江苏高考物理总复习第30讲闭合电路欧姆定律焦耳定律讲义.docx
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江苏高考物理总复习第30讲闭合电路欧姆定律焦耳定律讲义
第30讲 闭合电路欧姆定律 焦耳定律
考情剖析
考查内容
考纲要求
考查年份
考查详情
能力要求
电功 电功
率 焦耳定律
Ⅰ
15年
T13—计算，考查法拉第电磁感应定律公式的应用，应用焦耳定律求焦耳热
应用数学
处理物理问题
16年
T8—选择，考查电源的总功率
应用数学
处理物理问题
17年
T13—计算，考查电磁感应中的电功率问题
推理
闭合电路的
欧姆定律,Ⅱ,
15年,T10—简答，根据闭合电路的欧姆定律公式描绘UI图象，得出电动势和内电阻,应用数学
处理物理问题
16年,T8—多选，考查闭合电路欧姆定律的应用；T13—计算，电磁感应中闭合电路的欧姆定律的问题，计算感应电动势,分析综合、应
用数学处理
物理问题
17年,T11—简答，根据闭合电路欧姆定律选择合适的滑动变阻器,推理
弱项清单,1.闭合电路中电源两端的电压为路端电压而不是电源电动势；
2．电源UI图线与电阻UI图线的区别及应用；
3．闭合电路的动态分析；
4．纯电阻电路与非纯电阻电路的区别．
知识整合
一、电功与电功率
1．电功
（1）定义：
电路中________移动电荷做的功．
（2）公式：
W＝________＝________.
（3）电流做功的实质：
是静电力做的功，将________转化成其他形式的能．
2．电功率
（1）定义：
单位时间内电流所做的功，表示电流做功的________．
（2）公式：
P＝________＝________.
二、电热和焦耳定律
1．电热：
电流流过一段导体时产生的________．
2．公式：
Q＝________.
3．热功率：
P＝________＝________.
三、电源电动势及内阻
1．电源：
电源是________________________的装置．
2．电源的电动势：
表征电源________的本领，在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压．电动势由电源自身的非静电力的特性决定．
3．内阻：
电流通过电源内部时也受阻碍作用，阻碍的强弱用________表示．电池用久后，r会________．
四、闭合电路欧姆定律
1．内容：
闭合电路里的电流跟电源的________成正比，跟内、外电路的________成反比．
2．公式：
________，变形后也可以写成E＝IR＋Ir或E＝U外＋U内．
3．适用条件：
外电路为纯电阻电路．
五、路端电压
1．定义：
外电路两端的电压即电源的输出电压，U＝E－Ir.
2．与外电阻的关系：
当外电路总电阻R增大时，由I＝
知，总电流I________，由U＝E－Ir知，路端电压U________.如图所示为UR图象．
六、电源的UI图象
1．定义：
电源的输出电压与输出电流的变化关系图线．
由U＝E－Ir可画出UI关系图线如图所示．
2．规律
（1）当电路断路即I＝0时，纵轴上的截距为________；
（2）当电路短路即U＝0时，横轴上的截距为________；
（3）图线斜率的绝对值为电源的________；
（4）图线上任一点对应的U、I比值为相应外电路的电阻．
方法技巧考点1 电功与电功率
1．电功与电热的比较
实例
电功与电热
电功率与热功率
纯电阻
电路
白炽灯、电炉、电饭锅、电热毯、电熨斗及转子被卡住的电动机等
W＝UIt，
Q＝I2Rt＝
t
W＝Q
P电＝UI，
P热＝I2R＝
P电＝P热
非纯电
阻电路
电动机、电解槽、日光灯等
W＝UIt，
Q＝I2Rt
W>Q
P电＝UI，
P热＝I2R
P电>P热
【典型例题1】 如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电阻，恒定电压U＝12V，电解槽内阻rA＝2Ω，当S1闭合，S2、S3断开时，电流表A的示数为6A；当S2闭合，S1、S3断开时，电流表A的示数为5A，且电动机输出功率为35W；当S3闭合，S1、S2断开时，电流表A的示数为4A．求：
（1）电阻的阻值及发热功率各多大？
（2）电动机的内阻是多少？
（3）在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？
1.（多选）如图所示，一直流电动机与阻值R＝9Ω的电阻串联在电源上，电源电动势E＝30V，内阻r＝1Ω，用理想电压表测出电动机两端电压U＝10V，已知电动机线圈的电阻RM＝1Ω，则下列说法中正确的是（ ）
A．通过电动机的电流I＝10A
B．电动机的输出功率P＝16W
C．10s内电动机产生的热量Q＝40J
D．10s内通过电动机的电荷量q＝20C
考点2 闭合电路动态电路的分析方法
（1）程序法：
电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路→变化支路．
（2）极限法：
因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑片分别滑至两个极端，让电阻最大或电阻为零去讨论．
【典型例题2】 （多选）如图所示，电源内阻不可忽略，当滑动变阻器的滑动片向右滑动时，下列说法中正确的是（ ）
A．电流表A1读数变小B．电流表A2读数变大
C．电压表V读数变大D．电压表V读数不变
2.（多选）如图所示电路中，电源电动势为E内阻为r，当滑动变阻器R2滑动端向右滑动后，理想电流表A1、A2的示数变化量的绝对值分别为ΔI1、ΔI2，
理想电压表示数变化量的绝对值为ΔU.下列说法中正确的是（ ）
A．电压表V的示数减小
B．电流表A2的示数变小
C．ΔU与ΔI1比值一定小于电源内阻r
D．ΔU与ΔI2比值一定小于电源内阻r
考点3 电路中的功率
1．电源的总功率
（1）任意电路：
P总＝EI＝U外I＋U内I＝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＝U内I＝P总－P出．
3．电源的输出功率
（1）任意电路：
P出＝UI＝EI－I2r＝P总－P内．
（2）纯电阻电路：
P出＝I2R＝
＝
.
（3）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Pm＝
.
②当R>r时，随着R的增大输出功率越来越小．
③当R④当P出＜Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1·R2＝r2.
⑤P出与R的关系如图所示．
4．电源的效率
（1）任意电路：
η＝
×100%＝
×100%.
（2）纯电阻电路：
η＝
×100%＝
×100%.
因此在纯电阻电路中R越大，η越大；当R＝r时，电源有最大输出功率，但效率仅为50%.
【典型例题3】 （多选）直流电路如图所示，在滑动变阻器的滑片P向右移动时，电源的（ ）
A．总功率一定减小
B．效率一定增大
C．内部损耗功率一定减小
D．输出功率一定先增大后减小
考点4 电源的UI图象的应用
1．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Im＝
.
2．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．
【典型例题4】 （多选）如图所示是
某电源的路端电压与电流的关系图象，下列结论正确的是（ ）
A．电源的电动势为6.0V
B．电源的内阻为12Ω
C．电源的短路电流为0.5A
D．电流为0.3A时的外电阻是18Ω
3.直线A为电源的UI图线，直线B为电阻R的UI图线，用该电源和电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和电路的总功率分别是（ ）
A．4W，8WB．2W，4W
C．4W，6WD．2W，6W
考点5 电路故障问题
1．故障特点
（1）断路特点：
表现为路端电压不为零而电流为零．
（2）短路特点：
用电器或电阻发生短路，表现为有电流通过电路但它两端电压为零．
2．检查方法
（1）电压表检测：
如果电压表示数为零，则说明可能在并联路段之外有断路，或并联路段短路．
（2）电流表检测：
当电路中接有电源时，可用电流表测量各部分电路上的电流，通过对电流值的分析，可以确定故障的位置．在运用电流表检测时，一定要注意电流表的极性和量程．
（3）欧姆表检测：
当测量值很大时，表示该处断路，当测量值很小或为零时，表示该处短路．在运用欧姆表检测时，电路一定要切断电源．
（4）假设法：
将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分电路发生某种故障，运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理．
【典型例题5】 用电压表检查如图所示电路中的故障，测得Uad＝5.0V，Ucd＝0V，Ubc＝0V，Uab＝5.0V，则此故障可能是（ ）
A．L断路B．R断路C．R′断路D．S断路
考点6 含电容器电路的分析与计算
1．电路的简化：
不分析电容器的充、放电过程时，把电容器处的电路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上．
2．电路稳定时电容器的处理方法：
电路稳定后，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，即电阻不起降低电压的作用，但电容器两端可能出现电势差．
3．电压变化带来的电容器带电荷量的变化：
电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电．若电容器两端电压升高，电容器将充电；若电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电，可由ΔQ＝C·ΔU计算电容器上电荷量的变化．
【典型例题6】 如图所示的电路中，R1、R2、R3是定值电阻，R4是光敏电阻，其阻值随光照强度的增强而减小．当开关S闭合且没有光照射时，电容器C不带电．当用强光照射R4且电路稳定时，则与无光照射时比较（ ）
A．电容器C的上极板带正电
B．电容器C的下极板带正电
C．通过R4的电流变小，电源的路端电压增大
D．通过R4的电流变大，电源提供的总功率变小
当堂检测 1.在某控制电路中，需要连成如图所示的电路，主要由电动势E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及电位器（滑动变阻器）R连接而成，L1、L2是红、绿两个指示灯，当电位器的触头由弧形碳膜的中点逆时针滑向a端时，下列说法中正确的是（ ）
A．L1、L2两个指示灯都变亮
B．L1、L2两个指示灯都变暗
C．L1变亮，L2变暗
D．L1变暗，L2变亮
第1题图
第2题图
2．（多选）如图所示，电源电动势E＝3V，小灯泡L标有“2V、0.4W”，开关S接1，当变阻器调到R＝4Ω时，小灯泡L正常发光；现将开关S接2，小灯泡L和电动机M均正常工作．则（ ）
A．电源内阻为1Ω
B．电动机的内阻为4Ω
C．电动机的正常工作电压为1V
D．电源效率约为93.3%
第3题图
3．（多选）如图所示的电路中，电源电动势为12V，内阻为2Ω，四个电阻的阻值已在图中标出．闭合开关S，下列说法正确的有（ ）
A．路端电压为10V
B．电源的总功率为10W
C．a、b间电压的大小为5V
D．a、b间用导线连接后，电路的总电流为1A
4．（多选）两位同学在实验室中利用如图（a）所示的电路进行实验，调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，一位同学记录电流表
和电压表
的测量数据，另一位同学记录电流表
和电压表
的测量数据．两位同学根据记录的数据描绘出如图（b）所示的两条UI图线．则图象中两图线的交点表示的物理意义是（ ）
第4题图
A．滑动变阻器的滑动触头P滑到了最右端
B．电源的输出功率最大
C．定值电阻R0消耗的功率为0.5W
D．电源的效率达到最大值
5．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（ ）
第5题图
A.
B.
C.
D.
第30讲 闭合电路欧姆定律
焦耳定律
知识整合
基础自测
一、1.
（1）电场力
（2）qU UIt （3）电势能
2.
（1）快慢
（2）
IU
二、1.热量 2.I2Rt 3.
I2R
三、1.把其他形式的能转化成电能 2.能量转化 3.内阻 变大
四、1.电动势 电阻 2.E＝I（R＋r）
五、2.变小 增大
六、2.
（1）E
（2）I短 （3）内阻
方法技巧
·典型例题1·
（1）2Ω 72W
（2）1Ω （3）16W 【解析】
（1）由欧姆定律I＝
得R＝
＝2Ω，其发热功率PR＝UI1＝12×6W＝72W．
（2）电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得UI2＝I
rM＋P输出，解得rM＝1Ω.（3）电解槽工作时，由能量守恒定律得P化＝UI3－I
rA，解得P化＝（12×4－42×2）W＝16W.
·变式训练1·BCD 【解析】 由E＝30V，电动机两端电压10V可得R和电源内阻上分担的电压为20V，则I＝
A＝2A，故A错误；电动机输入功率P＝UI＝10V×2A＝20W,P热＝I2rM＝4×1W＝4W,P输出＝P－P热＝20W－4W＝16W，故B正确；根据焦耳定律10s内电动机产生的热量Q＝I2rMt＝40J，故C正确；根据电流的定义式可知10s内通过电动机的电量q＝It＝20C，故D正确．
·典型例题2·AC 【解析】 滑动片向右滑动，滑动变阻器的电阻将增大，电路中的总电阻将增大，总电流减小，故电流表A1读数变小，选项A正确；路端电压U＝E－Ir变大，故电压表的示数变大，选项C正确，选项D错误；则通过定值电阻的电流增大，由于总电流减小，所以通过滑动变阻器的电流减小，故电流表A2读数变小，选项B错误；故选AC.
·变式训练2·BC 【解析】 滑动端向右滑动后，变阻器的电阻增大，外电路总电阻增大，则总电流减小，所以电流表A2的示数减小．根据串联电路分压的特点分析可知，并联部分电压增大，即电压表V的示数增大，故A错误，B正确；根据并联电路的电流规律I2＝I1＋I，A2的示数I2变小，通过定值电阻R1的电流增大，则A1的示数I1变小，所以ΔI1一定大于ΔI2.电压表测量路端电压，根据闭合电路欧姆定律U＝E－I2r可知，
＝r，而ΔI1大于ΔI2，所以
·典型例题3·ABC 【解析】 滑片P向右移动时，接入电路的电阻变大，整个回路的电流变小，电源内部损耗的功率P内＝I2r一定减小，C正确；总功率P＝EI一定减小，A正确；而内电压降低，外电压升高，电源的效率增大，B正确；当内电阻等于外电阻时，输出功率最大，此题中无法知道内、外电阻的大小关系，因此D错误．
·典型例题4·AD
·变式训练3·C 【解析】 两图像的交点表示电路中的电流为2A，路端电压为2V，电源电动势为3V，因此输出功率P＝UI＝4W，电路总功率P总＝EI＝6W.
·典型例题5·B 【解析】 电压表有示数的，说明与电源两极之间是相通的，根据现象判断故障可能是滑动变阻器断路．
·典型例题6·B 【解析】 因有光照射时，光敏电阻的阻值减小，故总电阻减小；干路中电流增大，由E＝U＋Ir可知路端电压减小；R1与R2支路中电阻不变，故该支路中的电流减小、通过R4的电流增大，故C、D错误；当没有光照时，C不带电说明C所接两点电势相等，以电源正极为参考点，R1上的分压减小，而R3上的分压增大，故上极板所接处的电势低于下极板的电势，故下极板带正电；故A错误，B正确．
当堂检测
1．B 【解析】 当电位器的滑片滑向a端时，外电阻变小，干路电流变大，内阻分压增大，外电阻分压减小，即L1、L2的分压都减小，故L1、L2都变暗，B项正确．
2．AD 【解析】 由小灯泡的额定功率P＝UI可知，I＝0.2A，由欧姆定律得RL＝
，可知小灯泡正常发光时电阻RL＝10Ω，由闭合电路欧姆定律可知，I＝
，解得r＝1Ω，A正确；接2时小灯泡正常发光，说明电路中电流仍为0.2A，故电动机两端电压U′＝E－IRL－Ir＝0.8V，电动机为非纯电阻用电器，故电动机内阻不等于4Ω，B、C错误；由P电源＝I2r，η＝
×100%，代入数据可得电源效率约93.3%，D正确．
3．AC 【解析】 设四个电阻的等效电阻为R路，R路＝10Ω，由闭合电路欧姆定律知，I＝
＝
A＝1A，设路端电压为U，则U＝IR路＝1A×10Ω＝10V，选项A正确；电源的总功率P＝EI＝12W，选项B错误；设电源负极电势为0V，则a点电势Φa＝0.5A×5Ω－0＝2.5V，b点电势Φb＝0.5A×15Ω－0＝7.5V，则a、b两点的电势差Uab＝Φa－Φb＝2.5V－7.5V＝－5V，所以a、b间电压的大小为5V，选项C正确；当将a、b两点用导线连接后，由于导线没有电阻，此时a、b两点电势相等，其等效电路图如图所示．其中一个并联电路的等效电阻为3.75Ω，显然总电阻为9.5Ω，电流I＝
＝
A，故选项D错误．
第3题图
4．BC 【解析】 由题图可得，电源电动势E＝1.5V，内阻r＝1Ω，在交点位置有R＋R0＝
＝2Ω，R0＝
＝2Ω，则R＝0，滑动变阻器的滑动触头P滑到了最左端，选项A错误；当电路中外电阻等于电源内阻时，电源的输出功率最大，但R0>r，故改变滑动变阻器的阻值时无法使电路中外电阻等于电源内阻，此时外电阻越接近电源内阻，电源的输出功率越大，故选项B正确；P0＝U2I＝0.5W，选项C正确；电源的效率η＝
，电流越小，电源的效率越大，可见滑动变阻器的滑动触头P滑到最右端时电源的效率最大，选项D错误．
5．C 【解析】 S断开时等效电路如图甲所示．
甲
电容器两端电压为U1＝
×
R×
＝
E；
S闭合时等效电路如图乙所示．
乙
电容器两端电压为U2＝
×
R＝
E，
由Q＝CU得
＝
＝
，故选项C正确．
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