2017_2018学年高中物理第二章直流电路第9讲习题课:闭合电路欧姆定律和电路中的能量转化学案教科.wps
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1、第 9 9 讲 习题课:闭合电路欧姆定律和电路中的能量转化 目标定位 1.会用闭合电路欧姆定律分析动态电路.2.知道电路中闭合电路的功率关系,会 计算闭合电路的功率.3.会利用闭合电路欧姆定律进行含电容器电路的分析与计算.4.知道短 路与断路,并会在闭合电路中进行故障分析 一、闭合电路的动态分析 1解决闭合电路动态变化问题,应按照局部整体局部的程序进行分析 2基本思路:电路结构的变化R 的变化R 总的变化I 总的变化U 内的变化U 外的变化 并联分流I 固定支路串联分压U)变化支路 (1)对于固定不变的部分,一般按照欧姆定律直接判断 (2)对于变化的部分,一般应根据分压或分流间接判断 (3)涉
2、及变阻器滑动引起的电路变化问题,可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论 例 1 如图 1 所示,R1阻值恒定,R2为热敏电阻(热敏电阻阻值随温度降低而增大),L 为小灯 泡,当 R2所在位置温度升高时( ) 图 1 AR1两端的电压减小 B小灯泡的亮度变暗 C电流表的示数减小 D通过 R2的电流减小 解析 当 R2所在位置温度升高时 R2阻值减小,总电阻减小,总电流增大,电流表的示数增大, R1两端的电压 U1IR1增大,故 A、C 错误;总电流增大,内电压增大,则路端电压 UEIr 减小,并联部分的电压减小,所以灯泡 L 变暗,故 B 正确;通过 L 的电流减小,而总电流增大, 则通过 R
3、2的电流增大,故 D 错误 答案 B 1 动态电路的分析方法 (1)程序法:按照局部整体局部的程序分析 (2)“”并同串反 规律:所谓“并同”,即某一电阻增大时,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,反之则减小;所谓 串反”,即某一电阻增大时,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,反之则增大 二、闭合电路的功率和效率 1电源的总功率:P 总EI;电源内耗功率 P 内U 内 II2r;电源输出功率 P 出U 外 I. E 2 E2 2对于纯电阻电路,电源的输出功率 P 出I2R(Rr ) R ,当 Rr 时,电 (Rr)2 4r R E2 源的输
4、出功率最大,其最大输出功率为 P 电源输出功率随外电阻的变化曲线如图 2 所示 4r 图 2 P 出 IU U 3电源的效率:指电源的输出功率与电源的总功率之比,即 .对于纯电阻电路, P 总 IE E I2R R 1 电源的效率 ,所以当 R 增大时,效率提高当 Rr(电源有最 I2(Rr) Rr r 1 R 大输出功率)时,效率仅为 50%,效率并不高 例 2 如图 3 所示,电路中 E3 V,r0.5 ,R01.5 ,变阻器的最大阻值 R10 . 图 3 2 (1)在变阻器的阻值 R 为多大时,变阻器上消耗的功率最大?最大为多大? (2)在变阻器的阻值 R 为多大时,定值电阻 R0上消耗
5、的功率最大?最大为多大? 解析 (1)此种情况可以把 R0归入电源内电阻,这样变阻器上消耗的功率,也就是电源的输出 功率 即当 RrR02 时,R 消耗功率最大为: E2 32 9 Pm W W. 4R 4 2 8 (2)定值电阻 R0上消耗的功率可以表示为:PI2R0,因为 R0不变,当电流最大时功率最大, 此时应有电路中电阻最小,即当 R0 时,R0上消耗的功率最大: E2 32 27 Pm R0 1.5 W W. (R0r)2 (1.50.5)2 8 9 27 答案 (1)2 W (2)0 W 8 8 (1)定值电阻消耗功率最大时通过的电流最大(2)求可变电阻消耗的功率时可将其他电阻等效
6、 为电源内阻 三、含电容器电路的分析与计算方法 在直流电路中,当电容器充、放电时,电路里有充、放电电流一旦电路达到稳定状态,电容 器在电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑电容器是理想的,不漏电的情况)的元件,电容器 处电路可看做是断路,简化电路时可去掉它 1电路稳定后,由于电容器所在支路无电流通过,所以在此支路中的电阻上无电压降低,因 此电容器两极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;如果电容器两端电压降低,电容器将通过与它连接的
7、电路放电 例 3 如图 4 所示,电源电动势 E10 V,内阻可忽略,R14 ,R26 ,C30F,求: 3 图 4 (1)S闭合后,稳定时通过 R1的电流; (2)S原来闭合,然后断开,这个过程中流过 R1的电荷量 E 解析 (1)S闭合后,电路稳定时,R1、R2串联,易求 I 1 A,即为通过 R1的电流 R1R2 (2)S闭合时,电容器两端电压 UCU2IR26 V,储存的电荷量 Q1CUC.S 断开至达到稳 定后电路中电流为零,此时 UCE,储存的电荷量 Q1CUC.很显然电容器上的电荷量 增加了QQQCUCCUC1.2104 C电容器上电荷量的增加是在 S 断开以后才产 生的,只有通
8、过 R1这条途径实现,所以流过 R1的电荷量就是电容器上增加的电荷量 答案 (1)1 A (2)1.2104 C 含电容器电路的分析与计算方法: (1)首先确定电路的连接关系及电容器和哪部分电路并联(2)根据欧姆定律求并联部分的电压 即为电容器两极板间的电压(3)最后根据公式 QCU 或QCU,求电荷量及其变化量 四、电路故障分析 用电压表检查故障: (1)断路故障判断:先用电压表与电源并联,若有示数,再逐段与电路并联,若电压表指针偏 转,则说明该段电路中有断点 (2)短路故障判断:先用电压表与电源并联,若有示数,再逐段与电路并联,若电压表示数为 零,则说明该段电路被短路 例 4 如图 5 所
9、示,用电压表检查电路的故障,测得 Uad5.0 V,Ucd0,Uab5.0 V,则此故 障可能是( ) 4 图 5 AL 断路 BR 断路 CR断路 DS 断路 解析 Uab5.0 V、Uad5.0V 说明 b、c、d 与电源之间和 a 与电源之间的元件和导线是完好的, 又 Ucd0,只能是 R 断路 答案 B 1(闭合电路的动态分析)如图 6 所示电路,电源内阻不可忽略开关 S 闭合后,在变阻器 R0 的滑动端向下滑动的过程中( ) 图 6 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 E 解
10、析 由变阻器 R0的滑动端向下滑可知 R0连入电路的有效电阻减小,则 R 总减小,由 I R 总r 可知 I 增大,由 U 内Ir 可知 U 内增大,由 EU 内U 外可知 U 外减小,故电压表示数减小由 U2 U1IR1可知 U1增大,由 U 外U1U2可知 U2减小,由 I2 可知电流表示数减小,故 A 正确 R2 2(闭合电路的功率和效率)如图 7 所示,直线 A 为电源的 UI 图线,直线 B 为电阻 R 的 U I 图线,用该电源和电阻组成闭合电路时,电源的输出功率和效率分别是( ) 5 图 7 A4 W,33.3% B2 W,33.3% C4 W,66.7% D2 W,66.7%
11、答案 C 解析 从题图中可知 E3 V,直线 A 和直线 B 的交点是电源和电阻 R 构成闭合电路的工作点, U 因此 P 出 UI4 W,P 总EI6 W电源的效率 66.7%. E 3(含容电路分析)(多选)在如图 8 所示的电路中,灯泡 L 的电阻大于电源的内阻 r,闭合开 关 S,将滑动变阻器的滑片 P 向左移动一段距离后,下列结论正确的是( ) 图 8 A灯泡 L 变亮 B电源的输出功率变小 C电容器 C 上电荷量减少 D电流表读数变小,电压表读数变大 答案 BD 解析 将滑动变阻器的滑片 P 向左移动一段距离后,R 的阻值变大,电路中电流变小,灯泡 L 变暗,A 错误;路端电压变大
12、,电阻 R 两端电压变大,电容器 C 两端电压变大,电容器 C 上电 荷量增加,C 错误,D 正确;当外电路电阻等于电源的内阻时电源的输出功率最大,灯泡 L 的 电阻 大于电源的内阻 r,则当 P 向左移动一段距离后,外电路电阻比 r 大得越多,电源的输出功率 变小,B 正确 4(电路故障分析)如图 9 所示,灯泡 L1、L2原来都正常发光,在两灯突然熄灭后,用电压表 6 测得 c、d 间电压比灯泡正常发光时的电压高,故障的原因可能是(假设电路中仅有一处故 障)( ) 图 9 Aa、c 间断路 Bc、d 间断路 Cb、d 间断路 Db、d 间短路 答案 B 解析 因电路中 L1、L2、R 及电
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