闭合电路欧姆定律—电路的动态分析

高中物理：闭合电路的欧姆定律【知识点的认识】1．闭合电路欧姆定律（1）内容：闭合电路里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：①I＝（只适用于纯电阻电路）；②E＝U外+Ir（适用于所有电路）。

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增大特殊情况（1）当外电路断路时，I＝0，U＝E＝，U＝0（2）当外电路短路时，I短【命题方向】（1）第一类常考题型是对电路的动态分析：如图所示，电源电动势为E，内阻为r，当滑动变阻器的滑片P处于左端时，三盏灯L1、L2、L3均发光良好。

在滑片P从左端逐渐向右端滑动的过程中，下列说法中正确的是（）A．小灯泡L1、L2变暗B．小灯泡L3变暗，L1、L2变亮C．电压表V1、V2示数均变大D．电压表V1、V2示数之和变大分析：在滑片P从左端逐渐向右端滑动的过程中，先分析变阻器接入电路的电阻如何变化，分析外电路总电阻的变化，由闭合电路欧姆定律分析干路电流的变化，即可由欧姆定律判断L2两端电压的变化，从而知道灯泡L2亮度的变化和电压表V2示数的变化。

再根据路端电压的变化，分析灯泡L3亮度的变化和电压表V1示数的变化；根据干路电流与L3电流的变化，分析L1电流的变化，即可判断灯泡L1亮度的变化。

根据路端电压的变化，判断两电压表示数之和的变化。

解：B、滑片P向右滑动的过程中，滑动变阻器接入电路的电阻变大，整个闭合回路的总电阻变大，根据闭合欧姆定律可得干路电流I＝变小，灯泡L2变暗，故B错误。

C、灯泡L2两端电压U2＝IR2变小，即电压表V2示数变小，电压表V1的读数为U1＝E﹣I （r+R2），变大，故C错误。

A、小灯泡L3变亮，根据串、并联电路的特点I＝I1+I3，I减小，I3＝变大，则通过小灯泡L1的电流I1减小，小灯泡L1变暗，故A正确。

D、电压表V1、V2示数之和为U＝E﹣Ir，I减小，U增大，故D正确。

故选AD。

点评：本题首先要搞清电路的连接方式，搞懂电压表测量哪部分电路的电压，其次按“局部→整体→局部”的思路进行分析。

闭合电路欧姆定律—动态电路分析之“串反并同”
闭合电路中只要有一只电阻的阻值发生变化，就会影响整个电路，使总电路和每一部分的电流、电压都发生变化。

讨论依据：闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、串联电
路的电压关系、并联电路的电流关系。

以右图电路为例：设R 1增大，总电阻一定增大；由r R E I +=
I 一定减小；由U=E-Ir ，U 一定增大；因此U 4、I 4一定增大；
由I 3= I-I 4，I 3、U 3一定减小；由U 2=U-U 3，U 2、I 2一定增大；
由I 1=I 3 -I 2，I 1一定减小。

总结规律：
① 总电路上R 增大时总电流I 减小，路端电压U 增大；
② 变化电阻本身和总电路变化规律相同； ③ 和变化电阻有串联关系（通过变化电阻的电流也通过该电阻）的看电流（即总电流减小时，该电阻的电流、电压都减小）；
④ 和变化电阻有并联关系的（通过变化电阻的电流不通过该电阻）看电压（即路端电压增大时，该电阻的电流、电压都增大）。

⑤ “串反并同”
“串反”：与变化电阻有串联关系的用电器电流、电压的变化与变化电阻的阻值变化的相反的；
“并同”：与变化电阻有并联关系的用电器电流、电压的变化与变化电阻的阻值变化的相同的；
分析思路：先由电路变化判断外电阻变化，进一步判断路端电压和干路电流变化，然后结合部分电路欧姆定律判断某部分电路两端电压及其中电流变化情况（这一步中一定要注意电压，电流两方面结合判断），确定仪表读数变化情况。

E。

闭合电路欧姆定律、电路动态分析、含容电路和故障分析特训专题特训内容专题1闭合电路欧姆定律(1T-4T)专题2电路动态分析(5T-8T)专题3含容电路(9T-12T)专题4故障分析(13T-16T)【典例专练】一、闭合电路欧姆定律1在如图所示的U-I图像中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图像，直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线。

用该电源与电阻R组成闭合电路。

由图像判断错误的是()A.电源的电动势为3V，内阻为0.5ΩB.电阻R的阻值为1ΩC.电源的效率为40%D.电源的输出功率为4W【答案】C【详解】A．根据闭合电路欧姆定律U=E-rI结合图线Ⅰ可得电源电动势为E=3V电源内阻为r =k =0-36-0Ω=0.5Ω故A正确；B．直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线，则电阻R的阻值为R=ΔUΔI =22Ω=1Ω故B正确；C．两个图像的交点表示电阻R与电源串联成通路，所以路端电压为U=2V电源的效率为η=UIEI ×100%=UE×100%=23×100%≈67%故C错误；D．两个图像的交点表示电阻R与电源串联成通路，所以路端电压为U=2V干路电流为I=2A电源的输出功率为P=UI=4W故D正确。

本题选不正确的，故选C。

2如图所示，E为电源电动势，r为电源内阻，R1为定值电阻(R1>r)，R2为可变电阻，以下说法中正确的是()A.当R 1=R 2+r 时，R 1上获得最大功率B.当R 2+R 1=r 时，R 2上获得最大功率C.当R 2=0时，电源的效率最低D.当R 2=R 1+r 时，电源的输出功率最大【答案】C【详解】A ．要使定值电阻R 1上获得最大功率，需要使R 1上的电流最大，故只有R 2为0才可以实现，A 错误；B ．电源的输出功率为P =I 2R =E 2R (R +r )2=E 2R (R -r )2+4Rr当R =r 时，外电阻有最大功率，最大功率为P m =E 24r即当R 2=R 1+r 时，R 1+r 可以看成电源的内阻，则R 2上获得最大功率，B 错误；C ．电源的效率η=IU IE =R 1+R 2R 1+R 2+r ×10000=11+r R 1+R2×100%则R 2越小，电源的效率越低，当R 2=0时，电源的效率最低，C 正确；D ．因当电源内阻与外电路相等时，电源输出功率最大，因为R 1>r ，则当R 2=0时，外电路电阻与电源内阻最接近，此时电源的输出功率最大，D 错误。

闭合电路的欧姆定律的应用一、电路的动态分析问题闭合电路中只要有一只电阻的阻值发生变化，就会影响整个电路，使总电路和每一部分的电流、电压都发生变化。

讨论依据是：闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、串联电路的电压关系思路:动态电路的分析方法程序法：基本思路是“局部→整体→局部”，即从阻值部分的变化入手，由串、并联规律判断总电阻的变化情况，再由闭合电路欧姆定律判断总电流和路端电压的变化情况，最后由部分电路欧姆定律判断各部分电路中物理量的变化情况。

分析步骤详解如下：(1)明确局部电路变化时所引起的局部电路电阻的变化。

(2)根据局部电阻的变化，确定电路的外电阻R外总如何变化。

(3)根据闭合电路欧姆定律I总=E/(R外总+r)，确定电路的总电流如何变化。

(4)由U内=I总r，确定电源的内电压如何变化。

(5)由U外=E-U内，确定电源的外电压如何变化。

(6)由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化。

(7)确定支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化。

由以上步骤可以看出，基本思路是“局部→整体→局部”，同时要灵活地选用公式，每一步推导都要有确切的依据。

例1、如图所示电路,当滑动变阻器的滑片P向上移动时,判断电路中的电压表、电流表的示数如何变化?练习 1. 如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑动触头向上滑动时，下面说法正确的是（）A. 电压表和电流表的读数都减小；B. 电压表和电流表的读数都增加；C. 电压表读数减小，电流表的读数增加D. 电压表读数增加，电流表的读数减小2、如图所示电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P从最高端向下滑动时（）A．电压表V读数先变大后变小，电流表A读数变大B．电压表V读数先变小后变大，电流表A读数变小C．电压表V读数先变大后变小，电流表A读数先变小后变大D．电压表V读数先变小后变大，电流表A读数先变大后变小3、如图所示电路中，当滑动变阻器的滑片P向左移动时，各表（各电表内阻对电路的影响均不考虑）的示数如何变化？为什么？4、 在如图电路中，闭合电键S ，当滑动变阻器的滑动触头P 向下滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用I 、U 1、U 2和U 3表示，电表示数变化量的大小分别用ΔI 、ΔU 1、ΔU 2和ΔU 3表示．下列比值正确的是 （ ）A 、U 1/I 不变，ΔU 1/ΔI 不变．B 、U 2/I 变大，ΔU 2/ΔI 变大．C 、U 2/I 变大，ΔU 2/ΔI 不变．D 、U 3/I 变大，ΔU 3/ΔI 不变．5、如图所示，电源电动势为E ，内电阻为r ．当滑动变阻器的触片P 从右端滑到左端时，发现电压表V 1、V 2示数变化的绝对值分别为ΔU 1和ΔU 2，下列说法中正确的是（ ）A ．小灯泡L 1、L 3变暗，L 2变亮B ．小灯泡L 3变暗，L 1、L 2变亮C ．ΔU 1<ΔU 2D ．ΔU 1>ΔU 2二、电源的外部特性曲线 ——路端电压U 随电流I 变化的图像．(1)图像的函数表达式 (2)图像的物理意义 ：①在纵轴上的截距表示电源的电动势E 。

模块四电学专题04 欧姆定律之动态电路分析*知识与方法一、由滑动变阻器引起的电路中物理量的变化1.串联电路：解题方法：对于串联电路，一般的分析顺序为：滑动变阻器电阻R p的变化→电路总电阻R总的变化（R总=R+R P）→ 电路电流I的变化（U不变，I总RU=）→定值电阻R两端电压U1的变化（U1=IR）→滑动变阻器两端电压U2的变化（U2 =U−U1）快速巧解方法：根据串联电路分压规律，R p增大时，U2增大。

2.并联电路：解题方法：①电源两端电压U不变⇒通过R的电流I1不变（I1RU=）；②P的移动方向⇒滑动变阻器阻值的变化⇒滑动变阻器所在支路电流I2的变化（U不变，I2PRU=）①②⇒干路电流I的变化（I = I1+I2）二、由开关引起的电路中物理量的变化R PAV2V1SR解题方法：① 画等效电路图：分析闭合不同开关时，分别有谁连入电路；② 分析电表：电压表、电流表分别测谁；③ 根据欧姆定律、串并联电路规律和电源电压不变的条件，判断电表示数的变化。

三、由敏感电阻（光敏电阻、热敏电阻、气敏电阻、压敏电阻等）、与浮力杠杆等(加油、称体重等) 结合的应用型动态电路分析分析思路基本与“由滑动变阻器引起的电路中物理量的变化”相同四、利用变化量求定值电阻 1.U 1 = IR ，U ′1 = I ′R ，U ′1—U 1=（I —I ′）R ，ΔU 1=ΔIR2.∵U 不变，∴ΔU 1=ΔU 2∴ΔU 2=ΔIR*针对训练一、单选题1．（2023秋·山东泰安·九年级统考期末）热敏电阻的阻值是随环境温度的增大而减小的．要想设计一个通过电表示数反映热敏电阻随环境温度变化的电路，要求温度升高时电表示数减小，以下电路符合要求的是（ ）A ．B ．C ．D ．【答案】D 【解析】A ．由电路图可知，热敏电阻与R 0并联，电流表测并联电路干路电流．当温度升高时，热敏电阻R P AV 2 V 1 SR阻值变小，干路电流变大，故A不符合题意．B．热敏电阻与R0并联，电流表测热敏电阻的电流，当温度升高时，热敏电阻阻值变小，由IUR=可知，通过热敏电阻的电流变大，电流表示数变大，故B不符合题意．C．已知热敏电阻与R0串联，电压表测R0两端的电压，当温度升高时，热敏电阻阻值变小，根据串联电路分压原理，电压表示数变大，故C不符合题意．D．已知热敏电阻与R0串联，电压表测热敏电阻两端的电压，当温度升高时，热敏电阻阻值变小，根据串联电路分压原理，电压表示数变小，故D符合题意为答案．2．（2023秋·河北保定·九年级统考期末）如图所示是一种温度测试仪的电路，R1为定值电阻，R2为热敏电阻（阻值随温度升高而减小）。

闭合电路的动态分析问题【例1】如图所示，当滑动变阻器的滑动片P 向上端移动时，回答下列问题： 问１：三只理想电流表的示数如何变化？问２：三只理想电流表的示数变化量ΔI 、ΔI ２、ΔI ３有何关系？ΔI = ΔI ２ + ΔI ３问题３：和 示数变化量的绝对值有何关系？|ΔI ２| |ΔI ３|问题４：和示数变化量的绝对值有何关系？|ΔI||ΔI ２|问题５：三只理想电压表的示数如何变化？问题６：三只理想电流表的示数变化量ΔＵ、ΔＵ１、ΔＵ２有何关系？ΔＵ ΔＵ１ ΔＵ２和示数变化量的绝对值有何关系？ |ΔＵ１| |ΔＵ２|问题７：和示数变化量的绝对值有何关系？ |ΔＵ||ΔＵ２|问题８：1、如图所示的电路中，电源的电动势E 和内阻r 恒定不变，滑片P 在变阻器正中位置时，电灯L 正常发光，现将滑片P 移到最右端，则A ．电压表的示数变大B ．电流表的示数变大C ．电灯L 消耗的功率变小D ．电阻R 1消耗的功率变小2、在如图所示的电路中，电源的电动势恒定，C 为电容器。

下列哪些方法可以使灯泡变暗A ．增大R 1B ．减小R 1C ．增大R 2D ．减小R 23、如图所示，由于某一电阻断路，致使电压表和电流表的示数均比该电阻未断时要大，则这个断路的电阻可能是A. B. C. D.4、图中A 为理想电流表，V 1和V 2为理想电压表，R 1为定值电阻，R 2为可变电阻，电池E 内阻不计，则 A ．R2不变时，V 2读数与A 读数之比等于R1B ．R 2不变时， V 1读数与A 读数之比等于R1C ．R 2改变一定量时，V 2读数的变化量与A 读数的变化量之比的绝对值等于R 1D ．R 2改变一定量时，V 1读数的变化量与A 读数的变化量之比的绝对值等于R 15、如图所示电路中A1、A2、v1、V2为理想电表,当R 1的滑动触头向右移动时 A. A1的读数改变量大于A2读数改变量 B. A1的读数在增大 v1的读数在增大 C. v1读数变化量小于V2读数的变化量 D. v1读数变化量大于V2读数的变化量6、如图所示电路中，电源内阻不计，电压保持不变，当滑动变阻器的滑片P 向右移动时，电流表A 1和A 2的变化量分别为和，则A.B.C.D.条件不足，无法判断7如图所示，电源电动势为E ，内电阻为r ．当滑动变阻器的触片P 从右端滑到左端时，发现电压表V 1、V 2示数变化的绝对值分别为ΔU 1和ΔU 2，下列说法中正确的是A.小灯泡L 1、L 3变暗，L 2变亮B.小灯泡L 3变暗，L 1、L 2变亮C.ΔU 1<ΔU 2D.ΔU 1>ΔU 28如图所示,电源由n个电动势均为1.5 V,且内阻相同的电池串联组成,合上开关S,滑动变阻器的滑动触头C从A端滑至B端的过程中,电路中的一些物理量的变化如图15甲、乙、丙所示,电表、导线对电路的影响不计.求:(1)组成电源的串联电池的个数.(2)滑动变阻器总阻值.(3)将甲、乙、丙三个图上的a、b、c各点的坐标补齐.(甲图为输出功率与路端电压关系曲线;乙图为路端电压与总电流关系曲线;丙图为电源效率与外电路电阻关系曲线)。

第2讲 闭合电路的欧姆定律目标要求 1.了解电动势的物理意义，理解并掌握闭合电路的欧姆定律.2.会用闭合电路欧姆定律分析电路的动态变化.3.会计算涉及电源的电路功率.4.掌握路端电压和电流的关系及电源的U －I 图像．考点一 闭合电路欧姆定律及应用1．电动势(1)非静电力所做的功与所移动的电荷量的比叫电动势．(2)物理含义：电动势表示电源把其他形式的能转化成电势能本领的大小，在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压． 2．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 ＝ER ＋r (只适用于纯电阻电路)；(3)其他表达形式E ＝U 外＋U 内或E ＝U 外＋Ir (适用于任意电路)．1．电动势的大小反映了电源把电能转化为其他形式的能的本领强弱．( × ) 2．电动势就是电源的路端电压．( × )3．电源的重要参数是电动势和内阻．电动势由电源中非静电力的特性决定，与电源的体积无关，与外电路无关．( √ )4．在电源电动势及内阻恒定的闭合电路中，外电阻越大，路端电压越大．( √ )1．路端电压与外电阻的关系(1)纯电阻电路：U ＝IR ＝E R ＋r·R ＝E1＋r 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＝Er ，U ＝0.2．动态分析常用方法(1)程序法：遵循“局部—整体—局部”的思路． ①分析步骤(如图)：②分析时：串联电路注意分析电压关系，并联电路注意分析电流关系 (2)结论法：“串反并同”，应用条件为电源内阻不为零．①所谓“串反”，即某一电阻的阻值增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小，反之则增大．②所谓“并同”，即某一电阻的阻值增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大，反之则减小．考向1 闭合电路的有关计算例1 (2019·江苏卷·3)如图所示的电路中，电阻R ＝2 Ω.断开S 后，电压表的读数为3 V ；闭合S 后，电压表的读数为2 V ，则电源的内阻r 为( )A ．1 ΩB ．2 ΩC ．3 ΩD ．4 Ω答案 A解析 当断开S 后，电压表的读数等于电源的电动势，即E ＝3 V ；当闭合S 后，有U ＝IR ，又由闭合电路欧姆定律可知，I ＝E R ＋r ，联立解得r ＝1 Ω，A 正确，B 、C 、D 错误．考向2 闭合电路的动态分析例2 如图所示电路，电源内阻不可忽略．开关S 闭合后，在滑动变阻器R 0的滑片向下滑动的过程中( )A．电压表与电流表的示数都减小B．电压表与电流表的示数都增大C．电压表的示数增大，电流表的示数减小D．电压表的示数减小，电流表的示数增大答案 A解析当滑片下移时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，则外电路总电阻减小，电路中总电流增大，电源的内电压增大，则由闭合电路欧姆定律可知，电路的路端电压减小，故电压表示数减小；由欧姆定律可知，R1上的分压增大，而路端电压减小，故并联部分的电压减小，则通过R2的电流减小，即电流表示数减小，A正确．考向3电路故障分析例3如图所示电路中，由于某处出现了故障，导致电路中的A、B两灯变亮，C、D两灯变暗，故障的原因可能是()A．R1短路B．R2断路C．R2短路D．R3短路答案 D解析A灯在干路上，A灯变亮，说明电路中总电流变大，由闭合电路欧姆定律可知电路的外电阻减小，这就说明电路中只会出现短路而不会出现断路，选项B错误．因为短路部分的电阻变小，分压作用减小，与其并联的用电器两端的电压减小，C、D两灯变暗，A、B两灯变亮，这说明发生短路的电阻与C、D两灯是并联的，而与A、B两灯是串联的．观察电路中电阻的连接形式，只有R3短路符合条件，故选项A、C错误，D正确．例4如图所示的电路中，电源的电动势为6 V，当开关S闭合后，灯泡L1和L2都不亮，用电压表测得各部分的电压分别为U ab＝6 V，U ad＝0 V，U cd＝6 V，由此可断定()A．L1和L2的灯丝都烧断了B．L1的灯丝烧断了C．L2的灯丝烧断了D．滑动变阻器R断路答案 C解析由U ab＝6 V可知电源完好，灯泡都不亮，说明电路中出现断路故障，由U cd＝6 V可知，灯泡L1与滑动变阻器R完好，断路故障出现在c、d之间，故灯泡L2断路，选项C正确．电路故障检测方法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，或并联部分短路；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．在用欧姆表检测时，应断开电源．考点二闭合电路的功率及效率问题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)＝E2 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＝E2R (R＋r)2.4．电源的效率(1)任意电路：η＝P 出P 总×100%＝UE ×100%(2)纯电阻电路：η＝RR ＋r×100%1．外电阻越大，电源的输出功率越大．( × ) 2．电源的输出功率越大，电源的效率越高．( × ) 3．电源内部发热功率越大，输出功率越小．( × )1．纯电阻电路中电源的最大输出功率(如图) P 出＝UI ＝I 2R ＝E 2(R ＋r )2R ＝E 2R (R －r )2＋4Rr ＝E 2(R －r )2R＋4r 当R ＝r 时，电源的输出功率最大为P m ＝E 24r.2．提高纯电阻电路效率的方法η＝P 出P 总×100%＝R R ＋r×100%＝11＋r R×100%，R 增大，η越高．例5 (多选)某同学将一直流电源的总功率P E 、电源内部的发热功率P r 和输出功率P R 随电流I 变化的图线画在了同一坐标系中，如图中的a 、b 、c 所示．以下判断正确的是( )A ．在a 、b 、c 三条图线上分别取横坐标相同的A 、B 、C 三点，这三点的纵坐标一定满足关系P A ＝P B ＋P CB ．b 、c 图线的交点与a 、b 图线的交点的横坐标之比一定为1∶2，纵坐标之比一定为1∶4C ．电源的最大输出功率P m ＝9 WD ．电源的电动势E ＝3 V ，内电阻r ＝1 Ω 答案 ABD解析 在a 、b 、c 三条图线上分别取横坐标相同的A 、B 、C 三点，因为直流电源的总功率P E 等于输出功率P R 和电源内部的发热功率P r 之和，所以这三点的纵坐标一定满足关系P A ＝P B ＋P C ，故A 正确；图线c 表示电路的输出功率与电流的关系图线，很显然，最大输出功率小于3 W ，故C 错误；当内电阻和外电阻相等时，电源输出的功率最大，此时即为b 、c 图线的交点处的电流，此时电流的大小为E R ＋r ＝E 2r ，输出功率的大小为E 24r ，a 、b 图线的交点表示电源的总功率P E 和电源内部的发热功率P r 相等，此时电源短路，所以此时电流的大小为Er ，功率的大小为E 2r ，所以横坐标之比为1∶2，纵坐标之比为1∶4，故B 正确；当I ＝3 A 时，P R ＝0，说明外电路短路，根据P E ＝EI 知电源的电动势E ＝3 V ，内电阻r ＝EI ＝1 Ω，故D 正确．例6 (2022·湖南省长郡中学高三月考)如图甲所示的电路，其中电源电动势E ＝6 V ，内阻r ＝2 Ω，定值电阻R ＝4 Ω，已知滑动变阻器消耗的功率P 与其接入电路的阻值R P 的关系如图乙所示．则下列说法中正确的是( )A ．图乙中滑动变阻器的最大功率P 2＝2 WB ．图乙中R 1＝6 Ω，R 2＝12 ΩC ．滑动变阻器消耗功率P 最大时，定值电阻R 消耗的功率也最大D ．调整滑动变阻器R P 的阻值，可以使电源的输出电流达到2 A 答案 B解析 由闭合电路欧姆定律的推论可知，当电路外电阻等于内阻r 时，输出功率最大，最大值为P m ＝E 24r ，把定值电阻看成电源内阻的一部分，由题图乙可知，当R P ＝R 1＝R ＋r ＝6 Ω时，滑动变阻器消耗的功率最大，最大功率为P 2＝E 24(R ＋r )＝1.5 W ，A 错误；滑动变阻器的阻值为3 Ω时与阻值为R 2时消耗的功率相等，有(E 3 Ω＋R ＋r )2×3 Ω＝(ER 2＋R ＋r )2R 2，解得R 2＝12 Ω，B 正确；当回路中电流最大时，即R P ＝0时定值电阻R 消耗的功率最大，C 错误；当滑动变阻器R P 的阻值为0时，电路中电流最大，最大值为I m ＝E R ＋r ＝64＋2A ＝1 A ，则调整滑动变阻器R P 的阻值，不可能使电源的输出电流达到2 A ，D 错误．等效电源把含有电源、电阻的部分电路等效为新的“电源”，其“电动势”“内阻”如下： (1)两点间断路时的电压等效为电动势E ′.(2)两点短路时的电流为等效短路电流I 短′，等效内电阻r ′＝E ′I 短′.常见电路等效电源如下：考点三 电源的U －I 图像两类U －I 图像的比较电源的U －I 图像 电阻的U －I 图像 图像表述的物理量的关系电源的路端电压与电路电流的关系电阻两端电压与流过电阻的电流的关系图线与坐标轴交点①与纵轴交点表示电源电动势E过坐标轴原点，表示没有电压时电流为零②与横轴交点表示电源短路电流Er图线的斜率－r (r 为内阻) 表示电阻大小(电阻为纯电阻时)图线上每一点坐标的乘积UI 表示电源的输出功率 表示电阻消耗的功率 图线上每一点坐标比值UI表示外电阻的大小，不同点对应的外电阻大小不同每一点对应的比值均表示此电阻的阻值大小例7 (多选)如图所示，图甲中M 为一电动机，开关S 闭合后，当滑动变阻器R 的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表V 1和V 2的读数随电流表A 读数的变化情况如图乙所示，已知电流表A 读数在0.2 A 以下时，电动机没有转动．不考虑电表内阻，以下判断正确的是( )A ．图线①为V 2示数随电流表读数的变化图线B ．电路中电源电动势为3.4 VC ．此电路中，电动机的最大输入功率是0.9 WD ．滑动变阻器的最大阻值为30 Ω 答案 AC解析 由题图甲知，电压表V 2测量路端电压，电流增大时，内电压增大，路端电压减小，所以图线①表示V 2的示数与电流的关系，故A 正确；图线①的斜率大小等于电源的内阻，为r ＝ΔU ΔI ＝3.4－3.00.3－0.1 Ω＝2 Ω，当电流I 1＝0.1 A 时，U 1＝3.4 V ，则电源的电动势E ＝U 1＋I 1r ＝(3.4＋0.1×2) V ＝3.6 V ，故B 错误；当I 2＝0.3 A 时，U 2＝3 V ，电动机输入功率最大P ＝U 2I 2＝3×0.3 W ＝0.9 W ，故C 正确；若电流表A 示数小于0.2 A ，由题图乙知，电动机不转动，电动机的电阻r M ＝0.8－0.40.1Ω＝4 Ω，当I 1＝0.1 A 时，电路中电流最小，滑动变阻器的电阻为最大值，所以R 与R 0并联电阻的最大值R 并＝E I 1－r －r M ＝(3.60.1－2－4) Ω＝30 Ω，则滑动变阻器的最大阻值大于30 Ω，故D 错误．考点四 含容电路的分析1．电路简化把电容器所在的支路稳定时视为断路，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)电容器所在的支路中没有电流，与之串联的电阻两端无电压，相当于导线． (2)电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压． 3．电容器的电荷量及变化(1)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．(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|Q 1－Q 2|； (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Q 1＋Q 2.例8 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Q 1；闭合开关S ，电流再次稳定后，C 所带的电荷量为Q 2.Q 1与Q 2的比值为( )A.25B.12C.35D.23 答案 C解析 S 断开时等效电路图如图甲所示．甲电容器两端电压为U 1＝E R ＋23R×23R ×12＝15E ；S 闭合时等效电路图如图乙所示．乙电容器两端电压为U 2＝E R ＋12R×12R ＝13E ，由Q ＝CU 得Q 1Q 2＝U 1U 2＝35，故选项C 正确．例9 (多选)如图所示，电源电动势为E ，内阻为r .电路中的R 2、R 3均为总阻值一定的滑动变阻器，R 0为定值电阻，R 1为光敏电阻(其电阻随光照强度增大而减小)．当开关S 闭合时，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态．有关下列说法中正确的是( )A ．只逐渐增大R 1的光照强度，电阻R 0消耗的电功率变大，电阻R 3中有向上的电流B ．只将滑动变阻器R 3的滑动端P 2向上端移动时，电源消耗的功率变大，电阻R 3中有向上的电流C ．只将滑动变阻器R 2的滑动端P 1向下端移动时，电压表示数变大，带电微粒向下运动D ．若断开开关S ，带电微粒向下运动 答案 AD解析 只逐渐增大R 1的光照强度，R 1的阻值减小，外电路总电阻减小，总电流增大，电阻R 0消耗的电功率变大，滑动变阻器R 2两端的电压变大，电容器两端的电压增大，电容器下极板的带电荷量变大，所以电阻R 3中有向上的电流，故选项A 正确；电路稳定时，电容器所在支路相当于断路，只将滑动变阻器R 3的滑动端P 2向上端移动时，对电路没有影响，故选项B 错误；只将滑动变阻器R 2的滑动端P 1向下端移动时，电容器并联部分的电阻变大，所以电容器两端的电压变大，由E ＝Ud 可知电场强度变大，带电微粒向上运动，故选项C 错误；若断开开关S ，电容器处于放电状态，电荷量变小，板间场强减小，带电微粒所受的静电力减小，带电微粒将向下运动，故选项D正确．课时精练1.(多选)(2020·江苏卷·6)某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示．当汽车启动时，开关S闭合，电机工作，车灯突然变暗，此时()A．车灯的电流变小B．路端电压变小C．电路的总电流变小D．电源的总功率变大答案ABD解析汽车启动时，车灯变暗，I灯减小，U灯减小，路端电压变小，则电路的总电流变大，故A、B正确，C错误；由P＝IE知电源的总功率变大，故D正确．2.(多选)在如图所示的U－I图像中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图线，直线Ⅱ为某一电阻R的U－I图线．用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路，由图像可知()A．电源的电动势为3 V，内阻为0.5 ΩB．电阻R的阻值为1 ΩC．电源的输出功率为4 WD．电源的效率为50%答案ABC解析由题图中图线Ⅰ可知，电源的电动势为3 V，内阻为r＝EI短＝0.5 Ω；由图线Ⅱ可知，电阻R的阻值为1 Ω，该电源与电阻R直接相连组成的闭合电路的电流为I＝Er＋R＝2 A，路端电压U＝IR＝2 V，电源的输出功率为P＝UI＝4 W，电源的效率为η＝UIEI×100%≈66.7%，故选项A、B、C正确，D错误．3．(多选)如图所示的电路中，闭合开关S后，灯L1和L2都正常发光，后来由于某种故障使灯L2突然变亮，由此推断，以下故障可能的是()A．L1灯丝烧断B．电阻R2断路C．电阻R2短路D．电容器被击穿短路答案BD解析若L1灯丝烧断，会使电路总电阻变大，总电流变小，电阻R2与L2并联电压变小，L2会变暗，故A错误；若电阻R2断路，会使电路的总电阻增大，总电流减小，R1并联部分电压与内电压之和减小，使L2两端的电压增大，L2会变亮，故B正确；若R2短路，L2会因被短路而熄灭，故C错误；若电容器被击穿短路，由于电路的总电阻减小，总电流增大，电阻R2与L2并联电压变大，L2会变亮，故D正确．4．如图所示，图中的四个电表均为理想电表，当滑动变阻器的滑片P向右端移动时，下面说法中正确的是()A．电源的输出功率一定变小B．电压表V1的读数变小，电流表A1的读数变小C．电压表V2的读数变大，电流表A2的读数变小D．电压表V2的读数变小，电流表A2的读数变小答案 C解析当内、外电阻相等时电源的输出功率最大，由于电源的内外电阻关系未知，所以不能确定电源的输出功率如何变化，故A错误；当滑动变阻器的滑片P向右端移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律可得，干路电流I增大，路端电压U减小，则电流表A1读数增大，电压表V1读数U1＝E－I(R1＋r)，I增大，其他量，则I2减小，即电流表A2的读数变小，因总电流增大，不变，则U1减小，A2的读数为I2＝U1R3则通过R2的电流增大，则U2变大，即电压表V2示数变大，故C正确，B、D错误．5.将一电源与一电阻箱连接成闭合回路，测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线如图所示，由此可知()A．电源最大输出功率可能大于45 WB．电源内阻一定等于5 ΩC．电源电动势为45 VD．电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率大于50%答案 B解析由题可知将一电源与一电阻箱连接成闭合回路，电阻箱所消耗功率P等于电源输出功率，由题图可知，电阻箱所消耗功率P最大为45 W，所以电源最大输出功率为45 W，选项A错误；由电源输出功率最大的条件可知，电源输出功率最大时，外电路电阻等于电源内阻，所以电源内阻一定等于5 Ω，选项B正确；电阻箱所消耗功率P最大值为45 W时，电阻箱读数为R＝5 Ω，则电流I＝P＝3 A，电源电动势E＝I(R＋r)＝30 V，选项C错误；电阻箱R所消耗功率P最大时，电源效率为50%，选项D错误．6．(多选)如图甲所示，不计电表内阻，改变滑动变阻器的滑片位置，测得电压表V1和V2随电流表A的示数变化规律分别如图乙中a、b所示，下列判断正确的是()A ．图线a 的延长线与纵轴交点的纵坐标值等于电源电动势B ．图线b 斜率的绝对值等于电源的内阻C ．图线a 、b 交点的横、纵坐标之积等于此状态下电源的输出功率D ．图线a 、b 交点的横、纵坐标之积等于此状态下电阻R 0消耗的功率 答案 ACD解析 题图乙中图线b 是电压表V 2示数的变化情况，图线a 是电压表V 1示数的变化情况；V 1测的是路端电压，则a 的延长线与纵轴交点的纵坐标值为电源的电动势，A 正确；图线b 斜率的绝对值等于电阻R 0的阻值，B 错误；图线a 、b 交点的横、纵坐标之积既等于此状态下电源的输出功率，也等于电阻R 0消耗的功率，C 、D 正确．7．(2022·江苏淮安市车桥中学高三开学考试)如图所示电路，电源内阻为r ，两相同灯泡L 1、L 2 电阻均为R ，D 为理想二极管(具有单向导电性)，电表均为理想电表．闭合S 后，一带电油滴恰好在平行板电容器中央静止不动．现把滑动变阻器滑片向上滑动，电压表V 1、V 2 示数变化量绝对值分别为ΔU 1、ΔU 2 ，电流表示数变化量为ΔI ，则下列说法中错误的是( )A ．两灯泡逐渐变亮B ．油滴将向下运动 C.ΔU 2ΔI ＝R ＋r D ．ΔU 2>ΔU 1 答案 B解析 滑片向上滑动，滑动变阻器接入电路的阻值减小，总电阻减小，回路中电流变大，两灯泡变亮，选项A 正确；总电流增大，故内电压增大，所以外电压减小，即V 1的示数减小，而L 1的电压变大，所以L 2与滑动变阻器部分的电压减小，所以V 2的示数及电容器板间电压变小，应放电，但二极管的单向导电性使电荷不能放出，Q 不变，则由C ＝Q U ＝εr S 4πkd ，E ＝Ud 得E ＝4πkQεr S ，可知E 不变，油滴静止不动，选项B 错误；把L 1电阻R 看作电源内阻一部分，ΔU 2就是R ＋r 两端电压的增加量，则ΔU 2ΔI ＝R ＋r ，选项C 正确；由闭合电路欧姆定律可得ΔU 1ΔI ＝r ，所以ΔU 2>ΔU 1，选项D 正确．8.硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点．如图所示，图线a 是该电池在某光照强度下路端电压U 和电流I 的关系图像(电池内阻不是常量)，图线b 是某电阻R 的U －I 图像．在该光照强度下将它们组成闭合回路时，硅光电池的内阻为( )A ．5.5 ΩB ．7.0 ΩC ．12.0 ΩD ．12.5 Ω答案 A解析 由闭合电路欧姆定律得U ＝E －Ir ，当I ＝0时，E ＝U ，由图线a 与纵轴的交点读出电源的电动势为E ＝3.6 V ，组成闭合回路时，根据两图线交点处的状态可知，电阻的电压为U ＝2.5 V ，电流为I ＝0.2 A ，则硅光电池的内阻为r ＝E －U I ＝3.6－2.50.2 Ω＝5.5 Ω，故A 正确．9．(多选)在如图所示电路中，闭合开关S ，当滑动变阻器的滑片P 向下滑动时，各理想电表的示数分别用I 、U 1、U 2和U 3表示，电表示数变化量的大小分别用ΔI 、ΔU 1、ΔU 2和ΔU 3表示．下列说法正确的是( )A.U 1I 不变，ΔU 1ΔI 不变 B.U 2I 变大，ΔU 2ΔI 变大 C.U 2I 变大，ΔU 2ΔI 不变 D.U 3I 变大，ΔU 3ΔI不变 答案 ACD解析 由题图电路图可知，U 1、U 2分别是R 1、R 2两端的电压，电流表测通过这个电路的总电流，U 3是路端电压，由欧姆定律可知R 1＝U 1I ＝ΔU 1ΔI (因R 1是定值电阻)，故A 正确；U 2＝E－I (R 1＋r )(因E 、R 1、r 均是定值)，U 2I ＝R 2，R 2变大，U 2I 变大，ΔU 2ΔI 的大小为R 1＋r ，保持不变，故B 错误，C 正确；U 3I ＝R 1＋R 2，因R 2变大，则U 3I 变大，又由于U 3＝E －Ir ，可知ΔU 3ΔI 的大小为r ，保持不变，故D 正确．10．(2022·宁夏银川市银川一中模拟)在如图所示的电路中，定值电阻R 1＝3 Ω、R 2＝2 Ω、R 3＝1 Ω、R 4＝3 Ω，电容器的电容C ＝4 μF ，电源的电动势E ＝10 V ，内阻不计．闭合开关S 1、S 2，电路稳定后，则( )A ．a 、b 两点的电势差U ab ＝3.5 VB ．电容器所带电荷量为1.4×10－6 CC ．断开开关S 2，稳定后流过电阻R 3的电流与断开前相比将发生变化D ．断开开关S 2，稳定后电容器上极板所带电荷量与断开前相比的变化量为2.4×10－5 C 答案 D解析 设电源负极的电势为0，则电源正极的电势为φ＝10 V ，又因为φ－φa ＝ER 1＋R 2R 1，代入数据可解得φa ＝4 V ，同理有φ－φb ＝ER 3＋R 4R 3，解得φb ＝7.5 V ，故U ab ＝φa －φb ＝－3.5 V ，选项A 错误；由Q ＝CU ，可知此时电容器所带电荷量为Q ＝4×10－6×3.5 C ＝1.4×10－5 C ，选项B 错误；由电路知识可知，断开开关S 2，稳定后流过电阻R 3的电流与断开前相比不会发生变化，选项C 错误；断开开关S 2，稳定后a 点的电势为φa ′＝10 V ，b 点电势仍为φb ＝7.5 V ，故此时U ab ′＝φa ′－φb ＝2.5 V ，且上极板带正电，故上极板带电荷量的变化量为ΔQ ＝C ΔU ，即ΔQ ＝4×10－6×6 C ＝2.4×10－5 C ，选项D 正确．11．在如图甲所示的电路中，R 1、R 2均为定值电阻，且R 1＝100 Ω，R 2阻值未知，R 3是一滑动变阻器，当其滑片P 从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随电源中流过的电流的变化图线如图乙所示，其中A 、B 两点是滑片P 在变阻器的两个不同端点得到的．求：(1)电源的电动势和内阻； (2)定值电阻R 2的阻值； (3)滑动变阻器的最大阻值．答案 (1)20 V 20 Ω (2)5 Ω (3)300 Ω解析 (1)电源的路端电压随电流的变化图线斜率大小等于电源的内阻，则有内阻 r ＝⎪⎪⎪⎪ΔU ΔI ＝16－40.8－0.2 Ω＝20 Ω 电源的电动势为E ＝U ＋Ir取电压U 1＝16 V ，电流I 1＝0.2 A ， 代入解得E ＝20 V(2)当滑片P 滑到最右端时，R 1被短路，外电路的电阻最小，电流最大．此时电压U 2＝4 V ， 电流I 2＝0.8 A ， 则定值电阻R 2＝U 2I 2＝5 Ω(3)当滑片P 滑到最左端时，滑动变阻器阻值最大，外电阻最大，电流最小， 此时路端电压U 1＝16 V ，电流I 1＝0.2 A ， 外电路总电阻为R ＝U 1I 1＝80 Ω又R ＝R 2＋R 1R 3R 1＋R 3代入解得R 3＝300 Ω.12.如图所示，电源电动势E ＝2 V ，内阻r ＝1 Ω，电阻R 0＝2 Ω，滑动变阻器的阻值范围为0～10 Ω.求滑动变阻器的阻值为多大时，R 上消耗的功率最大，最大值为多少？答案 23 Ω 23W解析 法一 由公式P R ＝U 2R ，根据闭合电路的欧姆定律，路端电压U ＝E ·R 0RR 0＋R r ＋R 0RR 0＋R ＝ER 0R rR 0＋rR ＋RR 0，所以P R ＝E 2R 02R (rR 0＋rR ＋R 0R )2，代入数据整理得P R ＝164R ＋9R ＋12，当R ＝23 Ω时，R 上消耗的功率最大，P R max ＝23W.法二 采用等效电源法分析，把定值电阻等效到电源的内部，即把电源和定值电阻看作等效电源，为E ′＝R 0R 0＋r E ，内阻为r ′＝R 0r R 0＋r 的电源，当R ＝r ′＝R 0rR 0＋r 时，电源对外电路R的输出功率最大为P R max ＝E ′24r ′.把数值代入各式得：E等＝E ′＝R 0R 0＋rE ＝43 V ；r等＝r ′＝R 0r R 0＋r ＝23 Ω.所以P R max ＝E 等24r 等＝23W.。