一、串、并聯(lián)電路的規(guī)律
二、電源的電動勢和內(nèi)阻
1.電源
電源是把負(fù)電荷從正極搬到負(fù)極的一種裝置;從能的轉(zhuǎn)化角度看,電源是把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置.
2.電動勢
(1)定義:電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把1 C的正電荷在電源內(nèi)從負(fù)極移送到正極所做的功.
(2)表達(dá)式:E=eq \f(W非,q).
(3)物理意義:反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能的本領(lǐng)大小的物理量.
3.內(nèi)阻
電源內(nèi)部也是由導(dǎo)體組成的,也有電阻,叫作電源的內(nèi)阻,它是電源的另一重要參數(shù).
三、閉合電路的歐姆定律
1.內(nèi)容:閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比.
2.公式eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(I=\f(E,R+r)?只適用于純電阻電路?;,E=U外+U內(nèi)?適用于任何電路?.))
3.路端電壓U與電流I的關(guān)系
(1)關(guān)系式:U=E-Ir.
(2)U-I圖像如圖所示.
①當(dāng)電路斷路即I=0時,縱坐標(biāo)的截距為電源電動勢.
②當(dāng)外電路電壓為U=0時,橫坐標(biāo)的截距為短路電流.
③圖線斜率的絕對值為電源的內(nèi)阻.
1.思維辨析
(1)電動勢的大小反映了電源把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的本領(lǐng)強弱.( )
(2)電動勢由電源中非靜電力的特性決定,與電源的體積無關(guān),與外電路無關(guān).( )
(3)電路中某電阻增大,該電阻的功率一定增大.( )
(4)閉合電路中外電阻越大,路端電壓越大.( )
(5)在閉合電路中,外電阻越大,電源的輸出功率越大.( )
2.(多選)在如圖所示的U-I圖像中,直線Ⅰ為某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線,直線Ⅱ為某一電阻R的U-I圖線.用該電源直接與電阻R相連組成閉合電路,由圖像可知( )
A.電源的電動勢為3 V,內(nèi)阻為0.5 Ω
B.電阻R的阻值為1 Ω
C.電源的輸出功率為4 W
D.電源的效率為50%
3.(2019·江蘇卷)如圖所示的電路中,電阻R=2 Ω.斷開S后,電壓表的讀數(shù)為3 V;閉合S后,電壓表的讀數(shù)為2 V,則電源的內(nèi)阻r為( )
A.1 Ω B.2 Ω
C.3 Ω D.4 Ω
考點 閉合電路的分析與計算
1.電路動態(tài)分析的常用方法
(1)程序判斷法:遵循“局部→整體→局部”的思路,按以下步驟分析:
(2)“串反并同”法:所謂“串反”,即某一電阻增大(減小)時,與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小(增大);所謂“并同”,即某一電阻增大(減小)時,與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大(減小).
(3)極限法:因滑動變阻器的滑片滑動引起電路變化的問題,可將滑動變阻器的滑片分別滑至兩個極端,讓電阻最大或電阻為零,然后再討論有關(guān)問題.
(4)特殊值法:對有些復(fù)雜難以直接判斷的問題,可采用特殊值代入幫助分析.
2.電路動態(tài)分析的一般步驟
(1)弄清局部電路變化所引起的局部電路電阻的變化.
(2)根據(jù)局部電路電阻的變化,確定整個電路的外電阻如何變化.
(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律I總=eq \f(E,R外總+r),確定電路總電流如何變化.
(4)由U內(nèi)=I總r確定電源內(nèi)電壓如何變化.
(5)由U=E-U內(nèi)確定路端電壓如何變化.
(6)確定支路兩端的電壓及通過各支路的電流如何變化.
典例1 如圖所示電路,電源內(nèi)阻不可忽略.開關(guān)S閉合后,在變阻器R0的滑動端向下滑動的過程中( )
A.電壓表與電流表的示數(shù)都減小
B.電壓表與電流表的示數(shù)都增大
C.電壓表的示數(shù)增大,電流表的示數(shù)減小
D.電壓表的示數(shù)減小,電流表的示數(shù)增大
1.[閉合電路的動態(tài)分析](多選)在如圖所示的電路中,閉合開關(guān)S,當(dāng)滑動變阻器的滑片P向下滑動時,四個理想電表的示數(shù)都發(fā)生變化,電表的示數(shù)分別用I、U1、U2和U3表示,電表示數(shù)變化量的大小分別用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示.下列判斷正確的是( )
A.eq \f(U1,I)不變,eq \f(ΔU1,ΔI)不變
B.eq \f(U2,I)變大,eq \f(ΔU2,ΔI)變大
C.eq \f(U2,I)變大,eq \f(ΔU2,ΔI)不變
D.eq \f(U3,I)變大,eq \f(ΔU3,ΔI)不變
2.[含容電路的分析與計算]如圖所示,電源電動勢E=6 V,內(nèi)阻r=1 Ω,R0=3 Ω,R1=7.5 Ω,R2=3 Ω,R3=2 Ω,電容器的電容C=2 μF.開始時開關(guān)S處于閉合狀態(tài),則下列說法正確的是( )
A.開關(guān)S閉合時,電容器上極板帶正電
B.開關(guān)S閉合時,電容器兩極板間電勢差是3 V
C.將開關(guān)S斷開,穩(wěn)定后電容器極板所帶的電荷量是3.6×10-6 C
D.將開關(guān)S斷開至電路穩(wěn)定的過程中通過R0的電荷量是9.6×10-6 C
考點 電源的功率和效率
1.電源的功率和效率
2.等效電源
把含有電源、電阻的部分電路等效為新的“電源”,其“電動勢”“內(nèi)阻”如下:
(1)兩點間斷路時的電壓等效為電動勢E′.
(2)兩點短路時的電流為等效短路電流I′短,等效內(nèi)電阻r′=eq \f(E′,I′短).
常見電路等效電源如下:

典例2 某一電路圖如圖甲所示,圖乙中圖線是電路中的電源的路端電壓隨電流變化的關(guān)系圖像,滑動變阻器的最大阻值為15 Ω,定值電阻R0=3 Ω.求:
(1)當(dāng)R為何值時,R消耗的功率最大?最大值為多少?
(2)當(dāng)R為何值時,電源的輸出功率最大?最大值為多少?
1.[電源的輸出功率與效率的計算]如圖所示為某閉合電路電源的輸出功率隨電流變化的圖像,由此圖像可以判斷 ( )
A.電源的內(nèi)阻消耗的功率最大為9 W
B.電源的效率最大為50%
C.輸出功率最大時,外電路的總電阻為4 Ω
D.電源的電動勢為12 V
2.[閉合電路的分析與計算]如圖所示,電源電動勢E=12 V,內(nèi)阻r=3 Ω,甲圖中R0=1 Ω,乙圖中額定輸出功率P0=2 W的直流電動機線圈內(nèi)阻R′0=1 Ω.當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值為R1時,可使甲電路輸出功率最大;調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值為R2時,可使乙電路輸出功率最大,且此時電動機剛好正常工作.則( )
A.R1=0 B.R1=1.5 Ω
C.R2=1.5 Ω D.R2=2 Ω
考點 兩類U-I圖像的比較及應(yīng)用

典例3 (2024·北京通州區(qū)統(tǒng)考)圖甲為某電源的U-I圖線,圖乙為某元件的U-I圖線,下列說法中正確的是( )
A.該電源的內(nèi)阻為5.0 Ω
B.該元件的電阻隨著其兩端電壓的增大而減小
C.當(dāng)該元件兩端的電壓為0.75 V時,它的電阻約為2.5 Ω
D.讓電源和該元件組成閉合回路,該元件的功率約為0.3 W
1.[電路功率的比較]如圖甲、乙所示小燈泡的規(guī)格都相同,兩個電路的電池也相同.乙圖中每個小燈泡的亮度都明顯比甲圖中一個小燈泡暗,忽略溫度對燈絲電阻的影響.關(guān)于甲、乙兩個電路的比較,下列說法正確的是( )
A.甲圖中的路端電壓大
B.甲圖中的干路電流大
C.甲圖中電源的總功率大
D.甲圖中電源的效率低
2.[兩類U-I圖像的應(yīng)用]在如圖所示的U-I圖像中,直線a為某電源的路端電壓與電流的關(guān)系,直線b為某電阻R兩端的電壓與電流的關(guān)系.現(xiàn)用該電源直接與電阻R連接成閉合電路,由圖可知 ( )
A.該電阻的阻值為2.0 Ω
B.該電源的電動勢為6.0 V,內(nèi)阻為0.5 Ω
C.該電源的路端電壓為4.0 V,輸出功率為4.0 W
D.用比R電阻大的電阻與該電源組成閉合回路,電源的輸出功率可能增大
答案及解析
1.思維辨析
(1)電動勢的大小反映了電源把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的本領(lǐng)強弱.(×)
(2)電動勢由電源中非靜電力的特性決定,與電源的體積無關(guān),與外電路無關(guān).(√)
(3)電路中某電阻增大,該電阻的功率一定增大.(×)
(4)閉合電路中外電阻越大,路端電壓越大.(√)
(5)在閉合電路中,外電阻越大,電源的輸出功率越大.(×)
2.(多選)在如圖所示的U-I圖像中,直線Ⅰ為某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線,直線Ⅱ為某一電阻R的U-I圖線.用該電源直接與電阻R相連組成閉合電路,由圖像可知( )
A.電源的電動勢為3 V,內(nèi)阻為0.5 Ω
B.電阻R的阻值為1 Ω
C.電源的輸出功率為4 W
D.電源的效率為50%
答案:ABC
3.(2019·江蘇卷)如圖所示的電路中,電阻R=2 Ω.斷開S后,電壓表的讀數(shù)為3 V;閉合S后,電壓表的讀數(shù)為2 V,則電源的內(nèi)阻r為( )
A.1 Ω B.2 Ω
C.3 Ω D.4 Ω
解析:當(dāng)S斷開后,電壓表讀數(shù)為U=3 V,可認(rèn)為電動勢E=3 V,當(dāng)S閉合后,由閉合電路歐姆定律知E=U′+Ir,且I=eq \f(U′,R),整理得電源內(nèi)阻r=eq \f(?E-U′?R,U′)=1 Ω,選項A正確.
答案:A
考點 閉合電路的分析與計算
典例1 如圖所示電路,電源內(nèi)阻不可忽略.開關(guān)S閉合后,在變阻器R0的滑動端向下滑動的過程中( )
A.電壓表與電流表的示數(shù)都減小
B.電壓表與電流表的示數(shù)都增大
C.電壓表的示數(shù)增大,電流表的示數(shù)減小
D.電壓表的示數(shù)減小,電流表的示數(shù)增大
解析:解法一:程序判斷法.變阻器R0的滑動端向下滑動,R0接入電路的電阻變小,電路的總電阻變小,總電流變大,電源的內(nèi)電壓變大,外電壓變小,電壓表的示數(shù)變小,R1兩端的電壓變大,R2兩端的電壓變小,電流表的示數(shù)變小,A項正確.
解法二:“串反并同”法.變阻器R0的滑動端向下滑動,R0接入電路的電阻變小,因電壓表與電流表都與R0“間接并聯(lián)”,故由“串反并同”法知,電壓表與電流表的示數(shù)都減小,A項正確.故選A.
1.[閉合電路的動態(tài)分析](多選)在如圖所示的電路中,閉合開關(guān)S,當(dāng)滑動變阻器的滑片P向下滑動時,四個理想電表的示數(shù)都發(fā)生變化,電表的示數(shù)分別用I、U1、U2和U3表示,電表示數(shù)變化量的大小分別用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示.下列判斷正確的是( )
A.eq \f(U1,I)不變,eq \f(ΔU1,ΔI)不變
B.eq \f(U2,I)變大,eq \f(ΔU2,ΔI)變大
C.eq \f(U2,I)變大,eq \f(ΔU2,ΔI)不變
D.eq \f(U3,I)變大,eq \f(ΔU3,ΔI)不變
解析:因為eq \f(ΔU1,ΔI)=eq \f(U1,I)=R1,且R1不變,所以eq \f(U1,I)不變,eq \f(ΔU1,ΔI)不變;因為eq \f(U2,I)=R2,且R2變大,所以eq \f(U2,I)變大,但eq \f(ΔU2,ΔI)=eq \f(ΔI?R1+r?,ΔI)=R1+r,所以eq \f(ΔU2,ΔI)不變;因為eq \f(U3,I)=R2+R1,所以eq \f(U3,I)變大,又eq \f(ΔU3,ΔI)=eq \f(ΔIr,ΔI)=r,故eq \f(ΔU3,ΔI)不變.選項A、C、D正確.
答案:ACD
2.[含容電路的分析與計算]如圖所示,電源電動勢E=6 V,內(nèi)阻r=1 Ω,R0=3 Ω,R1=7.5 Ω,R2=3 Ω,R3=2 Ω,電容器的電容C=2 μF.開始時開關(guān)S處于閉合狀態(tài),則下列說法正確的是( )
A.開關(guān)S閉合時,電容器上極板帶正電
B.開關(guān)S閉合時,電容器兩極板間電勢差是3 V
C.將開關(guān)S斷開,穩(wěn)定后電容器極板所帶的電荷量是3.6×10-6 C
D.將開關(guān)S斷開至電路穩(wěn)定的過程中通過R0的電荷量是9.6×10-6 C
解析:開關(guān)S閉合時的等效電路圖如圖甲所示,電容器C兩端電壓等于R3兩端電壓U3,已知電路總電阻R=eq \f(?R2+R3?R1,R2+R3+R1)+r=4 Ω,由閉合電路歐姆定律可知干路電流I=eq \f(E,R)=1.5 A,路端電壓U=E-Ir=4.5 V,則U3=eq \f(R3,R2+R3)U=1.8 V,此時電容器所帶電荷量Q1=CU3=3.6×10-6 C,且上極板帶負(fù)電,下極板帶正電,故A、B錯誤.開關(guān)S斷開時的等效電路圖如圖乙所示,穩(wěn)定后電容器C兩端電壓等于R2兩端電壓U2,此時U2=eq \f(E,R2+R3+r)R2=3 V,電容器所帶電荷量Q2=CU2=6×10-6 C,且上極板帶正電,下極板帶負(fù)電,故通過R0的電荷量Q=Q1+Q2=9.6×10-6 C,故C錯誤,D正確.
答案:D
考點 電源的功率和效率
典例2 某一電路圖如圖甲所示,圖乙中圖線是電路中的電源的路端電壓隨電流變化的關(guān)系圖像,滑動變阻器的最大阻值為15 Ω,定值電阻R0=3 Ω.求:
(1)當(dāng)R為何值時,R消耗的功率最大?最大值為多少?
(2)當(dāng)R為何值時,電源的輸出功率最大?最大值為多少?
解析:(1)由題圖乙知電源的電動勢和內(nèi)阻分別為:分別為:E=20 V,r =eq \f(20-5,2)Ω=7.5Ω把R。等效為電源內(nèi)阻,當(dāng)R=r十R。=10.5R時,電源輸出功率最大,即R消耗功率最大,最大值為:
(2)當(dāng)r=R+R。,即R=4.5Q時,電源的輸出功率最大﹐最大值為:
=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(20,3+4.5+7.5)))2×(3+4.5) W≈13.3 W.
答案:(1)10.5 Ω 9.5 W (2)4.5 Ω 13.3 W
1.[電源的輸出功率與效率的計算]如圖所示為某閉合電路電源的輸出功率隨電流變化的圖像,由此圖像可以判斷 ( )
A.電源的內(nèi)阻消耗的功率最大為9 W
B.電源的效率最大為50%
C.輸出功率最大時,外電路的總電阻為4 Ω
D.電源的電動勢為12 V
解析:由題圖可知,當(dāng)電流為1.5 A時電源的輸出功率最大,這時內(nèi)阻消耗的功率等于輸出功率,為9 W,電源的效率為50%,這時電源的總功率為18 W,根據(jù)P=IE,可求得電源的電動勢為12 V,D項正確;由Pr=I2r可知,電源的內(nèi)阻為4 Ω,由于不確定外電路是不是純電阻電路,因此C項錯誤;隨著電流的增大,內(nèi)阻消耗功率增大,A項錯誤;隨著電流的減小,電源的效率增大,B項錯誤.
答案:D
2.[閉合電路的分析與計算]如圖所示,電源電動勢E=12 V,內(nèi)阻r=3 Ω,甲圖中R0=1 Ω,乙圖中額定輸出功率P0=2 W的直流電動機線圈內(nèi)阻R′0=1 Ω.當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值為R1時,可使甲電路輸出功率最大;調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值為R2時,可使乙電路輸出功率最大,且此時電動機剛好正常工作.則( )
A.R1=0 B.R1=1.5 Ω
C.R2=1.5 Ω D.R2=2 Ω
解析:對于題圖甲,當(dāng)電路的外電阻等于內(nèi)阻時電路的輸出功率最大,所以R1=r-R0=2 Ω;對于題圖乙,設(shè)電路中電流為I,則電源的輸出功率P輸出=EI-I2r,根據(jù)數(shù)學(xué)知識可知當(dāng)I=eq \f(E,2r)=2 A時,P輸出有最大值Pmax=12 W,由題意知此時電動機正常工作,設(shè)電動機兩端電壓為UM,有UMI=I2R′0+P0,解得UM=3 V,電源內(nèi)電壓U內(nèi)=Ir=6 V,R2兩端電壓U2=E-UM-U內(nèi)=3 V,所以R2=eq \f(U2,I)=1.5 Ω,故C正確,A、B、D錯誤.
答案:C
考點 兩類U-I圖像的比較及應(yīng)用
典例3 (2024·北京通州區(qū)統(tǒng)考)圖甲為某電源的U-I圖線,圖乙為某元件的U-I圖線,下列說法中正確的是( )
A.該電源的內(nèi)阻為5.0 Ω
B.該元件的電阻隨著其兩端電壓的增大而減小
C.當(dāng)該元件兩端的電壓為0.75 V時,它的電阻約為2.5 Ω
D.讓電源和該元件組成閉合回路,該元件的功率約為0.3 W
解析:根據(jù)U=E-Ir可知題圖甲中圖線縱截距是電源電動勢,所以電源電動勢為E=1.5 V,根據(jù)圖像可知內(nèi)阻為圖像斜率的絕對值,則該電源的內(nèi)阻為r=eq \f(1.5-1.0,0.3) Ω=eq \f(5,3) Ω,故A錯誤;根據(jù)歐姆定律可知,圖乙中圖線上的點與坐標(biāo)原點連線的斜率就代表元件的電阻,則從圖乙中可知,隨著元件兩端電壓的增大,圖線上的點與坐標(biāo)原點連線的斜率就越大,電阻也就越大,故B錯誤;由題圖乙可得,當(dāng)元件兩端的電壓為0.75 V時,流過元件的電流為0.7 A,則根據(jù)歐姆定律可得,元件電阻為R=eq \f(U,I)=eq \f(0.75,0.7) Ω=eq \f(15,14) Ω,故C錯誤;讓電源和該元件組成閉合回路,將甲、乙兩圖線表示在同一圖像中,如圖所示,兩U-I圖線的交點即該元件的工作電壓和電流,故從圖中可以看出元件的工作電壓和電流為U=0.5 V,I=0.6 A,所以該元件的功率約為P=UI=0.5×0.6 W=0.3 W,故D正確.故選D.
1.[電路功率的比較]如圖甲、乙所示小燈泡的規(guī)格都相同,兩個電路的電池也相同.乙圖中每個小燈泡的亮度都明顯比甲圖中一個小燈泡暗,忽略溫度對燈絲電阻的影響.關(guān)于甲、乙兩個電路的比較,下列說法正確的是( )
A.甲圖中的路端電壓大
B.甲圖中的干路電流大
C.甲圖中電源的總功率大
D.甲圖中電源的效率低
解析:乙圖兩個燈泡并聯(lián),所以電阻小于甲圖中一個燈泡的電阻,由I=eq \f(E,R+r),可知乙圖中的干路電流更大,由U=E-Ir,乙圖電源內(nèi)阻分壓更大,路端電壓更小,故A正確,B錯誤;由電源總功率P=EI,可知甲圖中電源總功率小,故C錯誤;電源效率η=eq \f(UI,EI)=eq \f(U,E),可知乙圖中電源效率低,故D錯誤.
答案:A
2.[兩類U-I圖像的應(yīng)用]在如圖所示的U-I圖像中,直線a為某電源的路端電壓與電流的關(guān)系,直線b為某電阻R兩端的電壓與電流的關(guān)系.現(xiàn)用該電源直接與電阻R連接成閉合電路,由圖可知 ( )
A.該電阻的阻值為2.0 Ω
B.該電源的電動勢為6.0 V,內(nèi)阻為0.5 Ω
C.該電源的路端電壓為4.0 V,輸出功率為4.0 W
D.用比R電阻大的電阻與該電源組成閉合回路,電源的輸出功率可能增大
解析:由直線b可知,外電阻R=eq \f(U,I)=eq \f(4.0,1.0) Ω=4 Ω,故A錯誤;由直線a可知,電源電動勢E=6.0 V,短路電流I短=3.0 A,電源內(nèi)阻r=eq \f(E,I短)=eq \f(6.0,3.0) Ω=2 Ω,故B錯誤;路端電壓為4.0 V,干路電流為1.0 A,電源的輸出功率為P出=UI=4.0×1.0 W=4.0 W,故C正確;電源的內(nèi)阻為r=2 Ω,電阻R=4 Ω,當(dāng)外電阻R外與內(nèi)阻r相等時,電源輸出功率最大,可知用比R電阻大的電阻與該電源組成閉合回路時,電源的輸出功率一定減小,故D錯誤.
答案:C
項目
串聯(lián)電路
并聯(lián)電路
電路
電流
I=I1=I2=…=In
I=I1+I2+…+In
電壓
U=U1+U2+…+Un
U=U1=U2=…=Un
總電阻
R總=R1+R2+…+Rn
eq \f(1,R總)=eq \f(1,R1)+eq \f(1,R2)+…+eq \f(1,Rn)
功率分配
eq \f(P1,P2)=eq \f(R1,R2)
eq \f(P1,P2)=eq \f(R2,R1)
電源總功率
任意電路:P總=EI=P出+P內(nèi)
純電阻電路:P總=I2(R+r)=eq \f(E2,R+r)
電源內(nèi)部消耗的功率
P內(nèi)=I2r=P總-P出
電源的輸出功率
任意電路:P出=UI=P總-P內(nèi)
純電阻電路:P出=I2R=eq \f(E2R,?R+r?2)
P出與外電阻R的關(guān)系
電源的效率
任意電路:η=eq \f(P出,P總)×100%=eq \f(U,E)×100%
純電阻電路:η=eq \f(R,R+r)×100%
圖例
等效情況
E′=E,r′=R+r
E′=eq \f(R,R+r)E,r′=eq \f(Rr,R+r)
項目
電源的U-I圖像
電阻的U-I圖像
圖像
物理意義
路端電壓隨電流的變化規(guī)律
電阻兩端電壓隨電流的變化規(guī)律
截距
與縱軸交點表示電源電動勢E,與橫軸交點表示短路電流eq \f(E,r)
過坐標(biāo)軸原點,表示沒有電壓時電流為零
斜率的絕對值
內(nèi)電阻r
電阻大小
坐標(biāo)的乘積UI
表示電源的輸出功率
表示電阻消耗的功率
坐標(biāo)的U、I比值
表示外電阻的大小,不同點對應(yīng)的外電阻大小不同
每一點對應(yīng)的比值均等大,表示此電阻的大小不變

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