专题03 电功与电热 闭合电路欧姆定律（期中复习课件）高二物理上学期人教版

高二物理上学期期中复习 考点大串讲 专题03 电功与电热 闭合电路欧姆定律 人教版 01 期中考情透视 复习目标锚定 知识体系构建 02 03 目 录CONTENTES 核心考点精讲 04 重难题型突破 05 限时分层演练 06 2 PART 01 期中考情透视 期中考情透视 本专题核心考点覆盖电功、电功率、焦耳定律，纯电阻与非纯电阻电路辨析，电源电动势与内阻、闭合电路欧姆定律，电源功率与输出功率规律、电路动态分析、测定电源电动势和内阻实验、电路中的能量转化与守恒；命题上常结合生活真实素材设置情境，比如以手机充电宝充放电、电动机工作、家用电热器、水果电池、汽车车灯电路这些日常场景为载体；常考题型集中在电功电热概念辨析、纯电阻与非纯电阻电路计算、闭合电路动态分析、电源 U-I 图像解读、电源输出功率规律、测定电源电动势和内阻实验操作与误差分析、电路能量守恒综合计算等，既有基础概念选择题，也有分值较高的实验题与电路能量综合计算题，是期中考试重点考查、区分度高的核心压轴板块。 4 PART 02 复习目标锚定 复习目标锚定 准确复述电功、电功率、焦耳定律的定义与公式，牢记电源电动势、内阻的物理意义，熟记闭合电路欧姆定律表达式，能列举纯电阻、非纯电阻电路典型实例。 识记 理解 应用 精准辨析易混概念边界，如电功与电热的区别、电源电动势与路端电压的差异，理清电源各类功率（总功率、输出功率、损耗功率）的从属逻辑，理解能量守恒在电路中的转化本质。 能结合电动机、充电宝充放电、家用电热设备等生活情境区分电路类型，自主梳理闭合电路动态分析的完整推理路径，利用电路规律与能量守恒求解功率问题，独立完成测电源电动势和内阻实验的数据处理、图像分析与误差讨论。 6 PART 03 知识体系构建 知识体系构建 8 PART 04 核心要点精讲 考点一 电动势 考点二 闭合电路的欧姆定律 考点三 闭合电路的功率和效率 考点四 闭合电路的动态分析 考点五 含电容器电路 考点六 故障分析 考点七 测电源的电动势和内阻 核心要点精讲 考点一 电动势 1.电动势：在电源内部，非静电力把正电荷从负极移送到正极____________与________________的比值。 2.定义式：E＝_______。单位：____________。 3.物理意义：反映电源__________做功本领大小的物理量。 4.决定因素：由电源中________________决定，跟电源的体积______，跟外电路______。 所做的功W 被移送电荷量q 伏特(V) 非静电力 非静电力的特性 无关 无关 10 核心要点精讲 考点二 闭合电路的欧姆定律 1.内容：在外电路为________的闭合电路中，电流的大小跟电源的电动势成______，跟内、外电路的电阻之和成______。 纯电阻 正比 反比 3.适用条件：________为纯电阻电路。 外电路 11 核心要点精讲 考点二 闭合电路的欧姆定律 4.路端电压与电流的关系 (1)公式：U＝__________。 (2)U－I图像：如图所示，该直线与纵轴交点的纵坐标表示________，斜率的绝对值表示电源的______。 E－Ir 电动势 内阻 12 核心要点精讲 考点二 闭合电路的欧姆定律 5.路端电压随外电阻的变化规律 I减小 增大 0 E 路端电压 电动势 增大 减小 0 13 核心要点精讲 考点三 闭合电路的功率和效率 1.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。 2.对于纯电阻电路，电源的输出功率 14 核心要点精讲 考点三 闭合电路的功率和效率 3.电源的效率 15 核心要点精讲 考点四 闭合电路的动态分析 1.程序法 16 核心要点精讲 考点四 闭合电路的动态分析 2.结论法——“并同串反” “并同”：是指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。 “串反”：是指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大。 17 核心要点精讲 考点五 含电容器电路 1.电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，此支路相当于断路，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。 2.当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极板间的电压与其并联电阻两端的电压相等。 3.电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充(放)电。如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。 18 核心要点精讲 考点六 故障分析 1．电路故障一般是短路或断路，其特点如下： (1)短路状态的特点：有电流通过电路而两端电压为零。 (2)断路状态的特点：电源路端电压不为零而电流为零。 19 核心要点精讲 考点六 故障分析 2．利用电流表、电压表判断电路故障的方法 常见故障 故障解读 原因分析 正常 无示数 “电流表示数正常”表明电流表所在电路为通路，“电压表无示数”表明无电流通过电压表 故障原因可能是： a．电压表损坏； b．电压表接触不良； c．与电压表并联的用电器短路 正常 无示数 “电压表有示数”表明电压表有电流通过，“电流表无示数”说明没有或几乎没有电流流过电流表 故障原因可能是： a．电流表短路； b．和电压表并联的用电器断路 均无示数 “两表均无示数”表明无电流通过两表 除了两表同时被短路外，可能是干路断路导致无电流 20 核心要点精讲 考点七 测电源的电动势和内阻 (一)伏安法 1.实验电路图 2.数据分析 (1)计算法：由、可解得、 .可以 利用、的值多求几组、 的值，算出它们的平均值. 21 核心要点精讲 考点七 测电源的电动势和内阻 (一)伏安法 ②将图线两侧延长，纵轴截距是断路时的路端电压，这时的电压 等于电源电 动势；横轴截距是路端电压 时的电流， 它的数值就是短路电流，为 . (2)作图法： ①以为纵坐标，为横坐标，建立平面直角坐标系，根据几组、 的测量数据， 在坐标系中描点，作 图像，如图所示. ③图线斜率的绝对值为电源的内阻，即 . 22 核心要点精讲 考点七 测电源的电动势和内阻 (一)伏安法 (2)系统误差：主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值 比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些. 越大，电流表的读数与总电流的 偏差就越大，将测量结果与真实情况在 坐标系中 表示出来，如图所示，可见， . (1)偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作 图像时描点不准确. 3.误差分析 23 核心要点精讲 考点七 测电源的电动势和内阻 (一)伏安法 4.电路的选择 伏安法测电动势和内阻还有另外一种接法如图乙所示，此种接法的系统误差来自电流表分压，(E测＝E真，r测＝r真＋RA)由于电流表内阻和干电池电源的内阻接近，误差较大，所以一般选择误差较小的甲电路图。若已知RA，乙图的接法可求出r真＝r测－RA，无系统误差，故此种情况应优先选择乙电路图。 24 核心要点精讲 考点七 测电源的电动势和内阻 (二)安阻法 1.安阻法：由E＝IR＋Ir可知，只要能得到I、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表，电路图如图所示。 25 核心要点精讲 考点七 测电源的电动势和内阻 (二)安阻法 2.数据处理方法 26 核心要点精讲 考点七 测电源的电动势和内阻 (三)伏阻法 1.伏阻法： 27 核心要点精讲 考点七 测电源的电动势和内阻 (三)伏阻法 2.数据处理方法 28 PART 05 重难题型突破 题型一 纯电阻的电功与电热 题型二 非纯电阻的电功与电热 题型三 闭合电路的U-I图像 题型四 闭合电路的功率问题 题型五 闭合电路的动态分析 题型六 含容电路 题型七 故障分析 题型八 测量电源电动势和内阻 【例1】如下图所示，A、B两灯泡额定电压都为110V，额定功率、，接在电压恒为220V电路上，欲使两灯泡均正常发光，且整个电路消耗的电功率最小，则下面四种电路连接方式中满足要求的是（　　） 重难题型突破 题型一 纯电阻的电功与电热 C 30 重难题型突破 题型一 纯电阻的电功与电热 A 【变式1】在图甲、乙所示的电路中，所接电源电压均为U，a、c、e、g四个灯泡的规格均为“220V 40W”，b、d、f、h四个灯泡的规格均为“220V 100W”，各个灯泡的实际消耗功率分别为、、、、、、、，且都没有超过自身的额定功率。这八个灯泡实际消耗功率的大小关系为（    ） A．， B．， C．， D．， 31 重难题型突破 题型二 非纯电阻的电功与电热 D 【例2】电阻R和电动机M串联接到电路中，如图所示，已知电阻R跟电动机M线圈的电阻相同。开关闭合后，电动机M正常工作，设电阻R和电动机M两端的电压分别为和；经过时间t，电流通过电阻R做功为，产生的热量为；电流通过电动机M做功为，产生的热量为，则有（      ） A． B． C． D． 32 【变式2】如图所示的电路中，电源电动势E=10V，内阻r=1Ω，电动机的电阻 R0=1Ω，定值电阻 R1=1.5Ω。电动机正常工作时，理想电压表的示数U1=3.0V。下列说法正确的是（      ） A．通过电动机的电流为3A B．电动机内阻损耗的功率为2W C．电动机的输出功率为4W D．电源的效率为80% 重难题型突破 题型二 非纯电阻的电功与电热 D 33 重难题型突破 题型三 闭合电路的U-I图像 B 【例3】在如图所示的图像中，直线Ⅰ为某电源路端电压与电流的关系图线，直线Ⅱ为某一电阻的图线。用该电源与电阻连接成闭合电路，由图像可知（     ） A．的阻值为 B．电源的内部热功率为1.5W C．改变R的阻值大小，可以使电源的输出功率达到2W D．电源的效率为60% 34 重难题型突破 题型三 闭合电路的U-I图像 C 【变式3】如图所示的图像中，曲线a为某灯泡两端的电压U随电流I变化的图线，直线b为某电源的路端电压U与电流I的关系图线，两图线相交于P点。现将该灯泡接在该电源两端，下列说法正确的是（     ） A．电源的电动势为6V，内阻为3Ω B．电源的总功率为4W C．电源内部消耗的功率为8W D．灯泡功率与电源总功率的比值为 35 重难题型突破 题型四 闭合电路的功率问题 D 【例4】一电源与电阻箱R、定值电阻R0连接成闭合回路，如图甲所示。已知，测得电阻箱消耗功率P与其两端电压U的关系如图乙所示。下列说法正确的是（     ） A．电阻箱消耗功率P最大时，路端电压为4 V B．电源电动势E=5.25 V C．定值电阻R0消耗功率最大时，电阻箱R=2.0Ω D．电源内阻r=0.5Ω 36 【变式4】电动势为E、内阻为r的电源与电阻箱Rx、阻值为2r的定值电阻R连接成如图所示的电路，闭合开关S，调节电阻箱Rx，下列说法正确的是（     ） A．当Rx=r时，电源的输出功率最大，最大值为 B．当Rx=0时，电源内阻消耗的电功率最大，最大值为 C．随电阻箱Rx阻值的增大，电源的效率先增大后减小 D．当Rx=2r时，电阻箱消耗的功率最大，最大值为 重难题型突破 题型四 闭合电路的功率问题 B 37 【例5】某学校创建绿色校园，新装了一批节能灯，如图甲所示，该路灯通过光控开关实现自动控制；电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。图乙为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，RL为光敏电阻（光照强度增加时，其电阻值减小）。现减小光照强度，则下列判断正确的是（　　） A．电源的效率降低 B．R0两端电压增大 C．A灯和B灯都变亮 D．电源内部发热的功率增大 重难题型突破 题型五 闭合电路的动态分析 C 38 重难题型突破 题型五 闭合电路的动态分析 D 【变式5】如图，电源内阻不可忽略，电表均为理想电表，其中电流表、、示数变化量的绝对值分别用、、表示，电压表示数变化量的绝对值用表示，则（     ） A．若断路，则电压表示数变小，电流表示数变大 B．滑动变阻器的滑片向端移动，电压表示数变小 C．滑动变阻器的滑片向端移动，变大 D．滑动变阻器的滑片向端移动， 39 重难题型突破 题型六 含容电路 A 【例6】如图所示电路中，当滑动变阻器的滑动片向下移动时，下列判断中正确的是（　　） A．电容器C电量减小 B．灯泡A变亮 C．通过电流变小 D．电源的总功率变小 40 【变式6】如图所示电路中，电源电动势E＝10V，内电阻不计，电阻R1＝14Ω，R2＝6Ω，R3＝2Ω，R4＝8Ω，R5＝10Ω，则电容器两板间电压大小是（     ） A．3V B．4V C．5V D．6V 重难题型突破 题型六 含容电路 C 41 【例7】如图所示，电源电动势为6V，当开关S接通时，灯泡L1和L2都不亮，用电压表测得各部分电压是Ucd6V，Uab6V，由此可判定（　　） A．L2的灯丝断了 B．L1的灯丝断了 C．L1和L2的灯丝都断了 D．变阻器R短路 重难题型突破 题型七 故障分析 A 42 【变式7】如图所示，闭合开关后，电路中灯泡A、B均正常发光。忽然灯泡B比原来变暗了些，而灯泡A比原来变亮了些。电路中出现的故障可能是（      ） A．R2发生断路 B．R3发生断路 C．R2发生短路 D．R1、R3同时发生断路 重难题型突破 题型七 故障分析 A 43 【例8】三元锂电池具有较高的能量密度，目前广泛应用于我国的新能源汽车。三元锂电池电动势和内阻与带电量和温度有关。某同学利用以下器材测量某单体三元锂电池在时的电动势和内阻。 A．三元锂电池（电动势约为，内阻为几十毫欧） B．电压计V（，内阻未知） C．电流表A（，内阻未知） D．滑动变阻器（最大阻值为） E．定值电阻 F．开关、导线若干 根据提供的器材，设计电路如图甲所示。 重难题型突破 题型八 测量电源电动势和内阻 44 重难题型突破 题型八 测量电源电动势和内阻 (1)闭合开关，调节滑动变阻器滑片，多次记录电压表的示数、电流表的示数，作出图线，如图乙所示，该三元锂电池的电动势，内阻__________mΩ_（结果保留两位有效数字）。 (2)利用图甲进行测量，不考虑偶然误差，该三元锂电池的电动势测量值___________（选填“大于”“小于”）其真实值。 45 重难题型突破 题型八 测量电源电动势和内阻 【答案】(1)50(2)小于 【详解】（1）根据闭合电路欧姆定律有整理得 由图乙可知图像的斜率的绝对值代入解得 （2）考虑到电压表的分流作用，根据闭合电路欧姆定律有整理得所以图像的截距故即利用题图甲进行测量，三元锂电池的电动势测量值小于实际值。 46 重难题型突破 题型八 测量电源电动势和内阻 【变式8】小明为测量某种干电池的电动势和内阻，用如图甲所示的电路进行实验，器材如下： 电流表（量程为）；定值电阻（阻值为）；电阻箱（最大阻值为）；开关，导线若干。 (1)闭合开关，多次改变并记录电阻箱的阻值，记下电流表的对应读数。某次电阻箱的示数如图乙所示，读出电阻箱的阻值为___________Ω。 (2)根据实验数据，绘制出图像，如图丙所示，不考虑电流表内阻，根据图像可求得电源电动势___________V，内阻___________Ω。（结果均保留2位有效数字） (3)若电流表的内阻不能忽略，用该方法测得的电源电动势___________（填“偏大”“偏小”或“不变”）、电源内阻___________（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 47 重难题型突破 题型八 测量电源电动势和内阻 【答案】(1)12.3 (2) 4.2 2.7 (3) 不变 偏大 【详解】（1）由图像可知，电阻箱的阻值为 （2）[1][2]根据闭合电路欧姆定律可得可得由图丙可知 ，解得 （3）根据（2）的表达式可知电源电动势测量值等于真实值，电源内阻的测量值为其真实值与电流表内阻之和，所以偏大。 48 PART 06 限时分层演练 基础固本练 D 1．图甲为某电源的图线，图乙为某小灯泡的图线，则下列说法正确的是（     ） A．电源的内阻为 B．电源电动势为1V C．此电源的短路电流为0.3A D．把电源和小灯泡组成闭合回路，电路的总功率约为 50 基础固本练 C 2．某数据研究中心对新能源汽车内的直流蓄电池进行测试，如图甲所示。测试过程中直流电源的输出功率P与总电流I的关系图像如图乙所示，下列说法正确的是（     ） A．该蓄电池的电动势为 B．该蓄电池的内阻为 C．该蓄电池的短路电流为 D．该蓄电池的断路电压为 51 3．如图所示，用充电宝为一手机电池充电。已知充电宝的输出电压，输出电流，手机电池的内阻为，若、均恒定不变，充电一段时间，则（　　） A．手机电池充电效率为 B．手机电池产生的焦耳热为 C．充电宝输出的电功率为 D．充电宝的电能转化为手机电池的化学能为 基础固本练 A 52 4．如图所示，电路中E、r为电源的电动势和内电阻，、、为定值电阻，电压表和电流表均为理想电表，开关闭合时，平行金属板中一带电小液滴P处于静止状态，当滑动变阻器的滑片向b端移动后，下列说法中正确的是（　　） A．油滴带正电，将向下运动 B．电压表示数变大，电流表示数变小 C．电源的效率变大，输出功率变小 D．若电压表、电流表的示数变化量分别为∆U和∆I，则 基础固本练 D 53 5．在如图所示的电路中，已知电容C=2μF，电源电动势E=12V，内电阻不计，若R1=2Ω、R2=4Ω、R3=12Ω、R4=6Ω，则闭合开关S后，电容器极板a上所带的电荷量为（　　） A．-8×10-6C B．4×10-6C C．-4×10-6C D．8×10-6C 基础固本练 D 54 综合进阶练 AC 6．(多选)如图为一块手机电池的背面所示信息，下列说法正确的是（　　） A．该电池放电时能输出的总电荷量为 B．把该电池和其它电阻组合成闭合回路电池两端的电压为 C．若电池以的电流工作，可用 D．若两块电池串联使用电动势仍为 55 7．(多选)智能机器人可以服务人类生活。如图甲所示为一款新型送餐机器人，其内部电路可简化为如题图乙所示电路。直流电动机额定电压为U，额定电流为I，电动机的线圈电阻为R，将它接在电动势为E、内阻为r的直流电源两极间，电动机恰好能正常工作。下列说法正确的是（      ） A．电动机的线圈电阻 B．电动机消耗的热功率为 C．电动机消耗的总功率为 D．电机突然卡死时，电机的总功率为 综合进阶练 BC 56 综合进阶练 BD 8．(多选)某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标系中，如图所示。以下判断正确的是（      ） A．电源的最大输出功率Pm=9 W B．电源的电动势E=3 V，内电阻r=1 Ω C．在a、b、c三条图线上分别取横坐标相同的A、B、C三点，这三点的纵坐标不一定满足关系PA=PB+PC D．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∶4 57 9．(多选)如图，一电动自行车动力电源上的铭牌标有“48 V，12 Ah”字样。它正常工作时电源输出电压为40 V，额定输出功率240 W。由于电动机发热造成损耗，电动机的效率为80%，不考虑其他部件的摩擦损耗。已知人与车的总质量为76.8 kg，自行车运动时受到的阻力恒为38.4 N，自行车保持额定功率从静止开始启动加速到最大速度所前进的距离为10 m，下列正确的是（      ） A．额定工作电流为5 A，电源内阻为1.6 Ω B．自行车电动机的内阻为5 Ω C．自行车加速的时间为7 s D．自行车保持额定功率匀速行驶的最长时间约为2 h 综合进阶练 CD 58 综合进阶练 10．为了测量由两节干电池组成的电池组的电动势和内电阻，某同学设计了如图甲所示的实验电路，其中R为电阻箱，为保护电阻。 (1)断开开关S，调整电阻箱的阻值，再闭合开关S，读取并记录电压表的示数及电阻箱接入电路的阻值。多次重复上述操作，可得到多组电压值U及电阻值R，并以为纵坐标，以为横坐标，画出的关系图线（该图线为一直线），如图乙所示。由图线可求得电池组的电动势_______V，内阻_______Ω。（保留2位有效数字） (2)实验中测得的电动势比真实值偏_______（填“大”或“小”），引起该实验系统误差的主要原因是______________。 59 综合进阶练 【答案】(1) 2.9 1.2 (2) 小 电压表的分流 【详解】（1）[1][2]根据闭合电路欧姆定律得变换得 因此图像的纵轴截距得图乙中直线的斜率 解得 （2）[1][2]本实验中电压表并非理想电表，存在分流：推导公式时默认流过R的电流就是电路总电流，但实际总电流是电阻箱的电流与电压表的电流之和。 当考虑电压表内阻Rv时，等效的外电路是R与Rv并联，因此测量值小于真实值，误差来源为电压表的分流作用。 60 2.表达式：I＝eq \f(E,R＋r)。 (1) 当外电阻R增大时，由I＝eq \f(E,R＋r)可知电流________，路端电压U＝E－Ir______，当R增大到无限大(断路)时，I＝_____， U＝_____，即外电路断路时的_____________等于电源__________。 (2) 当外电阻R减小时，由I＝eq \f(E,R＋r)可知电流I______，路端电压U＝E－Ir______，当R减小到零(短路)时，I＝eq \f(E,r)，U＝_____。 P出＝I2R＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(E,R＋r))) eq \s\up12(2)R＝eq \f(E2,\f(（R－r）2,R)＋4r)，当R＝r时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为Pm＝eq \f(E2,4r)。电源输出功率随外电阻变化而变化的曲线如图所示。 指电源的输出功率与电源的总功率之比， 即η＝eq \f(P出,P总)×100%＝eq \f(IU,IE)×100%＝eq \f(U,E)×100%。 对于纯电阻电路，电源的效率η＝eq \f(I2R,I2（R＋r）)×100%＝eq \f(R,R＋r)×100%＝eq \f(1,1＋\f(r,R))×100%，所以当R增大时，效率η提高。当R＝r(电源有最大输出功率)时效率仅为50%，效率并不高。 (1)分析电路，明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象； (2)由局部电阻变化判断总电阻的变化； (3)由I＝eq \f(E,R＋r)判断总电流的变化； (4)据U＝E－Ir判断路端电压的变化； (5)由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分电路的电压及电流的变化。 (1)计算法：由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(E＝I1R1＋I1r,E＝I2R2＋I2r))，解方程组求得E，r。 (2)图像法：由E＝I(R＋r)得eq \f(1,I)＝eq \f(1,E)R＋eq \f(r,E)， eq \f(1,I)－R图像的斜率k＝eq \f(1,E)，纵轴截距为eq \f(r,E)(如图甲) 又R＝E·eq \f(1,I)－r， R－eq \f(1,I)图像的斜率k＝E，纵轴截距为－r(如图乙)。 由E＝U＋eq \f(U,R)r知，如果能得到U、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表，电路图如图所示。 (1)计算法：由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋\f(U1,R1)r,E＝U2＋\f(U2,R2)r))解方程组可求得E和r。 (2)图像法：由E＝U＋eq \f(U,R)r，得eq \f(1,U)＝eq \f(1,E)＋eq \f(r,E)·eq \f(1,R)。 故eq \f(1,U)－eq \f(1,R)图像的斜率k＝eq \f(r,E)，纵轴截距为eq \f(1,E)，如图所示，由图像的斜率和截距求解。 $