2019年物理《复习方略》课件（鲁科版）选修3-1 第七章 第2讲电路 电路的基本规律

1、第2讲 电路 电路的基本规律,知识点 1 电阻的串联、并联 电阻的串、并联的比较,I1=I2=In,I1+I2+In,U1+U2+Un,U1=U2=Un,R1+R2+Rn,知识点 2 欧姆定律 1.欧姆定律 (1)内容:导体中的电流跟导体两端的电压U成_,跟导体的 电阻R成_。 (2)公式:I= 。 (3)适用条件: 金属导体和_导电。 _电路。,反比,电解液,纯电阻,正比,2.元件的分类 (1)线性元件:伏安特性曲线为通过坐标原点的_的电学元 件。 (2)非线性元件:伏安特性曲线为_的电学元件，即非线性 元件电流与电压_。,直线,曲线,不成正比,知识点3 电源的电动势和内阻 1.电动势 (1

2、)定义:电源的电动势在数值上等于电源没有接入外电路时 两极间的_。 (2)物理意义：反映电源把其他形式的能转化为_的本领 大小的物理量。 2.内阻 电源内部也是由导体组成的，也有电阻r,叫做电源的内阻， 它是电源的另一个重要参数。,电压,电能,知识点4 闭合电路的欧姆定律 1.闭合电路欧姆定律 (1)内容:流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成_,跟电路中内、外电阻之和成_。 (2)公式: I=_(只适用于纯电阻电路); E=_(适用于所有电路)。,正比,反比,U外+U内,2.路端电压 与外电阻的关系:,增大,E,3.电路的功率和效率 (1)电源的功率P总=_。 (2)电源内部损耗功率P内=

3、_。 (3)电源的输出功率P出=_。 (4)电源的效率= 100%= 100%。,EI,I2r,UI,【思考辨析】 (1)电路中电阻越多，总电阻越大。( ) (2)电路中某电阻大，该电阻的功率不一定大。 ( ) (3)由 知,R与U成正比,与I成反比。 ( ) (4)欧姆定律也适用于气体导电。 ( ) (5)闭合电路中外电阻越大，路端电压越大。( ) (6)外电阻越大，电源的输出功率越大。( ) (7)电源的输出功率越大，电源的效率越高。( ),分析:如果电路中电阻都是并联关系，则电阻越多，总电阻越 小，故(1)错；在并联电路中，由 可知，电阻越大的支 路，消耗的功率越小，故(2)对；导体的电

4、阻是由导体本身决 定的，与外加电压无关，故(3)错；欧姆定律仅适用于金属导 体和电解液导电，不适用于气体导电，故(4)错；闭合电路外 电阻越大，电流越小，由U=E-Ir可知路端电压U越大，故(5) 对；当外电阻等于内电阻时，电源的输出功率才最大，故(6) 错；当电源的输出功率最大时，R=r,电源的效率仅为50%,并不 高，故(7)错。,考点 1 电路的动态分析(三年4考) 拓展延伸 【考点解读】 1.特点 断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动、电阻增大或减小导 致电路电压、电流、功率等的变化。 2.思维流程,【典例透析1】(2011海南高考)如图，E为内阻不能忽略的电 池，R1、R2、R3为定

5、值电阻，S0、S为开关， 与 分别为电压 表与电流表。初始时S0与S均闭合，现将S断开，则( ) A. 的读数变大， 的读数变小 B. 的读数变大， 的读数变大 C. 的读数变小， 的读数变小 D. 的读数变小， 的读数变大,【解题探究】试分析S断开后电路的变化: (1)总电阻_； (2)总电流_； (3)路端电压_。 【解析】选B。当S断开时，外电阻变大，总电流I变小，路端 电压变大，所以电压表的示数变大；总电流变小，电阻R1上的 电压U1减小，而路端电压变大，则电阻R3上的电压变大，所以 电流表的示数变大。所以B项正确。,增大,减小,增大,【总结提升】 电路动态分析的一般步骤 (1)明确局

6、部电路变化时所引起的局部电路电阻的变化。 (2)根据局部电路电阻的变化，确定电路的外电阻R外总如何变 化。 (3)根据闭合电路欧姆定律 确定电路的总电流如 何变化。 (4)由U内=I总r确定电源的内电压如何变化。 (5)由U=E-U内确定路端电压如何变化。 (6)确定支路两端的电压及通过各支路的电流如何变化。,【变式训练】(2011北京高考)如图所示电路，电源内阻不可 忽略。开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中 ( ) 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,【解析】选A。在变

7、阻器R0的滑动端向下滑动的过程中，变阻器R0的电阻减小，电路总电阻减小，干路电流增大，内电压增加，路端电压减小，电压表的示数减小；同时，定值电阻R1上的压降也增加，使得定值电阻R2两端电压降低，导致电流表的示数减小，所以A正确。,考点 2 电路的功率和效率问题(三年3考) 拓展延伸 【考点解读】电路的功率和效率,【典例透析2】(2012上海高考)直流电路如图所示，在滑动 变阻器的滑片P向右移动时，电源的( ) A.总功率一定减小 B.效率一定增大 C.内部损耗功率一定减小 D.输出功率一定先增大后减小,【解题探究】(1)当外电阻增大时，试分析以下物理量如何变化： 电源总功率_。 电源的内部损耗

8、功率_。 电源的效率_。 (2)当外电阻多大时，电源的输出功率最大？ 提示：当外电阻等于电源的内阻时，输出功率最大。,减小,减小,增大,【解析】选A、B、C。当滑片P向右移动时，滑动变阻器连入电 路中的有效电阻值变大，使干路中的电流变小，内压变小，故 总功率P总=EI减小，选项A正确；效率 即增大，选项B正确；电源内部损耗的功率Pr=I2r减小，选项 C正确；当R=r时，输出功率最大，由于不知道滑动变阻器原来 的阻值与电源的内阻r的大小关系，所以不能确定输出功率的大 小变化情况，选项D错误。,【总结提升】对闭合电路功率的两点新认识 (1)闭合电路是一个能量转化系统,电源将其他形式的能转化为 电

9、能。内外电路将电能转化为其他形式的能，EI=P内+P外就是 能量守恒定律在闭合电路中的体现。 (2)外电阻的阻值向接近内阻的阻值方向变化时，电源的输出 功率变大。,【变式训练】(2013深圳模拟)如图所示，电源的电动势为 6 V,内阻是0.5 ,小电动机M的线圈电阻为0.5 ,电阻R0= 3 ,若理想电压表的示数为3 V,试求: (1)电源的功率和电源的输出功率。 (2)电动机消耗的功率和电动机输出的机械功率。,【解析】(1)流过电源的电流为 电源的功率PE=EI=61 W=6 W 电源内部消耗功率Pr=I2r=120.5 W=0.5 W 电源的输出功率P出=PE-Pr=5.5 W (2)电动

10、机两端电压为UM=E-Ir-UV=2.5 V 电动机消耗的功率PM=UMI=2.5 W 电动机的热功率为P=I2rM=0.5 W 电动机输出的机械功率为P出=PM-P=2 W 答案:(1)6 W 5.5 W (2)2.5 W 2 W,【变式备选】如图所示电路中,直 流发电机输出电压E=250 V, r=3 ,R1=R2=1 ,电热器组中装 有50只完全相同的电热器,每只电 热器的额定电压为200 V,额定功率 为1 000 W,其他电阻不计,并且不 计电热器电阻随温度的变化。问:,(1)当接通几只电热器时,实际使用的电热器都能正常工作? (2)当接通几只电热器时,发电机输出功率最大? (3)当

11、接通几只电热器时,电热器加热物体最快? (4)当接通几只电热器时,电阻R1、R2上消耗的功率最大?,【解析】不计电热器电阻随温度的变化， 则每只电热器的电阻 每只电热器的额定电流 (1)要使电热器正常工作,必须使电热器两端的实际电压 等于额定电压200 V,因此干路电流 而每只电热器额定电流为5 A,则电热器的只数为 (只)。,(2)要使发电机输出功率最大,必须使外电阻等于内电阻,由此 可得电热器总电阻为 R=r-(R1+R2)=3-(1+1) =1 。 故有 (只)。 (3)要使电热器加热物体最快,就必须使电热器得到的电功率最 大。把R1、R2视为等效(电源)内电阻，要使电热器的总功率最 大

12、，必须使其总电阻为R=R1+R2+r=(1+1+3)=5 。 所以 (只)。,(4)要使R1、R2上消耗功率最大,必须使通过的电流最大，由此 得电路中总电阻必须最小，即当50只电热器全接通时，可满足 要求，所以n4=50只。 答案:(1)2只 (2)40只 (3)8只 (4)50只,考点 3 电源U-I图线与电阻U-I图线(三年2考) 对比分析 【考点解读】两种图线的比较,【典例透析3】电源的效率定义为外电路电阻消耗的功率与 电源的总功率之比。在测电源电动势和内电阻的实验中得到的 实验图线如图所示，图中U为路端电压,I为干路电流,a、b为图 线上的两点，相应状态下电源的效率分别为a、b。由图可

13、 知a、b的值分别为( ) A. B. C. D.,【解题探究】(1)计算电源效率的表达式为_。 (2)图线上a、b两个状态对应的效率取决于_ _。 【解析】选D。电源电动势为E,电源的效率为 根据图像 可知 所以 故D正确。,a、b状态的电压,Ua和Ub,【互动探究】(1)对应a、b状态下,电源的输出功率之比为多少? (2)设a、b状态下外电阻分别为Ra、Rb,电源内电阻为r,试证明 RaRb=r2。 【解析】(1)设电源电动势为E,短路电流为I0,则状态a、b对应 的电压、电流分别为 则输出功率 之比为 (2)由于 而 所以 得证。 答案:(1)11 (2)见解析,【总结提升】U-I图像的

14、一般分析思路 (1)明确纵、横坐标的物理意义。 (2)明确图像的截距、斜率及交点的意义。 (3)找出图线上对应状态的参量或关系式。 (4)结合相关概念或规律进行分析、计算。,【典例透析】(2013合肥模拟)如图所示 的电路中,电源电动势E=6.0 V,其内阻可 忽略不计。电阻的阻值分别为R1=2.4 k, R2=4.8 k,电容器的电容C=4.7 F。闭 合开关S,待电流稳定后，用电压表测R1两端电压，其稳定值为1.5 V。 (1)该电压表的内阻为多大？ (2)由于电压表的接入，电容器的带电荷量变化了多少？,【备选例题】,【规范解答】(1)设电压表内阻为RV RV=4.8 k (2)电压表接入

15、电路前，电容器上电压为 Q=CUC=1.8810-5 C 电压表接入电路后,电容器上电压为UC=4.5 V Q=CUC=2.11510-5 C 所以电容器上电荷量增加了 Q=Q-Q=2.3510-6 C 答案: (1)4.8 k (2)2.3510-6 C,“等效电源法”的应用 1.方法概述 等效法是把复杂的物理现象、物理过程转化为简单的物理现象、 物理过程来研究和处理的一种科学思想方法。 2.常见类型 (1)物理量的等效：如等效电阻、等效电源、等效长度、等效 力等。 (2)过程的等效：如平抛运动可等效为水平方向的匀速直线运 动和竖直方向上的自由落体运动。,3.解题思路 (1)分析所研究的问题

16、是否属于等效问题。 (2)确定该问题属于哪一类等效问题。 (3)分析问题等效后的求解思路。,【典例】如图所示，R1为定值电阻,R2为可变电阻,E为电源电动势,r为电源内电阻,以下说法中正确的是( ) A.当R2=R1+r时，R2上获得最大功率 B.当R2=R1+r时，R1上获得最大功率 C.当R2=0时,R1上获得最大功率 D.当R2=0时,电源的输出功率最大,【深度剖析】选A、C。在讨论R2的电功率时,可将R1视为电 源内阻的一部分，即将原电路等效为外电阻R2与电动势为E、 内阻为(R1+r)的电源(等效电源)连成的闭合电路，如图所示， R2的电功率是等效电源的输出功率, 显然当R2=R1+

17、r时,R2获得的电功率 最大,选项A正确。在讨论R1的电功 率时,由 及P1=I2R1可知,R2=0时,R1获得的电功率最大,故选项B错误，选项C正确。当R1+R2=r时，电源的输出功率最大,由于题目没有给出R1和r的具体数值,所以当R2=0时,电源输出功率并不一定最大,故选项D错误。 【名师指津】“等效法”解题的两原则 (1)要有等效的依据,即等效后能经得住物理规律的检验。 (2)能使问题简化并且易于求解。,【变式训练】如图所示,已知蓄电池的电动势E=6 V,内阻 r=2 ,R1=2 ,R2为一可变电阻,则R2为何值时,R2上消耗的 功率最大?并求此时的最大功率值。,【解析】用图中虚线框所围

18、的部分 替代电源时,其电动势也相应地替换。 等效电动势E等于其负载电阻 R2断开时A、B两点间的电压, 故 内电阻为 当外电路电阻等于等效电源内阻时,电源输出功率最大,故 R2=1 时,R2上消耗的功率最大。R2上消耗的最大功率 答案: 1 2.25 W,【双基题组】 1.由欧姆定律 导出U=IR和 ,下列叙述中正确的 是( ) A.由 知,RU、R B.导体的电阻由导体本身的性质决定,跟导体两端的电压及流 过导体的电流的大小无关 C.对于确定的导体,其两端的电压和流过它的电流的比值等于 它的电阻值 D.一定的电流流过导体,电阻越大,导体两端的电压越大,【解析】选B、C、D。导体的电阻由导体本

19、身的性质决定，跟导 体两端的电压及流过导体的电流的大小无关，故A错误，B正确； 由 可知C正确；由U=IR知流过导体的电流一定时，电阻越 大，电压越大，D正确。,2.电源的电动势和内阻都保持一定，在外电路的电阻逐渐变小的 过程中，下列说法正确的是( ) A.干路电流一定变小 B.路端电压一定逐渐变小 C.电源内部消耗的电功率一定逐渐变小 D.电源的输出功率一定逐渐变小 【解析】选B。外电阻减小，总电阻减小，干路电流增大，A错 误；又由P=I2r知电源内部消耗的电功率逐渐变大，C错误；根 据U=E-Ir知路端电压逐渐变小，B正确；由于外电阻与内电阻的 关系未知，所以当外电阻增大时，电源的输出功率如何变化无法 判断，D错误。,3.(2013南京模拟)金属铂的电阻值对温度的高低非常“敏感”，图中的I-U图像中能表示金属铂电阻情况的是( ) 【解析】选C。在I-U图像中，图像的斜率表示电阻的倒数，由于 铂的电阻率随温度的升高而变大，故I-U图像斜率应减小。因此, 能反映金属铂电阻情况的图像为C。,4.(2013泰州模拟)某同学用如图所示的电路来测量电源的电 动势与内电阻,但由于某种原因,只找到一只不带刻度的电流表, 当他把电阻箱的电阻R由2 变为6 时，电流强度减小为原来 的一半，则他所测定的电源的电动势与内电阻分别为( ) A.无法测定 4 B.6 V 8 C.1