2020春新教材高中物理第4章闭合电路欧姆定律与科学用电拓展课闭合电路欧姆定律的应用教案鲁科版.docx

拓展课闭合电路欧姆定律的应用核心要点 闭合电路的动态分析要点归纳1.解决闭合电路动态变化问题，应按照局部整体局部的顺序进行分析。2.基本思路：电路结构的变化R的变化R总的变化I总的变化U内的变化U外的变化固定支路变化支路。(1)对于固定不变的部分，一般按照欧姆定律直接判断。(2)对于变化的部分，一般应根据分压或分流间接判断。(3)涉及变阻器滑动引起的电路变化问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个端点去讨论。试题案例例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A1减小，A2增大D.电压表读数减小，电流表A1增大，A2减小解析由题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中的阻值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，故A1示数减小；路端电压UEIr，因I减小，所以U增大，即电压表的读数增大；R2两端电压U2EI(R1r)，因I减小，所以U2增大，由I2知I2增大，即电流表A2的读数增大，故选项C正确，选项A、B、D错误。答案C方法总结动态电路的分析方法(1)程序法：局部整体局部。(2)“并同串反”法，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；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。针对训练1 如图所示，R1阻值恒定，R2为热敏电阻(热敏电阻阻值随温度降低而增大)，L为小灯泡，当R2所在位置温度升高时()A.R1两端的电压减小B.小灯泡的亮度变暗C.电流表的示数减小D.通过R2的电流减小解析当R2所在位置温度升高时，R2阻值减小，总电阻减小，总电流增大，电流表的示数增大，R1两端的电压U1IR1增大，故A、C错误；总电流增大，内电压增大，则路端电压UEIr减小，并联部分的电压减小，所以灯泡L变暗，故B正确；通过L的电流减小，而总电流增大，则通过R2的电流增大，故D错误。答案B核心要点 闭合电路的功率和效率要点归纳1.电源的总功率：P总EI；电源内阻消耗功率P内U内II2r；电源输出功率P出U外I。2.对于纯电阻电路，电源的输出功率P出I2RR，当Rr时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为P。电源输出功率随外电阻的变化曲线如图所示。3.电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即。对于纯电阻电路，电源的效率，所以当R增大时，效率提高。当Rr(电源有最大输出功率)时，效率仅为50%，效率并不高。试题案例例2 如图所示，已知电源电动势为6 V，内阻为1 ，保护电阻R00.5 ，求：当电阻箱R读数为多少时，保护电阻R0消耗的电功率最大，并求这个最大值。解析保护电阻消耗的功率为P0，因R0和r是常量，而R是变量，所以R最小时，P0最大，即R0时，P0max W8 W。答案8 W总结提升(1)定值电阻消耗功率最大时通过的电流最大。(2)求可变电阻消耗的功率时可将其他电阻等效为电源内阻。变式1 例题中条件不变，求当电阻箱R读数为多少时，电阻箱R消耗的功率PR最大，并求这个最大值。解析这时要把保护电阻R0与电源内阻r等效为电源内阻，据以上结论，当RR0r即R(10.5 ) 1.5 时，PRmax W6 W。答案1.5 6 W变式2 在例题中，若电阻箱R的最大值为3 ，R05 ，求：当电阻箱R读数为多少时，电阻箱R的功率最大，并求这个最大值。解析把R05 当作电源内阻的一部分，则等效电源内阻r等为6 ，而电阻箱R的最大值为3 ，小于6 ，PR，则不能满足Rr等，当电阻箱R的电阻取3 时，R消耗功率最大，最大值为PR W。答案3 W变式3 例题中条件不变，求电源的最大输出功率。解析由电功率公式P出R外，当R外r时，P出最大，即RrR00.5 时，P出max W9 W。答案9 W例3 如图所示，电源的电动势为E，内阻为r，R为电阻箱。图乙为电源的输出功率P与电流表示数I的关系图像，电流表为理想电表，其中电流为I1、I2时对应的外电阻分别为R1、R2，电源的效率分别为1、2，输出功率均为P0。下列说法中正确的是()A.R1R2 B.I1I2C.R1R2r2 D.12解析由闭合电路欧姆定律可知：I，由图可知，I1I2，则R1R2，故A错误；由闭合电路欧姆定律得UEIr，输出功率为PUIEII2r，由图有EI1IrEI2Ir，整理得I1I2，故B错误；根据电功率表达式，P0IR1IR2，且I，则有R1R2，整理得R1R2r2，故C正确；根据电源的效率可得，因I1I2，因此12，故D错误。答案C针对训练2 受动画片四驱兄弟的影响，越来越多的小朋友喜欢上了玩具赛车。某玩具赛车充电电池的输出功率P随电流I变化的图像如图所示(纯电阻电路)。(1)求该电池的电动势E和内阻r；(2)求该电池的输出功率最大时对应的外电阻R(纯电阻电路)；(3)由图像可以看出，同一输出功率P可对应两个不同的电流I1、I2，即对应两个不同的外电阻(纯电阻)R1、R2，试确定r、R1、R2三者间的关系。解析(1)I12 A时，PmI24 A时，输出功率为零，此时电源被短路，即I2解得E2 V，r0.5 。(2)Rr0.5 。(3)由题知R1R2整理得r2R1R2。答案(1)2 V0.5 (2)0.5 (3)r2R1R2核心要点 含容电路的分析与计算要点归纳1.电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压降低，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压。2.当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等。3.电路的电流、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；如果电容器两端电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。试题案例例4 如图所示，电源电动势E10 V，内阻可忽略，R14 ，R26 ，C30 F，求：(1)S闭合后，稳定时通过R1的电流；(2)S原来闭合，然后断开，这个过程中流过R1的电荷量。解析(1)S闭合后，电路稳定时，R1、R2串联，则I1 A，即为通过R1的电流。(2)S闭合时，电容器两端电压UCU2IR26 V，储存的电荷量QCUC。S断开至达到稳定后电路中电流为零，此时UCE，储存的电荷量QCUC。故电容器上的电荷量增加了QQQCUCCUC1.2104 C。电容器上电荷量的增加是在S断开以后才产生的，只有通过R1这条途径实现，所以流过R1的电荷量就是电容器上增加的电荷量。答案(1)1 A(2)1.2104 C方法总结含电容器电路的分析与计算方法(1)首先确定电路的连接关系及电容器和哪部分电路并联。(2)根据欧姆定律求并联部分的电压即为电容器两极板间的电压。(3)最后根据公式QCU或QCU，求电荷量及其变化量。针对训练3 如图所示电路中，电源电动势E9 V，内阻r2 ，定值电阻R16 ，R210 ，R36 ，电容器的电容C10 F。(1)保持开关S1、S2闭合，求电容器所带的电荷量；(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的电荷量。解析(1)保持开关S1、S2闭合，则电容器两端的电压UCUR1R16 V3 V。电容器所带的电荷量为QCUC101063 C3105 C。(2)保持开关S1闭合，将开关S2断开后，电路稳定时电容器两端的电压等于电源电动势，此时电容器上的电荷量QCE101069 C9105 C，而流过R2的电荷量等于电容器C上电荷量的增加量QR2QQQ9105 C3105 C6105 C。答案(1)3105 C(2)6105 C1.(闭合电路的动态分析)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由变阻器R0的滑动端向下滑动可知R0连入电路的有效电阻减小，则R外减小，由I可知I增大，由U内Ir可知U内增大，由EU内U外可知U外减小，故电压表示数减小。由U1IR1可知U1增大，由U外U1U2可知U2减小，由I2可知电流表示数减小，故A正确。答案A2.(闭合电路中的功率和效率)如图所示，直线A为电源的UI图线，直线B和C分别为电阻R1和R2的UI图线。用该电源分别与R1、R2组成闭合电路时，电源的输出功率分别为P1、P2，电源的效率分别为1、2。则()A.P1P2 B.P12 D.1U2，故12，C正确，D错误。答案C3.(含容电路分析)如图所示的电路，水平放置的平行板电容器中有一个带电液滴正好处于静止状态，现将滑动变阻器的滑片P向左移动，则()A.电容器中的电场强度将增大B.电容器上的电荷量将减少C.电容器的电容将减少D.液滴将向上运动解析若将滑片向左移动，则R总增大，干路电流减小，R2两端电压减小，所以电容器两端电压减小，电容器上的电荷量减少，电容器两极板间的电场强度减小，液滴将向下运动，故B正确，A、D错误；由平行板电容器电容C可知，电容器的电容不变，选项C错误。答案B4.(闭合电路的功率极值问题)如图所示，电路中E3 V，r0.5 ，R01.5 。变阻器的最大阻值R10 。(1)在变阻器的阻值R为多大时，变阻器上消耗的功率最大？最大为多大？(2)在变阻器的阻值R为多大时，定值电阻R0上消耗的功率最大？最大为多大？解析(1)此种情况可以把R0归入电源内电阻，这样变阻器上消耗的功率，也就是电源的输出功率。即当RrR02 时，R消耗功率最大为Pm W W。(2)定值电阻R0上消耗的功率可以表示为PI2R0，因为R0不变，当电流最大时功率最大，此时对应电路中电阻最小，即当R0时，R0上消耗的功率最大。PmR01.5 W W。答案(1)2 W(2)0 W基础过关1.如图所示的电路，闭合开关S，待电路中的电流稳定后，减小R的阻值。则()A.电流表的示数减小B.电压表的示数减小C.电阻R2两端的电压减小D.路端电压增大解析题图中的电路结构是R1与R先并联，再与R2串联，故RR总I干U内U外，示数增大；R2两端电压U2I干R2，U2增大，所以R与R1的并联电压减小，示数减小，A、C、D错误，B正确。答案B2.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。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.、解析由UI图像可知，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，选项D正确。答案D3.如图所示的电路中，电源电动势为E，内电阻为r，闭合开关S，待电流达到稳定后，电流表示数为I，电压表示数为U，电容器C所带电荷量为Q。将滑动变阻器的滑动触头P从图示位置向a端移动一些，待电流达到稳定后，与P移动前相比()A.U变小 B.I变小 C.Q不变 D.Q减小解析当滑动变阻器P的滑动触头从图示位置向a端移动时，其接入电路的电阻值增大，外电路总电阻增大，由闭合电路欧姆定律可知，干路的电流I减小；变阻器两端的电压UEI(R2r)，由I减小，可知U增大，即电容器C两端的电压增大，再据C，得QCU，可判断出电容器所带的电荷量Q增大，故B正确，A、C、D错误。答案B4.为了儿童安全，布绒玩具必须检测其中是否存在金属断针，可以先将玩具放置在强磁场中，若其中有断针，则断针被磁化，用磁报警装置可以检测到断针的存在。如图所示是磁报警装置中的一部分电路示意图，其中RB是磁敏传感器，它的电阻随断针的出现而减小，a、b接报警器，当传感器RB所在处出现断针时，电流表的电流I，a、b两端的电压U将()A.I变大，U变大B.I变小，U变小C.I变大，U变小D.I变小，U变大解析由题意知RB的电阻随断针的出现而减小，即外电路的总电阻R外减小，由闭合电路欧姆定律有I总可知I总增大，再由UEI总r可知，外电压U减小。而由U1I总R1可知，U1增大，U2必减小，I2减小，由电流表的电流II总I2可知，电流表的电流必变大。故A、B、D错误，选项C正确。答案C5.(多选)如图所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图线；直线B为电源b的路端电压与电流的关系图线；直线C为一个电阻R两端电压与电流的关系图线。将这个电阻分别接到a、b两电源上，那么()A.R接到b电源上时电源的效率高B.R接到b电源上时电源的输出功率较大C.R接到a电源上时电源的输出功率较大，但电源效率较低D.R接到a电源上时电阻的发热功率较大，电源效率也较高解析由题图知EaEb，内阻rarb，当电阻R接到电源两极时，电源的效率为，所以R接到电源b上时，电源的效率高，A正确，D错误；由题图知，R接到电源a上时，电源的输出电压和电流均比接到b上时大，故R接到电源a上时，电源的输出功率较大，B错误，C正确。答案AC6.如图所示电路中，定值电阻R2r(r为电源内阻)，滑动变阻器的最大阻值为R1且R1R2r。在滑动变阻器的滑片P由左端a向右滑动的过程中，以下说法正确的是()A.电源的输出功率变小B.R2消耗的功率先变大后变小C.滑动变阻器消耗的功率先变大后变小D.以上说法都不对解析滑片向右滑动，滑动变阻器接入电路部分电阻变小，电路中的电流变大，通过电源内阻的电流和通过电阻R2的电流都变大，这两个电阻是定值电阻，消耗的功率变大，在滑动的过程中内阻始终小于外电阻，所以电源的输出功率增大。考虑滑动变阻器上的功率消耗时可以把R2看成电源的一部分，当滑动变阻器的阻值等于2r时，消耗的功率最大，当滑动变阻器阻值小于2r时，消耗的功率变小，故只有选项C正确。答案C7.如图所示，R为电阻箱，为理想电压表，当电阻箱读数为R12 时，电压表读数为U14 V；当电阻箱读数为R25 时，电压表读数为U25 V。求：(1)电源的电动势E和内阻r；(2)当电阻箱R读数为多少时，电源的输出功率最大？最大值Pm为多少？解析(1)由闭合电路欧姆定律EU1rEU2r联立并代入数据解得E6 V，r1 (2)由电功率表达式PR将式变形为P由式知，Rr1 时，P有最大值Pm9 W答案(1)6 V1 (2)1 9 W能力提升8.(多选)在如图所示的电路中，电源电动势为E、内电阻为r，C为电容器，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。开关闭合后，灯泡L能正常发光。当滑动变阻器的滑片向右移动时，下列判断正确的是()A.灯泡L将变暗B.灯泡L将变亮C.电容器C的电荷量将减小D.电容器C的电荷量将增大解析由题意，可知R增大，电流I减小，灯泡L将变暗，故A正确，B错误；路端电压UEIr增大，则电容器电荷量QCU增大，故C错误，D正确。答案AD9.(多选)如图所示，直线、分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性图线，曲线是一个小灯泡的伏安特性曲线，如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接，则下列说法正确的是()A.电源1与电源2的内阻之比是117B.电源1与电源2的电动势之比是11C.在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是12D.在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是12解析图线、的斜率的绝对值为电源内阻，所以电源1与电源2的内阻之比是117，选项A正确；图线、与纵轴的交点等于电源电动势，两条图线相交于纵轴上一点，所以电源1与电源2的电动势之比是11，选项B正确；曲线与直线、的交点就是在这两种连接状态下，小灯泡实际工作的电压和电流，小灯泡消耗的功率之比，选项C正确；在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比，选项D错误。答案ABC10.在如图所示电路中，R2为光敏电阻，合上开关S，用较弱光照射R2，电压表读数为U0，电流表读数为I0；用较强光照射R2，电压表读数为U1，电流表读数为I1；用更强光照射R2，电压表读数为U2，电流表读数为I2。处理实验数据，令k1，k2，则k1、k2的关系为()A.k1k2 B.k1k2C.k1k2 D.无法确定解析设路端电压为U，干路中电流为I，电源的内阻为r。根据电路结构可知，电压表测量路端电压，电流表测量干路电流，根据闭合电路欧姆定律得UEIr则得r可知，k1r