2024版新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律专题拓展五电源的U-I图像及电路分析课件新人教版必修第三册

专题拓展五

电源的U-I图像及电路分析共研·突破关键能力精练·落实学科素养共研·突破关键能力拓展1电源的U­I图像及应用【归纳】——————————————————○电源U­I图像和定值电阻的U­I图像的比较图像电源的U­I图像定值电阻的U­I图像图形物理意义电源的路端电压随电路中电流的变化关系电阻两端的电压随电阻中电流的变化关系截距图线过坐标轴原点，表示电流为零时电阻两端的电压为零坐标U、I的乘积表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率坐标U、I的比值表示外电阻的大小，不同点对应外电阻大小不同表示电阻的大小，每一点对应的比值均相同斜率的绝对值表示电源内阻r的大小表示电阻的大小【典例】例1(多选)如图所示，a、b分别表示一个电池组和一只电阻的I­U图线．下列判断正确的有(

)A．电阻的阻值为15ΩB．电池内阻是0.2ΩC．将该电阻接在该电池组两端，电池组的输出功率将是15WD．改变外电阻的阻值时，该电池组的最大输出功率为20W答案：ACD

[训练1]在两个不同的闭合电路中，电源的U­I图像分别如图所示．下列判断正确的是(

)A．电动势E1＝E2，发生短路时的电流I1<I2B．电动势E1＝E2，内阻r1<r2C．电动势E1>E2，内阻r1<r2D．当两个电源的工作电流变化量相同时，电源1的路端电压变化大答案：B解析：根据闭合电路欧姆定律U＝E－Ir，结合U­I图像，可知E为图线与纵轴的截距，－r为直线斜率，由图像知E1＝E2，r1<r2，I1>I2.由数学关系ΔU＝－ΔIr知，当工作电流变化量相同时，因为r1<r2，所以|ΔU2|>|ΔU1|，故B正确．拓展2闭合电路的动态分析【归纳】——————————————————○闭合电路动态问题的分析方法(1)程序法：遵循“局部—整体—局部”的思路，按以下步骤分析(如图)．(2)极端法：因滑动变阻器滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论．(3)结论法“串反并同”“串反”：是指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大．“并同”：是指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小．【典例】——————————————————○例2如图所示电路，电源内阻不可忽略．开关S闭合后，在滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中(

)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，电流表的示数增大答案：A

[训练2]在如图所示的电路中，电源内阻不可忽略，开关S闭合前灯泡LA、LB、LC均已发光．那么，当开关S闭合时，LA、LB、LC三个灯泡的亮度变化情况是(

)

A．LA亮度不变，LB变亮，LC变暗B．LA变暗，LB变亮，LC变暗C.LA变亮，LB变暗，LC变亮D．LA变暗，LB变亮，LC亮度不变答案：B解析：当开关S闭合时，LC、LD并联，电阻减小，外电路总电阻R减小，根据闭合电路欧姆定律可知，总电流I增大，LA的电压UA＝E－Ir，减小，电流IA减小，LA变暗；LB的电流IB＝I－IA，增大，电压UB增大，LB变亮；LC的电压UC＝UA－UB，UA减小，UB增大，则UC减小，LC变暗．故B正确．[训练3]如图所示为某同学在研究性学习中自制的电子秤原理示意图．托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计，滑动变阻器的滑片与弹簧上端连接．不称重物时，滑片P在R0的最上端；称重物时，在压力作用下滑片P下滑．操作人员可通过电阻很大的灯泡的亮度判断有没有开始称重，电流表的示数可以反映物体的质量．下列说法正确的是(

)A．称的物体越重，灯泡越暗B．称的物体越重，电流表示数越大C．不称重物时，灯泡会很亮D．不称重物时，电流表示数较大

答案：D

拓展3闭合电路的功率和效率【归纳】——————————————————○1．闭合电路中的几类功率

通用表达式纯电阻表达式电源总功率P总＝EIP总＝I2(R＋r)内部消耗功率P内＝I2rP内＝I2r电源输出功率P外＝U外IP外＝I2R三者关系P总＝P外＋P内

【典例】——————————————————○例3在如图所示的电路中，已知电源电动势E＝3V，内电阻r＝1Ω，电阻R1＝2Ω，滑动变阻器R的阻值连续可调．(1)当R多大时，R消耗的功率最大？最大功率为多少？(2)当R多大时，R1消耗的功率最大？最大功率为多少？(3)当R多大时，电源的输出功率最大？最大功率为多少？

思维提升功率最大值的求解方法(1)对定值电阻来说，其电流最大时功率也最大．(2)电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大，若不能相等，外电阻越接近内阻时，电源的输出功率越大．(3)如图，求解滑动变阻器R2消耗的最大功率时，可把定值电阻R1等效为电源内阻的一部分，则R2＝R1＋r时，R2上消耗的功率最大．

[训练4]将一个电源与一电阻箱连接构成闭合回路，测得的电阻箱所消耗的功率P与电阻箱的读数R的关系如图所示．下列说法正确的是(

)A．电源最大输出功率可能大于45WB．电源的内阻为5ΩC．电源的电动势为45VD．电阻箱消耗的功率为最大值时，电源的效率大于50%答案：B

[训练5]在寒冷地区，为了防止汽车挡风玻璃窗结霜，可用通电电阻加热．如图为10根阻值皆为2Ω的电阻条和一内阻为0.5Ω的直流电源．现在要使整个电路中电阻条上消耗的功率最大，则下列说法中正确的是(

)

A．4根，并联接入B．4根，串联接入C．10根，并联接入D．10根，串联接入答案：A

拓展4含电容器的电路【归纳】——————————————————○1．电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，此支路相当于断路，因此电容器两极板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，电容器两极板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；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电．4．根据公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求电荷量及其变化量．例4如图所示，E为电源，其内阻不可忽略，RT为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，R为定值电阻，C为平行板电容器，G为灵敏电流计．闭合开关S，当环境温度明显降低且稳定后，下列说法正确的是(

)A．R两端电压变大B．RT两端电压变大C．C所带电荷量减小D．温度降低的过程中，G中电流方向由a到b答案：B解析：当环境温度明显降低且稳定后，热敏电阻的阻值RT增大，故电路总电阻变大，总电流变小，路端电压增大，则电容器C两端电压变大，由Q＝CU知，电容器所带电荷量增大，故G中电流方向由b到a；总电流变小，则R两端电压变小；又路端电压变大，故RT两端电压变大．故B正确，A、C、D错误．[训练6]

(多选)如图所示的电路中，电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，电阻R1＝6Ω，R2＝5Ω，R3＝3Ω，电容器的电容C＝2×10－5F．若将开关S闭合．电路稳定时通过R2的电流为I，断开开关S后，通过R1的电荷量为q.则(

)A．I＝0.75AB．I＝0.5AC．q＝2×10－5CD．q＝1×10－5C

答案：AD[训练7]如图所示，电路中R1、R2均为可变电阻，电源内阻不能忽略，平行板电容器C的极板水平放置．闭合开关S，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两板之间静止不动．如果仅改变下列某一个条件，油滴能保持静止状态的是(

)A．增大R1的阻值B．增大R2的阻值C．增大两板间的距离D．断开开关S答案：B

精练·落实学科素养1．如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡(灯丝电阻不变)，R3受光照射时阻值变小，当照射光强度增大时(

)A．电压表的示数减小

B．R2中电流增大C．小灯泡的功率增大

D．电路的路端电压增大答案：C解析：当光照增强时，电阻R3的阻值减小，外电路总电阻减小，则电路中的总电阻减小，电路中总电流增大，故R1两端的电压增大，即电压表的示数增大，A错误；因电路中总电流增大，电源的内电压增大，路端电压减小，同时R1两端的电压增大，故并联电路部分电压减小，则流过R2的电流减小，B、D错误；因总电流增大，流过R2的电流减小，可知流过小灯泡的电流一定增大，故由P＝I2R可知，小灯泡消耗的功率增大，C正确．2．如图所示的电路，电源电动势为12V，内阻恒定且不可忽略．初始时刻，电路中的电流等于I0，且观察到电动机正常转动．现在调节滑动变阻器使电路中的电流减小为I0的一半，观察到电动机仍在转动．不考虑温度对电阻的影响，下列说法正确的是(

)A．电源的热功率减为初始时的一半B．电源的总功率减为初始时的一半C．电动机的热功率减为初始时的一半D．变阻器的功率减为初始时的四分之一答案：B

3．在如图所示的电路中，闭合开关S，将滑动变阻器滑片P缓慢向右移动，则(

)A．灯泡L变暗B．电源内部消耗的功率先变大后变小C．电容器C上的电荷量增加D．流过R1的电流方向由左向右答案：D解析：滑片右移，接入电路的电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，总电流增大，故灯泡L变亮，A错误；电源内部消耗的电功率P＝I2r，随着电流的增大，电源内部消耗功率一直变大，B错误；由U＝IR可知，灯泡两端电压和电源内电压均增大，所以滑动变阻器两端电压减小，故与之并联的电容器两端电压减小，由Q＝CU可知，电容器C上的电荷量减小，C错误；电容器带电荷量减少，故电容器处于放电状态，流过R1的电流方向由左向右，D正确．4．如图所示是测定两个电源的电动势和内阻实验中得到的路端电压和电流的关系图线，则应有(

)A．当I1＝I2时，电源总功率P1<P2B．当U1＝U2时，电源输出功率P出1<P出2C．当I1＝I2时，外电阻R1＝R2D．当U1＝U2时，电源内部消耗的电功率P内1>P内2解析：由题图可知，两电源的电动势E相等，由电源的总功率P＝EI知，当I1＝I2时，电