【物理】第三章专题提升 闭合电路欧姆定律的应用课件-2025-2026学年高二上学期物理鲁科版必修第三册

第3章恒定电流专题提升闭合电路欧姆定律的应用重难探究·能力素养全提升探究点一动态电路分析导学探究如图所示的电路,当滑动变阻器的滑片P向右滑动时,回路的总电流、路端电压如何变化?通过R1、R2和滑动变阻器的电流如何变化,它们两端的电压如何变化?提示

总电流减小,路端电压增大。R1中电流减小,电压减小;R2中电流增大,电压增大;滑动变阻器中电流减小,电压增大。知识归纳动态电路问题的分析方法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→(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)涉及滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端情况去讨论。典例剖析【例题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C

规律方法

动态分析要牢记,“并同串反”无违例。“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;“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。对点演练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B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U1=IR1增大,A、C错误;总电流增大,内电压增大,则路端电压U=E-Ir减小,并联部分的电压减小,所以灯泡L变暗,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,D错误。探究点二闭合电路中的功率关系导学探究如图所示,电源电动势为E,内阻为r,外电路的电阻为R。试求:(1)电源的总功率;(2)内电路和外电路消耗的电功率;(3)电源的效率。

知识归纳1.对闭合电路中的功率的理解(1)电源的总功率:P总=EI(普遍适用),P总=I2(R+r)(只适用于外电路为纯电阻的电路)。(2)电源内阻消耗的功率:P内=U内I=I2r。(3)电源输出功率:P出=U外I(普遍适用)。(4)三个功率的关系:由能量守恒可知P总=P出+P内。2.对于纯电阻电路,电源的输出功率随外电阻R的变化规律

(2)电源输出功率随外电阻变化曲线如图所示。

3.电源的效率

所以当R增大时,效率η提高。(3)当R=r(电源有最大输出功率)时,效率仅为50%,效率并不高。典例剖析【例题2】

如图所示电路中,电源内阻r=4Ω,电阻R1=2Ω,滑动变阻器R2=4Ω时,电源内阻的热功率是4W。则电源输出的最大功率是

。当R2的电功率有最大值时,R2=

。

6.25W6Ω解析

由题意知P内=I2r=4

W,r=4

Ω,此时回路电流I=1

A。而外电路总电阻R=R1+R2=6

Ω时,E=I(R+r)=10

V。电源输出最大功率时,内外电阻相等,即R2'=2

Ω时,r=R1+R2'=4

Ω,求R2的最大电功率,可将R1看成电源内阻的一部分,此时R2″=r+R1=6

Ω。当R2=6

Ω时,R2的电功率有最大值。规律方法

(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。对点演练2.某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。答案

(1)2V

0.5Ω

(2)0.5Ω

(3)r2=R1R2探究点三含容电路的分析与计算导学探究如图所示,电阻为R,电源电动势为E,内阻为r,试求:(1)闭合开关后回路中的电流;(2)闭合开关后电容器上的电荷量;(3)断开开关后,流过电阻R的电荷量。

知识归纳在直流电路中,当电容器充、放电时,电路里有充、放电电流。一旦电路达到稳定状态,电容器在电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑理想电容器不漏电的情况)的元件,电容器处电路可看作是断路,简化电路时可去掉它。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。典例剖析【例题3】

如图所示,电源电动势E=10V,内阻可忽略,R1=4Ω,R2=6Ω,C=30μF,求:(1)S闭合后,电路稳定时通过R1的电流;(2)S原来闭合,然后断开,这个过程中流过R1的总电荷量。(2)S闭合时,电容器两端电压UC=U2=I·R2=6

V,储存的电荷量Q=C·UC。S断开至达到稳定后电路中电流为零,此时UC'=E,储存的电荷量Q'=C·UC'。很显然电容器上的电荷量增加了ΔQ=Q'-Q=CUC'-CUC=1.2×10-4

C。电容器上电荷量的增加是在S断开以后才产生的,这只有通过R1这条电路实现,所以流过R1的电荷量就是电容器电荷量的增加量。答案

(1)1A(2)1.2×10-4C规律方法

分析电容器电荷量变化的方法(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Q=CU或ΔQ=CΔU,求电荷量及其变化量。对点演练3.如图所示电路中,电源电动势E=9V,内阻r=2Ω,定值电阻R1=6Ω,R2=10Ω,R3=6Ω,电容器的电容C=10μF。(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,电容器所带的电荷量Q=CUC=10×10-6×3

C=3×10-5

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Q'=CE=10×10-6×9

C=9×10-5

C,而流过R2的电荷量等于电容器C上电荷量的增加量,QR2=ΔQ=Q'-Q=9×10-5

C-3×10-5

C=6×10-5

C。答案

(1)3×10-5C(2)6×10-5C学以致用·随堂检测全达标12341.光敏电阻是光电传感器中常见的光敏元件,其阻值随所受光照强度的增大而减小。如图所示,R是光敏电阻,R0是定值电阻,电源内阻不能忽略,则当R受到的光照强度增大时,下列说法一定正确的是(

)A.电流表示数减小B.电源效率减小C.定值电阻R0的电功率减小D.光敏电阻R的电功率减小B1234

12342.(2025贵州黔南开学考试)如图所示,电路中电表均可视为理想电表,闭合开关S后将滑动变阻器滑片向左滑动,下列结论正确的是(

)A.电流表A的示数减小 B.电阻R消耗的电功率减小C.电源的输出功率一定减小 D.电压表V1示数增大,电压表V2示数减小D1234解析

将滑动变阻器滑片向左滑动,则RP阻值减小,电路总电阻减小,总电流变大,则电流表A的示数变大,电阻R两端的电压UR=IR变大,即电压表V1示数增大,则电阻R消耗的电功率PR=I2R变大;根据U=E-Ir可知,电压表V2示数减小,A、B错误,D正确。当外电阻与电源内阻相等时电源输出功率最大,因外电阻与内阻关系不确定,则不能判断电源输出功率的变化,C错误。12343.如图甲所示,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η1、η2,输出功率均为P0。下列说法正确的是(

)A.R1<R2