（京津琼鲁专用）2018-2019学年高中物理 第二章 恒定电流 微型专题3 闭合电路欧姆定律的应用学案 新人教版必修2.doc

微型专题3闭合电路欧姆定律的应用学科素养与目标要求物理观念：1.熟练掌握闭合电路的欧姆定律及串、并联电路的特点.2.知道闭合电路中的功率关系.科学思维：1.建立分析闭合电路动态问题的方法.2.会计算闭合电路的功率，借助于公式和图象，分析求解电源的最大输出功率.3.建立含容电路的分析方法.一、闭合电路的动态分析闭合电路动态问题的分析方法(1)程序法分析电路，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；由局部电阻变化判断总电阻的变化；由I判断总电流的变化；据UEIr判断路端电压的变化；由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分的电路电压及电流的变化.(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.例1(2018山东济南市高一下期末)如图1所示电路中，闭合开关S，将滑动变阻器的滑片P向b端移动时，电压表和电流表的示数变化情况是()图1A.电压表和电流表示数都增大B.电压表和电流表示数都减小C.电压表示数增大，电流表示数减小D.电压表示数减小，电流表示数增大答案B解析当滑动变阻器的滑片P向b端移动时，变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律分析可知总电流增大，路端电压减小，则电压表的读数减小.题图中并联部分电路的电压减小，则电流表的读数减小，故B正确.针对训练1(2018山东聊城市高一下期末)如图2所示电路中，开关S闭合，当滑动变阻器的滑片P从a端向b端滑动时，以下判断正确的是()图2A.电压表示数变大，通过灯L1的电流变大，灯L2变亮B.电压表示数变小，通过灯L1的电流变小，灯L2变暗C.电压表示数变大，通过灯L2的电流变小，灯L1变亮D.电压表示数变小，通过灯L2的电流变大，灯L1变暗答案D解析当滑动变阻器的滑片P向上滑动时，变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，由I知总电流增大，通过L2的电流增大，L2变亮；由U并EI(RL2r)知，变阻器与L1并联部分电压减小，示数变小，L1变暗，D正确.二、闭合电路的功率1.电源的总功率：P总EI；电源内电阻消耗的功率P内U内II2r；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P出I2RR，当Rr时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为Pm.电源输出功率随外电阻变化曲线如图3所示.图33.电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即100%100%100%.对于纯电阻电路，电源的效率100%100%100% ，所以当R增大时，效率提高.当Rr(电源有最大输出功率)时，效率仅为50%，效率并不高.例2如图4所示，电路中E3 V，r0.5 ，R01.5 ，变阻器的最大阻值为10 .图4(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上消耗的功率最大？最大为多大？答案(1)2 W(2)0 W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消耗的功率最大为：Pm W W.(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：PmR01.5 W W.功率最大值的求解方法1.流过电源的电流最大时，电源的功率、内损耗功率均最大.2.对某定值电阻来说，其电流最大时功率也最大.3.电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大，若不能相等，外电阻越接近内阻时，电源的输出功率越大.例3如图5所示，线段A为某电源的UI图线，线段B为某电阻的UI图线，以上所述电源和电阻组成闭合电路时，求：图5(1)电源的输出功率P出为多大？(2)电源内部损耗的功率是多少？(3)电源的效率为多大？答案(1)4 W(2)2 W(3)66.7%解析(1)根据题意从A的图线可读出E3 V，r 0.5 ，从B图线中可读出外电阻R1 .由闭合电路欧姆定律可得I A2 A，则电源的输出功率P出I2R4 W(2)电源内部消耗的功率P内I2r2 W，(3)电源的总功率P总IE6 W，故电源的效率100%66.7%.稳定电流的UI图象有两种：一是电源的UI图象(如图6中a)；二是用电器的UI图象，而用电器的UI图象又分两类：线性(图中b)和非线性(图中c).两种图象的交点坐标表示该用电器与电源串联(电源只向该用电器供电)的工作电流和路端电压(也是用电器两端的电压).如图，电源的输出功率分别为PbU1I1，PcU2I2.图6三、含电容器电路的分析与计算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，所以在此支路中的电阻上无电压降，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；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电.例4如图7所示，电源电动势E10 V，内阻可忽略，R14 ，R26 ，C30 F，求：图7(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的总电荷量.答案(1)1 A(2)1.2104 C解析(1)S闭合后，电路稳定时，R1、R2串联，电流I1 A.(2)S闭合时，电容器两端电压UCU2IR26 V，储存的电荷量QCUC.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QCUC.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，这只有通过R1这条电路实现，所以流过R1的电荷量就是电容器所带电荷量的增加量.分析电容器电荷量变化的方法1.首先确定电路的连接方式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.针对训练2(多选)M、N是一对水平放置的平行板电容器，将它与一电动势为E、内阻为r的电源组成如图8所示的电路，R是并联在电容器上的滑动变阻器，G是灵敏电流计，在电容器的两极板间有一带电的油滴处于悬浮状态，如图所示，现保持开关S闭合，将滑动变阻器的滑片向上滑动，则()图8A.在滑片滑动时，灵敏电流计中有从b向a的电流B.在滑片滑动时，灵敏电流计中有从a向b的电流C.带电油滴将向上运动D.带电油滴将向下运动答案BC解析电容器两极板间的电压UE，当滑动变阻器的滑片向上滑动时，R增大，U增大，电容器的电荷量增加，处于充电状态，灵敏电流计中有电流，由于电容器上极板带正电，则灵敏电流计中有从a向b的电流，故A错误，B正确；U增大，由E分析得知，板间场强增大，则带电油滴将向上运动，故C正确，D错误.1.(闭合电路的动态分析)如图9所示的电路中，当滑片P向右移动时，则下列说法中正确的是()图9A.A1示数变小，A2示数变大，V示数变小B.A1示数不变，A2示数变大，V示数变小C.A1示数变小，A2示数变小，V示数变大D.A1示数变大，A2示数变小，V示数变大答案D解析R1和R2是并联的，A1测R1所在支路的电流，A2测干路电流.当滑片P向右移动时，滑动变阻器接入电路的有效电阻增大，所以总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律，总电流将变小(即A2读数变小)，电源内电压减小，路端电压增大(即V示数变大)，A1示数变大.选项D正确.2.(含容电路的分析与计算)(多选)在如图10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10A.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，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大得更多，电源的输出功率变小，B正确.3.(电源的输出功率和效率)(多选)如图11所示，图线AB是某电源的路端电压随电流变化的关系图线，OM是固定电阻R两端的电压随电流变化的图象，由图可知()图11A.该电源的电动势为6 V，内阻是2 B.固定电阻R的阻值为1 C.该电源的最大输出功率为9 WD.当该电源只向电阻R供电时，其效率约为66.7%答案CD解析由图线AB可知电源的电动势E6 V，短路电流I短6 A，根据r1 ，故A错误；根据R得：R2 ，故B错误；当外电路电阻等于内阻时，电源的输出功率最大，所以该电源的最大输出功率P9 W，故C正确；当该电源只向电阻R供电时，电源效率100%100%66.7%，故D正确.4.(闭合电路中功率的计算)如图12所示，电源电动势E14 V，内电阻r1 ，小灯泡标有：“2 V,4 W”，电动机D的内阻r0.5 ，当滑动变阻器的阻值R调到1 时，电灯和电动机均能正常工作，求此时：图12(1)通过小灯泡中的电流；(2)电路消耗的总功率；(3)电动机输出的机械功率.答案(1)2 A(2)28 W(3)14 W解析(1)灯泡正常工作，电路电流IIL A2 A(2)电路消耗的总功率PEI28 W.(3)电动机两端电压UDEIrIRUL8 V，电动机的输入功率P入UDI16 W，电动机的热功率PQI2r2 W，电动机输出的机械功率P机P入PQ14 W.一、选择题考点一闭合电路的动态分析1.(2018山东菏泽市高一下期末)如图1所示，电源的电动势和内阻恒定不变，闭合开关后，灯泡L发光，若滑动变阻器的滑片向a端滑动，则()图1A.灯泡L变暗，电流表的示数变大B.灯泡L变亮，电流表的示数变大C.通过R2的电流不变D.通过R1的电流变小答案A2.如图2所示的电路中有三只相同的灯泡L1、L2、L3，当滑动变阻器的滑动触头向b端移动时()图2A.L1变亮，L2、L3变暗B.L1、L2变亮，L3变暗C.L1、L3变暗，L2变亮D.L1、L3变亮，L2变暗答案B3.(多选)(2018山东淄博市高一下期末)电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图3所示的电路，当滑动变阻器的滑动触头向上滑动时，下列说法正确的是()图3A.定值电阻R2的电功率减小B.电压表和电流表的示数都减小C.电压表的示数增大，电流表的示数减小D.通过滑动变阻器R中的电流增大答案BD考点二含容电路的分析与计算4.在如图4所示的电路中，当滑动变阻器的滑片向下移动时，关于电灯L的亮度及电容器C所带电荷量Q的变化判断正确的是()图4A.L变暗，Q增大 B.L变暗，Q减小C.L变亮，Q增大 D.L变亮，Q减小答案B解析当滑动变阻器的滑片向下移动时，变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律得知，干路电流增大，电源的内电压增大，路端电压减小，则通过L灯的电流减小，灯L变暗.而干路电流增大，则通过R1的电流增大，R1的电压也增大，则变阻器两端的电压减小，电容器所带电荷量Q减小，故B正确.5.如图5所示，电路中R1、R2均为可变电阻，电源内阻不能忽略，平行板电容器C的极板水平放置.闭合开关S，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两板之间静止不动.如果仅改变下列某一个条件，油滴仍能静止不动的是()图5A.增大R1的阻值 B.增大R2的阻值C.增大两板间的距离 D.断开开关S答案B解析在直流电路中，R2与电容器串联的支路不通，因此电容器两端的电压等于R1两端的电压，增大R1的阻值，R1两端的电压增大，电容器两端的电压增大，由E可知，电容器两极板间的电场强度增大，因此板间带电油滴受到的电场力增大，会向上运动，A项错误；增大R2的阻值不改变电路中的总电阻，不改变R1两端的电压，因此电容器中油滴仍保持静止，B项正确；增大两板间的距离，而电容器两板间的电压一定，由E可知，板间的场强减小，油滴受到的电场力减小，油滴会向下运动，C项错误；断开开关S，电容器会通过R1、R2进行放电，使板间场强减小，油滴受到的电场力减小而向下运动，D项错误.6.(多选)如图6所示的电路中，电源电动势E6 V，内阻r1 ，电阻R16 ，R25 ，R33 ，电容器的电容C2105 F.若将开关S闭合，电路稳定时通过R2的电流为I；断开开关S后，通过R1的电荷量为q.则()图6A.I0.75 A B.I0.5 AC.q2105 C D.q1105 C答案AD解析开关S闭合时，I0.75 A，选项A对，B错；此时UCUR并1.5 V，QCCUC3105 C，若将开关S断开，则电容器上所带的电荷量通过R1、R3放掉，因I1I3R3R112，根据qIt可知，通过R1的电荷量qQC1105 C，选项C错，D对.考点三电源的功率与效率7.(多选)(2018山东聊城市高一下期末)如图7所示的电路中，电源的电动势E和内阻r(r0)保持不变，下列说法中正确的是()图7A.闭合电路中，电流总是从电势高的地方流向电势低的地方B.R越大，路端电压越大C.R越大，电源的输出功率越大D.R阻值不同，电源的输出功率可能相同答案BD解析在外电路中电流由高电势点流向低电势点，但在内电路中电流从电势低的地方流向电势高的地方，A项错误；R越大，路端电压越大，B正确；当Rr时，电源的输出功率最大，当Rr时，R越大输出功率越小，C错误；由PR曲线知，D正确.8.如图8所示，直线OAC为某一直流电源的总功率P随电流I变化的图线，曲线OBC表示同一直流电源内部的热功率随电流I变化的图线.若A、B点的横坐标均为1 A，那么AB线段表示的功率为()图8A.1 W B.6 WC.2 W D.2.5 W答案C解析由题图不难看出，在C点，电源的总功率等于电源内部的热功率，所以电源的电动势为E3 V，短路电流为I短3 A，所以电源的内阻为r1 .题图上AB线段表示的功率为PABP总I2r(13121) W2 W.故正确选项为C.9.(多选)(2018山东日照市高一下期末)如图9所示电路，电源内阻不可忽略，电表均为理想电表，开关S闭合后，灯泡正常发光.若滑动变阻器R的滑动端向下滑动，下列判断正确的是()图9A.电源的效率一定减小B.电源的输出功率可能减小C.灯泡L有可能会烧坏D.电压表V和电流表A的示数均减小答案AB解析滑动变阻器R的滑动端向下滑动，变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，外电压减小，由100%知，电源的效率减小，A正确；由于不知外电阻与内电阻的关系，故电源的输出功率的变化无法确定，可能减小，也可能增大，B正确；R减小，R与L并联电压减小，示数减小，L变暗，但的示数为总电流与L电流的差值，示数增大，C、D均错误.10.(多选)如图10，a表示某电源路端电压随电流变化的图线，b表示外电阻两端电压随电流变化的图线，下列判断正确的是()图10A.阴影部分的面积表示电源内阻上消耗的功率B.阴影部分的面积表示电源的输出功率C.当时，电源的输出功率最大D.当时，电源的效率最高答案BC解析阴影部分表示PUI，代表外电阻消耗的功率或电源的输出功率，A错误，B正确；当时说明外电阻的阻值R与电源内阻r相等，此时电源的输出功率最大，此时效率为100%50%，故C正确，D错误.二、非选择题11.如图11所示，电源电动势E10 V，内阻r0.5 ，标有“8 V16 W”的灯泡L恰好能正常发光，电动机线圈的电阻R01 ，求：图11(1)电源的总功率；(2)电动机的输出功率.答案(1)40 W(2)12 W解析(1)L正常发光，路端电压等于灯泡的额定电压UL8 V.内电压U内(108) V2 V，则总电流I4 A，电源总功率为P电IE410 W40 W.(2)流经电动机的电流IMI2 A.输入电动机的总功率PM总UIM82 W16 W.电动机内阻消耗的功率PM内IM2R041 W4 W.故电动机的输出功率PM出(164) W12 W.12.如图12所示的电路中，所用电源的电动势E4 V，内电阻r1 ，电阻R1可调.现将R1调到3 后固定.已知R26 ，R33 ，求：图12(1)开关S断开和接通时，通过R1的电流分别为多大？(2)为了使A、B之间电路的电功率在开关S接通时能达到最大值，应将R1的阻值调到多大？这时A、B间消耗的最大电功率是多少？答案(1)0.4 A A(2)0 W解析(1)开关S断开时，I1 A0.4 A，开关S接通时，R2、R3并联的总电阻R232 ，I1 A A.(2)开关S接通时，A、B之间的总电阻R232 为定值，所以只有当R10时，总电流最大，A、B之间的电功率才最大.I A A.PABI2R23()22 W W.13.如图13所示，E10 V，r1 ，R1R35 ，R24 ，C100 F.当S断开时，电容器中带电粒子恰好处于静止状态.求：图13(1)S闭合后，带电粒子加速度的大小和方向；(2)S闭合后，流过R3的总电荷量.答案(1)g竖直向上(2)4104 C解析(1)S断开，带电粒子恰好处于静止状态，设电容器两极板间距离为d，有UCE4 V，mg.S闭合后，UCE8 V设带电粒子加速度为a，则mgma，解得ag，方向竖直向上.(2)S闭合后，流过R3的总电荷量等于电容器上电荷的增加量，所以QC(UCUC)4104 C.