《闭合电路欧姆定律的应用》课件

习题课

闭合电路欧姆定律的应用第十二章课堂篇探究学习探究一动态电路分析【情境导引】物理课上,老师做了一个实验(电路图如图所示),当电路中点亮的电灯数目逐渐增多时,看到已点亮的电灯亮度逐渐变暗,怎么解释这一现象?要点提示

当电路中点亮的电灯数目逐渐增多时,根据并联电阻的规律可知,电路中总电阻减小,根据闭合电路欧姆定律

,可知干路电流增大,根据E=U+Ir,可知路端电压减小,所以加在灯泡两端的电压减小,根据

,可知灯泡的功率减小,所以亮度变暗。【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→(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去讨论。【典例示范】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R增大,则外电路的总阻值R总增大,干路电流

,因R总增大,所以I减小,故A1示数减小;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

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。规律方法

动态分析要牢记,“并同串反”无违例注:“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,反之则增大。变式训练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的电流减小答案

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,故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,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。探究二闭合电路中的功率关系【情境导引】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)电源内电阻消耗的功率: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变化的规律

(2)电源输出功率随外电阻变化曲线如图所示。(3)常用结论:①当R=r时,电源的输出功率最大为②当R<r时,输出功率P随R的增大而增大;③当R>r时,输出功率P随R的增大而减小;④当P<Pm时,每个输出功率对应两个可能的外电阻R1、R2,且R1R2=r2。3.电源的效率(3)当R=r(电源有最大输出功率)时,效率仅为50%,并不高。【典例示范】例2(多选)自动控制电路中常用到半导体材料,光敏电阻便是其中的一种。光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小。现将一只光敏电阻R连入电路,与定值电阻R1、小灯泡L(灯丝电阻RL视为不变)组成如图所示的电路,RL=r,初始时R=RL+R1+r。若将照射R的光照强度减弱,则(

)A.小灯泡变暗B.光敏电阻R消耗的功率先增大后减小C.电源输出功率一直减小D.当R=2(RL+R1+r)时,小灯泡与电阻R1消耗的总功率最大答案

AC规律方法

功率最大值的求解方法(1)流过电源的电流最大时,电源的功率、内损耗功率均最大。(2)对某定值电阻来说,其电流最大时功率最大。(3)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,电源的输出功率越大。(4)对于外电路中部分可变电阻来说,可以写出其功率表达式,利用数学知识求其极值。变式训练2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。(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探究三含容电路的分析与计算【情境导引】如图所示,电阻R,电源电动势E,内电阻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】1.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(只考虑电容器是理想的、不漏电的情况)的元件,电容器处电路可看作断路,简化电路时可去掉它。2.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。3.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。4.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。【典例示范】例3如图所示,电源电动势E=10V,内阻可忽略,R1=4Ω,R2=6Ω,C=30μF。(1)求S闭合后,电路稳定时通过R1的电流。(2)S原来闭合,现将其断开至电路稳定,求这个过程中流过R1的总电荷量。答案

(1)1A

(2)1.2×10-4C解析

(1)S闭合后,电路稳定时,R1、R2串联,(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增加的电荷量。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。变式训练3(多选)如图所示,C1=6μF,C2=3μF,R1=3Ω,R2=6Ω,电源电动势E=18V,内阻不计,下列说法正确的是(

)A.开关S断开时,a、b两点电势相等B.开关S闭合后,a、b两点间的电流是2AC.开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量大D.不论开关S断开还是闭合,C1带的电荷量总比C2带的电荷量大答案

BC解析

当S断开时,两电容器并联在电源两端,所以电容器两极板间的电势差相等,但是a、b两点一个接电源正极,一个接电源负极,两点的电势不相等,A错误;当S闭合后,电路相当于两个定值电阻串联于电路中,ab两点间的电流为电路干路电流,故

,B正确;开关闭合时,电容器C1电压为R1两端的电压,开关断开时,其两端的电压大小等于电源电动势18

V,电压增大,故电荷量增大,故C正确;当开关闭合时,C1两端的电压U1=2×3

V=6

V,C2两端的电压U2=2×6

V=12

V,则Q1=U1C1=6×6×10-6

C=3.6×10-5

C,Q2=U2C2=12×3×10-6

C=3.6×10-5

C,故D错误。探究四多用电表的原理【情境导引】如图所示,电源电动势E=1.5V,内阻r=0.5Ω,电流表满偏电流Ig=10mA,电流表的电阻Rg=7.5Ω,A、B为接线柱。(1)用一条导线把A、B直接连接起来,此时,应把可变电阻R1调节为多少才能使电流表恰好达到满偏电流?(2)调至满偏后保持R1的值不变,在A、B间接入一个150Ω的定值电阻R2,电流表指针指到多少刻度位置?要点提示

(1)142

Ω

(2)5

mA【知识归纳】1.欧姆表的测量原理如图所示,当红、黑表笔间接入被测电阻Rx时,通过表头的电流

。改变Rx,电流I随着改变,每个Rx值都对应一个电流值,在刻度盘上直接标出与I值对应的Rx值,就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值。2.欧姆表刻度盘特点(1)如图所示,当红、黑表笔断开时,电流表中电流为零,此时表笔间电阻无穷大,所以在表盘上电流零处标电阻“∞”;当红、黑表笔短接时,调节欧姆调零电阻,使电流表指针满偏,所以在电流满偏处标电阻“0”。(2)I与Rx不成比例,欧姆表的刻度不均匀。(3)欧姆表偏角(偏角是指相对零电流位置而言的)越大,表明被测电阻越小。3.多用电表的结构及使用(1)多用电表的电路如图:(2)多用电表由表头、电流测量电路、电压测量电路、电阻测量电路以及转换开关S等组成。(3)电表的使用①测量时,红表笔要插入正插孔、黑表笔要插入负插孔,并通过转换开关接入待测量相应的测量端,使用时,电路只有一部分起作用。②电表的表盘有三排刻度,最上一排不均匀的是电阻刻度;中间一排均匀的是电压和电流刻度,对应这个刻度有几排数字,这些数字是用来在选用不同量程时方便读数的;最下面一排是低压交流电的电压刻度,高中阶段不用。(4)电流进出电表的流向①电流挡串联接入电路,电流从红表笔流进电表,从黑表笔流出。②电压挡并联接入电路,红表笔接高电势点,黑表笔接低电势点,电流仍然从红表笔流进电表,从黑表笔流出;③使用欧姆挡时,红表笔连接表内电源的负极,黑表笔连接表内电源的正极。电流仍然从红表笔流进电表,从黑表笔流出。要点笔记

不管多用电表测量什么量,相对电表而言,电流的方向都是“红进黑出”。【典例示范】例4若某欧姆表表头的满偏电流为5mA,内装一节干电池,电动势为1.5V,那么该欧姆表的内阻为

Ω。待测电阻接入红、黑两表笔之间时,指针指在刻度盘的中央,则待测电阻的阻值为

Ω。若指针指在满刻度的

处,则待测电阻的阻值为

Ω。

答案

300

300

100答案

D

随堂训练1.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

A2.两节电池1和2的电动势E1>E2,它们分别向同一电阻R供电,电阻R消耗的电功率相同。比较供电时电池1和2内部消耗的电功率P1和P2及电池的效率η1和η2的大小,则有(

)A.P1>P2,η1>η2 B.P1>P2,η1<η2C.P1<P2,η1>η2

D.P1<P2,η1<η2答案

B3.如图所示,用多用电表测量直流电压U和电阻R,若红表笔插入多用电表的正(+)插孔,则(

)A.前者电流从红表笔流入多用电表,后者电流从红表笔流出多用电表B.前者电流从红表笔流入多用电表,后者电流从红表笔流入多用电表C.前者电流从红表笔流出多用电表,后者电流从红表笔流出多用电表D.前者电流从红表笔流出多用电表,后者电流从红表笔流入多用电表答案

B解析

题图中所示是多用电表的示意图,无论是测电压U还是测电阻R,电流都是从红表笔流入多用电表,从黑表笔流出多用电表,选项B正