高中物理 第八章 第2讲 电路 电路的基本规律课件 新人教版.ppt

第2讲电路电路的基本规律 知识点1电阻的串联 并联 电阻的串 并联的比较 i1 i2 in i1 i2 in u1 u2 un u1 u2 un r1 r2 rn 知识点2欧姆定律 1 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 i 3 适用条件 金属导体和 导电 电路 正比 反比 电解液 纯电阻 2 元件的分类 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 直线 曲线 不成正比 知识点3电源的电动势和内阻 1 电动势 1 定义 电动势在数值上等于 把1c的正电荷在电源内部从 移送到 所做的功 2 物理意义 反映电源把其他形式的能转化为 的本领大小的物理量 2 内阻电源内部也是由导体组成的 也有电阻r 叫做电源的内阻 它是电源的另一个重要参数 非静电力 负极 正极 电能 知识点4闭合电路的欧姆定律 1 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 外电阻之和成 2 公式 i 只适用于纯电阻电路 e 适用于所有电路 正比 反比 u外 ir 2 路端电压与外电阻的关系 增大 e 3 电路的功率和效率 1 电源的功率p总 2 电源内部损耗功率p内 3 电源的输出功率p出 4 电源的效率 100 ei i2r ui 1 电路中电阻越多 总电阻越大 2 电路中某电阻大 该电阻的功率不一定大 3 由知 r与u成正比 与i成反比 4 欧姆定律也适用于气体导电 5 闭合电路中外电阻越大 路端电压越大 6 外电阻越大 电源的输出功率越大 7 电源的输出功率越大 电源的效率越高 分析 如果电路中电阻都是并联关系 则电阻越多 总电阻越小 故 1 错 在并联电路中 由可知 电阻越大的支路 消耗的功率越小 故 2 对 导体的电阻是由导体本身决定的 与外加电压无关 故 3 错 欧姆定律仅适用于金属导体和电解液导电 不适用于气体导电 故 4 错 闭合电路外电阻越大 电流越小 由u e ir可知路端电压u越大 故 5 对 当外电阻等于内电阻时 电源的输出功率才最大 故 6 错 当电源的输出功率最大时 r r 电源的效率仅为50 并不高 故 7 错 考点1电路的动态分析 三年4考 拓展延伸 考点解读 1 特点断开或闭合开关 滑动变阻器的滑片移动 电阻增大或减小导致电路电压 电流 功率等的变化 2 思维流程 典例透析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 解题探究 试分析s断开后电路的变化 1 总电阻 2 总电流 3 路端电压 解析 选b 当s断开时 外电阻变大 总电流i变小 路端电压变大 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 增大 减小 增大 总结提升 电路动态分析的一般步骤 1 明确局部电路变化时所引起的局部电路电阻的变化 2 根据局部电路电阻的变化 确定电路的外电阻r外总如何变化 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 e u内确定路端电压如何变化 6 确定支路两端的电压及通过各支路的电流如何变化 变式训练 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上的压降也增加 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 考点2电路的功率和效率问题 三年3考 拓展延伸 考点解读 电路的功率和效率 典例透析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 电源的 a 总功率一定增大b 效率一定增大c 内部损耗功率一定增大d 输出功率一定先增大后减小 解题探究 1 当外电阻增大时 试分析以下物理量如何变化 电源总功率 电源的内部损耗功率 电源的效率 2 当外电阻多大时 电源的输出功率最大 提示 当外电阻等于电源的内阻时 输出功率最大 减小 减小 增大 解析 选b 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错误 效率即 增大 选项b正确 电源内部损耗的功率pr i2r减小 选项c错误 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 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 变式备选 如图所示电路中 直流发电机输出电压e 250v r 3 r1 r2 1 电热器组中装有50只完全相同的电热器 每只电热器的额定电压为200v 额定功率为1000w 其他电阻不计 并且不计电热器电阻随温度的变化 问 1 当接通几只电热器时 实际使用的电热器都能正常工作 2 当接通几只电热器时 发电机输出功率最大 3 当接通几只电热器时 电热器组加热物体最快 4 当接通几只电热器时 电阻r1 r2上消耗的功率最大 解析 不计电热器电阻随温度的变化 则每只电热器的电阻每只电热器的额定电流 1 要使电热器正常工作 必须使电热器两端的实际电压等于额定电压200v 因此干路电流而每只电热器额定电流为5a 则电热器的只数为 2 要使发电机输出功率最大 必须使外电阻等于内电阻 由此可得电热器总电阻为r r r1 r2 3 1 1 1 故有 3 要使电热器组加热物体最快 就必须使电热器得到的电功率最大 把r1 r2视为等效 电源 内电阻 要使电热器的总功率最大 必须使其总电阻为r r1 r2 r 1 1 3 5 所以 4 要使r1 r2上消耗功率最大 必须使通过的电流最大 由此得电路中总电阻必须最小 即当50只电热器全接通时 可满足要求 所以n4 50只 答案 1 2只 2 40只 3 8只 4 50只 考点3电源u i图线与电阻u i图线 三年2考 对比分析 考点解读 两种图线的比较 典例透析3 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电阻的实验中得到的实验图线如图所示 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 a b c d 解题探究 1 计算电源效率的表达式为 2 图线上a b两个状态对应的效率取决于 解析 选d 电源电动势为e 电源的效率为根据图像可知所以故d正确 a b状态的电压ua 和ub 互动探究 1 对应a b状态下 电源的输出功率之比为多少 2 设a b状态下外电阻分别为ra rb 电源内电阻为r 试证明ra rb r2 解析 1 设电源电动势为e 短路电流为i0 则状态a b对应的电压 电流分别为则输出功率之比为 2 由于而所以得证 答案 1 1 1 2 见解析 总结提升 u i图像的一般分析思路 1 明确纵 横坐标的物理意义 2 明确图像的截距 斜率及交点的意义 3 找出图线上对应状态的参量或关系式 4 结合相关概念或规律进行分析 计算 备选例题 典例透析 2013 合肥模拟 如图所示的电路中 电源电动势e 6 0v 其内阻可忽略不计 电阻的阻值分别为r1 2 4k r2 4 8k 电容器的电容c 4 7 f 闭合开关s 待电流稳定后 用电压表测r1两端电压 其稳定值为1 5v 1 该电压表的内阻为多大 2 由于电压表的接入 电容器的带电荷量变化了多少 规范解答 1 设电压表内阻为rvrv 4 8k 2 电压表接入电路前 电容器上电压为q cuc 1 88 10 5c电压表接入电路后 电容器上电压为u c 4 5vq cu c 2 115 10 5c所以电容器上电荷量增加了 q q q 2 35 10 6c答案 1 4 8k 2 2 35 10 6c 等效电源法 的应用1 方法概述等效法是把复杂的物理现象 物理过程转化为简单的物理现象 物理过程来研究和处理的一种科学思想方法 2 常见类型 1 物理量的等效 如等效电阻 等效电源 等效长度 等效力等 2 过程的等效 如平抛运动可等效为水平方向的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动 3 解题思路 1 分析所研究的问题是否属于等效问题 2 确定该问题属于哪一类等效问题 3 分析问题等效后的求解思路 典例 如图所示 r1为定值电阻 r2为可变电阻 e为电源电动势 r为电源内电阻 以下说法中正确的是 a 当r2 r1 r时 r2上获得最大功率b 当r2 r1 r时 r1上获得最大功率c 当r2 0时 r1上获得最大功率d 当r2 0时 电源的输出功率最大 深度剖析 选c 在讨论r2的电功率时 可将r1视为电源内阻的一部分 即将原电路等效为外电阻r2与电动势为e 内阻为 r1 r 的电源 等效电源 连成的闭合电路 如图所示 r2的电功率是等效电源的输出功率 显然当r2 r1 r时 r2获得的电功率最大 选项a错误 在讨论r1的电功率时 由及p1 i2r1可知 r2 0时 r1获得的电功率最大 故选项b错误 选项c正确 当r1 r2 r时 电源的输出功率最大 由于题目没有给出r1和r的具体数值 所以当r2 0时 电源输出功率并不一定最大 故选项d错误 名师指津 等效法 解题的两原则 1 要有等效的依据 即等效后能经得住物理规律的检验 2 能使问题简化并且易于求解 变式训练 如图所示 已知蓄电池的电动势e 6v 内阻r 2 r1 2 r2为一可变电阻 则r2为何值时 r2上消耗的功率最大 并求此时的最大功率值 解析 用图中虚线框所围的部分替代电源时 其电动势也相应地替换 等效电动势e 等于其负载电阻r2断开时a b两点间的电压 故内电阻为当外电路电阻等于等效电源内阻时 电源输出功率最大 故r2 1 时 r2上消耗的功率最大 r2上消耗的最大功率答案 1 2 25w 双基题组 1 2013 六安模拟 如图所示 电路两端的电压u保持不变 电阻r1 r2 r3消耗的电功率一样大 则电阻之比r1 r2 r3是 a 1 1 1b 4 1 1c 1 4 4d 1 2 2 解析 选c 根据串并联电路的特点 u2 u3 故r2 r3 又i1 i2 i3 故i1 2i2 2i3 根据p i2r和p1 p2 p3得r1 r2 r3 1 4 4 2 电源的电动势和内阻都保持一定 在外电路的电阻逐渐变小的过程中 下列说法正确的是 a 干路电流一定变小b 路端电压一定逐渐变小c 电源内部消耗的电功率一定逐渐变小d 电源的输出功率一定逐渐变小 解析 选b 外电阻减小 总电阻减小 干路电流增大 a错误 又由p i2r知电源内部消耗的电功率逐渐变大 c错误 根据u e ir知路端电压逐渐变小 b正确 由于外电阻与内电阻的关系未知 所以当外电阻增大时 电源的输出功率如何变化无法判断 d错误 3 2013 南京模拟 金属铂的电阻值对温度的高低非常 敏感 图中的i u图像中能表示金属铂电阻情况的是 解析 选c 在i u图像中 图像的斜率表示电阻的倒数 由于铂的电阻率随温度的升高而变大 故i u图像斜率应减小 因此 能反映金属铂电阻情况的图像为c 4 2013 泰州模拟 某同学用如图所示的电路来测量电源的电动势与内电阻 但由于某种原因 只找到一只不带刻度的电流表 当他把电阻箱的电阻r由2 变为6 时 电流强度减小为原来的一半 则他所测定的电源的电动势与内电阻分别为 a 无法测定4 b 6v8 c 12v6 d 无法测定2 解析 选d 由闭合电路