高二物理阶段学习指引 闭合电路欧姆定律、多用电表.doc

高中物理课后学习辅导 100925-30 高二物理阶段学习指引主题： 闭合电路欧姆定律、多用电表 知识回顾 （本部分内容是我上课的教案整理）一、电流表和电压表1、直流电压挡 2、直流电流挡 二、欧姆表1、内部构造（如图）（1）内阻Rg、满偏电流Ig的电流计G（表头）（2）电动势E、内阻r的电源（3）可变电阻R（也叫调零电阻）2、欧姆表测电阻的原理：闭合电路欧姆定律（1）如图甲。红、黑表笔接触，相当于被测电阻Rx=0，调节R，使得指针满偏。 Ig = E / (Rg+r+R) ，电流计G满刻度处为电阻档的0刻度。（2）如图乙。红、黑表笔不接触，相当于被测电阻Rx=，此时指针不偏转。电流计G零刻度处为电阻档的位置。（3）如图丙。红、黑表笔间接入一电阻Rx，通过G表头的电流I=E / (Rg+r+R+Rx)，在表盘上一个电流值对应一个电阻值。Rx和I成非线性关系，因此欧姆表盘刻度不均匀。右边较稀疏，左边较密集。（4）中值电阻。电流表的指针指到刻度盘中央时，对应的电流为满偏电流Ig的一半，此时欧姆表内部的电阻值（Rg+r+R）叫中值电阻。在中值电阻附近读数比较准确。 Rx=Rg+r+R时，I=E/ (Rg+r+R)+Rx=E/2(Rg+r+R)=Ig/2。3、操作说明（1）调零。红黑表笔短接，调节调零电阻，让指针指在0处。（2）选挡、测量。第一、被测电阻要从电路中断开。因为欧姆表内部有电源。第二、关于选挡。如果指针偏角较大，说明通过的电流较大，那么待测电阻较小，更换较小量程。（此时又要重新调零后再测电阻）如果指针偏角较小，说明通过的电流较小，那么待测电阻较大，更换较大量程。（同样要重新调零）第三、选择合适的量程测电阻，尽量让指针指到表盘中间位置。（3）读数。表盘示数倍率。（4）测完后。选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。补充说明：无论是测量电压、电流还是电阻，电流始终是从红表笔进入，从黑表笔流出，因为红表笔接在表头G的正极上，这样电流流过表头才会有指针偏转。对于测量U、I和R的红、黑表笔的电势高低，要看情况而定。如果是测量电压、电流，那么是由外电路供电的，电表内部没有电源，因此电流是红进黑出，因此红表笔电势高于黑表笔电势。如果是测量电阻，那么由电笔内部供电，因此电流是黑出红进，经过待测电阻，因此黑表笔电势高于红表笔电势。难题解析 闭合电路欧姆定律 习题课一、电路动态分析1、如图所示，A灯与B灯的电阻相同，当滑动变阻器R的滑动片P向上滑动时，两灯亮度变化的情况是（ A ）A. A灯变亮，B灯变亮 B. A灯变暗，B灯变亮C. A灯变暗，B灯变暗D. A灯变亮，B灯变暗【解析】滑动片P向上滑动，滑动变阻器R接入电路的有效阻值增大，R总增大，使得总电流I总减小，路端电压U总增大，即UB增大，所以B灯变亮。UA=U总-U0 ，U总增大，U0减小，所以UA增大，即得A灯变亮。2、如图所示的电路中，电源的电动势E和内电阻r恒定不变，电灯L恰能正常发光，如果变阻器的滑片向b端滑动，则 ( A )A电灯L更亮，安培表的示数减小B电灯L更亮，安培表的示数增大C电灯L变暗，安培表的示数减小D电灯L变暗，安培表的示数增大【解析】本题也属于电路动态分析问题。当滑片向b端滑动时，R1增大，则总电流减小，内电压Ir减小，外电压U增大，则灯泡L变亮，电流表示数减小。3、如图所示电路中，R1和R2为定值电阻，在滑动变阻器R的滑动片P从下端a逐渐滑到上端b的过程中，电阻R1上消耗的电功率 （ C ）A一定是逐渐减小B有可能是逐渐减小C有可能是先变小后增大D一定是先变小后增大【解析】滑动片P将R分为上下Pb和Pa两部分，而Pa部分和R2串联，则有R与R2并联的总电阻为R并=可见，当RPb=时，即P分出的两条并联支路的电阻相等，R并有最大值，此时P从a滑到b过程中，R并 R总 I总 I总2R1 。上面分析的是在RR2的情况下才会出现的。若RR2，则P从a滑到b过程中，Pb支路的电阻总是小于Pa与R2的另一支路的电阻，因此总电阻一直在减小，那么总电流一直在增大，则R1消耗的功率也是一直在增大。4、如图，当滑动变阻器的滑动片P向左移动时，两电表的示数变化情况 （ B ） A电流表示数减小，电压表示数增大 B电流表示数增大，电压表示数减小 C两表示数均增大 D两表示数均减小【解析】分析电路结构，发现分压电路中的滑动变阻器R2被P分为两部分，一部分与R1并联，称为R并，另一部分与R并和R1串联，称为R串（R串=R2 R并），则该部分的总电阻为可见，当R并减小时，R总增大；当R并增大时，R总减小。说明，该分压电路的总电阻与R并部分的变化相反，则与R串 部分电阻的变化相同，称为“串同并反”。本题中的P向左移动，串联部分电阻减小，则总电阻减小，由闭合电路欧姆定律I=E/(R+r)得，总电流增大，则电流表示数增大；而内电压增大，外电压就减小，则电压表示数减小。选择B。5、如图，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器。当R2的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电笔A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U。现将R2的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况是（ BD ） AI1增大，I2减小 BI1减小，I2增大 CU增大 DU减小【解析】滑动触点向b端移动，则R2 R总IIrU，因此U减小。IR3U1（U1=U UR3）I1。I2=I I1会增大。二、电动机在闭合电路中1、有一电动势为30V，内阻为1的电源，将它与一盏额定电压为6V、额定功率为12W的小灯泡及一台线圈电阻为2的电动机串联成闭合电路，小灯泡恰好正常发光，求电动机的输出功率。【解析】如图所示，由题意知，通过小灯泡的电流为I=P/U=12/6=2A。通过小灯泡和电动机的电流相等，则电动机的热功率为P热=I2R=222=8W.电动机的电功率为P电=UI=（E Ir U灯）I=（30 -21-6）2=44W。因此，电动机的输出功率为P出=P电 P热=44-8=36W。【注意】电动机为非纯电阻电路，因此，电流不能用闭合电路欧姆定律I=E/(R +r)求解，但U=E-Ir仍然可以用。2、如图所示电路中，电源电动势E=12V，调节滑动变阻器R的阻值，使微型电动机M两端电压表示数为0.2V，电流表示数为1A，电动机恰好不转动，继续调节R的阻值，当电压表和电流表的示数分别为9V和0.5A时，电动机正常转动，求电动机内阻消耗的热功率和输出的机械功率。【解析】电动机的电阻RM=U1/I1=0.2 / 1=0.2。电动机正常转动时，P热=I22RM=0.520.2=0.05W。电动机的输入功率P入=U2I2=90.5=4.5W。则输出功率为P出=P入P热=4.45W。三、闭合电路的功率和效率1、直线A为电源的路端电压U与电流I的关系图象 直线B是电阻R的两端电压与电流I的关系图象，用该电源与电阻R组成闭合电路，电源的输出功率和电源效率分别为 （ D ）A4W，33%B2W，33%C2W，67%D4W，67%【解析】交点（2，2）表示电源与电阻R组成闭合电路的工作状态，则P出=UI=4W。而P总=EI=6W，则电源的效率=P出 / P总=4 / 6=67%.【思考】电源与外电阻构成闭合电路，图象交点对应的矩形面积代表电源的输出功率，当两条直线的倾斜程度相同，即R=r时，电源的输出功率最大，即图中的矩形面积最大。电源的输出功率与总功率的比值即电源的效率，则=P出 / P总=U / E，当外电路是纯电阻时，U / E=R /（R+r）。2、如图所示，电池组的内阻r=4，外电阻R1=2，当滑动变阻器R2的电阻调为4时，电源内部的电热功率为4W，则电源的最大输出功率为 6.25 W。要使R2的电功率达到最大值，则R2应调为 6 。【解析】电源的最大输出功率即R1和R2组成的外电路最大的消耗功率，有Pmax=E2/4r，因此需先求出电动势E。由P内=I2r得 I24=4，解得I=1A，而此时的R2=4，则由闭合电路欧姆定律得：E=I（R1+R2+r）=10V。因此，Pmax=102/16=6.25W。R2是可变电阻，消耗的电功率为P=I2R2=（）2R2，解方程得，当R2=R1+r=6时，P最大。【思考】我们可以将R1与电源看作整体，成为一个新电源，其内阻r/ =R1+r=6，如下图所示。此时，外电路只有R2一个电阻，新电源只对R2供电，R2的最大功率即新电源的最大输出功率。当R2=r/时，有Pmax=E2/4r/=100/24=4.25W。 这也给我们这样一个启发，电源只是一种供电的装置，内部的电阻可以和外电路的电阻同样看待。正如，多用电表中的欧姆表内部，电源的电动势E、内阻r，而欧姆表内部还有表头G的内阻Rg和调零电阻R，因此欧姆表的内阻为R内=Rg+r+R。【拓展】求R1的最大功率。因为R1是固定电阻，由P=U12/R1=I2R1得，即要求R1两端的电压U1最大或通过R1的电流I最大，此时R2阻值为0。100929 作业分析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（ C ）A电源输出功率减小BL1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【解析】合上S2后，相当于多并联一个电阻。总电阻R总减小，I总增大，流过R1的电流增大，C正确。不计内阻，电源的输出功率P出=P总=EI增大，A错误；R1两端电压（IR1）增大，并联部分的电压减小，IR3、IR2减小，D错误。L1上消耗的功率（IR12RL1）减小，B错误。2、有一只电灯，当流过0.3A电流时，达到额定功率1.8W，变阻器总电阻为30，电路电压U=12V，当变阻器滑动片在P点时，灯正常发光。求：（1）滑动片在P点时PB段的电阻；（2）变阻器的功率。【解析】电路简化如图1。（1）UL=P/I =1.8/0.3=6V 因此，UPB=UL=6V，UPA=U-UPB=6V。IPB=UPB/RPB=6/RPB；IPA=UPA/RPA=6/(30-RPB)。 因为IPA=IPB+I，所以RPB=20。（2）P=PPA+PPB=UPA2/RPA+UPB2/RPB=1.8+3.6=5.4W。 【错解1】错误理解电路如图2。 UL=P/I=1.8/0.3=6V，UPA=U-UL=6V。RPA=UPA/I=6/0.3=20，因此RPB=R-RPA=10.【思考】这种错误理解与初中的滑动变阻器连接有关联，实际上这是一个分压电路，触头引出的支路并不是导线，没有把PB段短路。【错解2】RL=P/I2=1.8/0.32=20；U1=P/I=1.8/0.3=6V。U1：U2=6：（12-6）=1：1，则RPB：RPA=1：1，所以RPB=30/2=15。【思考】这种错误理解把电灯的电阻忽略了，而只关注到变阻器的电阻。变阻器左右两部分的电压比是1：1，但电阻比就不是1：1了，因为右边RPB还与电灯并联。应该是RPA：RLRPB/(RL + RPB) =1：1。 3、环保汽车将为2008年奥运会场馆服务。某辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车，总质量m=3103kg。当它在水平路面上以v=36km/h的速度匀速行驶时，驱动电机的输入电流I=50A，电压U=300V。在此行驶状态下（1）求驱动电机的输入功率P电；（2）若驱动电机能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率P机，求汽车所受阻力与车重的比值（g取10m/s2）；（3）设想改用太阳能电池给该车供电，其他条件不变，求所需的太阳能电池板的最小面积。结合计算结果，简述你对该设想的思考。已知太阳辐射的总功率P0=41026W，太阳到地球的距离r=1.51011m，太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗，该车所用太阳能电池的能量转化效率约为15%。【解析】（1）驱动电机的输入功率 P电=UI=1.5103W（2）匀速行驶时P机=0.9P电=Fv=fv，则f=0.9P电/v=1350N。汽车所受阻力与车重之比f / mg=0.045。（3）当阳光垂直电磁板入射时，所需板面积最小，设为S。距太阳中心为r的球面面积S0=4r2，太阳辐射的总功率P0是以球状向四周辐射的。若没有能量的损耗，太阳能电池板接收到的太阳能功率为，则有比例式设太阳能电池板实际接收到的太阳能功率为P，则有 ，所以电池板的最小面积假期作业两道题解析和点评1、如图所示电路中，电源电动势E=9 V，内电阻r=2，定值电阻R1=6，R2=10，R3=6，电容器的电容C=10F。（1）保持开关S1、S2闭合，求电容器C的带电量；（2）保持开关S1闭合，将开关S2断开，求断开开关S2后流过电阻R2的电量。【解析】（1）保持开关S1、S2闭合，R3支路没有电流，R3不分担电压，则电容器上电压等于R1两端电压。Uc=UR1=则电容器带电量Q=CUc=1010-63C=310-5C（2）保持开关S1闭合，将开关S2断开后，外电路是断路，各个电阻上都不分担电压，此时电容器上电压等于电源两端的电压（路端电压），也即等于电源电动势，则Q=CE=1010-69C=910-5C因此，流过R2的电量等于电容器C上电量的增加量QR1=Q=Q-Q=910-5C-310-5C=610-5C【点评】本题是典型的含容电路。首先要明确一点，含有电容的支路是断路，没有电流通过。其次，电容器储存的电荷量大小变化取决于