高中物理专题五闭合电路欧姆定律学案新人教选修.docx

专题五 闭合电路欧姆定律一、电路动态变化的分析1闭合电路欧姆定律的公式I只适用于纯电阻电路EU外U内适用于任何电路2路端电压U与电流I的关系：UEIr.3电路动态分析的方法(1)程序法：电路结构的变化R的变化R总的变化I总的变化U端的变化固定支路变化支路(2)极限法：即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论(3)“串反并同”法：串反：当某电阻变化时，与它串联或间接串联导体的各电学量(如电流、电压和电功率)都做与之相反的变化并同：当某电阻变化时，与它并联或间接并联导体的各电学量(如电流、电压和电功率)都做与之相同的变化复习过关1小吴同学设计了一种烟雾报警装置，其原理如图1所示M为烟雾传感器，其阻值RM随着烟雾浓度的变化而变化，R为定值电阻当装置所在区域出现烟雾且浓度增大时，将导致a、b两端电压减小，触发警报装置发出警报则烟雾浓度增大时()图1ARM增大，电流表示数增大BRM增大，电流表示数减小CRM减小，电流表示数增大DRM减小，电流表示数减小答案C解析烟雾浓度增大时，据题知a、b两端电压减小，电源的内电压增大，电路中电流增大，所以电流表示数增大根据闭合电路欧姆定律知RM减小故C正确2.某控制电路如图2所示，主要由电源(电动势为E、内阻为r)与定值电阻R1、R2及电位器(滑动变阻器)R连接而成，L1、L2是红绿两个指示灯，当电位器的触片滑向a端时，下列说法正确的是()图2AL1、L2两个指示灯都变亮BL1、L2两个指示灯都变暗CL1变亮，L2变暗DL1变暗，L2变亮答案B解析电位器的触片滑向a端时，电位器电阻减小外电路总电阻R减小总电流增加(I)内电压增加(U内Ir)外电压减小(EU内U外)灯泡L1变暗；电位器的触片滑向a端时，电位器电阻减小，与电位器并联的支路分得的电压减小，故通过灯泡L2支路的电流减小，故灯泡L2变暗二、闭合电路中的功率及效率1闭合电路的功率(1)电源的总功率：P总EI；(2)电源内电阻消耗的功率P内U内II2r；(3)电源输出功率任意电路：P出IUIEI2rP总P内纯电阻电路：P出I2R.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32电源的效率(1)任意电路：100%100%.(2)纯电阻电路：100%100%因此在纯电阻电路中R越大，越大；当Rr时，电源有最大输出功率，效率仅为50%.复习过关3电源的电动势为E30V，内阻为r1，将它与一只“6V12W”的灯泡和一台电阻为2的小电动机串联组成闭合电路，当灯泡正常发光时，若不计摩擦，电动机输出机械功率与输入电功率之比为()A91%B82%C67%D60%答案B4(多选)直流电路如图4所示，在滑动变阻器的滑片P向右移动时，电源的()图4A总功率一定减小B效率一定增大C内部损耗功率一定减小D输出功率一定先增大后减小答案ABC解析当滑动变阻器的滑片P向右移动时，接入电路的电阻变大，整个回路的电流变小，电源内部损耗的功率P内I2r一定减小，C正确；总功率PEI一定减小，A正确；而内电压降低，外电压升高，电源的效率增大，B正确；当内电阻等于外电阻时，输出功率最大，此题中无法知道内、外电阻的大小关系，因此D错误5(多选)在如图5所示的电路中，、处可以接小灯泡、电流表或电压表(均为理想电表)三种元器件，电源电动势E、内阻r均保持不变，定值电阻R1R2R3R44321，小灯泡电阻RLR1，R1r，电路中有电流通过，下列说法中正确的是()图5A要使电源总功率最大，则应该接电流表，接电压表，接小灯泡B要使电源输出功率最大，则应该接电流表，接小灯泡，接电压表C要使路端电压最大，则应该接小灯泡，接电压表，接电流表D要使闭合电路中电源效率最高，则应该接小灯泡，接电流表，接电压表答案AD解析要使电源总功率最大，电压是固定的，所以就要求电流要大，电流大则总电阻要最小，内阻是一定的，所以外阻要最小那么如何接外阻小呢，接小灯泡的话，外阻最小也为2R18R4，比较大，所以要接电流表，接小灯泡的话，接电压表开路，则小灯泡和R3并联再与R4串联再与R2并联，最后与R1串联，最后计算外阻为(4)R4，接小灯泡，接电压表开路，则R3、R4串联，与RL、R2并联，最后与R1串联，最后计算外阻为(4)R4最小故A正确；当R外r时，输出功率最大，但是R1r，从上面可以看出，最小的外阻也大于r，所以要使输出功率最大，只有外阻接近r才行，所以还是选择最小的外阻，可以看到还应该是接电流表，接电压表，接小灯泡故B错误；要使路端电压最大，就要外阻越大越好，这样应该接电压表，这样整个电路断路，路端电压等于电动势故C错误；要使电源效率最高，则电路不能是断路，同时外阻越大越好，这样要接小灯泡，如果接电流表，则R2、R3、R4被短接，R外RLR12R18R4，如果接电流表，则R3短接，R4与R2并联，R外RLR1R4，为最大故D正确三、电路故障问题1故障特点(1)断路特点：表现为路端电压不为零而电流为零(2)短路特点：用电器或电阻发生短路，表现为有电流通过电路但它两端电压为零2检查方法(1)电压表检测：如果电压表示数为零，则说明可能在并联路段之外有断路，或并联路段短路(2)电流表检测：当电路中接有电源时，可用电流表测量各部分电路上的电流，通过对电流值的分析，可以确定故障的位置在运用电流表检测时，一定要注意电流表的极性和量程(3)欧姆表检测：当测量值很大时，表示该处断路，当测量值很小或为零时，表示该处短路在运用欧姆表检测时，电路一定要切断电源(4)假设法：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某种故障，运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理复习过关6如图6是某同学连接的实验实物图，开关闭合后A、B灯都不亮，他采用以下方法进行故障检查图6选用量程为10V的已校准的电压表进行检查，测试结果如表1所示根据测试结果，可判定故障是_A灯A短路B灯B短路Ccd段断路Ddf段断路表1测试点电压示数a、b有示数b、c有示数c、d无示数d、f有示数答案D解析由表1条件可知，d、f间有示数，则dca干电池bf间无断路，又因为c、d间无示数，故d、f段断路，选项D正确；若灯A短路或灯B短路，不会造成A、B灯都不亮，选项A、B错误；若cd段断路，则d、f间不会有示数，选项C错误7.如图7所示的电路中，电源的电动势为6V，当开关S接通后，灯泡L1、L2都不亮，用电压表测得各部分的电压是Uab6V，Uad0V，Ucd6V，由此可判定()图7AL1和L2的灯丝都烧断了BL1的灯丝烧断了CL2的灯丝烧断了D变阻器R断路答案C解析由Uab6V可知，电源完好，灯泡都不亮，说明电路中出现断路故障，且在a、b之间由Ucd6V可知，灯泡L1与滑动变阻器R是接通的，断路故障出现在c、d之间，故灯L2断路，所以选项C正确8(多选)在如图8所示的电路中，由于某一电阻发生短路或断路，A灯变暗，B灯变亮，则故障可能是()图8AR1短路BR2断路CR3断路DR4短路答案BC解析由于A灯串联于干路中，且故障发生后，A灯变暗，故知电路中总电流变小，即电路总电阻变大，由此推知，故障应为某一电阻断路，排除选项A、D.假设R2断路，则其断路后，电路总电阻变大，总电流变小，A灯变暗，同时R2断路必引起与之并联的B灯中电流变大，使B灯变亮，推理结果与现象相符，故选项B正确假设R3断路，则也引起总电阻变大，总电流变小，使A灯变暗，同时R3断路也必引起与之并联的电路(即R1所在支路)中电流增大，B灯中分得的电流也变大，B灯变亮，故选项C正确四、电源和电阻UI图象的比较图象上的特征物理意义电源UI图象电阻UI图象图形图象表述的物理量变化关系电源的路端电压随电路电流的变化关系电阻两端电压随电阻中的电流的变化关系图线与坐标轴交点与纵轴交点表示电源电动势E，与横轴交点表示短路电流过坐标轴原点，表示没有电压时电流为零图线上每一点坐标的乘积UI表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率图线上每一点对应的U、I比值表示外电阻的大小，不同点对应的外电阻大小不同每一点对应的比值均等大，表示此电阻的大小不变图线斜率的绝对值大小内电阻r电阻大小复习过关9(多选)在如图9所示的UI图象中，直线为某一电源的路端电压与电流的关系图线，直线为某一电阻R的UI图线用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路，由图象可知()图9A电源的电动势为3V，内阻为0.5B电阻R的阻值为1C电源的输出功率为4WD电源的效率为50%答案ABC解析由图线可知，电源的电动势为3V，内阻为r0.5；由图线可知，电阻R的阻值为1，该电源与电阻R直接相连组成的闭合电路的电流为I2A，路端电压UIR2V(可由题图读出)，电源的输出功率为PUI4W，电源的效率为66.7%.10(多选)用如图10甲所示的电路来测量电源电动势和内阻，根据测得的数据作出如图乙所示的UI图线，由图可知下列判断正确的是()图10A电源电动势的测量值为1.40 VB电源内阻的测量值为3.50 C外电路发生短路时的电流为0.40 AD电压表的示数为1.20 V时，电流表的示数为0.20 A答案AD解析由闭合电路的欧姆定律UEIr可知，当I0时，UE，故A正确；UI图线的斜率表示电源的内阻，则r 1 ，B错误；U轴的电压刻度不是从零开始的，UI图线的横截距不表示U0时的短路电流，而是表示路端电压为1.00 V时的干路电流，C错误；由题图乙可知，所以I0.20 A，故D正确11如图11所示，直线A为某电源的UI图线，曲线B为标识不清的小灯泡L1的UI图线，将L1与该电源组成闭合电路时，L1恰好能正常发光若将相同材料制成的标有“3V,20W”的灯泡L2与该电源组成闭合电路，下列说法中正确的是()图11A电源的内阻为B把灯泡L1换成L2，L2可能正常发光C把灯泡L1换成L2，电源的输出功率可能相等D把灯泡L1换成L2，电源的输出功率一定变小答案C解析由图读出电源的电动势为E4V，图线A的斜率的绝对值表示电源的内阻，则r0.5，故A错误；灯泡与电源连接时，A、B两图线的交点表示灯泡的工作状态，则知其电压U3V，I2A，则灯泡L1的额定电压为3V，功率为PUI6W把灯泡L1换成“3V,20W”的灯泡L2，不能正常发光，而由P知：灯泡L2的正常工作时的电阻为R20.45，灯泡L1的电阻为R11.5，则知正常发光时灯泡L2的电阻更接近电源的内阻，但是这里灯泡并没有达到正常发光，此时L2的电阻是不确定的；电源的输出功率可能变大，可能相等，也有可能变小，故B、D错误，C正确.五、含容电路的分析与计算1电路的简化：不分析电容器的充、放电过程时，把电容器所处的支路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上2电路稳定时电容器的处理方法：电路稳定后，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，即电阻不起降低电压的作用，与电容器串联的电阻视为等势体电容器的电压为与之并联的电阻两端的电压3电容器所带电荷量的变化的计算：(1)如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过所连导线的电荷量等于初、末状态电容器所带电荷量之差；(2)如果变化前后极板带电的电性相反，那么通过所连导线的电荷量等于初、末状态电容器所带电荷量之和复习过关12如图12所示，平行金属板中带电质点P原处于静止状态，不考虑电流表和电压表对电路的影响，当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时，则()图12A电压表读数减小B电流表读数减小C质点P将向上运动DR3上消耗的功率逐渐增大答案A解析由图可知，R2与滑动变阻器R4串联后与R3并联后，再与R1串联接在电源两端；电容器与R3并联；当滑片向b移动时，滑动变阻器接入电阻减小，则电路中总电阻减小；由闭合电路欧姆定律可知，电路中电流增大；路端电压减小，同时R1两端的电压也增大，故并联部分的电压减小；由欧姆定律可知流过R3的电流减小，则流过并联部分的电流增大，故电流表示数增大，故B错误；因并联部分电压减小，而R2中电压增大，故电压表示数减小，故A正确；因电容器两端电压减小，故电荷受到的向上电场力减小，则重力大于电场力，合力向下，电荷向下运动，故C错误；因R3两端的电压减小，由P可知，R3上消耗的功率减小，故D错误13(多选)如图13所示，R1、R2、R3、R4均为可变电阻，C1、C2均为电容器，电源的电动势为E，内阻r0.若改变四个电阻中的一个阻值，则()图13A减小R1，C1、C2所带的电荷量都增加B增大R2，C1、C2所带的电荷量都增加C增大R3，C1、C2所带的电荷量都增加D减小R4，C1、C2所带的电荷量都增加答案BD解析R1上没有电流流过，R1是等势体，故减小R1，C1两端电压不变，C2两端电压不变，C1、C2所带的电荷量都不变，选项A错误；增大R2，C1、C2两端电压都增大，C1、C2所带的电荷量都增加，选项B正确；增大R3，C1两端电压减小，C2两端电压增大，C1所带的电荷量