福建省长泰一中高三物理 第七章 第2讲 电路 电路的基本规律复习课件 新人教版选修31.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 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 r并 r0 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 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 考点2部分电路欧姆定律 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图象与i u图象的比较 反映u和i的正比关系 图象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图象 反映导体的伏安特性 图象斜率的倒数表示导体的电阻 部分电路欧姆定律u i图象 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图象中 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 1 闭合电路 电源内部是 用电器 导线组成 2 内 外电压的关系 e 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 2 公式 只适用于纯电阻电路 考点3闭合电路欧姆定律 内电路 外电路 u内 u外 正比 反比 1 组成 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 用图象表示如图所示 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 电路动态变化问题的分析 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 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 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 2012 福州模拟 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 而则r2两端电压增大 流过r2的电流变大 选项c正确 热点考向1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 2012 三明模拟 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 但减少量一定等于 解析 选a 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 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 热点考向2电路的输出功率和效率 例证2 2012 上海高考改编 直流电路如图所示 在滑动变阻器的滑片p向右移动时 有关电源的说法错误的是 a 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 自主解答 选d 当滑片p向右移动时 滑动变阻器连入电路中的有效电阻值变大 使干路中的电流变小 内压变小 故总功率p总 ei减小 选项a正确 效率 100 100 即 增大 选项b正确 电源内部损耗的功率pr i2r减小 选项c正确 当r r时 输出功率最大 由于不知道滑动变阻器原来的阻值与电源的内阻r的大小关系 所以不能确定输出功率的大小变化情况 选项d错误 故选d 总结提升 对闭合电路功率的两点新认识 1 闭合电路是一个能量转化系统 电源将其他形式的能转化为电能 内外电路将电能转化为其他形式的能 ei p内 p外就是能量守恒定律在闭合电路中的体现 2 外电阻的阻值向接近内阻的阻值方向变化时 电源的输出功率变大 变式训练 2013 深圳模拟 如图所示 电源的电动势为6v 内阻是0 5 小电动机m的线圈电阻为0 5 电阻r0 3 若理想电压表的示数为3v 试求 1 电源的功率和电源的输出功率 2 电动机消耗的功率和电动机输出的机械功率 解析 1 流过电源的电流为电源的功率pe ei 6 1w 6w电源内部消耗功率pr i2r 12 0 5w 0 5w电源的输出功率p出 pe pr 5 5w 2 电动机两端电压为um e ir uv 2 5v电动机消耗的功率pm umi 2 5w电动机的热功率为p i2rm 0 5w电动机输出的机械功率为p出 pm p 2w答案 1 6w5 5w 2 2 5w2w 热点考向3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 柳州二模 如图所示的电路中 两平行金属板a b水平放置 两板间的距离d 40cm 电源电动势e 24v 内电阻r 1 电阻r 15 闭合开关s 待电路稳定后 将一带正电的小球从b板小孔以初速度v0 4m s竖直向上射入板间 若小球所带电荷量为q 1 10 2c 质量为m 2 10 2kg 不考虑空气阻力 那么 滑动变阻器接入电路的阻值为多大时 小球恰能到达a板 此时 电源的输出功率是多大 g取10m s2 解析 小球进入板间后 受重力和电场力作用 且到a板时速度为零 设两板间电压为uab 由动能定理可得 mgd quab 0 mv02 所以滑动变阻器两端电压u滑 uab 8v 设通过滑动变阻器的电流为i 由欧姆定律得滑动变阻器接入电路的电阻电源的输出功率p出 i2 r r滑 23w答案 8 23w 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 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 2012 泉州模拟 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