迎战高考物理二轮复习 专题12直流电路的分析与计算课件.ppt

专题十二直流电路的分析与计算 一 电源的功率和效率1 电源的几个功率 1 电源的总功率 p总 ei i2 r r 2 电源内部消耗的功率 p内 i2r 3 电源的输出功率 p出 ui p总 p内 2 电源的效率 当利用p总 i2 r r 求电源的总功率时必须是纯电阻电路 当电源给电动机供电时 就不能由此公式计算 二 电功和电热的关系1 电功是电能转化为其他形式能量的量度 电热是电能转化为内能的量度 计算电功时用公式w iut 计算电热时用公式q i2rt 两公式均适用于任何电路 2 从能量转化的角度看 电功与电热间的数量关系是 w q 即uit i2rt 具体地说 1 纯电阻电路 如由白炽灯 电炉 电烙铁等构成的电路 电流做功将电能全部转化为内能 此时有w q 2 非纯电阻电路 如含有电动机 电解槽等的电路 电流做功将电能除转化为内能外 还转化为机械能 化学能等 此时有w q 电功w只能用公式w iut进行计算 电热q只能用公式q i2rt进行计算 总之 从能量的转化与守恒可以看出 电功数值上等于电能转化为其他各种形式能量的总和 而电热仅是转化为内能的电能 可见二者不同 在纯电阻电路中 因为欧姆定律i 能用 才有w q i2rt iut pt 如果为非纯电阻电路 计算电功只能用w uit 计算电热只能用q i2rt 三 直流电路中常见的几个图象1 u端 r图象u端 可见u端随外电阻r的增大而增大 如图7 1所示 2 u i图象 1 对电源有 u e ir 如图7 2中a线 2 对定值电阻有 u ir 如图7 2中b线 说明 图中a线常用来分析电源电动势和内电阻的测量实验 图中矩形oabd ocpd和abpc的 面积 分别表示电源的总功率 输出功率和内电阻消耗的功率 3 p出 r图象p出 可见 当r r时 电源的输出功率最大 且为p出max 如图7 3所示 但效率不是最大 只有50 当电源的外电阻r发生变化时 电源的输出功率也随之发生变化 当r趋近于r时 电源输出功率增大 当r远离r时 电源的输出功率减小 一 直流电路动态问题的分析方法根据欧姆定律及串 并联电路的性质 来分析电路中某一电阻变化而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况 常见方法如下 1 程序法 基本思路是 部分 整体 部分 即从阻值变化的部分入手 由串 并联规律判断r总的变化情况 再由欧姆定律判断i总和u端的变化情况 最后再由部分电路欧姆定律判定各部分量的变化情况 即 2 直观法 即直接应用 部分电路中r i u的关系 中的两个结论 1 任一电阻r阻值增大 必引起该电阻中电流i的减小和该电阻两端电压u的增大 2 任一电阻r阻值增大 必将引起与之并联的支路中电流i并的增大和与之串联的各电阻电压u串的减小 3 极端法 即因变阻器滑动引起电路变化的问题 可假设变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论 4 特殊值法 对于某些双臂环路问题 可以采取代入特殊值去判定 从而找出结论 1 识别并画出正确的等效电路图 搞清串 并联关系 是电路动态分析的前提和基础 2 注意路端电压u e ir和u u1 u2 及i总 i1 i2 的灵活应用 二 电路故障分析的常用方法1 仪器检测法 1 断点故障 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 则该段电路中有断点 2 短路故障 用电压表与电源并联 若有电压时再逐段与电路并联 若电压表示数为零时 该段电路被短路 2 假设法已知电路发生某种故障 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 运用有关规律进行推导 结果若与题设现象不符合 则此段电路无故障 否则故障可能发生在这部分电路 照此下去 直到找到全部故障 三 处理含有电容器电路的一般规律1 电容器在直流电路中是断路 相当于一个阻值无限大 只考虑电容器是理想的不漏电的情况 的电阻 在电容器处电路可视为断路 分析时可以等效于拆去电容器 从而简化电路 简化后若求电容器所带电荷量 可接在相应的位置上 2 电路稳定后 电容器两极的电压等于与它并联电路的电压值 3 当电容器与电阻串联时 电阻两端不分电压 4 电路中的电流 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 如果两端电压降低 电容器将通过与它连接的电路放电 1 电路稳定后 与电容器串联的支路电阻没有电压降 可视为电阻被短路 2 电容器带电荷量或带电荷量的变化的求解方法 电容器所带电荷量用q cu计算 电容器所带电荷量的变化用 q c u计算 例1 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7 4所示的电路 当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时 下列说法正确的是 a 电压表和电流表读数都增大b 电压表和电流表读数都减小c 电压表读数增大 电流表读数减小d 电压表读数减小 电流表读数增大 思路点拨 动态问题分析是闭合电路欧姆定律的直接应用 先由r阻值的变化入手 然后根据串 并联电路的特点及闭合电路欧姆定律加以分析 解析 由图可知滑动变阻器的触头由中点滑向b端时 滑动变阻器连入电路的阻值r增大 则外电路的总阻值r总增大 干路电流i 因r总增大 所以i减小 路端电压u e ir 因i减小 所以u增大 即电压表读数增大 因i减小 所以r1两端电压减小 而u2增大 由i2 知 i2增大 即电流表的读数增大 故选项a正确 答案 a 当滑动触头向b端滑动时 r变大 r总变大 i总变小 但流过r2的电流不一定变小 此时应该应用i总 ir ir2和u端 ur1 ur2结合分析 不注意这一点 易错选c 例2 如图7 5甲所示是一火警报警装置的一部分电路 其中r2是半导体热敏电阻 传感器 其阻值随温度t变化关系如图7 5乙所示 该电路的输出端a b接报警器 当传感器所在处出现火情时 通过电流表的电流i和a b两端电压u与出现火情前相比 a i变大 u变大b i变小 u变小c i变小 u变大d i变大 u变小 解析 温度升高 r2减小 总电流i总增大 路端电压减小 即a b两端电压u变小 又r3两端电压u3 u i总r1 则u3变小 所以通过r3的电流i3 变小 又因为通过r2的电流 电流表示数 i i总 i3 则可知i增大 a b c错 d正确 答案 d 例3 如图7 6所示的电路中 电源的电动势e 3 0v 内阻r 1 0 电阻r1 10 r2 10 r3 30 r4 35 电容器的电容c 100 f 电容器原来不带电 求接通开关s后通过r4的总电荷量 思路点拨 接通开关s后 流过r4的电荷量就是电路稳定后电容器所带的电荷量 因此 只要计算出电路稳定后电容器c两端的电压 问题即可解决 解析 电路简化如图7 7所示 接通开关s后 电容器c的电压即为电阻r3的电压 由电阻的串并联关系得r总 r 由闭合电路欧姆定律i 路端电压u e ir 电容器的电压即r3的电压为uc u3 u 通过r4的电荷量为q cuc 解 式并代入数据得q 2 0 10 4c 答案 2 0 10 4c 解决此类问题关键是分析清楚电流稳定前后电容器两端电势差的变化及其两极板电性是否发生了改变 据此由电荷量和电性的变化可以推断电容器是充电还是放电 进而可以分析非稳定时电容器所在支路电流的方向 例4 在如图7 8所示的电路中 电源的电动势 内电阻恒定 要想使电容器所带电荷量增加 可以 a 增大r1b 减小r1c 增大r2d 减小r2 解析 根据电容器在电路中的连接情况可知 电容器两端的电压等于路端电压 根据电容器电容的定义式c 得电容器所带电荷量q cu 要使电容器所带电荷量增加 须使外电路电阻增大 故只有a c正确 答案 ac 例5 如图7 9所示的电路中 电源电动势e 10v 内阻r 0 8 r1 3 2 当电键s断开时 电阻r2消耗的电功率为4w 电键s闭合后 r2和r3的并联电路消耗的总功率也是4w 求 1 r2和r3的阻值 2 s闭合前后 r1消耗的电功率分别为多少 思路点拨 解答本题时应把握以下几点 1 电键s断开前后电路的串并联关系的变化 2 判断解的合理性 3 功率公式的选用 解析 1 p2 得 r2 16 或r2 1 令r2和r3并联的电阻为r23 则 p23 得 r23 16 或r23 1 由电阻并联的特点 r2 1 和r23 16 均舍去 r2 16 r3 2 s闭合前 i 0 5a p1 i2r1 0 8ws闭合后 i 2a p1 i 2r1 12 8w 答案 1 16 2 0 8w12 8w 并联电阻r23要等于1 电阻r2和r3均不能小于等于1 故r2 1 不合理 应舍去 求解本题时 往往不能对解的结果做出取舍 导致失分 例6 某同学设计了一个转向灯电路 如图7 10所示 其中l为指示灯 l1 l2分别为左 右转向灯 s为单刀双掷开关 e为电源 当s置于位置1时 以下判断正确的是 a l的功率小于额定功率b l1亮 其功率等于额定功率c l2亮 其功率等于额定功率d 含l支路的总功率较另一支路的大 解析 画出等效电路如图所示 由于电源有内阻 故路端电压小于6v l和l2串联 l上分得的电压是路端电压的一部分 小于6v 故l的功率小于额定功率 a正确 l1 l2中都有电流流过 故l1 l2均亮 由于l1 l2上的电压均小于6v 故l1 l2消耗的功率均小于额定功率 b c错误 含l支路的总电阻大于l1支路电阻 而两个支路两端的电压又相同 由功率公式p 可知 含l支路的总功率较另一支路的小 d错误 答案 a 例7 为探究小灯泡l的伏安特性 连好图7 17所示的电路后闭合开关 通过移动变阻器的滑片 使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大 直到小灯泡正常发光 由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的u i图象应是图7 18中的 解析 灯泡的电阻随灯泡温度的升高而增大 故知u i图象的斜率应逐渐增大 所以c正确 答案 c 例8 如图7 19所示 r1 r2为定值电阻 l为小灯泡 r3为光敏电阻 当照射光强度增大时 a 电压表的示数增大b r2中电流减小c 小灯泡的功率增大d 电路的路端电压升高 解析 光强度增大时 r3减小 r总 i总 示数增大 a对 把r1等效为电源内阻一部分 r2两端电压减小 i2 b正确 通过小灯泡的电流il c正确 由u e ir知 u减小 d错 答案 abc 例9 如图7 21所示的电路中 灯泡a和灯泡b原来都是正常发光的 现在突然灯泡a比原来变暗了些 灯泡b比原来变亮了些 则电路中出现的故障可能是 a r1短路b r2断路c r3断路d r1 r2同时短路 解析 本题电路连接形式是灯泡b与电阻r3并联后与灯泡a和电阻r2串联 再与滑动变阻器r1并联 如果是电阻r1短路 则整个电路将全部被短路 不符合题目要求 同理 电阻r1 r2同时短路 也不符合题意 故a d均错 如果r2断路 则两个灯泡都将熄灭 也不符合题目要求 故b错 若电阻r3断路 则外电路电阻变大 路端电压变大 干路电流 总电流 变小 r1中电流增大 故通过a和r2电流减小 灯泡a变暗 灯泡a与电阻r2两端电压变小 则灯泡b两端电压变大 灯泡b变亮 故正确选项为c 答案 c 10 在研究微型电动机的性能时 可采用如图7 22所示的实验电路 当调节滑动变阻器r 使电动机停止转动时 电流表和电压表的示数分别为0 5a和1 0v 重新调节r 使电动机恢复正常运转时 电流表和电压表的示数分别为2 0a和15 0v 则有关这台电动机正常运转时的说法正确的是 a 电动机的输出功率为8wb 电动机的输出功率为30wc 电动机的内电阻为2 d 电动机的内电阻为7 5 解析 电动机停止转动时 电动机内阻r 2 电动机恢复正常运转时 电动机的输出功率p 15 2w 22 2w 22w 故a b d错误 c正确 答案 c 例11 一个t型电路如图7 23所示 电路中的电阻r1 10 r2 120 r3 40 另有一测试电源 电动势为100v 内阻忽略不计 则 a 当cd端短路时 ab之间的等效电阻是40 b 当ab端短路时 cd之间的等效电阻是40 c 当ab两端接通测试电源时 cd两端的电压为80vd 当cd两端接通测试电源时 ab两端的