高中物理基础复习课件：7.2闭合电路的欧姆定律及其应用

欢迎进入物理课堂 考点1闭合电路的欧姆定律 闭合电路的欧姆定律及其应用 1 对闭合电路欧姆定律的理解 1 两种公式的适用条件 E I R r 只适用于外电路为纯电阻电路的闭合电路 E Ir U U内 U 不论外电路是否为纯电阻电路 都是适用的 2 从能量转化和守恒的角度理解闭合电路欧姆定律 在某段时间t内 电源提供的电能除一部分被电源内阻消耗转化为内能外 其余的被外电路消耗 即有 qE IUt I2rt 将q It代入上式即得 E U Ir 当外电路为纯电阻电路时 U IR 式可变为 E I R r 2 动态电路的分析方法程序法 基本思路是 局部 整体 局部 即从阻值部分的变化入手 由串 并联规律判断总电阻的变化情况 再由闭合电路欧姆定律判断总电流和路端电压的变化情况 最后由部分电路欧姆定律判断各部分电路中物理量的变化情况 分析步骤详解如下 1 明确局部电路变化时所引起的局部电路电阻的变化 2 根据局部电阻的变化 确定电路的外电阻R外总如何变化 3 根据闭合电路欧姆定律I总 E R外总 r 确定电路的总电流如何变化 4 由U内 I总r 确定电源的内电压如何变化 5 由U外 E U内 确定电源的外电压如何变化 6 由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化 7 确定支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化 由以上步骤可以看出 基本思路是 局部 整体 局部 同时要灵活地选用公式 每一步推导都要有确切的依据 动态电路的分析还可借助于 极限法 和 口诀法 分别如下 1 极限法 因变阻器的滑片滑动而引起的电路变化问题 可以将变阻器的滑片分别移动到两个极端去讨论 此时要注意是否出现极值情况 即变化是否为单调变化 2 口诀法 该类型的题目可以总结出 并同串反 的实用技巧 所谓 并同 指 当某一个电阻变大时 与它并联或间接并联的电阻中的电流 两端电压 电功率随之增大 当某一个电阻减小时 与它并联或间接并联的电阻中的电流 两端电压 电功率也随之减小 所谓 串反 指 当某一个电阻变大时 与它串联或间接串联的电阻中的电流 两端电压 电功率反而减小 当某一个电阻减小时 与它串联或间接串联的电阻中的电流 两端电压 电功率反而增大 3 含电容器电路的分析电容器是一个储存电能的元件 在直流电路中 当电容器充 放电时 电路有充电 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不漏电的情况 的元件 在电容器处电路可看作是断路 简化电路时可去掉它 简化后若要求电容器所带电荷量时 可在相应的位置补上 分析和计算含有电容器的直流电路时 关键是准确地判断和求出电容器两端的电压 具体做法是 1 确定电容器和哪个电阻并联 该电阻两端电压即为电容器两端电压 2 当电容器和某一电阻串联后 接在某一电路两端时 此电路两端电压即为电容器两端电压 3 当电容器与电源直接相连时 电容器两极板间电压等于电源电动势的大小 4 电路故障与分析电路故障一般是断路或短路 具体分析方法如下 1 根据断路或短路特点分析 电路中发生断路 表现为电源电压不为零 而电流为零 断路后 电源电压将全部降落在断路之处 若电路中某两点间电压不为零 等于电源电压 则过这两点间有断点而这两点与电源连接部分无断点 若电路中某两点电压为零 说明这两点无断点 而这两点与电源连接部分有断点 以上分析均假定电路中只有一处断路 电路中某一部分发生短路 表现为有电流通过电路而该电路两端电压为零 2 假设法 已知电路发生某种故障 寻找故障发生的位置时 可将整个电路划分为若干部分 然后逐一假设某部分电路发生故障 运用欧姆定律进行推理 推理部分若与题述物理现象符合 则故障可能发生在这部分电路 若不符合 则故障不发生在这部分电路 用这种方法逐段找下去 直至找到发生故障的全部可能为止 亦称排除法 例1 如图所示 电动势为E 内阻不计的电源与三个灯泡和三个电阻相接 只合上开关S1 三个灯泡都能正常工作 如果再合上S2 则下列表述正确的是 A 电源输出功率减小B L1上消耗的功率增大C 通过R1上的电流增大D 通过R3上的电流增大 典例一 动态电路的分析 1 电路的动态分析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 电阻发生了变化 一处变化又引起了一系列的变化 只要熟练掌握串并联电路的特点及欧姆定律即可顺利求解此类问题 2 具体方法采用 局部 整体 局部 的思路分析 C 解析 本题主要考查电路的串 并联 电功率的公式及电路的动态变化问题 对学生的逻辑推理能力要求较高 电源的内阻不计 故电源两端的电压不变 再合上S2 实际上就是将电阻R2并联入电路中 引起总电阻减小 干路总电流必然增大 由P UI知 电源的输出功率应增大 A错 R1处于干路中 C对 由于R1两端的电压U1 IR1 I增大 故U1增大 则L1两端的电压减小 由P U2 R知L1的功率减小 B错 L3和R3两端的电压减小 通过R3的电流必减小 D错 如图所示 图中的四个电表均为理想电表 当滑动变阻器滑动触点P向右端移动时 下面说法中正确的是 A 电压表V1的读数减小 电流表A1的读数增大B 电压表V1的读数增大 电流表A1的读数减小C 电压表V2的读数减小 电流表A2的读数增大D 电压表V2的读数增大 电流表A2的读数减小 AD 解析 1 设电压表的内阻为RV 测得R1两端的电压为U1 R1与RV并联后的总电阻为R 则有 1 R 1 R1 1 RV由串联电路的规律得 R R2 U1 E U1 联立以上两式 得RV R1R2U1 R1E R1 R2 U1 代入已知数据得RV 4 8k 2 电压表接入前 电容器上的电压UC等于电阻R2上的电压 R1两端的电压为UR1 则UC UR1 R2 R1又E UC UR1接入电压表后 电容器上的电压为UC E U1由于电压表的接入 电容器带电荷量增加了 Q C UC UC 由以上各式代入数据解得 Q 2 35 10 6C 典例二 含电容器的电路问题 例2 如图所示的电路中 电源电动势E 6 00V 其内阻可忽略不计 电阻的阻值分别为R1 2 4k R2 4 8k 电容器的电容C 4 7 F 闭合开关S 待电流稳定后 用电压表测R1两端的电压 其稳定值为1 50V 1 该电压表的内阻为多大 2 由于电压表的接入 电容器的带电荷量变化了多少 求解含电容器的电路问题 首先应弄清电路结构 分析出电容器两极板电势的高低 并由此判断出极板上的带电性 由串 并联电路或欧姆定律计算或判断出极板间的电压大小 最后计算电容器带电荷量的大小 如图所示电路 E 10V R1 4 R2 6 电池内阻不计 C1 C2 30 F 先闭合开关S 待电路稳定后再断开S 求断开S后通过电阻R1的电量 答案 4 2 10 4C 典例三 电路故障问题 例3 如图所示 电源电动势为6V 当开关接通时 灯泡L1和L2都不亮 用电压表测得各部分电压是Uad 0 Ucd 6V Uab 6V 由此可以断定 A L1和L2的灯丝都断了B L1的灯丝断了C L2的灯丝断了D 变阻器R断路 分析电路故障问题应注意以下两点 1 如电压表有示数 说明与电压表 电源串联的电路无故障 2 如电压表无示数 说明与电压表 电源串联的电路有断路故障 C 解析 由题给条件知 电路中有的地方没有电压 由Uad 0 Ucd 6V可知电路是断路 由Uab 6V Ucd 6V可知 内电路a b之间没有断点 外电路中的a b和c d之间有断点 取其公共部分可知灯L2断路 由电灯L2两端电压不为零 可知灯L1与变阻器R是导通的 选项C正确 用电压表检查图中的故障 测得Uad 5 0V Ucd 0 Ubc 0 Uab 5 0V 则此故障可能是 A L断路B R断路C R 断路D S断路 B 考点2电路的功率 1 几种功率 1 电源的工作功率又叫电源的供电功率 其大小等于整个闭合电路的总耗电功率 大小为 P IE I2 R r 2 电源的内耗功率即电源自身内阻所消耗的电功率 其大小为 P内 I2r 3 电源的输出功率P出即外电路的耗电功率 其大小为 P出 IU IE I2r当外电路为纯电阻电路时 其大小还可以表示为 P出 I2R 2 电源的输出功率 P出 IU I2R 1 当电源输出功率最大时 机械效率 50 在实际电路中无实用价值 当R 时 100 但此时P出 0 无实际意义 2 对于内外电路上的固定电阻 其消耗的功率根据P I2R来判断 与输出功率大小的判断方法不同 2 电源的输出功率与外电路电阻的关系 如图所示 P出 I2R E2 R r 2 R 4r 当R r时 电源的输出功率最大 最大值Pm E2 4r 当R向接近r阻值时方向变化时 P出增大 当R向远离r阻值的方向变化时 P出减小 除最大输出功率以外 同一个输出功率P有两个外电阻值R1 R2与之对应 如图中水平虚线 根据输出功率相等可推得R1 R2满足R1 R2 r2 1 电源的输出功率与电路中电流的关系 如图所示 P出 IE I2r r I E 2r 2 E2 4r 当I E 2r 即内外电阻相等 时 电源的输出功率最大 最大值Pm E2 4r 3 电源的效率 P外 P总 100 U E 100 R R r 100 R越大 越大 当R r时 P外最大 50 典例四 电路中的功率问题 例4 某同学设计了如图所示电路研究电源输出功率变化情况 电源E电动势 内电阻恒定 R1为滑动变阻器 R2 R3为定值电阻 为理想电表 1 若滑动片P由a滑至b时示数一直变小 则R1和R2必须满足的关系是 2 若R1 6 R2 12 电源内电阻r 6 当滑动片P由a滑至b时 电源E的输出功率P随外电路总电阻R的变化关系如图所示 则R3的阻值应该选择 A 2 B 4 C 6 D 8 解析 1 由闭合电路的欧姆定律有I E R因示数一直变小 说明R一直增大设电阻上aP之间部分为Rx 则Pb之间电阻为R1 Rx 则有 r R3 Rx R1 R2 Rx2 R1 R2 R随Rx的增大而一直增大 说明Rx R1 R2 Rx2的值随Rx的增大一直增大设y Rx R1 R2 Rx2 本题通过实验的方式分析了输出功率随外电阻变化的规律 考查了学生的解题能力 分析能力和知识迁移能力 由数学知识得 当Rx R1 R2 2时 y值最大即当Rx R1 R2 2时 y随Rx的增大而增大因Rx的最大值为R1 则有R1 R1 R2 2故R1 R2 2 结合第 1 题知 若R3 2 则外电路的总电阻可解得2 R 6说明R大于6和R小于2部分的P R图象均不能画出 故不可能画出图 b 中的P R图象 A选项错 若R3 6 故总电阻R一定大于6 则P R图象不可能画出R小于6的部分 C选项错 同理可得D选项错误 如图所示 R为电阻箱 为理想电压表 当电阻箱读数为R1 2 时 电压表读数为U1 4V 当电阻箱读数为R2 5 时 电压表读数为U2 5V 求 1 电源的电动势E和内阻r 2 当电阻箱R读数为多少时 电源的输出功率最大 最大值Pm为多少 答案 1 6V1 2 1 9W 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全