第二课时 闭合电路的欧姆定律

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E r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，直线A 为电源a 的路端电压与电流的关系图像，直线B 为电源b 的路端电压与电流的关系图像，直线C 为电阻R 两端的电压与电流的关系图像．电源a 、b 的电动势分别为E a 、E b ，内阻分别为r a 、r b ，将电阻R 分别接到a 、b 两电源上，则( )A ．E a >E b ，r a >r b B.E a E b ＝r a r bC ．R 接到b 电源上，电阻的发热功率和电源的效率都较高D ．R 接到a 电源上，电源的输出功率较大，但电源效率较低 答案 ABD解析 由闭合电路欧姆定律U ＝E －Ir 可知，电源的U －I 图像与U 轴的交点表示电动势，则a 电源的电动势较大，图像的斜率表示内阻，则b 电源的内阻较小，a 电源的内阻较大，两个电源的短路电流相同，则E a E b ＝r ar b ，故A 、B 正确；电源的热功率P 热＝I 2r ，由题图看出，R 接到b 电源上，电路中电流较小，b 电源的内阻较小，所以电源的热功率较低，C 错误；当电阻R 与电源组成闭合电路时，电阻R 的U －I 图线与电源的U －I 图线的交点表示电阻的工作状态，交点的纵坐标表示电压，横坐标表示电流，两者乘积表示电源的输出功率，由题图看出，R 接到a 电源上，电压与电流的乘积较大，电源的输出功率较大，电源的效率等于电源的输出功率与总功率之比，即η＝UI EI ，则有η＝R R ＋r，故a 电源的效率较低，故D 正确．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，带电微粒所受的电场力减小，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.(多选)如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，电表均为理想电表．闭合开关S后，若减小R的阻值，则下列说法正确的是()A．电流表的示数一定变大B．电压表的示数一定变大C．电源的输出功率一定增大D．R1两端的电压一定减小答案AD解析减小R的阻值，电路的总电阻减小，电路总电流增大，即电流表示数变大，由U＝E －Ir得路端电压减小，即电压表示数变小，A项正确，B项错误；由于不知外电阻与内电阻的大小关系，所以负载电阻减小时，电源的输出功率不一定增大，C选项错误；电路中的总电流增大，R2两端的电压增大，又因路端电压减小，故R1两端的电压减小，D项正确．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R0消耗的功率答案ACD解析题图乙中图线b是电压表V2示数的变化情况，图线a是电压表V1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．图甲表示某金属丝的电阻R 随摄氏温度t 变化的情况．把这段金属丝与电池、电流表串联起来(图乙)，用这段金属丝做测温探头，把电流表的刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简易温度计．下列说法正确的是( )A ．t A 应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系B ．t A 应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系C ．t B 应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系D ．t B 应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系 答案 B解析 由题图甲可知，t A 点对应的电阻阻值较小，由闭合电路欧姆定律知对应电路中的电流较大，故t A 应标在电流较大的刻度上；而t B 点对应的电阻阻值较大，由闭合电路欧姆定律知对应电路中的电流较小，故t B 应标在电流较小的刻度上；由题图甲得R ＝R 0＋kt ，其中R 0为图线的纵截距，由闭合电路欧姆定律得I ＝E R ＋R g ＋r ，联立解得t ＝E kI －R 0＋R g ＋rk ，可知t 与I 是非线性关系，故B 正确，A 、C 、D 错误．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．(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．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、R4＝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S1、S2，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S2，稳定后流过电阻R3的电流与断开前相比将发生变化D．断开开关S2，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＝ER1＋R2R1，代入数据可解得φa＝4 V，同理有φ－φb＝ER3＋R4R3，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S2，稳定后流过电阻R3的电流与断开前相比不会发生变化，选项C错误；断开开关S2，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＝CΔU，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，R1、R2均为定值电阻，且R1＝100 Ω，R2阻值未知，R3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R2的阻值；(3)滑动变阻器的最大阻值．答案(1)20 V20 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.。

第二讲 闭合电路欧姆定律一、闭合电路欧姆定律1．公式⎩⎪⎨⎪⎧I ＝E R ＋r 只适用于纯电阻电路E ＝U 外＋U 内适用于任何电路2．路端电压U 与电流I 的关系 （1）关系式：U ＝E －Ir ． （2）U －I 图象如图所示．①当电路断路即I ＝0时，纵坐标的截距为电源电动势． ②当外电路电压为U ＝0时，横坐标的截距为短路电流． ③图线的斜率的绝对值为电源的内阻． 二、电路动态变化的分析1．电路动态分析类问题是指由于断开或闭合开关、滑动变阻器滑片的滑动等造成电路结构发生了变化，一处变化又引起了一系列的变化．2．电路动态分析的方法（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⎩⎪⎨⎪⎧并联分流I串联分压U →变化支路． （2）极限法：即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论．（3）判定总电阻变化情况的规律①当外电路的任何一个电阻增大（或减小）时，电路的总电阻一定增大（或减小）．②若开关的通、断使串联的用电器增多时，电路的总电阻增大；若开关的通、断使并联的支路增多时，电路的总电阻减小．③在如图所示分压电路中，滑动变阻器可视为由两段电阻构成，其中一段R 并与灯泡并联，另一段R 串与并联部分串联．A 、B 两端的总电阻与R 串的变化趋势一致．三、电路中的功率及效率问题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＝I 2（R ＋r ）＝rR E+2．2．电源内部消耗的功率：P 内＝I 2r ＝U 内I ＝P 总－P 出． 3．电源的输出功率（1）任意电路：P 出＝UI ＝EI －I 2r ＝P 总－P 内．（2）纯电阻电路：P 出＝I 2R ＝r Rr R Er R R E 4)(222+-=+ （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rE P M 42=②当R >r 时，随着R 的增大输出功率越来越小． ③当R <r 时，随着R 的增大输出功率越来越大．④当P 出<P m 时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R 1和R 2，且R 1R 2＝r 2． ⑤P 出与R 的关系如图所示．4．电源的效率（1）任意电路：η＝总出P P ×100%＝EU×100%．（2）纯电阻电路：η＝rR R+×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，效率仅为50%． 特别提醒 当电源的输出功率最大时，效率并不是最大，只有50%；当R →∞时，η→100%，但此时P 出→0，无实际意义．【例1】在如图所示的电路中，R 1、R 2均为定值电阻，且R 1=100Ω，R 2阻值未知，R 3是一滑动变阻器，当其滑片从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随总电流的变化图线如图所示，其中A 、B 两点是滑片在变阻器的两个不同端点得到的。