人教版（2019）物理必修三同步学习笔记：12.2　闭合电路的欧姆定律（有解析）

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人教版（2019）物理必修三同步学习笔记：12.2　闭合电路的欧姆定律
一、电动势
1．电源
电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置．
(1)在化学电池(干电池、蓄电池)中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能．
(2)在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能．
2．电动势
(1)电源的电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，即非静电力移送相同电荷量的电荷做功越多，做功本领越强，则电动势越大．
(2)公式E＝是电动势的定义式而不是决定式，E的大小与W和q无关，是由电源自身的性质决定的，不同种类的电源电动势大小不同．
(3)电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功．
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
1．内、外电路中的电势变化
如图所示，外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低，内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向电势升高．
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2．闭合电路欧姆定律的几种表达形式
(1)I＝、E＝IR＋Ir只适用于外电路为纯电阻的闭合电路．
(2)U外＝E－Ir，E＝U外＋U内适用于任意的闭合电路，其中U外表示外电路的电势降落，叫作路端电压．
3．电源的总功率：P总＝EI；电源内电阻消耗的功率P内＝U内I＝I2r；电源输出功率P出＝U外I.
三、路端电压与负载的关系
1．路端电压与负载的关系：U＝E－U内＝E－r，随着外电阻增大，路端电压增大．当外电路开路时(外电阻无穷大)，路端电压U＝E，这也提供了一种粗测电源电动势的方法，即用电压表直接测电源电动势．
2.由U＝E－Ir知，电源的U－I图像是一条倾斜的直线，如图所示，图像中U轴截距E表示电源电动势，I轴截距I0等于短路电流(纵、横坐标都从零开始)，斜率的绝对值表示电源的内阻．
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四、欧姆表测电阻的原理
1．欧姆表的原理(如图所示)
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2．欧姆表表盘的刻度标注
刻度 标注方法 标注位置
“0 Ω” 红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针满偏，被测电阻Rx＝0 满偏电流Ig处
“∞” 红、黑表笔不接触，表头指针不偏转，被测电阻Rx＝∞ 电流为零处
中值电阻 Rx中＝r＋R＋Rg＝RΩ 刻度盘正中央
“Rx” 红、黑表笔接Rx，Ix＝，Rx与Ix一一对应 与Rx对应电流Ix处
3.欧姆表的表盘刻度特点
(1)欧姆表的表盘刻度不均匀且与其他电表(如电流表、电压表)的刻度是相反的．
(2)从表盘上看，“左密右疏”，电阻零刻度线是电流最大刻度，电阻“∞”刻度线是电流零刻度，欧姆表可测阻值为0～∞的电阻．
4．欧姆表测电阻的误差分析
使用旧电池给测量带来误差：电池使用较长时间后，电动势会下降，会使电阻测量值偏大，要及时更换新电池，由于调零电阻的存在，电池内阻的变化不会引起误差．
一、电动势
下列有关电动势的说法正确的是（　　）
A．电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比，跟通过的电荷量成反比
B．电源的电动势等于电源没有接入电路时电源两极间的电压，当电源接入电路时，电动势将发生改变
C．非静电力做的功越多，电动势越大
D．只是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小由电源内非静电力的特性决定
【详解】AD．电动势的定义式
是比值定义式而非决定式，电动势的大小由电源内非静电力的特性决定，不能说E和W成正比，和q成反比，A错误，D正确；
B．电源电动势是表示电源将其他形式的能转化为电能本领大小的物理量，其大小与外电路无关，当电源接入电路时，电动势不会发生改变。根据
可知，当电源没有接入电路时，电流为0，此时电源电动势大小等于电源两极间的电压，B错误；
C．根据
非静电力做的功越多，若移动电荷的电荷量很大，电动势可能越小，C错误。
故选D。
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
如图所示电路中，电源的内阻为r，、均为定值电阻，L为灯泡，电表均为理想电表。闭合开关S，灯泡发光，当滑动变阻器的滑动触头向右滑动时，下列说法不正确的是（　　）
A．电阻功率变大
B．电流表的示数变小
C．灯泡L变得更亮
D．电压表示数的变化量与电流表示数的变化量的绝对值之比一定小于电源的内阻r
【详解】ABC．画出等效电路图如图所示
当滑动变阻器的滑动触头向右滑动时，接入电阻增大，根据“串反并同”，可知，通过电流表的电流减小，电流表的示数变小，通过电阻的电流增大，根据
可知，电阻消耗的功率变大，通过灯泡的电流减小，灯泡L变暗，AB正确，C错误；
D．令干路电流为，电压表测的是路端电压，则有
则有
根据电流分配关系有
则有
根据“串反并同”，可知，减小，减小，增大，则有
，，
可知
则有
D正确。
故选C。
三、路端电压与负载的关系
如图所示，直线A为电源的U-I图线，直线B为电阻丝的U-I图线，用该电源和电阻丝组成闭合电路，下列说法正确的是（　　）
A．电源的电动势为3V，内阻为1Ω
B．电阻丝的电阻为2Ω
C．电路的路端电压为2V
D．电阻丝的电功率为9W
【详解】A．由
可得，图线A纵截距等于电源的电动势，斜率的绝对值等于电源的内阻，则
故A错误；
BC．两图线的交点表示电阻丝的工作点，此时电路中电流为I=2A，电阻丝两端电压即路端电压为U=2V，所以电阻丝的电阻为
故B错误，C正确；
D．电阻丝的电功率为
P=UI=4W
故D错误。
故选C。
四、欧姆表测电阻的原理
如图所示是简化的多用电表的电路图。转换开关S与不同接点连接，就组成不同的电表，已知，下面是几位同学对这一问题的议论，请你判断下列说法正确的是（　　）
A．S与1或2连接时，多用电表就成了电流表，且前者量程较小
B．S与3或4连接时，多用电表就成了电压表，且前者量程较大
C．S与3或4连接时，多用电表就成了电压表，若出现断路故障，电压表的量程会减小
D．S与5连接时，多用电表就成了欧姆表，B表笔为黑表笔
【详解】A．S与2时，电流计与两个定值电阻、并联，S与1连接时，电流计先与电阻串联，再与电阻并联， 因此多用电表均改装成了电流表，当S与1连接时
当S与2连接时
则可知
A错误；
B．S与3或4连接时，电路最后分别与电阻、串联，因此多用电表均改装成了电压表，当S与3连接时
当S与4连接时
由于
则可知
B错误；
C．S与3或4连接时，多用电表就成了电压表，若出现断路故障，则由上述有，当S与3连接时
当S与4连接时
由于
则可知，电压表的量程均会减小，C正确；
D．S与5连接时，电源由多用表内部提供，多用电表就成了欧姆表，根据“红进黑出”的规律，可知B表笔为红表笔，D错误。
故选C。
5．如图电源电动势为、内阻为，滑动变阻器的滑片从左向右滑动时，下列说法正确的是（　　）
A．电容器上的电荷量变大
B．电阻消耗的功率变大
C．灯变暗
D．两端的电压变化量的绝对值大于两端的电压变化量的绝对值
6．如图甲所示为一电源路端电压与电流关系的函数图像，把此电源接在如图乙所示的电路中，其中R1=1Ω，R2=R3=2Ω，则下列说法中正确的是（ ）
A．若C、D间连一电容为C=20μF的电容器，则电容器所带电荷量是1.5×10-4C
B．若C、D间用一导线连接，则电源效率最高
C．若在C、D间连一个理想电流表，其读数是0.375A
D．若在C、D间连一个理想电压表，其读数是0.75V
7．如图所示为欧姆表的原理示意图。其中，电流表的满偏电流为300μA，内阻rg=100Ω，调零电阻最大值R=50kΩ，串联的定值电阻R0=50Ω，电池电动势E=1.5V。用它测量电阻Rx，能准确测量的阻值范围是（　　）
A．30~80kΩ B．3~8kΩ
C．300~800Ω D．30~80Ω
8．在如图所示的电路中，闭合开关S，当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时，V、A、V1、V2四个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用U、I、U1、U2表示，下列判断正确的是（　　）
A．I减小，U1增大
B．I减小，U2增大
C．电压表V2的示数与电流表A示数之比不变
D．电压表V的示数与电流表A示数之比变大
9．某电源的路端电压与流过电源的电流关系如图甲所示，把该电源与开关、理想电流表、定值电阻、电动机用导线相连组成如图乙所示电路，定值电阻，电动机线圈电阻为，电动机启动瞬间当作纯电阻处理，由以上信息可以得到（ ）
A．电源电动势为
B．电源内阻为
C．开关闭合瞬间，电流表示数为
D．假设电动机正常工作时电流表示数为，则电动机效率约为
10．某同学将一直流电源的总功率、输出功率和电源内部的发热功率随电流变化的图线画在同一坐标系内，如图所示，根据图线可知（　　）
A．电源电动势为4V
B．电源内阻为
C．反映电源内部的发热功率变化的图线是
D．当电流为时，外电路的电阻为
11．如图所示电路中，当滑动变阻器的触头向下滑动时，则（　　）
A．电源的功率变大 B．电容器储存的电荷量变大
C．电源内部消耗的功率变小 D．电阻R消耗的电功率变大
12．在如图，电源电动势为E、内电阻为r，R1、R2、R3为定值电阻，R为滑动变阻器，A、V分别为理想电流表和理想电压表。在滑动变阻器的滑片P自b端向a端滑动的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．电压表V示数变大 B．电流表A示数变大
C．电流表A示数变小 D．R3消耗的功率增大
13．如图所示，电流表读数为0.75A，电压表读数为2V，R3=4Ω，若电阻R2发生断路，则两电表的读数的改变量大小分别变为0.05A和1.2V，电流表、电压表均为理想电表，求：
（1）电阻R2的阻值是多少；
（2）电源的电动势和内电阻分别为多大？
14．如图所示，已知电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，保护电阻R0＝0.5Ω，求当电阻箱R的读数为多少时，电阻箱R消耗的功率PR最大，并求这个最大值。
15．如图甲所示的电路中，、为定值电阻，且，阻值未知，为一滑动变阻器，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）定值电阻的阻值。
5．B
【详解】ABC．滑动变阻器的滑片从左向右滑动时，滑动变阻器接入电阻增大，根据“串反并同”，可知，电容器两端电压减小，电阻与灯泡两端电压均增大，根据
，，
则可知，电容器上的电荷量变小，电阻消耗的功率变大，通过灯泡电流变大，灯泡变亮，AC错误，B正确；
D．滑动变阻器的滑片从左向右滑动时，滑动变阻器接入电阻增大，根据“串反并同”，可知，电阻两端的电压减小，两端的电压增大，则两端的电压增大，由于
则有
其中为正值，为负值，为正值，可知两端的电压变化量的绝对值小于两端的电压变化量的绝对值。D错误。
故选B。
6．C
【详解】A．根据闭合电路欧姆定律得
所以U-I图线的纵截距为电源电动势，则
图线斜率的绝对值为电源内阻，则
若C、D间连一电容器，根据闭合电路欧姆定律得
电容器两极板间的电压为
所以电容器所带电荷量为
故A错误；
B．电源的效率为
由此可知，电源效率随当外电路电阻增大而增大，若C、D间用一导线连接，外电路电阻不是最大，即电源效率不是最高，故B错误；
C．若C、D间连一个理想电流表，根据闭合电路欧姆定律得
解得
故C正确；
D．若C、D间连一个理想电压表，根据闭合电路欧姆定律得
解得
故D错误。
故选C。
7．B
【详解】用欧姆表测量电阻，指针指在表盘中央附近时测量结果比较准确。当电流最大时，有
其中R内为欧姆表的内阻，可得
用它测量电阻Rx，当指针指在表盘中央时，有
解得
故能准确测量的阻值范围是5kΩ附近。
故选B。
8．BD
【详解】AB．当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时，R2变大，外电路总电阻变大，由闭合电路欧姆定律可知，总电流I变小，路端电压U变大，R1的电压
减小，R2的电压
增大，故A错误，B正确；
C．电压表V2的示数与电流表A示数之比为电阻R2的阻值，R2变大，故C错误；
D．电压表V的示数与电流表A示数之比为外电路总电阻，外电路总电阻变大，故D正确。
故选BD。
9．AD
【详解】AB．根据闭合电路欧姆定律
由图知电源电动势为2V，电源内阻为1Ω，故A正确，B错误；
C．开关闭合瞬间，电动机当纯电阻处理，并联部分总电阻为
电流表示数为
故C错误；
D．电动机正常工作时电流表示数为0.6A，则路端电压
干路电流为
流过电动机的电流为
电动机效率
故D正确。
故选AD。
10．AD
【详解】C．电源的发热功率
可知其对应的图线是c，C错误；
D．电源总功率
可知其对应的图线是a，结合图像可知，电源电动势
A正确；
B．电源的输出功率
可知其对应的图线是b，代入坐标值（1A，2W），解得
B错误；
D．当电流为时，根据闭合电路欧姆定律有
D正确。
故选AD。
11．BC
【详解】A．由闭合电路欧姆定律可知，当滑动变阻器的触头向下滑动时，接入电路的电阻变大，则总电阻R总变大，总电流I减小，又因为电源的功率
P=EI
则电源的功率变小，故A错误；
B．因总电流I减小，则内电压减小，路端电压U增大，而R1分压U1减小，所以电容器上的电压增大，由Q=CU知，Q变大，故B正确；
C．因总电流I减小，电源内部消耗功率为
P内=I2r
即电源内部消耗的功率变小，故C正确；
D．将电阻R1看成电源的内阻，因R与R1+r的大小未知，则等效电源的输出功率如何变化不能确定，则R上消耗的功率无法确定，故D错误。
故选BC。
12．CD
【详解】A．滑片P由b端向a端滑动，滑动变阻器接入电路的阻值R增大，则电路总电阻R总增大，总电流I总减小，定值电阻R1两端电压
减小，则电压表V示数变小， 故A错误；
BC．定值电阻R2与R3组成的串联电路两端的电压
因I总减小，所以U23增大，又
故I23增大，电流表A的示数
由于I总减小、I23增大，所以电流表示数变小，故B错误，C正确；
D．由于通过R3的电流增大，则R3消耗的功率
增大，故D正确。
故选CD。
13．（1）8Ω；（2）4V，1Ω
【详解】（1）R2断路前，R2与R3串联、然后与R1并联，则有
R2断路后，电源只对R1供电，则有
联立解得
，
（2）根据闭合电路欧姆定律可得
联立解得
，
14．1.5Ω；6W
【详解】根据公式
根据闭合电路欧姆定律
由此可得
根据数学知识得，当，即时，电阻箱R消耗的功率最大
15．（1）20V，；（2）
【详解】（1）将乙图中线延长，交纵轴于处，由闭合电路欧姆定律知
所以电源的电动势为
图像斜率表示内阻，即
（2）当P滑到的右端时，电路参数对应乙图中的B点，只有电阻接入电路，由图乙所示图像可知
则定值电阻的阻值为
知识梳理
考点归纳
巩固练习
参考答案
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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