12.2.2闭合电路欧姆定律的应用学案高二上学期物理人教版

第12章电能和能量守恒定律第2讲第2课时闭合电路的欧姆定律的应用课堂讲解知识点1、闭合电路的动态分析问题1．闭合电路动态分析的思路闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化，分析这类问题的基本思路是：2．闭合电路动态分析的三种方法(1)程序法：基本思路是“部分→整体→部分”，即：R局eq\x(\a\al(增大,减小))→R总eq\x(\a\al(增大,减小))→I总eq\x(\a\al(减小,增大))→U外eq\x(\a\al(增大,减小))→eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(I局,U局))(2)结论法——“并同串反”“并同”：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．“串反”：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．(3)特殊值法与极限法：指因滑动变阻器滑片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．一般用于滑动变阻器两部分在电路中都有电流时的讨论．注意：1.在闭合电路中，任何一个电阻的增大或减小，都将引起电路总电阻的增大或减小，该电阻两端的电压一定会增大或减小.2.理想电压表可认为是断路，理想电流表可认为是短路.断开支路电阻变大，闭合支路电阻变小。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。当滑动变阻器的滑片由中点滑向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读数减小，A2读数增大D．电压表读数减小，电流表A1读数增大，A2读数减小变式1、如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，如果将滑动变阻器的滑片向b端滑动，则灯泡L、电流表A(均未超过限度)会发生何种变化()A．灯泡L变亮，电流表A示数变小B．灯泡L变亮，电流表A示数变大C．灯泡L变暗，电流表A示数变小D．灯泡L变暗，电流表A示数变大例2、将两个定值电阻、电阻箱和理想电压表按照如图所示的方式连接，其中电源的内阻为r，且r≠0。闭合开关，逐渐增大电阻箱的阻值，同时观察电压表的示数，使其读数增加ΔU。则在该过程中()A．如果流过电阻箱的电流改变ΔI，则eq\f(ΔU,ΔI)＝R2＋rB．定值电阻R2两端的电压逐渐减小，且减少量为ΔUC．如果流过定值电阻R2的电流改变ΔI2，则eq\f(ΔU,ΔI2)＝R2＋rD．电源的输出电压增加了ΔU变式2、如图所示电路中，电源内阻不能忽略不计，电流表、电压表均视为理想电表，滑动变阻器总阻值足够大；闭合开关，当滑动变阻器滑片从左端向右滑动时，下列说法中正确的是()A．电流表A示数减小B．电压表V1、V2示数减小C．电压表V3示数变化的绝对值与电流表示数变化的绝对值之比为RD．电压表V3示数变化的绝对值与电流表示数变化的绝对值之比为R1＋R2例3．如图所示电路中，闭合开关S，两个灯泡都不亮，电流表指针几乎不动，而电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L2的灯丝断了或灯座未接通D．电流表和灯L1、L2都坏了变式3．如图所示，电流表读数为0.75A，电压表读数为2V，R3＝4Ω。若某个电阻发生断路，将使电流表读数变为0.8A，电压表读数变为3.2V(电流表、电压表均为理想电表)。(1)则发生断路的电阻是哪一只？(2)求电动势E和电阻R2。知识点2、含电容器电路的分析与计算1．分析和计算含有电容器的直流电路时，注意把握以下三个方面：(1)电路稳定后，电容器所在支路相当于断路．因此，该支路上的电阻两端无电压，该电阻相当于导线．(2)当电容器与电阻并联后接入电路时，电容器两端的电压与并联电阻两端的电压相等．(3)电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充放电，如果电容器两端的电压升高，电容器将充电，反之电容器放电．通过与电容器串联的电阻的电荷量等于电容器带电荷量的变化．2．解答含电容器电路问题的步骤：(1)应用电路的有关规律分析出电容器两极板间的电压及其变化情况．(2)根据平行板电容器的相关知识进行分析求解．例4、如图所示，E＝10V，r＝1Ω，R1＝R3＝5Ω，R2＝4Ω，C＝100μF.当S断开时，电容器中带电粒子恰好处于静止状态．求：(1)S闭合后，带电粒子加速度的大小和方向；(2)S闭合后流过R3的总电荷量．变式4、在如图所示的电路中，电源电动势E＝3.0V，内电阻r＝1.0Ω；电阻R1＝10Ω，R2＝10Ω，R3＝30Ω，R4＝35Ω；电容器的电容C＝100μF，电容器原来不带电．求接通开关S后流过R4的总电荷量．知识点3、欧姆表的原理1．欧姆挡测量电阻的原理(如图所示)(1)欧姆表由电流表改装而成：通过表头的电流I＝eq\f(E,Rx＋R＋Rg＋r)，Rx＝eq\f(E,I)－(R＋Rg＋r)，Rx与电流I一一对应，如果将表盘上的电流值改为电阻值，就可以从表盘上直接读出电阻的数值，这样就制成了一个欧姆表。(2)欧姆表的内阻：式中R＋Rg＋r为欧姆表的内阻。(3)欧姆调零：式中R为可调电阻，也叫调零电阻。通过调节它，可以使欧姆表指针指向“0”位置。2．刻度标注刻度标注方法标注位置“0”红、黑表笔短接，调节调零电阻R使指针满偏，被测电阻Rx＝0满偏电流Ig处“∞”红、黑表笔不接触表头指针不偏转，被测电阻Rx＝∞电流为零处中值电阻Rx＝r＋R＋Rg＝RΩ(欧姆表的内阻)刻度盘正中央“Rx”红、黑表笔接RxRx＝eq\f(E,Ix)－RΩ，Rx与Ix一一对应与Rx对应的电流Ix处，刻度不均匀3.使用旧电池给测量带来误差：电池使用较长时间后，电动势会下降，由闭合电路欧姆定律得I＝eq\f(E,R内＋Rx)＝eq\f(E,\f(E,Ig)＋Rx)＝eq\f(1,\f(1,Ig)＋\f(Rx,E)),由于E变小，I变小，即用旧电池和新电池测同一电阻时，旧电池对应的电流小，因此电阻的测量值偏大。例5、把一量程为0～6mA、内阻为100Ω的电流表改装成欧姆表，电路如图所示，现备有如下器材：A.电源E＝3V(内阻不计)；B.滑动变阻器0～100Ω；C.滑动变阻器0～500Ω；D.红表笔；E.黑表笔。(1)滑动变阻器选用。(2)红表笔接端，黑表笔接端。(填“M”或“N”)(3)按正确方法测量Rx，指针指在电流表2mA刻度处，则电阻值应为Ω；若指在电流表3mA刻度处，则电阻值应为Ω。(4)若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述电阻Rx，其测量结果与原结果相比将(填“偏大”“偏小”或“不变”)。变式5、一个将电流表改装成欧姆表的示意图如图所示，此欧姆表已经调零，用此欧姆表测一阻值为R的电阻时，指针偏转至满刻度eq\f(4,5)处。现用该表测一未知电阻，指针偏转到满刻度的eq\f(1,5)处，则该电阻的阻值为()A．4RB．5RC．10RD．16R课后巩固1．在如图所示的电路中，当滑动变阻器滑片P向下移动时，则()A．A灯变亮，B灯变亮，C灯变亮B．A灯变亮，B灯变亮，C灯变暗C．A灯变亮，B灯变暗，C灯变暗D．A灯变亮，B灯变暗，C灯变亮2．(多选)在如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器．当R2的滑片在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑片向b端移动，则下列说法正确的是()A．I1增大，I2不变，U增大B．I1减小，I2增大，U减小C．电源的总功率减小D．电源内阻消耗的热功率增大3．(多选)如图所示，电流表、电压表均为理想电表，电源内阻不能忽略，当滑动变阻器R滑片向右滑动时，电压表V1的变化量和电流表A的变化量的比值为K1，电压表V2的变化量和电流表A的变化量的比值为K2，则()A．K1不变B．K2不变C．K2的绝对值大于K1的绝对值D．K2的绝对值小于K1的绝对值4.如图所示，电源电动势为6V，当开关S接通时，灯泡L1和L2都不亮，用电压表测得各部分电压是Uad＝0，Ucd＝6V，Uab＝6V，由此可判定()A．L1和L2的灯丝都断了B．L1的灯丝断了C．L2的灯丝断了D．滑动变阻器R断路.5.如图所示电路中，R1、R2为定值电阻，电源内阻为r，闭合开关S，电压表显示有读数，调节可变电阻R的阻值，电压表示数增加量为ΔU，则在此过程中()A．可变电阻R阻值增大，流过它的电流增大B．电阻R2两端的电压减小，变化量等于ΔUC．通过电阻R2的电流减小，变化量小于eq\f(ΔU,R2)D．路端电压一定增大，变化量大于ΔU6．如图所示电路，已知电源电动势为E，内阻不计，电容器电容为C，闭合开关K，待电路稳定后，电容器上的电荷量为()A．CEB．eq\f(1,2)CEC．eq\f(2,5)CED．eq\f(3,5)CE7．如图所示，C为两极板水平放置的平行板电容器，闭合开关S，当滑动变阻器R1、R2的滑片处于各自的中点位置时，悬在电容器C两极板间的带电尘埃P恰好处于静止状态。要使尘埃P向下加速运动，下列方法中可行的是()A．把R2的滑片向左移动B．把R2的滑片向右移动C．把R1的滑片向左移动D．把开关S断开8．如图所示，E＝10V，r＝1Ω，R1＝R3＝5Ω，R2＝4Ω，C＝100μF。当S断开时，电容器中带电粒子恰好处于静止状态，重力加速度的大小为g，求：(1)S闭合后，带电粒子加速度的大小和方向；(2)S闭合后，流过R3的总电荷量。9．某个多用电表的表盘如图所示，若表头满偏电流为1mA，内阻为1kΩ，所用电池的电动势为1.5V，内阻为0.5Ω，使用“×1”欧姆挡，若把多用电表的红、黑表笔短接时，表针恰好指在电流满刻度处。若A、B、C、D、E均分表示刻度的那段圆弧AE，则测电阻时，刻度D处对应的电阻阻值是()A．1500Ω B．1000ΩC．500Ω D．010．欧姆表的工作原理图如图所示。(1)若表头的满偏电流Ig＝500μA，干电池的电动势为1.5V，求灵敏电流表的电流刻度值为50μA、250μA时对应的欧姆表的电阻值。(2)求表针偏转到灵敏电流表满刻度的eq\f(1,3)处时，待测电阻的电阻值。本节课反馈（学生填写建议并反馈本节课掌握情况）：

参考答案课堂讲解答案C解析由题图可知滑动变阻器的滑片由中点滑向b端时，滑动变阻器连入电路中的阻值增大，则外电路的总阻值R总增大，干路电流I＝eq\f(E,R总＋r)减小，故电流表A1读数减小；路端电压U＝E－Ir，因I减小，所以U增大，即电压表的读数增大；R2两端电压U2＝E－I(R1＋r)，因I减小，所以U2增大，由I2＝eq\f(U2,R2)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。变式1、答案D解析：如果将滑片向b端滑动，则R1减小，R总减小，I干增大，电流表A示数变大；则U内增大，U端减小，灯泡L变暗，故选项D正确．答案C解析在题图所示电路中，利用闭合电路的欧姆定律，得eq\f(ΔU,ΔI2)＝eq\f(ΔUR2＋r,ΔI2)＝R2＋r，选项A错误，C正确；因为r≠0，电压表读数增加ΔU，所以电阻R2两端的电压减小，减少量小于ΔU，电源输出电压增加量小于ΔU，选项B、D错误。变式2、答案A解析分析电流表A的示数变化情况时，可将R1、R3、E视为一个等效电源(E1、r1)，如图虚线框所示，由闭合电路欧姆定律有I＝eq\f(E1,r1＋R2＋R)，R增大时，电流表A示数减小，A正确。电压表V1的示数为电源E的路端电压，R增大时，外电阻增大，由闭合电路欧姆定律有U1＝eq\f(R外,R外＋r)E，可知电压表V1示数增大；分析电压表V2示数变化情况时，可将R2视为等效电源(E1、r1)的外电阻的一部分，则由闭合电路欧姆定律有U2＝eq\f(R2,R＋R2＋r1)E1，可知R增大时，U2减小，B错误。将除R外的其余部分视为等效电源(E2、r2)，则有U3＝E2－Ir2，可知eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU3,ΔI)))＝r2，C、D错误。答案B解析A、C、D所述情况，电路中都没有电流，电压表指针不偏转，选项A、C、D不符合题意；若从点a经过灯L1到点b的电路中有断路，灯L1不亮，电压表与电流表、灯L2串联，电路中电阻很大，电流很小，灯L2不亮，电流表示数几乎为零，电压表示数近似等于电源电动势，选项B符合题意。变式3、答案(1)R2(2)4V8Ω解析(1)电阻发生断路前后，电压表均有读数，说明电压表能与电源接通，故电阻R3不可能发生断路，电流表始终有读数，说明R1完好，发生断路的电阻只能是R2。(2)R2发生断路后，外电路的用电器只有R1，根据欧姆定律可得R1＝eq\f(U2,I2)＝4ΩR2发生断路前，外电路为R2与R3串联后与R1并联，有U并＝I1R1＝3V对R2分析，可得eq\f(R2,R3)＝eq\f(U1,U并－U1)解得R2＝8Ω电路中干路电流为I＝eq\f(U1,R2)＋I1＝1A根据闭合电路欧姆定律有E＝U并＋IrR2发生断路后，根据闭合电路欧姆定律可得E＝U2＋I2r联立可得E＝4V。答案(1)g方向竖直向上(2)4×10－4C解析(1)开始带电粒子恰好处于静止状态，必有qE＝mg且qE竖直向上．S闭合后，qE＝mg的平衡关系被打破．S断开，带电粒子恰好处于静止状态，设电容器两极板间距离为d，有UC＝eq\f(R2,R1＋R2＋r)E＝4V，eq\f(qUC,d)＝mg.S闭合后，UC′＝eq\f(R2,R2＋r)E＝8V，设带电粒子加速度为a，则eq\f(qUC′,d)－mg＝ma，解得a＝g，方向竖直向上．(2)S闭合后，流过R3的总电荷量等于电容器上电荷的增加量，所以QR3＝ΔQ＝C(UC′－UC)＝4×10－4C.变式4、答案2.0×10－4C解析：由电阻的串、并联公式得闭合电路的总电阻R总＝eq\f(R1R2＋R3,R1＋R2＋R3)＋r，由欧姆定律得通过电源的电流I＝eq\f(E,R总)，电源的路端电压U＝E－Ir，R3两端的电压U′＝eq\f(R3,R2＋R3)U.通过R4的总电荷量就是电容器的电荷量Q＝CU′.由以上各式并代入数据解得Q＝2.0×10－4C.答案（1）C（2）NM（3）1000500（4）偏大解析(1)两表笔直接接触时，调节滑动变阻器的阻值使电流达到满偏Ig＝eq\f(E,Rg＋R0)，解得R0＝400Ω，故滑动变阻器应选C。(2)红表笔接内部电源的负极，黑表笔接内部电源的正极，所以红表笔接N端，黑表笔接M端。(3)电流I＝2mA时，有I＝eq\f(E,Rg＋R0＋Rx)，解得Rx＝1000Ω。电流I′＝3mA时，I′＝eq\f(E,Rg＋R0＋Rx′)，解得Rx′＝500Ω。(4)当电池电动势变小，内阻变大时，欧姆表重新调零，由于满偏电流Ig不变，由公式Ig＝eq\f(E,r内)，欧姆表内阻得调小，待测电阻的阻值是通过电流表的示数体现，由公式I＝eq\f(E,Rx＋r内)＝eq\f(Igr内,Rx＋r内)＝eq\f(Ig,\f(Rx,r内)＋1)，可知当r内变小时，接入同样的被测电阻，通过的电流变小，欧姆表读数变大。变式5、答案D解析当进行电阻调零时，待测电阻为零，此时电流最大；当接入电阻时，指针偏转角度减小，通过电流的变化情况来判断外电阻的变化情况。当进行电阻调零时，根据闭合电路的欧姆定律，此时表头满偏，即Ig＝eq\f(E,R内)，当测量阻值为R的电阻时，有eq\f(4Ig,5)＝eq\f(E,R内＋R)，设待测电阻阻值为R′，则有eq\f(Ig,5)＝eq\f(E,R内＋R′)，联立各式得R′＝16R。故选D。课后巩固答案D解析：滑动变阻器滑片P从上向下移动时，电路总电阻减小，总电流增大，所以通过A灯的电流增大，A两端的电压增大，A灯变亮，路端电压减小，所以并联电路的电压减小，故B两端的电压减小，所以B灯变暗，总电流是增大的，通过B的电流是减小的，所以通过C的电流增大，故C灯变亮，D正确．答案BD解析：滑动变阻器的滑片向b端移动时，R2减小，整个电路的总电阻减小，总电流增大，内电压增大，外电压减小，即电压表示数U减小，R3两端电压增大，R1、R2并联部分电压减小，通过R1的电流I1减小，即A1示数I1减小，而总电流I增大，则通过R2的电流I2增大，即A2示数I2增大，A错误，B正确；电源的总功率P总＝IE，总电流I增大，电源的总功率增大，C错误；电源内阻消耗的热功率P内＝I2r，总电流I增大，故电源内阻消耗的热功率增大，D正确．答案ABD解析：将定值电阻R0看成是电源的一部分，对于等效电源有U1＝E－I(R0＋r)，则K1＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU1,ΔI)))＝R0＋r，A正确；对于定值电阻R0有K2＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU2,ΔI)))＝R0，B正确；比较得K1>K2，则C错误，D正确．答案C解析：串联电路中两灯均不发光，则可能是某处断路，电压表测断路位置的电压为电源电压，Ucd＝6V，说明从a到d的电路和b到c的电路是连接良好的，故L1的灯丝和滑动变阻器都良好，L2的灯丝烧断了，故C正确.答案C解析由题意知，电压表的示数增大，R和R1并联的电阻增大，R增大，总电阻增大，总电流减小，并联部分电压增大，通过R1的电流增大，所以通过可变电阻R的电流减小，故A错误。R增大，外电阻增大，干路电流减小，电阻R2两端的电压减小，路端电压增大，而路端电压等于外电路总电压，所以电阻R2两端的电压减小量小于ΔU，由欧姆定律得，通过电阻R2的电流减小，减小量小于eq\f(ΔU,R2)，故B错误，C正确。由于电阻R2两端的电压减小，所以路端电压的增大量小于ΔU，故D错误。答案C解析由电路的串、并联规律可知，电阻3R两端的电压为eq\f(3E,5)，电阻R两端的电压为eq\f(E,5)，则电容器两极板间电势差ΔU＝eq\f(2E,5)，则Q＝CΔU＝eq\f(2CE,5)，C正确。答案A解析开始尘埃P处于静止状态，则其所受重力