高中物理 第二章 恒定電流 第10講 習(xí)題課：閉合電路歐姆定律的應(yīng)用學(xué)案 新人教版選修3-1

1、習(xí)題課：閉合電路歐姆定律的應(yīng)用目標定位1.會用閉合電路歐姆定律分析動態(tài)電路.2.知道電路中閉合電路的功率關(guān)系，會計算閉合電路的功率.3.會利用閉合電路歐姆定律進行含電容器電路的分析與計算.4.知道短路與斷路，并會在閉合電路中進行故障分析一、閉合電路的動態(tài)分析1解決閉合電路動態(tài)變化問題，應(yīng)按照局部整體局部的程序進行分析2基本思路：電路結(jié)構(gòu)的變化R的變化R總的變化I總的變化U內(nèi)的變化U外的變化固定支路變化支路(1)對于固定不變的部分，一般按照歐姆定律直接判斷(2)對于變化的部分，一般應(yīng)根據(jù)分壓或分流間接判斷(3)涉及變阻器滑動引起的電路變化問題，可將變阻器的滑動端分別滑至兩個極端去討論例1如圖1所

2、示，R1阻值恒定，R2為熱敏電阻(熱敏電阻阻值隨溫度降低而增大)，L為小燈泡，當R2所在位置溫度升高時()圖1AR1兩端的電壓減小B小燈泡的亮度變暗C電流表的示數(shù)減小D通過R2的電流減小解析當R2所在位置溫度升高時R2阻值減小，總電阻減小，總電流增大，電流表的示數(shù)增大，R1兩端的電壓U1IR1增大，故A、C錯誤；總電流增大，內(nèi)電壓增大，則路端電壓UEIr減小，并聯(lián)部分的電壓減小，所以燈泡L變暗，故B正確；通過L的電流減小，而總電流增大，則通過R2的電流增大，故D錯誤答案B動態(tài)電路的分析方法(1)程序法：按照局部整體局部的程序分析.(2)“并同串反”規(guī)律：所謂“并同”，即某一電阻增大時，與它并聯(lián)

3、或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大，反之則減??；所謂“串反”，即某一電阻增大時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小，反之則增大.二、閉合電路的功率和效率1電源的總功率：P總EI；電源內(nèi)耗功率P內(nèi)U內(nèi)II2r；電源輸出功率P出U外I.2對于純電阻電路，電源的輸出功率P出I2R2R，當Rr時，電源的輸出功率最大，其最大輸出功率為P.電源輸出功率隨外電阻的變化曲線如圖2所示圖23電源的效率：指電源的輸出功率與電源的總功率之比，即.對于純電阻電路，電源的效率，所以當R增大時，效率提高當Rr(電源有最大輸出功率)時，效率僅為50%，效率并不高例2如圖3所示，電路中

4、E3V，r0.5，R01.5，變阻器的最大阻值R10.圖3(1)在變阻器的阻值R為多大時，變阻器上消耗的功率最大？最大為多大？(2)在變阻器的阻值R為多大時，定值電阻R0上消耗的功率最大？最大為多大？解析(1)此種情況可以把R0歸入電源內(nèi)電阻，這樣變阻器上消耗的功率，也就是電源的輸出功率即當RrR02時，R消耗功率最大為：PmWW.(2)定值電阻R0上消耗的功率可以表示為：PI2R0，因為R0不變，當電流最大時功率最大，此時應(yīng)有電路中電阻最小，即當R0時，R0上消耗的功率最大：PmR01.5WW.答案(1)2W(2)0W(1)定值電阻消耗功率最大時通過的電流最大.(2)求可變電阻消耗的功率時可

5、將其他電阻等效為電源內(nèi)阻.三、含電容器電路的分析與計算方法在直流電路中，當電容器充、放電時，電路里有充、放電電流一旦電路達到穩(wěn)定狀態(tài)，電容器在電路中就相當于一個阻值無限大(只考慮電容器是理想的，不漏電的情況)的元件，電容器處電路可看做是斷路，簡化電路時可去掉它1電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無電流通過，所以在此支路中的電阻上無電壓降低，因此電容器兩極間的電壓就等于該支路兩端的電壓2當電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時，電容器兩極間的電壓與其并聯(lián)電阻兩端的電壓相等3電路的電流、電壓變化時，將會引起電容器的充(放)電如果電容器兩端電壓升高，電容器將充電；如果電容器兩端電壓降低，電容器將通過與它連接的電路

6、放電例3如圖4所示，電源電動勢E10V，內(nèi)阻可忽略，R14，R26，C30F，求：圖4(1)S閉合后，穩(wěn)定時通過R1的電流；(2)S原來閉合，然后斷開，這個過程中流過R1的電荷量解析(1)S閉合后，電路穩(wěn)定時，R1、R2串聯(lián)，易求I1A，即為通過R1的電流(2)S閉合時，電容器兩端電壓UCU2IR26V，儲存的電荷量Q1CUC.S斷開至達到穩(wěn)定后電路中電流為零，此時UCE，儲存的電荷量Q1CUC.很顯然電容器上的電荷量增加了QQQCUCCUC1.2104C電容器上電荷量的增加是在S斷開以后才產(chǎn)生的，只有通過R1這條途徑實現(xiàn)，所以流過R1的電荷量就是電容器上增加的電荷量答案(1)1A(2)1.2

7、104C含電容器電路的分析與計算方法：(1)首先確定電路的連接關(guān)系及電容器和哪部分電路并聯(lián).(2)根據(jù)歐姆定律求并聯(lián)部分的電壓即為電容器兩極板間的電壓.(3)最后根據(jù)公式QCU或QCU，求電荷量及其變化量.四、電路故障分析用電壓表檢查故障：(1)斷路故障判斷：先用電壓表與電源并聯(lián)，若有示數(shù)，再逐段與電路并聯(lián)，若電壓表指針偏轉(zhuǎn)，則說明該段電路中有斷點(2)短路故障判斷：先用電壓表與電源并聯(lián)，若有示數(shù)，再逐段與電路并聯(lián)，若電壓表示數(shù)為零，則說明該段電路被短路例4如圖5所示，用電壓表檢查電路的故障，測得Uad5.0，Ucd0V，Uab5.0V，則此故障可能是()圖5AL斷路BR斷路CR斷路DS斷路解

8、析Uab5.0V、Uad5.0V說明b、c、d與電源之間和a與電源之間的元件和導(dǎo)線是完好的，又Ucd0，只能是R斷路答案B1(閉合電路的動態(tài)分析)如圖6所示電路，電源內(nèi)阻不可忽略開關(guān)S閉合后，在變阻器R0的滑動端向下滑動的過程中()圖6A電壓表與電流表的示數(shù)都減小B電壓表與電流表的示數(shù)都增大C電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)減小D電壓表的示數(shù)減小，電流表的示數(shù)增大答案A解析由變阻器R0的滑動端向下滑可知R0連入電路的有效電阻減小，則R總減小，由I可知I增大，由U內(nèi)Ir可知U內(nèi)增大，由EU內(nèi)U外可知U外減小，故電壓表示數(shù)減小由U1IR1可知U1增大，由U外U1U2可知U2減小，由I2可知電流表示數(shù)

9、減小，故A正確2(閉合電路中的功率和效率)如圖7所示，直線A為電源的UI圖線，直線B為電阻R的UI圖線，用該電源和電阻組成閉合電路時，電源的輸出功率和效率分別是()圖7A4W,33.3%B2W,33.3%C4W,66.7%D2W,66.7%答案C解析從題圖中可知E3V，直線A和直線B的交點是電源和電阻R構(gòu)成閉合電路的工作點，因此P出UI4W，P總EI6W電源的效率66.7%.3(含容電路分析)(多選)在如圖8所示的電路中，燈泡L的電阻大于電源的內(nèi)阻r，閉合開關(guān)S，將滑動變阻器的滑片P向左移動一段距離后，下列結(jié)論正確的是()圖8A燈泡L變亮B電源的輸出功率變小C電容器C上電荷量減少D電流表讀數(shù)變

10、小，電壓表讀數(shù)變大答案BD解析將滑動變阻器的滑片P向左移動一段距離后，R的阻值變大，電路中電流變小，燈泡L變暗，A錯誤；路端電壓變大，電阻R兩端電壓變大，電容器C兩端電壓變大，電容器C上電荷量增加，C錯誤，D正確；當外電路電阻等于電源的內(nèi)阻時電源的輸出功率最大，燈泡L的電阻大于電源的內(nèi)阻r，則當P向左移動一段距離后，外電路電阻比r大得越多，電源的輸出功率變小，B正確4(電路故障分析)如圖9所示，燈泡L1、L2原來都正常發(fā)光，在兩燈突然熄滅后，用電壓表測得c、d間電壓比燈泡正常發(fā)光時的電壓高，故障的原因可能是(假設(shè)電路中僅有一處故障)()圖9Aa、c間斷路Bc、d間斷路Cb、d間斷路Db、d間短

11、路答案B解析因電路中L1、L2、R及電源串聯(lián)，電路中只有一處故障且兩燈不亮，電路中必是斷路，故D錯誤電路中無電流，但c、d間電壓升高，是因為c、d間斷路，c、d兩點分別與電源正、負極等電勢故正確答案為B.題組一閉合電路的動態(tài)分析1如圖1所示的電路，閉合開關(guān)S，待電路中的電流穩(wěn)定后，減小R的阻值則()圖1A電流表的示數(shù)減小B電壓表的示數(shù)減小C電阻R2兩端的電壓減小D路端電壓增大答案B解析題圖中的電路結(jié)構(gòu)是R1與R先并聯(lián)，再與R2串聯(lián)，故RR總I干U內(nèi)U外.R2兩端電壓U2I干R2，U2增大，所以R與R1的并聯(lián)電壓減小，示數(shù)減小，A、C、D錯誤，B正確2如圖2所示，電路中電源的電動勢為E，內(nèi)電阻為

12、r，開關(guān)S閉合后，當滑動變阻器R的滑片P向右移動的過程中，三盞規(guī)格相同的小燈泡L1、L2、L3的亮度變化情況是()圖2A燈L1、L2變亮，燈L3變暗B燈L2、L3變亮，燈L1變暗C燈L1、L3變暗，燈L2變亮D燈L2、L3變暗，燈L1變亮答案C解析變阻器與燈L1串聯(lián)后與燈L2并聯(lián)，再與燈L3串聯(lián)將滑動變阻器的滑片P向右移動的過程中，變阻器接入電路的電阻增大，外電路總電阻增大，由閉合電路歐姆定律得知：干路電流I減小，則通過L3的電流減小，L3變暗，L3兩端電壓和內(nèi)阻所占電壓都減小，則并聯(lián)部分電壓增大，所以流過燈L2的電流變大，L2變亮，I1II2，I減小，I2增大，則I1減小，燈L1變暗故C正確

13、3如圖3所示的電路中，R1、R2為定值電阻，電源的電動勢為E、內(nèi)阻為r.若開關(guān)S0、S1均閉合時，電壓表讀數(shù)為U，電流表讀數(shù)為I，當S1斷開時()圖3A電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變小B電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變大C電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變小D電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變大答案A解析由電路圖可知，當開關(guān)S1閉合時，R1被短路，此時電路是R2的簡單電路，當開關(guān)S1斷開時，R1、R2串聯(lián)，總電阻變大，干路電流變小，所以電流表示數(shù)減小，根據(jù)歐姆定律UIR，可知，R2兩端的電壓減小，所以電壓表示數(shù)也減小，故A正確題組二閉合電路的功率和效率4.電源的效率定義為外電路電阻消耗的功率與電源的總功率之比，

14、如圖4所示，直線A為電源a的路端電壓與電流的關(guān)系圖線，直線B為電源b的路端電壓與電流的關(guān)系圖線直線C為一個電阻R兩端的電壓與電流關(guān)系的圖線，將這個電阻R分別接到a、b兩電源上，那么()圖4AR接到電源a上，電源的效率較低BR接到電源b上，電源的輸出功率較大CR接到電源a上，電源的輸出功率較大，電源效率較高DR接到電源b上，電源的輸出功率較小，電源效率較高答案C解析電源的效率，由題圖可知A與C交點處電壓大于B與C交點處電壓，則R接在電源a上效率較高；電源輸出功率PUI，由題圖易得R接在電源a上輸出功率較大，A、B、D錯誤，C正確5電動勢為E、內(nèi)阻為r的電池與定值電阻R0、變阻器R串聯(lián)，如圖5所示

15、，設(shè)R0r，Rab2r，當變阻器的滑片自a端向b端滑動時，下列各物理量中隨之減小的是()圖5A電池的輸出功率B變阻器消耗的功率C固定電阻R0消耗的功率D電池內(nèi)阻消耗的功率答案B解析根據(jù)推論：當外電阻等于電源的內(nèi)阻時，電源的輸出功率最大，滑片自a端向b端滑動時，由于R0r，Rab2r，外電阻大于電源的內(nèi)阻，當變阻器的滑片自a端向b端滑動時，則變阻器接入電路的電阻減小，電池的輸出功率增大故A錯誤；電路中電流增大，固定電阻R0上和電源的內(nèi)阻上消耗功率增大將R0看成電源的內(nèi)阻，則有R0r2r，而Rab2r，利用推論可知，滑片在a點時變阻器的功率最大，滑片向右滑動時，變阻器消耗的功率減小故B正確，C、D

16、錯誤6.(多選)如圖6所示的電路中，電源電動勢為12 V，內(nèi)阻為2 ，四個電阻的阻值已在圖中標出，閉合開關(guān)S，下列說法正確的有()圖6A路端電壓為10 VB電源的總功率為10 WCa、b間電壓的大小為5 VDa、b間用導(dǎo)線連接后，電路的總電流為1 A答案AC解析外電路的總電阻R 10 ，總電流I1 A，則路端電壓UIR10 V，A對；電源的總功率P總EI12 W，B錯；a、b間電壓大小為Uab0.515 V0.55 V 5 V，C項對；a、b間用導(dǎo)線連接后，外電路的總電阻為R2 7.5 ，電路中的總電流I1.26 A，D項錯誤題組三含容電路分析7(多選)M、N是一對水平放置的平行板電容器，將它

17、與一電動勢為E，內(nèi)阻為r的電源組成如圖7所示的電路，R是并聯(lián)在電容器上的滑動變阻器，G是靈敏電流計，在電容器的兩極板間有一帶電的油滴處于懸浮狀態(tài)，如圖所示，現(xiàn)保持開關(guān)S閉合，將滑動變阻器的滑片向上滑動，則()圖7A在滑片滑動時，靈敏電流計中有從b向a的電流B在滑片滑動時，靈敏電流計中有從a向b的電流C帶電油滴將向上運動D帶電油滴將向下運動答案BC解析電容器兩極板間的電壓UE，當將滑動變阻器的滑片向上滑動時，R增大，U增大，電容器的電荷量增加，處于充電狀態(tài)，靈敏電流計中有電流，由于電容器上板帶正電，則靈敏電流計中有從a向b的電流，故A錯誤，B正確；U增大，由E分析得知，板間場強增大，則帶電油滴將

18、向上運動，故C正確，D錯誤8如圖8所示，M、N是平行板電容器的兩個極板，R0為定值電阻，R1、R2為可調(diào)電阻，用絕緣細線將質(zhì)量為m、帶正電的小球懸于電容器內(nèi)部閉合開關(guān)S，小球靜止時受到懸線的拉力為F.調(diào)節(jié)R1、R2，關(guān)于F的大小判斷正確的是()圖8A保持R1不變，緩慢增大R2時，F(xiàn)將變大B保持R1不變，緩慢增大R2時，F(xiàn)將變小C保持R2不變，緩慢增大R1時，F(xiàn)將變大D保持R2不變，緩慢增大R1時，F(xiàn)將變小答案B解析當電路接通后，對小球受力分析：小球受重力、電場力和懸線的拉力F三個力的作用，其中重力為恒力當電路穩(wěn)定后，R1中沒有電流，兩端等電勢，因此電容器兩極板電壓等于R0兩端電壓當R2不變，R

19、1變化時，電容器兩極板電壓不變，板間電場強度不變，小球所受電場力不變，F(xiàn)不變，C、D兩項錯若保持R1不變，緩慢增大R2，R0兩端電壓減小，電容器兩端電壓減小，內(nèi)部電場場強減弱，小球受到的電場力減小，F(xiàn)變小，故A項錯，B項正確題組四電路故障分析9如圖9所示的電路中，閉合開關(guān)后，電壓表有示數(shù)、電流表指針幾乎不動關(guān)于電路故障分析正確的是()圖9A燈泡L1短路B燈泡L1斷路C燈泡L2短路D燈泡L2斷路答案D解析如果燈泡L1短路，電路電阻較小，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度應(yīng)較大此選項不符合題意；如果燈泡L1斷路，整個電路斷路，電壓表、電流表指針都不會偏轉(zhuǎn)此選項不符合題意；如果燈泡L2短路，電路電阻較小，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度應(yīng)較大；電壓表相當于與導(dǎo)線并聯(lián)無示數(shù)此選項不符合題意；如果燈泡L2斷路，電壓表測量電源電壓，指針會明顯偏轉(zhuǎn)；電路電流特別小，指針幾乎不動，此選項符合題意10如圖10所示，E為內(nèi)阻不能忽略的電池，R1、R2、R3均為定值電阻，與均為理想電表；開始時開關(guān)S閉合，均有讀數(shù)，某時刻發(fā)現(xiàn)和讀數(shù)均變大，則電路中可能出現(xiàn)的故障是()圖10AR1斷路BR2斷路CR1短路DR3短路答案B解析若R1斷路，電流表中沒有讀數(shù)，不符合題意，故A錯誤；若R2斷路，外電路總電阻增大，總電流減小，內(nèi)電壓減小，則電壓表讀數(shù)變大；R3的分壓增大，則電流表的