习题课3闭合电路的分析与计算

1、习题课三闭合电路的分析与计算 学习目标 1.会用闭合电路欧姆定律分析动态电路2知道电路中闭合电路的功率关系，会计算闭合电路的功率.3.会利用闭合电路的欧姆定律进行含电容器电路的分析与计算闭合电路的动态分析问题1.解决闭合电路动态变化问题，应按照局部整体局部的程序进行分析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 并联分流 I 串联分压 U 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极端去讨论如图

2、1 所示的电路中，电源的电动势为E，内电阻为 r， A 为灯泡， V 为理想电压表在滑动变阻器的滑片P 由 B 端向 C 端滑动的过程中 ()图 1A A 灯变亮， V 示数变大BA 灯变亮， V 示数变小C A 灯变暗， V 示数变大D A 灯变暗， V 示数变小思路点拨 ：解此题可按以下程序滑片 P移动 电阻变化分析 电流分析 U内、 UR分析 UV、 U灯分析D 在滑动变阻器的滑片 P 由 B 端向 C 端滑动的过程中，接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，总电流增大，内电压变大，则路端电压减小，电压表V 的示数变小，电阻R 上电压变大，则 A 灯两端电压变小，亮度变暗，故选D.直流电路

3、动态分析的技巧第 1页(1)外电路的部分电阻增大，总电阻一定增大(2)增加并联电阻的个数，总电阻一定减小(3)含电容器的支路电压稳定时可认为断路，电容器两端的电压等于与电容器并联的那部分电路两端的电压 针对训练 1(多选 )在如图 2 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()图 2A灯泡 L 将变暗B灯泡 L 将变亮C电容器 C 的电量将减小D电容器 C 的电量将增大AD 由题意可知 R 增大，电流 IE减小，灯泡 L 将变暗，故 A 正确，R RL rB

4、 错误路端电压 U E Ir 增大，则电容器电量QCU 增大，故 C 错误， D正确 闭合电路中的功率和效率1.闭合电路的能量关系由闭合电路的欧姆定律EU 外 U 内 得闭合电路的能量关系：qEqU 外 qU 内 此式反映了电源克服静电力做的功等于内、外电路消耗的电能之和2闭合电路的功率关系由式可得：闭合电路的功率关系为：EIIU I2r其中，电源的总功率： PEI ；电源内耗功率 PU2r；电源输出功率 P总内内I I出 U 外 I .E2E23对于纯电阻电路，电源的输出功率R，当 RP 出 I 2R R r2R r 4rRE2r 时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为P 4r .电源输出

5、功率随外电阻变第 2页化曲线如图 3 所示图 3P出IUU4电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即P总 IE E. II 2RR1，所以当 R 增大时，效对于纯电阻电路，电源的效率2Rr R rr1R率 提高当 R r(电源有最大输出功率 )时，效率仅为50%，效率并不高如图 4 所示，已知电源电动势 E5V，内阻 r 2，定值电阻 R10.5 ，滑动变阻器 R2 的阻值范围为010 求.：图 4(1)当滑动变阻器 R2 的阻值为多大时，电阻 R1 消耗的功率最大？最大功率是多少？(2)当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动变阻器消耗的功率最大？最大功率是多少？(3)当滑动变阻器的阻值为

6、多大时，电源的输出功率最大？最大功率是多少？思路点拨 ：解此题注意两点：2(1)求解定值电阻消耗的最大功率时，根据 PI R 可知，只要电流满足最大即可(2)求解可变电阻消耗的最大功率时，因为电流随电阻的变化而变化，要利用电源的输出功率与外电阻的关系进行求解 解析 (1)定值电阻 R1 消耗的电功率为2E2R12，可见，当滑动P1I R1R1 R2r变阻器的阻值 R20 时， R1 消耗的功率最大，最大功率为P1m E2R1 2 W.R1 r 2(2)将定值电阻 R1 看作电源内阻的一部分， 则电源的等效内阻 r R1r 2.5 ，则当滑动变阻器的阻值 R2r 2.5 时，滑动变阻器消耗的功率

7、最大， 最大功2E率为 P2m 2rr 2.5 W.(3)由电源的输出功率与外电阻的关系可知，当 R1R2r ，即 R2 r R1(2 0.5)2E 1.5时，电源有最大输出功率，P 出 m 2rr 3.125 W. 答案 (1)02 W(2)2.52.5 W(3)1.5第 3页3125 W分析闭合电路中的功率、效率问题的两点注意(1)对于电源来说，外电路电阻越大，路端电压越大，电源的效率越高，但电源的输出功率不一定越大， 只有当外电路电阻越接近于电源内阻时， 输出功率才越大2(2)电源的总功率， 计算式为 PIE(普遍适用 )，P EI2 (Rr)(只适用于外电Rr路为纯电阻的电路 ) 针对

8、训练 2(多选 )将一可调电阻接入电动势为E、内阻为 r 的蓄电池两端，接通电路后，调节外电路，通过测量描绘出电源的输出功率随外电阻变化的图线，如图5 所示则下列说法正确的是()【导学号： 46242153】图 5A当外电阻与电源的内阻相等时，电源消耗的总功率最大B当外电阻与电源的内阻相等时，电源的效率为50%C电源消耗的功率随外电阻的增大而增大D当外电阻与电源的内阻相等时，外电阻消耗的电功率最大BD 电源的功率 P E2，随外电阻 R 的增大而减小， A 、C 错误；由 IUr RIER可知， B 正确；由题图可知， R r 时电源有最大输出功率，即外电阻消R r耗的电功率最大， D 正确

9、电路故障的分析方法这类题目要从已知条件出发，进行严密推理，找出故障的原因具体方法如下：1仪器检测法(1)用电压表对断路故障判断：用电压表与电源并联，若有电压，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)用电压表对短路故障判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则该段电路短路(3)用欧姆表检测：在使用欧姆表检测电路故障时，一定要注意将待测部分与电第 4页路断开若测得某段电路的电阻是零，说明该部分短路； 若测得某段电路的电阻是无穷大，说明该部分断路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，假设某部分电路发

10、生故障，运用欧姆定律进行正向推理，推理结果若与题述现象相符， 则故障发生在该部分电路 否则，故障没发生在该部分电路用此方法，直到找到故障为止如图 6 所示的电路中，闭合开关 S 后，灯 L1、L2 都能发光后来由于某种故障使灯 L 2 突然变亮 (未烧坏 )，电压表的读数增大， 由此可推断， 这故障可能是 ()图 6A电阻 R1 断路B电阻 R2 短路C灯 L 1 上两接线柱间短路D电阻 R2 断路思路点拨 ：电路的结构及电压表的位置 灯 L 2 变亮是电压表读数增大的原因D 根据题设条件，电路中的某种故障产生两个后果：一是灯L 2 突然变亮，二是电压表的读数增大， 只有符合这两个条件的故障才

11、是可能的故障因为电压表的读数增大，所以路端电压增大，电源内阻上的电压减小，说明总电流减小，电路总电阻增大若电阻 R1 断路，会导致总电阻增大， 总电流减小，而此时灯 L 2 两端电压会减小，致使灯 L2 变暗，故选项 A 不符合题意若电阻 R2 短路，灯 L2 将不亮，选项 B 不符合题意若灯 L 1 上两接线柱间短路，电路的总电阻减小，总电流增大，电压表读数减小，选项 C 不符合题意若电阻 R2 断路，电路的总电阻增大，总电流减小，电压表的读数增大，符合题意而总电流减小导致内电压和灯 L1、R1 并联部分电压减小， 灯 L2 端电压增大，灯 L 2 变亮，故选项 D 符合题意 第 5页故障部

12、分电路的特点(1)断路的特点：电路中发生断路，表现为电路中的电流为零而电源两端的电压不为零；若外电路中某两点之间的电压不为零，则表示这两点之间出现了断路，同时也说明这两点与电源之间的相连部分无断路(2)短路的特点：电路发生短路时，表现为有电流通过短路电路，即电流表是有一定示数的，但用电压表测该支路两端的电压时，电压表示数为零 针对训练 3在如图 7 所示的电路中，开关S 闭合后，由于某电阻元件发生短路或断路故障，电压表和电流表的读数都增大，则可能出现的故障是()图 7A R1 短路BR2 短路C R3 短路DR1 断路A 若 R1 短路，则 R2 也被短路，电流表测的是总电流， 电压表测的是路

13、端电压，R1、R2 短路，回路中的总阻值减小，故总电流增加，又由U IR3，电流 I 增大，R3 是定值电阻，故 U 增大，选项 A 正确；若 R2 短路，电流表也被短路，读数为零，选项 B 错误；若 R3 短路，则电压表被短路，读数为零，选项C 错误；若 R1断路，电流表读数为零，选项D 错误 当 堂 达 标 固 双 基(教师用书独具 )1在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑动头向下滑动时，A 、B 两灯亮度的变化情况为 ()A A 灯和 B 灯都变亮BA 灯和 B 灯都变暗C A 灯变亮， B 灯变暗D A 灯变暗， B 灯变亮B 当滑动变阻器的滑动头向下滑动时， 电阻变小，总电阻减小，电

14、路电流增大，内电压增大，外电压减小，则 A 灯变暗；同时 A 灯上电流减小，则通往左路的电流增大，定值电阻两端的电压增大，B 灯两端电压减小， B 灯变暗 2如图所示电路，闭合开关S，两个灯泡都不亮，电流表指针几乎不动，而电第 6页压表指针有明显偏转，该电路的故障可能是()A电流表坏了或未接好B从点 a 经过灯 L1 到点 b 的电路中有断路C灯 L 2 的灯丝断开或灯座未接通D电流表和灯 L 1、L 2 都坏了B因电压表有示数，则说明电流表与灯泡L2 没有断路，可能是从点a 经过灯L1 到点 b 的电路中有断路 3(多选 )图中电源的电动势为6 V，内阻为 1 ，R1 为 2 ，R2 的总阻

15、值为 3 ，下列说法中正确的是 ()A当 R2 为 1 时， R1 消耗的功率最大B通过改变 R2 的阻值，路端电压的最大值为5 V，最小值为4 VC R2 的阻值越小， R1 消耗的功率越大D当 R2 的阻值为 3 时， R2 消耗的功率最大BCDR1 为定值电阻，只有当通过R1 的电流最大时，其消耗的功率才最大，因此当 R2 0 时，R1 消耗的功率最大， A 错误， C 正确；由闭合电路欧姆定律得路R1R2端电压 UE，代入数据计算知B 正确；将定值电阻R1 当作电源内阻R1R2r的一部分，则当R2R1r 3 时，等效电源的输出功率最大，即R2 消耗的功率最大， D 正确 4(多选 )如图所示， A、B 图线分别为电源 E 与某一定值电阻R 的伏安特性曲线，如果将电阻 R 与电源 E 直接连接在一起，电源的电动势用E 表示，内阻用 r 表