專題3-閉合電路歐姆定律的綜合應用-2022-2023學年高二物理精講精練(原卷版)

專題3閉合電路歐姆定律的綜合應用考點精講考點1：閉合電路的動態(tài)問題1．閉合電路動態(tài)分析的思路閉合電路中由于局部電阻變化(或開關的通斷)引起各部分電壓、電流(或燈泡亮暗)發(fā)生變化，分析這類問題的基本思路是：eq\x(分清電路結構)→eq\x(局部電阻變化)→eq\x(總電阻變化)↓eq\x(各部分電壓、電流變化)←eq\x(路端電壓變化)←eq\x(總電流變化)2．閉合電路動態(tài)分析的三種方法（1）程序法：基本思路是“部分→整體→部分”，即：（2）結論法——“串反并同”“串反”是指某一電阻增大時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小；某一電阻減小時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大。“并同”是指某一電阻增大時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大；某一電阻減小時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小。（3）特殊值法與極限法：指因滑動變阻器滑片滑動引起電路變化的問題，可將滑動變阻器的滑片分別滑至兩個極端去討論。一般用于滑動變阻器兩部分在電路中都有電流時的討論。【例1】（2021·湖北省黃州中學高二開學考試）在如圖所示的電路中，E為電源電動勢，r為電源內阻，R1和R3均為定值電阻，R2為滑動變阻器．當R2的滑動觸點在a端時合上開關S，此時三個電表A1、A2和V的示數(shù)分別為I1、I2和U．現(xiàn)將R2的滑動觸點向b端移動，則三個電表示數(shù)的變化情況是A．I1增大，I2不變，U增大B．I1減小，I2增大，U減小C．I1增大，I2減小，U增大D．I1減小，I2不變，U減小【技巧與方法】動態(tài)分析的六個步驟（1）明確各部分電路的串、并聯(lián)關系，特別要注意電流表或電壓表測量的是哪部分電路的電流或電壓。（2）由局部電路電阻的變化確定外電路總電阻的變化。（3）根據(jù)閉合電路的歐姆定律I＝eq\f(E,R＋r)，判斷電路中總電流如何變化。（4）根據(jù)U內＝Ir，判斷電源的內電壓如何變化。（5）根據(jù)U外＝E－Ir，判斷電源的外電壓(路端電壓)如何變化。（6）根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點，判斷各部分電路的電流、電壓、電功率、電功如何變化?！踞槍τ柧殹俊咀兪?】如圖所示，E為內阻不能忽略的電池，R1、R2、R3為定值電阻，S1、S2為開關，電壓表和電流表均為理想電表。初始時S1與S2均閉合，現(xiàn)將S2斷開，則()A．電壓表的示數(shù)變大，電流表的示數(shù)變大B．電壓表的示數(shù)變大，電流表的示數(shù)變小C．電壓表的示數(shù)變小，電流表的示數(shù)變小D．電壓表的示數(shù)變小，電流表的示數(shù)變大【變式2】(多選)如圖所示的電路，L是小燈泡，C是極板水平放置的平行板電容器，有一帶電油滴懸浮在兩極板間靜止不動，若滑動變阻器的滑片向下滑動，則()A．L變亮 B．L變暗C．油滴向上運動 D．油滴向下運動【變式3】（2021·河南南陽·高二期中）如圖，E為內阻不能忽略的電池，R1、R2、R3為定值電阻，S0、S為開關，V與A分別為電壓表與電流表．初始時S0與S均閉合，現(xiàn)將S斷開，則（）A．V的讀數(shù)變大，A的讀數(shù)變小 B．V的讀數(shù)變大，A的讀數(shù)變大C．V的讀數(shù)變小，A的讀數(shù)變小 D．V的讀數(shù)變小，A的讀數(shù)變大考點2：電源的有關功率及效率問題1．電源的功率P：電源將其他形式的能轉化為電能的功率，也稱為電源的總功率，計算式為：P＝IE(普遍適用)，P＝eq\f(E2,R＋r)＝I2(R＋r)(只適用于外電路為純電阻的電路)。2．電源內阻消耗功率P內：電源內阻的熱功率，也稱為電源的損耗功率，計算公式為P內＝I2r。3．電源的輸出功率P出：外電路上消耗的功率，計算式為：P出＝IU外(普遍適用)，P出＝I2R＝eq\f(E2R,R＋r2)(只適用于外電路為純電阻的電路)。4．輸出功率隨外電阻R的變化關系電源的輸出功率：P出＝U外I＝eq\f(RE2,R＋r2)＝eq\f(E2,\f(R－r2,R)＋4r)。由上式可以看出：（1）當R＝r時，電源的輸出功率最大，P出＝eq\f(E2,4r)，此時電源效率η＝50%。（2）當R>r時，隨著R的增大輸出功率越來越小。（3）當R<r時，隨著R的增大輸出功率越來越大。（4）當P出<Pm時，每個輸出功率對應兩個可能的外電阻R1和R2，且R1·R2＝r2(可轉化為關于R的一元二次方程，利用根與系數(shù)的關系得出)。（5）P出與R的關系如圖所示。（6）電源的效率：η＝eq\f(P出,P)＝eq\f(UI,EI)＝eq\f(U,E)η＝eq\f(R,R＋r)，只適用于外電路為純電阻的電路。由上式可知，外電阻R越大，電源的效率越高。【例2】（2021·山東師范大學附中高二期中）如圖1所示，電路中R1為定值電阻，R2為滑動變阻器，M為玩具電動機，電動機線圈電阻r1=0.5Ω，A、V1、V2均理想電表．閉合開關S1、斷開開關S2，在將滑動變阻器的滑動觸頭P從最右端滑到最左端的過程中，兩個電壓表的示數(shù)隨電流表示數(shù)變化的完整圖線如圖2所示．（1）求電源的電動勢E和內阻r；（2）求滑動變阻器R2的最大功率Pm；（3）若滑動變阻器的滑動觸頭P滑到最左端后，再閉合開關S2，此時電流表的示數(shù)I=1.0A，求此狀態(tài)下電動機的輸出功率P【技巧與方法】功率最大值的求解方法（1）流過電源的電流最大時，電源的功率、內損耗功率均最大。（2）對某定值電阻來說，其電流最大時功率也最大。（3）電源的輸出功率在外電阻等于內阻時最大，若不能相等，外電阻越接近內阻時，電源的輸出功率越大。（4）對于外電路中部分不變的電阻來說，可以寫出其功率表達式，利用數(shù)學知識求其極值?！踞槍τ柧殹俊咀兪?】(多選)現(xiàn)有甲、乙、丙三個電源，電動勢E相同，內阻不同，分別為r甲、r乙、r丙。用這三個電源分別給定值電阻R供電，已知R＝r甲＞r乙＞r丙，現(xiàn)將R先后接在這三個電源上的情況相比較，下列說法正確的是()A．接在甲電源上時，電源內阻消耗的功率最大B．接在甲電源上時，定值電阻R兩端的電壓最大C．接在乙電源上時，電源的輸出功率最大D．接在丙電源上時，電源的輸出功率最大【變式2】（多選）在純電阻電路中，當用一個固定的電源(設E、r是定值)向變化的外電阻供電時，關于電源的輸出功率P隨外電阻R變化的規(guī)律如圖所示．下列判斷中正確的是（）A．當R＝r時，電源有最大的輸出功率B．電源內阻消耗的功率隨外電阻R的增大而增大C．電源的功率P總隨外電阻R的增大而增大D．電源的效率η隨外電阻R的增大而增大【變式3】（2021·遼寧·遼師大附中高二月考）如圖所示的電路中，電表均為理想電表，R1=1Ω，R2=5Ω，電容器的電容C=100μF，變阻器R3最大阻值為10Ω，閉合開關S電路穩(wěn)定后：當R3的阻值為1Ω時，電壓表的示數(shù)為3V；當R3的阻值為7Ω時，電流表的示數(shù)為1A，求：（1）電源電動勢和內阻；（2）調節(jié)變阻器R3的阻值，當R3消耗的功率最大時，求電容器上容納的電量。考點3：歐姆表的工作原理1．歐姆表的測量原理如圖所示，當紅、黑表筆間接入被測電阻Rx時，通過表頭的電流I＝eq\f(E,r＋Rg＋R1＋Rx)。改變Rx，電流I隨著改變，每個Rx值都對應一個電流值，在刻度盤上直接標出與I值對應的Rx值，就可以從刻度盤上直接讀出被測電阻的阻值。歐姆表內阻：將紅、黑表筆短接，調節(jié)滑動變阻器使電流表達到滿偏電流Ig，根據(jù)閉合電路的歐姆定律，Ig＝eq\f(E,r＋Rg＋R1)，故歐姆表內電阻R內＝eq\f(E,Ig)＝r＋Rg＋R1。中值電阻：當外加電阻Rx＝r＋Rg＋R0＝R內時，電流為I＝eq\f(E,Rx＋R0＋Rg＋r)＝eq\f(1,2)Ig，此時電流表指針指在刻度盤的中央，該電阻叫中值電阻。2．歐姆表中刻度盤特點（1）如圖甲所示，當紅、黑表筆斷開時，電流表中電流為零，此時表筆間電阻無窮大，所以在表盤上電流零處標電阻“∞”；如圖乙當紅、黑表筆短接時，調節(jié)歐姆調零電阻，使電流表指針滿偏，所以在電流滿偏處標電阻“0”。甲乙（2）I與Rx不成比例，歐姆表的刻度不均勻。（3）歐姆表偏角(偏角是指相對零電流位置或左端的“0”刻度而言的)越大，表明被測電阻越小?！纠?】歐姆表的工作原理圖如圖所示（1）若表頭的滿偏電流為Ig＝500μA，干電池的電動勢為1.5V，求靈敏電流表的電流刻度值為50μA、250μA時對應的歐姆表的電阻值。（2）這個歐姆表的總內阻為________Ω，表針偏轉到滿刻度的eq\f(1,3)時，待測電阻為________Ω?！踞槍τ柧殹俊咀兪?】歐姆表電路及刻度盤如圖所示，現(xiàn)因表頭損壞，換用一個新表頭。甲表頭滿偏電流為原來表頭的2倍，內阻與原表頭相同；乙表頭滿偏電流與原表頭相同，內阻為原表頭的2倍，則換用甲表頭和換用乙表頭后刻度盤的中值電阻分別為()A．100Ω，100Ω B．200Ω，100ΩC．50Ω，100Ω D．100Ω，200Ω【變式2】一個將電流表改裝成歐姆表的示意圖如圖所示，此歐姆表已經(jīng)調零，用此歐姆表測一阻值為R的電阻時，指針偏轉至滿偏刻度的eq\f(4,5)處?，F(xiàn)用該表測一未知電阻Rx，指針偏轉到滿偏刻度的eq\f(1,5)處，則該電阻的阻值為()A．4R B．5RC．10R D．16R1．如圖所示，電源電動勢E＝10V，內阻r＝0.2Ω，標有“8V16W”的燈泡L恰好正常發(fā)光，電動機線圈電阻R0＝0.15Ω，則電源的輸出功率為()A．16WB．440WC．80WD．400W2．如圖所示，電源電動勢為E，內阻為r。當逐一閉合開關，接入燈泡增多時，以下說法不正確的是()A．燈少時燈泡較亮，燈多時燈泡較暗B．燈多時各燈兩端的電壓較低C．燈多時通過電源的電流較大D．燈多時通過各燈的電流較大3．如圖所示，電路中電源的電動勢為E，內電阻為r，開關S閉合后，當滑動變阻器R的滑片P向右移動的過程中，三盞規(guī)格相同的小燈泡L1、L2、L3的亮度變化情況是()A．燈L1、L2變亮，燈L3變暗B．燈L2、L3變亮，燈L1變暗C．燈L1、L3變暗，燈L2變亮D．燈L2、L3變暗，燈L1變亮4．兩節(jié)電池1和2的電動勢E1>E2，它們分別向同一電阻R供電，電阻R消耗的電功率相同。比較供電時電池1和2內部消耗的電功率P1和P2及電池的效率η1和η2的大小，則有()A．P1＞P2，η1＞η2B．P1＞P2，η1＜η2C．P1＜P2，η1＞η2D．P1＜P2，η1＜η25．如圖所示，a、b、c三盞燈都能發(fā)光，且在電路變化時，燈不會燒壞。當滑動變阻器的觸頭P向下移動時，下列說法正確的是()A．外電路的總電阻變小B．總電流變小C．a燈變暗D．c燈變亮6．如圖所示，M、N是平行板電容器的兩個極板，R0為定值電阻，R1、R2為可調電阻，用絕緣細線將質量為m、帶正電的小球懸于電容器內部。閉合開關S，小球靜止時受到懸線的拉力為F。調節(jié)R1、R2，關于F的大小判斷正確的是()A．保持R1不變，緩慢增大R2時，F(xiàn)將變大B．保持R1不變，緩慢增大R2時，F(xiàn)將變小C．保持R2不變，緩慢增大R1時，F(xiàn)將變大D．保持R2不變，緩慢增大R1時，F(xiàn)將變小7．如圖所示，直線OAC為某一直流電源的總功率P隨電流I變化的圖線，曲線OBC表示同一直流電源內部的熱功率P隨電流I變化的圖線。若A、B點的橫坐標均為1A，那么AB線段表示的功率為()A．1W B．6WC．2W D．2.5W8．(多選)在如圖所示的電路中，電源電動勢為E、內電阻為r，將滑動變阻器的滑片P從圖示位置向右滑動的過程中，關于各電表示數(shù)的變化，下列判斷中正確的是()A．電壓表V的示數(shù)變大B．電流表A2的示數(shù)變小C．電流表A1的示數(shù)變小D．電流表A的示數(shù)變大9．如圖所示電路中，定值電阻R2＝r(r為電源內阻)，滑動變阻器的最大阻值為R1且R1?R2＋r。在滑動變阻器的滑片P由左端a向右滑動的過程中，以下說法正確的是()A．電源的輸出功率變小B．R2消耗的功率先變大后變小C．滑動變阻器消耗的功率先變大后變小D．以上說法都不對10．硅光電池是一種太陽能電池，具有低碳環(huán)保的優(yōu)點。如圖所示，圖線a是該電池在某光照強度下路端電壓U和電流I的關系圖像(電池內阻不是常數(shù))，圖線b是某電阻R的U-I圖像。在該光照強度下將它們組成閉合回路時，下列相關敘述說法正確的是()A．此時硅光電池的內阻為12.5ΩB．此時硅光電池的輸出功率為0.2WC．此時硅光電池的總功率為0.72WD．此時硅光電池的輸出效率為40%11．如圖所示電路中，