高中物理 7.2电路 电路的基本规律课件 沪科版.ppt

第2讲电路电路的基本规律 考点1电阻的串联 并联 电路串 并联的比较 i i u u r i1 i2 in i1 i2 in u1 u2 un u1 u2 un r1 r2 rn 对串 并联电路电阻的四点说明1 串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻 电路中任意一个电阻变大时 总电阻变大2 并联电路的总电阻小于电路中任意一个电阻 任意一个电阻变大时 总电阻变大3 无论电阻怎样连接 每一段电路的总耗电功率p总等于各个电阻耗电功率之和4 当n个等值电阻r0串联或并联时 r串 nr0 有四盏灯 如图所示连接在电路中 l1和l2都标有 220v100w 字样 l3和l4都标有 220v40w 字样 把电路接通后 最暗的是 a l1b l2c l3d l4 解析 选c 由题目给出的额定电压和额定功率可以判断出r1 r2p1 p2 p3 而p2与p3的大小可由并联电路的功率分配知p2 p3 所以四盏灯消耗的实际功率大小关系为p4 p1 p2 p3 故最暗的灯是l3 考点2部分电路欧姆定律1 内容导体中的电流跟导体两端的电压u成 跟导体的电阻r成 2 公式 3 适用条件适用于 和 导电 适用于 电路 正比 反比 金属导体 电解质溶液 纯电阻 4 导体的伏安特性曲线用横轴表示 纵轴表示 画出i u关系图线 1 线性元件 伏安特性曲线为通过坐标原点的 的电学元件 2 非线性元件 伏安特性曲线为 的电学元件 即非线性元件电流与电压 电压u 电流i 直线 曲线 不成正比 1 欧姆定律的理解及应用 1 适用范围 适用于金属导体 电解质溶液等纯电阻导电 对于气体导电 电动机 电风扇等非纯电阻则不适用 2 公式是电流的决定式 表示通过导体的电流i由加在导体两端的电压u和导体的电阻r共同决定 3 公式中i u和r三个物理量必须对应同一段电路或同一段导体 并且u和i必须是导体上同一时刻的电压和电流 2 伏安特性曲线的意义u i图像与i u图像的比较 反映u和i的正比关系 图像的斜率表示导体的电阻 斜率越大 电阻越大 伏安特性曲线i u图像 反映导体的伏安特性 图像斜率的倒数表示导体的电阻 部分电路欧姆定律u i图像 有a b c d四个电阻 它们的i u关系如图所示 其中电阻最小的是 a ab bc cd d 解析 选a 因为在i u图像中 图线的斜率故斜率越大 电阻越小 因而a的电阻最小 故选a 考点3闭合电路欧姆定律1 闭合电路 2 内 外电压的关系 e u内 u外 2 闭合电路欧姆定律 1 内容 闭合电路里的电流跟电源的电动势成 跟内 外电路的电阻之和成 正比 反比 3 路端电压与外电阻的关系 增大 e 4 路端电压跟电流的关系 1 关系式 u 2 用图像表示如图所示 其中纵轴截距为 横轴截距为 斜率的绝对值为 e ir 电动势 短路电流 内阻 1 电路动态变化问题分析三法 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 串反并同 结论法 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 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 即 r 3 极限法 因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题 可将变阻器的滑片分别滑至两个极端 让电阻最大或电阻为零去讨论 2 电源的输出功率和电源的效率 1 输出功率 根据闭合电路欧姆定律可以推出 当r r时 电源的输出功率最大 最大值 当r向接近r阻值的方向变化时 p出增大 当r向远离r阻值的方向变化时 p出减小 如图 2 电源的效率 r越大 越大 当r r时 p出最大 50 可见 输出功率最大时 电源的效率并不是最高 如图是一火警报警电路的示意图 其中r3为用某种材料制成的传感器 这种材料的电阻率随温度的升高而增大 值班室的显示器为电路中的电流表 电源两极之间接一报警器 当传感器r3所在处出现火情时 显示器的电流i 报警器两端的电压u的变化情况是 a i变大 u变小b i变小 u变大c i变大 u变大d i变小 u变小 解析 选c 当传感器r3所在处出现火情时 由题意可知 r3增大 回路总电阻增大 干路电流减小 路端电压u变大 而ur2 e i总 r r1 则r2两端电压增大 流过r2的电流变大 选项c正确 电路动态变化问题 例证1 2011 海南高考 如图 e为内阻不能忽略的电池 r1 r2 r3为定值电阻 s0 s为开关 与 分别为电压表与电流表 初始时s0与s均闭合 现将s断开 则 a 的读数变大 的读数变小b 的读数变大 的读数变大c 的读数变小 的读数变小d 的读数变小 的读数变大 解题指南 本题可用两种方法来考虑 1 程序法 s断开 相当于r2支路电阻增大 则可按以下程序得出结论 2 串反并同 结论法 自主解答 解法一 选b 当s断开时 外电阻变大 总电流i变小 路端电压u外变大 所以电压表的示数变大 总电流变小 电阻r1上的电压u1减小 而路端电压变大 则电阻r3上的电压变大 所以电流表的示数变大 所以b项正确 解法二 选b s断开 相当于电阻变大 电流表和电压表都和s所在支路并联 根据 串反并同 示数都变大 故b正确 总结提升 程序法分析电路动态变化 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总如何变化 3 根据闭合电路欧姆定律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内确定路端电压如何变化 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以及通过各支路的电流如何变化 变式训练 2012 烟台模拟 如图所示 当滑动变阻器的滑动触头p向右移动时 三个灯泡亮度的变化情况是 a l1变亮 l2和l3皆变暗b l1变亮 l2不能确定 l3变暗c l1变暗 l2和l3变亮d l1和l2变亮 l3变暗 解析 选c 当p向右移动时 电阻减小 电路总电流增大 故l3变亮 路端电压减小 l3电压增大 故l1电压减小 l1变暗 l2电流增大 故l2变亮 故c正确 变式备选 如图所示 调整电路的可变电阻r的阻值 使电压表v的示数增大 u 在这个过程中 a 通过r1的电流增加 增加量一定等于b r2两端的电压减小 减少量一定等于 uc 通过r的电流增加 增加量一定等于d 通过r2的电流减小 但减少量一定小于 解析 选a d 电压表的示数增加 说明可变电阻的阻值增大 路端电压增加 电路中的电流减小 r2两端的电压减小 由欧姆定律得流过电阻r1的电流增加量为 r2两端的电压减少量等于r1两端的电压增加量减去路端电压的增加量 即 u2 u u路 u 通过r2的电流的减少量为 i2 通过电阻r的电流为 ir i2 i1 i2减小 而i1增大 因此ir减小 正确选项为a d 电源的输出功率和效率 例证2 如图所示 直线a是电源的路端电压和电流的关系图线 直线b c分别是电阻r1 r2的两端电压与电流的关系图线 若将这两个电阻分别接到该电源上 则 a r1接在电源上时 电源的效率高b r2接在电源上时 电源的效率高c r1接在电源上时 电源的输出功率大d 电源的输出功率一样大 解题指南 解答本题应把握以下三点 1 弄清图线a b c的物理意义 分析图像交点坐标的含义 2 当电源内阻和外电路电阻相等时 输出功率最大 3 外电阻越大时 电源的效率越高 自主解答 选a 电源的效率由于ub uc 故r1接在电源上时 电源的效率高 a项正确 b项错误 将电阻接在电源上 电阻的u i图像与电源两端电压与电流关系图像的交点 表示将这个电阻接到此电源上的输出电压和电流 从图像中只可看出电流的数值 由于图线的斜率等于电阻的阻值 由图像可知 r2与电源的内阻相等 所以接在电源上时 r2比r1消耗功率大 故c d错 互动探究 本题中 根据u i图像中的a b c三条图线 可以确定r1 r2是多少 解析 根据u i图像解得 r2 r r1 3r 故r1 r2 3 1答案 3 1 总结提升 用图像分析电源输出功率和效率 1 分析图像问题时 一定要明确图线的含义 即要确定两坐标轴表示的物理意义 2 对闭合电路的u i图像 图线上每一点纵 横坐标的乘积为电源的输出功率 纯电阻电路的图线上每一点纵 横坐标的比值为此时外电路的电阻 3 注意电源输出功率最大与电源效率的区别 输出功率增大时 效率不一定增大 当r r时 电源有最大输出功率 而效率仅为50 闭合电路欧姆定律的应用 例证3 16分 如图所示电路 已知r3 4 闭合开关 电流表读数为0 75a 电压表读数为2v 经过一段时间 一个电阻被烧坏 断路 使电流表读数变为0 8a 电压表读数变为3 2v 问 1 哪个电阻发生断路故障 2 r1的阻值是多少 3 能否求出电源电动势e和内阻r 如果能 求出结果 如果不能 说明理由 解题指南 解答此题时应注意以下三点 1 电压表有示数表明电压表与电源相通 2 电流表有示数表明其回路是相通的 3 分析时可把r4看成电源内阻的一部分 规范解答 1 由电压表和电流表示数都增大可以确定r2断路 2分 2 r2断路后 电压表测量的是r1两端的电压 根据 4分 3 r2断路前 r3两端的电压为u3 i1r1 u2 0 75 4v 2v 1v 2分 2分 r2断路前后 根据闭合电路欧姆定律 e 0 75 4v 0 25 0 75 r4 r 2分 e 3 2v 0 8 r4 r 2分 解得e 4v r4 r 1 故只能求出电源电动势e 而不能求出内阻r 2分 答案 1 r2 2 4 3 见规范解答 总结提升 闭合电路欧姆定律应用问题的规范求解1 一般解题步骤 1 分析电路 将复杂的电路简化 分析各电阻的连接情况 2 求出电路的总电阻 根据闭合电路欧姆定律求出总电流 若电路发生变化 可以列出方程组 3 应用串并联电路和部分电路欧姆定律研究各部分电路的情况 可以求解各部分电路的电阻 电压 电流 电功率等 4 根据计算所得结果 判断电路的工作情况 并分析结果的合理性 2 应注意的问题 1 判断电路故障 要首先确定是断路还是短路 然后依据电压表 电流表示数判断 例如断路故障 主要参考电压表示数 电压表有示数 则与电压表并联的部分发生断路 2 与电源串联的未知电阻可以等效为电源内阻 这是应用闭合电路欧姆定律常用的方法 变式训练 2012 南京模拟 如图所示的电路中 r1 3 r2 6 r3 1 5 c 20 f 当开关s断开时 电源所释放的总功率为2w 当开关s闭合时 电源所释放的总功率为4w 求 1 电源的电动势和内电阻 2 闭合s时 电源的输出功率 3 s断开和闭合时 电容器所带的电荷量各是多少 解析 1 s断开时 s闭合时 解 两式得e 4v r 0 5 2 s闭合时外电路总电阻 3 s断开时 uc u2 3v q1 cuc 6 10 5cs闭合时 uc 0 q2 0答案 1 4v0 5 2 3 5w 3 6 10 5c0 例证 如图所示 电源电动势为e 内阻为r 平行板电容器两金属板水平放置 开关s是闭合的 两板间一质量为m 电荷量为q的油滴恰好处于静止状态 g为灵敏电流计 则以下说法正确的是 a 在将滑动变阻器滑片p向上移动的过程中 油滴向上加速运动 g中有从b到a的电流b 在将滑动变阻器滑片p向下移动的过程中 油滴向下加速运动 g中有从b到a的电流c 在将滑动变阻器滑片p向上移动的过程中 油滴仍然静止 g中有从a到b的电流d 在将s断开后 油滴仍保持静止状态 g中无电流通过 规范解答 选a 滑片p向上移动 接入电路的电阻增大 总电阻增大 根据闭合电路欧姆定律可知 干路电流减小 因u e i r r1 可知电容器极板电压变大 油滴受到的电场力增大 油滴向上运动 极板电压变大 说明电容器充电 g中电流方向从b到a a正确 c错误 滑片p向下移动 则电路电阻减小 电容器电压变小 电场力减小 油滴向下加速 而g中电流由a到b 故b错误 将s断开后 电容器放电 g中有电流 电压减小 电场力减小 油滴向下运动 d错误 电路故障问题分析电路故障分析是综合考查学生电路知识 电流表 电压表特点以及电路中的物理量的规律等知识的一种类型题 也是考查学生解决实验中可能遇到的实际问题的能力的好形式 电路故障常见的情况是断路和短路 下面以只存在一处故障为例说明故障判断的方法 1 电路故障状态特点 2 故障分析方法 1 仪器检测法 断点故障的判断 用电压表与电源并联 若有电压时 再逐段与电路并联 若电压表指针偏转 则该路段中有断点 短路故障的判断 用电压表与电源并联 若有电压时 再逐段与电路并联 当电压表示数为零时 该电路被短路 当电压表示数不为零时 则该电路不被短路或不完全被短路 2 排除法 如果电路发生某种故障 寻求故障发生在何处时 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 运用电路规律进行正向推理 推理结果若与题干中所述物理现象不符合 则故障不是发生在这部分电路 若推理结果与题干中所述物理现象符合 则故障可能发生在这部分电路 直到找出发生故障的全部可能为止 典题例证 在如图所示的电路中 灯泡a和b都是正常发光的 后来由于电路中某个电阻发生断路 忽然灯泡b比原来变暗了一些 而灯泡a比原来亮了一些 下列说法中正确的是 a r2断路b r1断路c r3断路d 无法判断 命题探究 本题属于典型的电路故障判断问题 可以用排除法解决 深度剖析 选a 先假设r1所在的支路断路 则外电阻总阻值增大 a b两灯的电压均增大 两灯消耗的电功率也增大 两灯都应变亮 这与题设现象不符合 可见r1支路完好 假设r2所在支路断路 则a灯所在的并联支路的电阻增大 导致外电路总阻值增大 干路中电流变小 电源的路端电压u增大 则流过r1的电流i1增大 由i2 i总 i1可知 a灯所在支路电流i2减小 所以b灯的电压减小 b灯的电功率也减小 故b灯变暗 而a灯的电压ua u ub增大 所以a灯变亮 由于上述结论与题设现象相符合 故假设正确 即r2所在支路断路 同理可知c错误 1 2011 北京高考 如图所示电路 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 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 解析 选a 在变阻器r0的滑动端向下滑动的过程中 变阻器r0的电阻减小 电路总电阻减小 干路电流增大 内阻两端电压增加 路端电压减小 电压表的示数减小 同时 定值电阻r1上的电压也增加 使得定值电阻r2两端电压降低 导致电流表的示数减小 所以a正确 2 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 解析 选c 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和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 3 一电池外电路断开时的路端电压为3v 接上8 的负载电阻后路端电压降为2 4v 则可