2017-2018學(xué)年高中物理專題五閉合電路歐姆定律學(xué)案新人教版選修

1、專題五 閉合電路歐姆定律一、電路動(dòng)態(tài)變化的分析1閉合電路歐姆定律的公式Ieq f(E,Rr)只適用于純電阻電路EU外U內(nèi)適用于任何電路2路端電壓U與電流I的關(guān)系：UEIr.3電路動(dòng)態(tài)分析的方法(1)程序法：電路結(jié)構(gòu)的變化R的變化R總的變化I總的變化U端的變化固定支路eq blcrc (avs4alco1(并聯(lián)分流I,串聯(lián)分壓U)變化支路(2)極限法：即因滑動(dòng)變阻器滑片滑動(dòng)引起的電路變化問(wèn)題，可將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)端分別滑至兩個(gè)極端去討論(3)“串反并同”法：串反：當(dāng)某電阻變化時(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)導(dǎo)體的各電學(xué)量(如電流、電壓和電功率)都做與之相反的變化并同：當(dāng)某電阻變化時(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)導(dǎo)體

2、的各電學(xué)量(如電流、電壓和電功率)都做與之相同的變化復(fù)習(xí)過(guò)關(guān)1小吳同學(xué)設(shè)計(jì)了一種煙霧報(bào)警裝置，其原理如圖1所示M為煙霧傳感器，其阻值RM隨著煙霧濃度的變化而變化，R為定值電阻當(dāng)裝置所在區(qū)域出現(xiàn)煙霧且濃度增大時(shí)，將導(dǎo)致a、b兩端電壓減小，觸發(fā)警報(bào)裝置發(fā)出警報(bào)則煙霧濃度增大時(shí)()圖1ARM增大，電流表示數(shù)增大BRM增大，電流表示數(shù)減小CRM減小，電流表示數(shù)增大DRM減小，電流表示數(shù)減小答案C解析煙霧濃度增大時(shí)，據(jù)題知a、b兩端電壓減小，電源的內(nèi)電壓增大，電路中電流增大，所以電流表示數(shù)增大根據(jù)閉合電路歐姆定律知RM減小故C正確2.某控制電路如圖2所示，主要由電源(電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r)與定值電阻R1

3、、R2及電位器(滑動(dòng)變阻器)R連接而成，L1、L2是紅綠兩個(gè)指示燈，當(dāng)電位器的觸片滑向a端時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()圖2AL1、L2兩個(gè)指示燈都變亮BL1、L2兩個(gè)指示燈都變暗CL1變亮，L2變暗DL1變暗，L2變亮答案B解析電位器的觸片滑向a端時(shí)，電位器電阻減小外電路總電阻R減小總電流增加(Ieq f(E,rR)內(nèi)電壓增加(U內(nèi)Ir)外電壓減小(EU內(nèi)U外)燈泡L1變暗；電位器的觸片滑向a端時(shí)，電位器電阻減小，與電位器并聯(lián)的支路分得的電壓減小，故通過(guò)燈泡L2支路的電流減小，故燈泡L2變暗二、閉合電路中的功率及效率1閉合電路的功率(1)電源的總功率：P總EI；(2)電源內(nèi)電阻消耗的功率P內(nèi)U內(nèi)I

4、I2r；(3)電源輸出功率任意電路：P出IUIEI2rP總P內(nèi)純電阻電路：P出I2Req f(E2R,(Rr)2)eq f(E2,f(Rr)2,R)4r).當(dāng)Rr時(shí)，電源的輸出功率最大，其最大輸出功率為Pmeq f(E2,4r).電源輸出功率隨外電阻變化曲線如圖3所示圖32電源的效率(1)任意電路：eq f(P出,P總)100%eq f(U,E)100%.(2)純電阻電路：eq f(R,Rr)100%eq f(1,1f(r,R)100%因此在純電阻電路中R越大，越大；當(dāng)Rr時(shí)，電源有最大輸出功率，效率僅為50%.復(fù)習(xí)過(guò)關(guān)3電源的電動(dòng)勢(shì)為E30V，內(nèi)阻為r1，將它與一只“6V12W”的燈泡和一臺(tái)

5、電阻為2的小電動(dòng)機(jī)串聯(lián)組成閉合電路，當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí)，若不計(jì)摩擦，電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率與輸入電功率之比為()A91%B82%C67%D60%答案B4(多選)直流電路如圖4所示，在滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)時(shí)，電源的()圖4A總功率一定減小B效率一定增大C內(nèi)部損耗功率一定減小D輸出功率一定先增大后減小答案ABC解析當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)時(shí)，接入電路的電阻變大，整個(gè)回路的電流變小，電源內(nèi)部損耗的功率P內(nèi)I2r一定減小，C正確；總功率PEI一定減小，A正確；而內(nèi)電壓降低，外電壓升高，電源的效率增大，B正確；當(dāng)內(nèi)電阻等于外電阻時(shí)，輸出功率最大，此題中無(wú)法知道內(nèi)、外電阻的大小關(guān)系，因此D錯(cuò)誤5(多選

6、)在如圖5所示的電路中，、處可以接小燈泡、電流表或電壓表(均為理想電表)三種元器件，電源電動(dòng)勢(shì)E、內(nèi)阻r均保持不變，定值電阻R1R2R3R44321，小燈泡電阻RLR1，R1r，電路中有電流通過(guò)，下列說(shuō)法中正確的是()圖5A要使電源總功率最大，則應(yīng)該接電流表，接電壓表，接小燈泡B要使電源輸出功率最大，則應(yīng)該接電流表，接小燈泡，接電壓表C要使路端電壓最大，則應(yīng)該接小燈泡，接電壓表，接電流表D要使閉合電路中電源效率最高，則應(yīng)該接小燈泡，接電流表，接電壓表答案AD解析要使電源總功率最大，電壓是固定的，所以就要求電流要大，電流大則總電阻要最小，內(nèi)阻是一定的，所以外阻要最小那么如何接外阻小呢，接小燈泡的

7、話，外阻最小也為2R18R4，比較大，所以要接電流表，接小燈泡的話，接電壓表開(kāi)路，則小燈泡和R3并聯(lián)再與R4串聯(lián)再與R2并聯(lián)，最后與R1串聯(lián)，最后計(jì)算外阻為(4eq f(21,16)R4，接小燈泡，接電壓表開(kāi)路，則R3、R4串聯(lián)，與RL、R2并聯(lián)，最后與R1串聯(lián)，最后計(jì)算外阻為(4eq f(12,11)R4最小故A正確；當(dāng)R外r時(shí)，輸出功率最大，但是R1r，從上面可以看出，最小的外阻也大于r，所以要使輸出功率最大，只有外阻接近r才行，所以還是選擇最小的外阻，可以看到還應(yīng)該是接電流表，接電壓表，接小燈泡故B錯(cuò)誤；要使路端電壓最大，就要外阻越大越好，這樣應(yīng)該接電壓表，這樣整個(gè)電路斷路，路端電壓等于

8、電動(dòng)勢(shì)故C錯(cuò)誤；要使電源效率最高，則電路不能是斷路，同時(shí)外阻越大越好，這樣要接小燈泡，如果接電流表，則R2、R3、R4被短接，R外RLR12R18R4，如果接電流表，則R3短接，R4與R2并聯(lián)，R外RLR1eq f(R4R2,R4R2)eq blc(rc)(avs4alco1(8f(3,4)R4，為最大故D正確三、電路故障問(wèn)題1故障特點(diǎn)(1)斷路特點(diǎn)：表現(xiàn)為路端電壓不為零而電流為零(2)短路特點(diǎn)：用電器或電阻發(fā)生短路，表現(xiàn)為有電流通過(guò)電路但它兩端電壓為零2檢查方法(1)電壓表檢測(cè)：如果電壓表示數(shù)為零，則說(shuō)明可能在并聯(lián)路段之外有斷路，或并聯(lián)路段短路(2)電流表檢測(cè)：當(dāng)電路中接有電源時(shí)，可用電流表

9、測(cè)量各部分電路上的電流，通過(guò)對(duì)電流值的分析，可以確定故障的位置在運(yùn)用電流表檢測(cè)時(shí)，一定要注意電流表的極性和量程(3)歐姆表檢測(cè)：當(dāng)測(cè)量值很大時(shí)，表示該處斷路，當(dāng)測(cè)量值很小或?yàn)榱銜r(shí)，表示該處短路在運(yùn)用歐姆表檢測(cè)時(shí)，電路一定要切斷電源(4)假設(shè)法：將整個(gè)電路劃分為若干部分，然后逐一假設(shè)某部分電路發(fā)生某種故障，運(yùn)用閉合電路或部分電路的歐姆定律進(jìn)行推理復(fù)習(xí)過(guò)關(guān)6如圖6是某同學(xué)連接的實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖，開(kāi)關(guān)閉合后A、B燈都不亮，他采用以下方法進(jìn)行故障檢查圖6選用量程為10V的已校準(zhǔn)的電壓表進(jìn)行檢查，測(cè)試結(jié)果如表1所示根據(jù)測(cè)試結(jié)果，可判定故障是_A燈A短路B燈B短路Ccd段斷路Ddf段斷路表1測(cè)試點(diǎn)電壓示數(shù)a、b

10、有示數(shù)b、c有示數(shù)c、d無(wú)示數(shù)d、f有示數(shù)答案D解析由表1條件可知，d、f間有示數(shù)，則dca干電池bf間無(wú)斷路，又因?yàn)閏、d間無(wú)示數(shù)，故d、f段斷路，選項(xiàng)D正確；若燈A短路或燈B短路，不會(huì)造成A、B燈都不亮，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；若cd段斷路，則d、f間不會(huì)有示數(shù)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤7.如圖7所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為6V，當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通后，燈泡L1、L2都不亮，用電壓表測(cè)得各部分的電壓是Uab6V，Uad0V，Ucd6V，由此可判定()圖7AL1和L2的燈絲都燒斷了BL1的燈絲燒斷了CL2的燈絲燒斷了D變阻器R斷路答案C解析由Uab6V可知，電源完好，燈泡都不亮，說(shuō)明電路中出現(xiàn)斷路故障，且在a、b之間由U

11、cd6V可知，燈泡L1與滑動(dòng)變阻器R是接通的，斷路故障出現(xiàn)在c、d之間，故燈L2斷路，所以選項(xiàng)C正確8(多選)在如圖8所示的電路中，由于某一電阻發(fā)生短路或斷路，A燈變暗，B燈變亮，則故障可能是()圖8AR1短路BR2斷路CR3斷路DR4短路答案BC解析由于A燈串聯(lián)于干路中，且故障發(fā)生后，A燈變暗，故知電路中總電流變小，即電路總電阻變大，由此推知，故障應(yīng)為某一電阻斷路，排除選項(xiàng)A、D.假設(shè)R2斷路，則其斷路后，電路總電阻變大，總電流變小，A燈變暗，同時(shí)R2斷路必引起與之并聯(lián)的B燈中電流變大，使B燈變亮，推理結(jié)果與現(xiàn)象相符，故選項(xiàng)B正確假設(shè)R3斷路，則也引起總電阻變大，總電流變小，使A燈變暗，同時(shí)

12、R3斷路也必引起與之并聯(lián)的電路(即R1所在支路)中電流增大，B燈中分得的電流也變大，B燈變亮，故選項(xiàng)C正確四、電源和電阻UI圖象的比較圖象上的特征物理意義電源UI圖象電阻UI圖象圖形圖象表述的物理量變化關(guān)系電源的路端電壓隨電路電流的變化關(guān)系電阻兩端電壓隨電阻中的電流的變化關(guān)系圖線與坐標(biāo)軸交點(diǎn)與縱軸交點(diǎn)表示電源電動(dòng)勢(shì)E，與橫軸交點(diǎn)表示短路電流過(guò)坐標(biāo)軸原點(diǎn)，表示沒(méi)有電壓時(shí)電流為零圖線上每一點(diǎn)坐標(biāo)的乘積UI表示電源的輸出功率表示電阻消耗的功率圖線上每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的U、I比值表示外電阻的大小，不同點(diǎn)對(duì)應(yīng)的外電阻大小不同每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的比值均等大，表示此電阻的大小不變圖線斜率的絕對(duì)值大小內(nèi)電阻r電阻大小復(fù)習(xí)過(guò)關(guān)

13、9(多選)在如圖9所示的UI圖象中，直線為某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線，直線為某一電阻R的UI圖線用該電源直接與電阻R相連組成閉合電路，由圖象可知()圖9A電源的電動(dòng)勢(shì)為3V，內(nèi)阻為0.5B電阻R的阻值為1C電源的輸出功率為4WD電源的效率為50%答案ABC解析由圖線可知，電源的電動(dòng)勢(shì)為3V，內(nèi)阻為req f(E,I短)0.5；由圖線可知，電阻R的阻值為1，該電源與電阻R直接相連組成的閉合電路的電流為Ieq f(E,rR)2A，路端電壓UIR2V(可由題圖讀出)，電源的輸出功率為PUI4W，電源的效率為eq f(UI,EI)eq f(U,E)eq f(2V,3V)66.7%.10(多選)

14、用如圖10甲所示的電路來(lái)測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)作出如圖乙所示的UI圖線，由圖可知下列判斷正確的是()圖10A電源電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值為1.40 VB電源內(nèi)阻的測(cè)量值為3.50 C外電路發(fā)生短路時(shí)的電流為0.40 AD電壓表的示數(shù)為1.20 V時(shí)，電流表的示數(shù)為0.20 A答案AD解析由閉合電路的歐姆定律UEIr可知，當(dāng)I0時(shí)，UE，故A正確；UI圖線的斜率表示電源的內(nèi)阻，則req f(U,I)eq f(1.401.00,0.400) 1 ，B錯(cuò)誤；U軸的電壓刻度不是從零開(kāi)始的，UI圖線的橫截距不表示U0時(shí)的短路電流，而是表示路端電壓為1.00 V時(shí)的干路電流，C錯(cuò)誤；由題圖乙可知，eq

15、 f(1.40 V1.20 V,I)eq f(1.40 V1.00 V,0.40 A)，所以I0.20 A，故D正確11如圖11所示，直線A為某電源的UI圖線，曲線B為標(biāo)識(shí)不清的小燈泡L1的UI圖線，將L1與該電源組成閉合電路時(shí)，L1恰好能正常發(fā)光若將相同材料制成的標(biāo)有“3V,20W”的燈泡L2與該電源組成閉合電路，下列說(shuō)法中正確的是()圖11A電源的內(nèi)阻為eq f(2,3)B把燈泡L1換成L2，L2可能正常發(fā)光C把燈泡L1換成L2，電源的輸出功率可能相等D把燈泡L1換成L2，電源的輸出功率一定變小答案C解析由圖讀出電源的電動(dòng)勢(shì)為E4V，圖線A的斜率的絕對(duì)值表示電源的內(nèi)阻，則req f(41,

16、6)0.5，故A錯(cuò)誤；燈泡與電源連接時(shí)，A、B兩圖線的交點(diǎn)表示燈泡的工作狀態(tài)，則知其電壓U3V，I2A，則燈泡L1的額定電壓為3V，功率為PUI6W把燈泡L1換成“3V,20W”的燈泡L2，不能正常發(fā)光，而由Peq f(U2,R)知：燈泡L2的正常工作時(shí)的電阻為R2eq f(U2,P)eq f(32,20)0.45，燈泡L1的電阻為R1eq f(U,I)eq f(3,2)1.5，則知正常發(fā)光時(shí)燈泡L2的電阻更接近電源的內(nèi)阻，但是這里燈泡并沒(méi)有達(dá)到正常發(fā)光，此時(shí)L2的電阻是不確定的；電源的輸出功率可能變大，可能相等，也有可能變小，故B、D錯(cuò)誤，C正確.五、含容電路的分析與計(jì)算1電路的簡(jiǎn)化：不分析

17、電容器的充、放電過(guò)程時(shí)，把電容器所處的支路視為斷路，簡(jiǎn)化電路時(shí)可以去掉，求電荷量時(shí)再在相應(yīng)位置補(bǔ)上2電路穩(wěn)定時(shí)電容器的處理方法：電路穩(wěn)定后，與電容器串聯(lián)的電路中沒(méi)有電流，同支路的電阻相當(dāng)于導(dǎo)線，即電阻不起降低電壓的作用，與電容器串聯(lián)的電阻視為等勢(shì)體電容器的電壓為與之并聯(lián)的電阻兩端的電壓3電容器所帶電荷量的變化的計(jì)算：(1)如果變化前后極板帶電的電性相同，那么通過(guò)所連導(dǎo)線的電荷量等于初、末狀態(tài)電容器所帶電荷量之差；(2)如果變化前后極板帶電的電性相反，那么通過(guò)所連導(dǎo)線的電荷量等于初、末狀態(tài)電容器所帶電荷量之和復(fù)習(xí)過(guò)關(guān)12如圖12所示，平行金屬板中帶電質(zhì)點(diǎn)P原處于靜止?fàn)顟B(tài)，不考慮電流表和電壓表對(duì)電

18、路的影響，當(dāng)滑動(dòng)變阻器R4的滑片向b端移動(dòng)時(shí)，則()圖12A電壓表讀數(shù)減小B電流表讀數(shù)減小C質(zhì)點(diǎn)P將向上運(yùn)動(dòng)DR3上消耗的功率逐漸增大答案A解析由圖可知，R2與滑動(dòng)變阻器R4串聯(lián)后與R3并聯(lián)后，再與R1串聯(lián)接在電源兩端；電容器與R3并聯(lián)；當(dāng)滑片向b移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電阻減小，則電路中總電阻減??；由閉合電路歐姆定律可知，電路中電流增大；路端電壓減小，同時(shí)R1兩端的電壓也增大，故并聯(lián)部分的電壓減??；由歐姆定律可知流過(guò)R3的電流減小，則流過(guò)并聯(lián)部分的電流增大，故電流表示數(shù)增大，故B錯(cuò)誤；因并聯(lián)部分電壓減小，而R2中電壓增大，故電壓表示數(shù)減小，故A正確；因電容器兩端電壓減小，故電荷受到的向上電場(chǎng)力減小，則重力大于電場(chǎng)力，合力向下，電荷向下運(yùn)動(dòng)，故C錯(cuò)誤；因R3兩端的電壓減小，由Peq f(U2,R