【三维设计】2014届高三物理一轮 （14年预测+目标定位+规律总结） 7.2闭合电路欧姆定律及其应用教学案 新人教版

1 三维设计三维设计 2014 2014 届高三物理一轮教学案 届高三物理一轮教学案 1414 年预测年预测 目标定位目标定位 规规 律总结 律总结 7 27 2 闭合电路欧姆定律及其应用闭合电路欧姆定律及其应用 电阻的串联 并联 想一想 把两个灯泡串联接入电路与并联接入电路相比较 它们的亮度有何变化 提示 灯泡并联接入电路时比串联接入电路时亮度亮 记一记 1 串 并联电路的特点 电路 特点 串联电路并联电路 电流I I1 I2 In I I1 I2 In I1R1 I2R2 InRn 电压 U1 R1 U2 R2 Un Rn U1 U2 Un 总电阻R 总 R1 R2 Rn 1 R总 1 R1 1 R2 1 Rn 功率分配 P1 R1 P2 R2 Pn Rn P1R1 P2R2 PnRn 2 几个有用的结论 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 某电路中无论电阻怎样连接 该电路消耗的电功率 P 总等于各个电阻消耗的电功率之和 试一试 1 一个 T 型电路如图 7 2 1 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 100 V 内阻忽略不计 则 图 7 2 1 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 80 V D 当 cd 两端接通测试电源时 ab 两端的电压为 80 V 解析 选 AC 当 cd 端短路时 ab 之间的电路为 R2 和 R3 并联 然后与 R1 串联 因此 ab 2 之间的等效电阻为 R1 40 选项 A 正确 同理 当 ab 端短路时 R1 和 R3 并 R2 R3 R2 R3 联 然后与 R2 串联 总电阻为 128 B 选项错误 当 ab 两端接通测试电源时 cd 两端 的电压为 R3 两端的电压 电路为测试电源给串联的电阻 R1 和 R3 供电 因此 cd 两端的 电压为 40 V 80 V 选项 C 正确 同理 当 cd 两端接通测试电源时 ab 两端的 100 10 40 电压即 R3 两端的电压为 40 V 25 V 选项 D 错误 100 120 40 部分电路欧姆定律 想一想 有 a b c d 四个电阻 它们的 I U 关系如图 7 2 2 所示 其中电阻最小的是哪一个 图 7 2 2 提示 a 记一记 1 内容 导体中的电流跟导体两端的电压成正比 跟导体的电阻成反比 2 表达式 I U R 3 适用范围 1 金属导电和电解液导电 对气体导电不适用 2 纯电阻电路 不含电动机 电解槽等的电路 4 导体的伏安特性曲线 1 I U 图线 以电流为纵轴 电压为横轴所画出的导体上的电流随电压的变化曲线称为 I U 图线 如图 7 2 3 所示 图 7 2 3 2 比较电阻的大小 图线的斜率 k 图中 R1 R2 I U 1 R 3 线性元件 伏安特性曲线是直线的电学元件 适用欧姆定律 3 4 非线性元件 伏安特性曲线为曲线的电学元件 不适用欧姆定律 试一试 2 一只标有 220 V 60 W 的白炽灯泡 加上的电压 U 由零逐渐增大到 200 V 在此过 程中 电压 U 和电流 I 的关系可用图线表示 在如图 7 2 4 所示的四个图线中 肯定不 符合实际的是 图 7 2 4 解析 选 ACD 由电阻的定义式 R U I 知 在 U I 图象上 某一点的纵坐标 U 和该点的 横坐标 I 的比值 U I 就对应着电阻值 R 由于白炽灯泡钨丝的电阻会随温度的升高而增大 当白炽灯上加的电压从零逐渐增大到 220 V 时 灯丝的温度不断升高 电阻将不断增大 A 图象表示 U I 为一定值 说明电阻不变 不符合要求 C 图象上各点的 U I 值随 U 的增大 而减小 也不符合实际 D 图象中的 U I 的值开始随 U 的增大而增大 后来随 U 的增大而 减小 也不符合实际 只有 B 图象中 U I 的值随 U 的增大而变大 符合实际 应选 A C D 闭合电路欧姆定律 想一想 一太阳能电池板 测得它的开路电压为 800 mV 短路电流为 40 mA 若将该电池板与一阻 值为 20 的电阻连成一闭合电路 则它的路端电压是多少 提示 电源没有接入外电路时 路端电压值等于电源电动势 所以电动势 E 800 mV 由闭合电路欧姆定律得短路电流 I 短 E r 所以电源内阻 r 20 E I短 800 10 3 40 10 3 该电源与 20 的电阻连成闭合电路时 电路中电流 I mA 20 mA E R r 800 20 20 所以路端电压 U IR 400 mV 0 4 V 记一记 1 闭合电路 1 组成Error Error 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正比 跟内 外电路的电阻之和成反比 2 公式 I 只适用于纯电阻电路 E R r 3 路端电压与外电阻的关系 一般情况 U IR R 当 R 增大时 U 增大 E R r E 1 r R 4 特殊情况 当外电路断路时 I 0 U E 当外电路短路时 I 短 U 0 E r 4 路端电压跟电流的关系 1 关系式 U E Ir 2 用图象表示如图 7 2 5 所示 其中纵轴截距为电动势 横轴截距为短路电流 斜率的 绝对值为内阻 图 7 2 5 试一试 3 下列关于电动势的说法正确的是 A 电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比 跟通过的电荷量成反比 B 电动势的单位跟电压的单位相同 所以电动势就是两极间的电压 C 非静电力做的功越多 电动势就越大 D E 只是电动势的定义式而非决定式 电动势的大小是由电源内非静电力的特性决定的 W q 解析 选 D 电动势的定义式 E 中 E 与 W q 无关 E 反映的是电源的属性 由电源内 W q 部非静电力的特性决定 故 A C 错误 D 正确 电动势的单位虽然与电压单位相同 但两 者有本质的不同 B 错误 电路的动态分析 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 固定支路Error Error 变 化支路 2 串反并同 结论法 1 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 2 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 Error Error R Error Error 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 例 1 2011 北京高考 如图 7 2 6 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 5 图 7 2 6 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 尝试解题 滑动变阻器 R0 的滑片向下滑动 R0 接入电路的电阻变小 电路的总电阻变小 总电流变 大 电源的内电压变大 外电压变小 电压表的示数变小 R1 两端的电压变大 R2 两端的 电压变小 电流表的示数变小 A 项正确 答案 A 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 I 总 确定电路的总电流如何变化 E R总 r 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 电源的功率和效率 1 电源的总功率 P 总 EI U 外 I U 内 I P 出 P 内 若外电路是纯电阻电路 则有 P 总 I2 R r E2 R r 2 电源内部消耗的功率 P内 I2r U 内 I P 总 P 出 3 电源的输出功率 P 出 UI EI I2r P 总 P 内 若外电路是纯电阻电路 则有 P 出 I2R E2R R r 2 E2 R r 2 R 4r 由上式可以看出 1 当 R r 时 电源的输出功率最大为 Pm E2 4r 2 当 R r 时 随着 R 的增大输出功率越来越小 6 3 当 R r 时 随着 R 的增大输出功率越来越大 4 当 P 出 Pm 时 每个输出功率对应两个可能的外电阻 R1 和 R2 且 R1 R2 r2 5 P 出与 R 的关系如图 7 2 7 所示 图 7 2 7 4 电源的效率 100 100 100 P出 P总 U E R R r 100 1 1 r R 因此 R 越大 越大 当 R r 时 电源有最大输出功率 效率仅为 50 例 2 电源的效率 定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比 在测电源电动 势和内阻的实验中得到的实验图线如图 7 2 8 所示 图中 U 为路端电压 I 为干路电流 a b 为图线上的两点 相应状态下电源的效率分别为 a b 由图可知 a b 的值 分别为 图 7 2 8 A B 3 4 1 4 1 3 2 3 C D 1 2 1 2 2 3 1 3 尝试解题 由电源的 U I 图象可知 若电源的电动势为 6U0 则 a b 两点处对应的路端电压分别为 4U0 2U0 电源的效率 所以 a b UI EI U E U1 E 2 3 U2 E 1 3 答案 D 如何在图象中求解电源的输出功率和效率 1 分析图象问题时 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 图象 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 7 闭合电路欧姆定律的应用 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 例 3 2012 上海华师大附中等八校联考 如图 7 2 9 所示 电源内阻 r 1 R1 2 R2 6 灯 L 上标有 3 V 1 5 W 的字样 当滑动变阻器 R3 的滑片 P 移到最右端时 电流表示数为 1 A 灯 L 恰能正常发光 图 7 2 9 1 求电源的电动势 2 求当 P 移到最左端时 电流表的示数 3 当滑动变阻器的 Pb 段电阻多大时 变阻器 R3 上消耗的功率最大 最大值多大 审题指导 第一步 抓关键点 关键点获取信息 R3 的滑片 P 移到最右端电路连接方式 R2 被短路 灯 L 正常发光灯 L 两端电压为 3 V 第二步 找突破口 1 要求电源的电动势 应利用闭合电路欧姆定律 2 当 P 移到最左端时 灯 L 和 R2 同 时被短路 3 要求 R3 上消耗的功率最大值 应用数学知识求极值的方法 尝试解题 1 电源的电动势 E UL IR1 Ir 3 V 1 2 V 1 1 V 6 V 2 当 P 移到最左端时 由闭合电路欧姆定律 I E R1 r 2 A 3 灯 L 电阻 RL U2 P 6 设滑动变阻器的 Pb 段电阻为 R3 R3 与 RL 并联等效电阻 R3L R3 RL R3 RL R3 6 R3 6 由闭合电路欧姆定律 I E R1 r R3L 将已知量代入 化简得 I 2 6 R3 3R3 6 8 又 U3 IRL3 4R3 R3 2 所以 P3 U32 R3 16R3 R32 4R3 4 16R3 R3 2 2 8R3 16 R3 2 2 R3 8 当 R3 2 时变阻器 R3 上消耗的功率最大 且最大值为 2 W 答案 1 6 V 2 2 A 3 2 W 2 典例 2013 宁波模拟 如图 7 2 10 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 r 0 若改变四个电阻中 的一个阻值 则 图 7 2 10 A 减小 R1 C1 C2 所带的电量都增加 B 增大 R2 C1 C2 所带的电量都增加 C 增大 R3 C1 C2 所带的电量都增加 D 减小 R4 C1 C2 所带的电量都增加 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 的电量减小 C2 所带的电量增加 选项 C 错误 减小 R4 C1 C2 两端电压都增大 C1 C2 所带的电量都增加 选项 D 正确 模型概述 电容器是一个储存电能的元件 在直流电路中 当电容器 充放电时 电路里有充放电电流 一旦电路达到稳定状态 电容器在