【典例3】工程師對某款新能源汽車的直流蓄電池進(jìn)行性能測試，測試過程中系統(tǒng)輸出的PI2?1I圖像如圖，其中PA．該蓄電池的電動勢為24V B．該蓄電池的內(nèi)阻為2C．該蓄電池的短路電流為12A D．該蓄電池輸出功率最大時電流為12A【典例4】如圖所示，電流表和電壓表均為理想電表，電容器的電容C=6μF，定值電阻R1=3Ω，R2=5(1)電源內(nèi)阻r。(2)電容器帶的電荷量。(3)將開關(guān)S斷開，通過R2【典例5】如圖所示的電路中，R1=2Ω(1)電阻R3(2)電源電動勢E和內(nèi)阻r的值?？键c(diǎn)2：電路中的能量轉(zhuǎn)化1.電功：電路中電場力移動電荷做的功．表達(dá)式為.2.電功率：單位時間內(nèi)電流做的功．表示電流做功的快慢．表達(dá)式為.3.焦耳定律：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時間成正比．表達(dá)式為Q＝I2Rt.4.熱功率：單位時間內(nèi)的發(fā)熱量．表達(dá)式為P＝eq\f(Q,t).5.純電阻電路和非純電阻電路中的能量轉(zhuǎn)化純電阻電路非純電阻電路元件特點(diǎn)電路中只有電阻，電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能除內(nèi)能外，還把電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能能量轉(zhuǎn)化情況電功熱功關(guān)系W=QW＞Q,W=Q+E其他電功率熱功率關(guān)系P=P熱P＞P熱,P=P熱+P其他歐姆定律是否成立成立，有U=IR，不成立，有U＞IR，元件舉例電阻、電爐絲、白熾燈等電動機(jī)、電解槽等【典例6】如圖，一充電器對鋰電池充電電路圖，已知輸出電壓U=3.0V，輸出電流為I=100mA，鋰電池的內(nèi)阻r=2ΩA．有18J的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B．充電過程中電流做的功為18JC．該過程中鋰電池產(chǎn)生的熱量為1.2JD．該過程中有16.8J的化學(xué)能儲存在鋰電池中【典例7】下圖是某款理發(fā)用的電吹風(fēng)的簡化電路圖，它主要由電動機(jī)M和電熱絲R構(gòu)成。當(dāng)閉合開關(guān)S1、S2后，電動機(jī)驅(qū)動風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，將空氣從進(jìn)風(fēng)口吸入，經(jīng)電熱絲加熱，形成熱風(fēng)后從出風(fēng)口吹出。已知電吹風(fēng)的額定電壓為220V，吹冷風(fēng)時的功率為120W，吹熱風(fēng)時的功率為1000W。關(guān)于該電吹風(fēng)，下列說法正確的是（）A．電熱絲的電阻為55B．電動機(jī)的電阻為1210C．當(dāng)電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時，電熱絲每秒消耗的電能為1000JD．當(dāng)電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時，電動機(jī)每秒消耗的電能為1120J【典例8】如下圖所示，A、B兩燈泡額定電壓都為110V，額定功率PA=100WA． B．C． D．【典例9】（多選）如圖所示，有一個半徑為r的金屬球遠(yuǎn)離其他物體，通過電阻R與大地相連。電子束從遠(yuǎn)處以速度v落到球上且不反彈，在各物理量達(dá)穩(wěn)定后每秒有n個電子落到球上。已知電子的質(zhì)量為m，電子的電荷量為e，則下列說法正確的是（

）A．通過電阻的電流大小為neB．通過電阻的電流方向由金屬球流向大地C．若以地面為零電勢，則球的電勢為φ=neRD．每秒鐘金屬球產(chǎn)生的熱量為nm【典例10】如圖所示的電路，電源兩端電壓保持不變，R1=20Ω。當(dāng)閉合開關(guān)S1、S3，斷開S2時，電流表的示數(shù)為0.3A；當(dāng)閉合開關(guān)S（1）求兩端電源電壓；（2）求電阻R2（3）當(dāng)閉合S1，斷開S2、S3時，電路消耗的電功率為P1；閉合S2，斷開S1、S3（4）求整個電路消耗的最大和最小電功率。考點(diǎn)3：含電動機(jī)電路的功率計算電動機(jī)模型如圖所示，電動機(jī)由線圈電阻和其他元件組成.電動機(jī)正常工作時，部分電壓加在線圈電阻上，大部分電壓加在其他元件上用來將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，此時電路為非純電阻電路；電動機(jī)通電但不工作時，電壓全部加在線圈電阻上，此時電路為純電阻電路電動機(jī)的特性電動機(jī)是一種非純電阻用電器，它把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能，在電路計算中，歐姆定律不再適用輸入功率電動機(jī)消耗的功率即總功率P總=UI輸出功率電動機(jī)做有用功的功率，如圖所示，P出=mgv(設(shè)重物勻速上升)熱功率電動機(jī)線圈上有電阻，電流通過線圈時要發(fā)熱，熱功率功率關(guān)系P總=P出+P熱電動機(jī)的效率【典例11】（多選）如圖所示是某型號電吹風(fēng)的電路圖，它主要由電動機(jī)M和電熱絲R構(gòu)成。已知電吹風(fēng)的額定電壓為220V，吹冷風(fēng)時的功率為120W，吹熱風(fēng)時的功率為1000W，關(guān)于該電吹風(fēng)，下列說法正確的是（）A．電熱絲的電阻為55ΩB．若S1、SC．當(dāng)電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時，電動機(jī)每秒鐘消耗的電能為120JD．電動機(jī)工作時輸出的機(jī)械功率為120W【典例12】如圖所示，電源電動勢E=3V，小燈泡L標(biāo)有“2V、0.4W”，開關(guān)S接l，當(dāng)變阻器調(diào)到R=4Ω時，小燈泡L正常發(fā)光；現(xiàn)將開關(guān)S接2，小燈泡L和電動機(jī)M均正常工作。則（）A．電路中的電流約為0.21AB．電動機(jī)的內(nèi)阻為4ΩC．電動機(jī)正常工作電壓為1VD．電源效率約為93.3%【典例13】某節(jié)水噴灌系統(tǒng)如圖所示，水以v0=15m/sA．每秒水泵對水做功為75JB．每秒水泵對水做功為225JC．水泵輸入功率為400WD．電動機(jī)線圈的電阻為5Ω【典例14】直流電動機(jī)在生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用，但是電動機(jī)啟動瞬間，轉(zhuǎn)子還未轉(zhuǎn)動，電動機(jī)的啟動電流很大。為了減小啟動電流，保護(hù)用電器，如圖所示，將一線圈電阻為rM的電動機(jī)與電阻箱串聯(lián)后接在電源電動勢E=8V，內(nèi)阻r=1Ω的電源兩端，電壓表可以視為理想表，現(xiàn)利用電動機(jī)豎直向上牽引一質(zhì)量為m=0.1kg的物體，已知重力加速度為g=10m/s2。調(diào)節(jié)電阻箱至A．電動機(jī)的線圈電阻rB．電動機(jī)轉(zhuǎn)動穩(wěn)定時，其輸入電壓為4VC．電動機(jī)轉(zhuǎn)動穩(wěn)定時，其輸出功率為6WD．調(diào)節(jié)電阻箱至R=17Ω【典例15】如圖所示為直流電動機(jī)提升重物裝置，電動機(jī)的內(nèi)阻一定，閉合開關(guān)K，當(dāng)把它接入電壓為U1=0.2V的電路時，電動機(jī)不轉(zhuǎn)，測得此時流過電動機(jī)的電流是I1=0.5（1）電動機(jī)線圈的電阻r；（2）當(dāng)U2（3）如果重物質(zhì)量m=1.0kg，當(dāng)U2=4.0V時電動機(jī)提升重物的速度大小是多少?（考點(diǎn)4：電源功率及效率1.電源的總功率電源的功率P電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的功率，也稱為電源的總功率（電源的輸入功率）計算式①任意電路：P總＝IE＝IU外＋I(xiàn)U內(nèi)＝P出＋P內(nèi)；②純電阻電路：2.電源內(nèi)部消耗的功率：電源內(nèi)阻的熱功率也稱為電源的損耗功率計算式P內(nèi)＝I2rP內(nèi)＝I2r＝U內(nèi)I＝P總－P出3.電源的輸出功率電源輸出功率P外電路上消耗的功率計算式①任意電路：P出＝UI＝EI－I2r＝P總－P內(nèi)②純電阻電路：P出＝I2R＝eq\f(E2R,R＋r2)＝eq\f(E2,\f(R－r2,R)＋4r)（只適用于外電路為純電阻的電路）4.功率分配關(guān)系：閉合電路上功率分配關(guān)系P＝P外＋P內(nèi)普遍適用EI＝UI＋I(xiàn)2r只適用于外電路為純電阻的電路EI＝I2R＋I(xiàn)2r5.純電阻電路中輸出功率隨R的變化關(guān)系：當(dāng)R=r時，P出有最大值，即,此時路端電壓,電流R＝r電源的輸出功率最大，為Pm＝eq\f(E2,4r)R＞r隨著R的增大輸出功率越來越小R＜r隨著R的增大輸出功率越來越大P出＜Pm每個輸出功率對應(yīng)兩個可能的外電阻R1和R2，且R1R2＝r26.電源的效率電源的效率輸出功率與總功率的比值計算式任意電路η＝eq\f(P出,P總)×100%＝eq\f(U,E)×100%純電阻電路η＝eq\f(R,R＋r)×100%＝eq\f(1,1＋\f(r,R))×100%注意①在純電阻電路中R越大，η越大；當(dāng)R＝r時，電源有最大輸出功率，效率僅為50%。外電阻越大，電源的效率就越高；②輸出功率與效率是兩個不同的概念，其變化規(guī)律并不相同，特別要注意，純電阻電路中當(dāng)外電阻等于內(nèi)電阻而輸出功率最大時，效率并非很大，此時效率η＝eq\f(R,R＋r)×100%＝50%7.等效電源法若在電路中除可變電阻外，只有定值電阻，則在分析此可變電阻消耗功率的變化情況時，利用等效電源更簡便。串聯(lián)等效電源法將定值電阻R1和電源看成一個等效電源，圖中等效電源的電動勢E′=E,內(nèi)阻r′=R1+r并聯(lián)等效電源法將定值電阻R1和電源看成一個等效電源，圖中等效電源的電動勢,內(nèi)阻【典例16】如圖所示，電路中電源為一節(jié)電動勢為E=4V，內(nèi)阻為r=1Ω的干電池，保護(hù)電阻R0=3Ω，滑動變阻器Rp，阻值范圍為0-10Ω。關(guān)于該電路，下列說法正確的是（

）A．保護(hù)電阻的最大功率為2WB．滑動變阻器最大功率為1WC．電源最大輸出功率4WD．滑動變阻器阻值由0增大到10Ω的過程，電源的輸出功率先增大后減小【典例17】如圖所示，電源電動勢E＝16V，內(nèi)阻r＝4Ω，R0＝1Ω，直流電動機(jī)內(nèi)阻R′0＝1Ω。當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R1時可使圖甲中電路中R1消耗的功率最大；調(diào)節(jié)R2時可使圖乙中電路的輸出功率最大，且此時電動機(jī)剛好正常工作（額定輸出功率為P0＝2W），則R1和R2連入電路中的阻值分別為（）A．3Ω、3Ω B．5Ω、3Ω C．5Ω、2.5Ω D．3Ω、2.5Ω【典例18】（多選）如圖所示，R=3Ω，R0為最大阻值是5Ω的滑動變阻器，EA．R0B．R0=4ΩC．R0D．R0【典例19】（多選）如圖所示的電路中，電源電動勢E=8V，內(nèi)阻r=1Ω，定值電阻R1=9Ω，R2=10Ω，R3=5Ω；滑動變阻器R4的取值范圍為0~15Ω。閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使R4取不同的阻值接入電路，則下列說法正確的是（）A．定值電阻R1消耗的最大功率為3.24WB．電源內(nèi)阻消耗的功率的最小值為0.5WC．R4=10Ω時，R4消耗的功率最大D．R4=15Ω時，電源的效率最高【典例20】如圖所示的電路中，所用電源的電動勢E=4V，內(nèi)電阻r=1Ω，電阻R1在0~10Ω范圍內(nèi)可調(diào)。已知R2=6Ω，R3=3Ω，求：(1)為了使A、B之間電路的電功率在開關(guān)S接通時能達(dá)到最大值，應(yīng)將R1的阻值調(diào)到多大？這時A、B間消耗的最大電功率是多少？(2)為了使R1的功率達(dá)到最大值，應(yīng)將開關(guān)S接通還是斷開，最大電功率是多少？一、單選題1．如圖所示是某種手機(jī)電池外殼上的文字說明，則下列說法正確的是（

）A．該電池的容量為0.7CB．該電池待機(jī)時的平均工作電流約為14.58mAC．mA?D．該電池通過靜電力做功將其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能2．在下圖所示的電路中，電源電動勢為3.0V，內(nèi)阻不計，L1、L2、L3為3個相同規(guī)格的小燈泡，這種小燈泡的伏安特性曲線如圖所示，當(dāng)開關(guān)S閉合后，下列判斷正確的是（）A．燈泡L1的電阻為15B．通過燈泡L1的電流為通過燈泡L2的電流的2倍C．燈泡L1消耗的電功率為0.35WD．燈泡L2消耗的電功率為0.30W3．如圖所示，電動機(jī)M的內(nèi)阻是0.6Ω，電阻R=10Ω，直流電壓U=160V，理想電壓表示數(shù)110V，以下判斷A．電動機(jī)通過的電流為5A B．電動機(jī)消耗的電功率為C．電動機(jī)輸出的機(jī)械功率為150W D．電動機(jī)工作1分鐘所產(chǎn)生的熱量為4．如圖所示，電路中通過R1的電流是4A，已知R1=3Ω，R2=3Ω，R3=6Ω，則下列說法正確的是（）A．電路的總電阻是6ΩB．通過三電阻的電流之比是3:2:2C．三電阻兩端的電壓之比為3:2:1D．三電阻消耗的電功率之比為9:4:25．如圖所示的電路中；當(dāng)滑動變阻器滑片B在圖示位置時，電壓表和電流表的示數(shù)分別為1.6V、0.4A，當(dāng)滑動變阻器滑片B從圖示位置向右滑到另一位置時，它們的示數(shù)各改變了0.1V和0.1A，則（）A．此時電壓表示數(shù)為1.7V B．電源的電動勢為3VC．電源的內(nèi)阻為4Ω 6．將一電源、定值電阻R0=1Ω及電阻箱連成如圖甲所示的閉合回路，閉合開關(guān)后調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，測得電阻箱功率與電阻箱讀數(shù)變化關(guān)系曲線如圖乙所示，則下列說法中正確的是（）A．該電源電動勢為9V B．該電源內(nèi)阻為2ΩC．調(diào)整R，電源最大輸出功率為9W D．電阻箱功率最大時電源效率為50%7．隨著我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，仿生機(jī)器人關(guān)節(jié)電動機(jī)需求量越來越大。小明同學(xué)拆下一個類似舊電動機(jī)，測得電動機(jī)的繞線電阻R0=1Ω，上面標(biāo)注工作電壓“8V-12V”，然后把此電動機(jī)接入如圖所示電路，電路中電源電動勢E=12V，內(nèi)阻r=1Ω，標(biāo)有“8V，16W”字樣的燈泡L恰能正常發(fā)光，則（）A．電動機(jī)的輸出功率12WB．通過電源的電流為10AC．電動機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為67%D．若電動機(jī)的轉(zhuǎn)子被卡住電動機(jī)消耗的功率變?yōu)?4W8．如圖所示，電源的電動勢E=15V，內(nèi)阻r=1Ω，定值電阻R=8Ω，M是電動機(jī)，其線圈電阻R'=1Ω，電動機(jī)正常工作時，理想電壓表示數(shù)為6V，則下列說法錯誤的是（）A．通過電源的電流為1.5AB．定值電阻R兩端的電壓為8VC．電動機(jī)的輸出功率為5WD．電源的效率約為93.3%9．如圖所示，電路中燈泡均正常發(fā)光，阻值分別為R1=1Ω，R2=3Ω，A．R1 B．R2 C．R310．現(xiàn)有標(biāo)有“110V

40W”的燈泡L1和標(biāo)有“110V

100W”的燈泡L2及一只最大阻值為500Ω的滑動變阻器R，將它們接在220V的電路中，在如圖所示的幾種接法中，為了保證兩個燈泡可以正常發(fā)光，且消耗功率最小的電路是（）A．

B．

C．

D．

11．如圖甲所示，電源電動勢E=6V，閉合開關(guān)，將滑動變阻器的滑片C從A端滑至B端的過程中，得到電路中的一些物理量的變化如圖Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所示。其中圖Ⅰ為輸出功率與路