高一物理直流電路課件

1、專題十二 直流電路的分析與計(jì)算9/26/2022專題十二 直流電路的分析與計(jì)算9/24/20229/26/20229/24/20229/26/20229/24/2022一、電源的功率和效率1.電源的幾個(gè)功率 (1)電源的總功率：P總EII2(Rr) (2)電源內(nèi)部消耗的功率：P內(nèi)I2r (3)電源的輸出功率：P出UIP總P內(nèi)2.電源的效率 9/26/2022一、電源的功率和效率2.電源的效率9/24/2022 當(dāng)利用P總I2(Rr)求電源的總功率時(shí)必須是純電阻電路.當(dāng)電源給電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，就不能由此公式計(jì)算.9/26/2022 當(dāng)利用P總I2(Rr)求電源的總功率時(shí)必二、電功和電熱的關(guān)系1.電功

2、是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的量度.電熱是電能轉(zhuǎn)化為 內(nèi)能的量度.計(jì)算電功時(shí)用公式WIUt，計(jì)算電熱時(shí)用公式 QI2Rt，兩公式均適用于任何電路.2.從能量轉(zhuǎn)化的角度看，電功與電熱間的數(shù)量關(guān)系是： WQ，即UItI2Rt.具體地說： (1)純電阻電路：如由白熾燈、電爐、電烙鐵等構(gòu)成的電 路，電流做功將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時(shí)有WQ.9/26/2022二、電功和電熱的關(guān)系9/24/2022(2)非純電阻電路：如含有電動(dòng)機(jī)、電解槽等的電路，電流 做功將電能除轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能 等.此時(shí)有WQ，電功W只能用公式WIUt進(jìn)行計(jì)算， 電熱Q只能用公式QI2Rt進(jìn)行計(jì)算. 總之，從能量的轉(zhuǎn)化

3、與守恒可以看出，電功數(shù)值上等于 電能轉(zhuǎn)化為其他各種形式能量的總和，而電熱僅是轉(zhuǎn)化 為內(nèi)能的電能，可見二者不同.9/26/2022(2)非純電阻電路：如含有電動(dòng)機(jī)、電解槽等的電路，電流 9 在純電阻電路中，因?yàn)闅W姆定律I 能用，才有WQI2RtIUt Pt，如果為非純電阻電路，計(jì)算電功只能用WUIt，計(jì)算電熱只能用QI2Rt.9/26/2022 在純電阻電路中，因?yàn)闅W姆定律I 三、直流電路中常見的幾個(gè)圖象1.U端R圖象U端 可見U端隨外電阻R的增大而增大，如圖71所示.9/26/2022三、直流電路中常見的幾個(gè)圖象9/24/2022 2.UI圖象 (1)對(duì)電源有：UEIr，如圖72中a線. (2

4、)對(duì)定值電阻有：UIR，如圖72中b線. 說明：圖中a線常用來分析電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的測(cè)量 實(shí)驗(yàn). 圖中矩形OABD、OCPD和ABPC的“面積”分別表示 電源的總功率、輸出功率和內(nèi)電阻消耗的功率.9/26/2022 2.UI圖象9/24/20223.P出R圖象P出 可見，當(dāng)Rr時(shí)，電源的輸出功率最大，且為P出max ，如圖73所示.但效率不是最大，只有50%.9/26/20223.P出R圖象9/24/2022 當(dāng)電源的外電阻R發(fā)生變化時(shí)，電源的輸出功率也隨之發(fā)生變化，當(dāng)R趨近于r時(shí)，電源輸出功率增大，當(dāng)R遠(yuǎn)離r時(shí)，電源的輸出功率減小.9/26/2022 當(dāng)電源的外電阻R發(fā)生變化時(shí)，電源的輸出

5、功率也一、直流電路動(dòng)態(tài)問題的分析方法根據(jù)歐姆定律及串、并聯(lián)電路的性質(zhì)，來分析電路中某一電阻變化而引起的整個(gè)電路中各部分電學(xué)量的變化情況，常見方法如下：1.程序法：基本思路是“部分整體部分”.即從阻值變 化的部分入手，由串、并聯(lián)規(guī)律判斷R總的變化情況， 再由歐姆定律判斷I總和U端的變化情況，最后再由部分 電路歐姆定律判定各部分量的變化情況.即9/26/2022一、直流電路動(dòng)態(tài)問題的分析方法9/24/20222.直觀法：即直接應(yīng)用“部分電路中R、I、U的關(guān)系”中的 兩個(gè)結(jié)論. (1)任一電阻R阻值增大，必引起該電阻中電流I的減小和 該電阻兩端電壓U的增大.(2)任一電阻R阻值增大，必將引起與之并聯(lián)

6、的支路中電流I并的增大和與之串聯(lián)的各電阻電壓U串的減小.9/26/20222.直觀法：即直接應(yīng)用“部分電路中R、I、U的關(guān)系”中的 3.極端法：即因變阻器滑動(dòng)引起電路變化的問題，可假設(shè)變 阻器的滑動(dòng)端分別滑至兩個(gè)極端去討論.4.特殊值法：對(duì)于某些雙臂環(huán)路問題，可以采取代入特殊值 去判定，從而找出結(jié)論.9/26/20223.極端法：即因變阻器滑動(dòng)引起電路變化的問題，可假設(shè)變 9 (1)識(shí)別并畫出正確的等效電路圖，搞清串、并聯(lián)關(guān)系，是電路動(dòng)態(tài)分析的前提和基礎(chǔ). (2)注意路端電壓UEIr和UU1U2及I總I1I2的靈活應(yīng)用.9/26/2022 (1)識(shí)別并畫出正確的等效電路圖，搞清串、并聯(lián)二、電路

7、故障分析的常用方法 1.儀器檢測(cè)法 (1)斷點(diǎn)故障：用電壓表與電源并聯(lián)，若有電壓時(shí)，再逐 段與電路并聯(lián)，若電壓表指針偏轉(zhuǎn)，則該段電路中有斷 點(diǎn). (2)短路故障：用電壓表與電源并聯(lián)，若有電壓時(shí)再逐段 與電路并聯(lián)；若電壓表示數(shù)為零時(shí)，該段電路被短路.9/26/2022二、電路故障分析的常用方法9/24/20222.假設(shè)法 已知電路發(fā)生某種故障，尋求故障發(fā)生在何處時(shí)， 可將整個(gè)電路劃分為若干部分，然后逐一假設(shè)某部 分電路發(fā)生故障，運(yùn)用有關(guān)規(guī)律進(jìn)行推導(dǎo)，結(jié)果若 與題設(shè)現(xiàn)象不符合，則此段電路無故障，否則故障 可能發(fā)生在這部分電路.照此下去，直到找到全部故障.9/26/20222.假設(shè)法9/24/202

8、2三、處理含有電容器電路的一般規(guī)律1.電容器在直流電路中是斷路，相當(dāng)于一個(gè)阻值無限大(只 考慮電容器是理想的不漏電的情況)的電阻，在電容器處 電路可視為斷路，分析時(shí)可以等效于拆去電容器，從而簡(jiǎn) 化電路；簡(jiǎn)化后若求電容器所帶電荷量，可接在相應(yīng)的位 置上.2.電路穩(wěn)定后，電容器兩極的電壓等于與它并聯(lián)電路的電壓 值.3.當(dāng)電容器與電阻串聯(lián)時(shí)，電阻兩端不分電壓.4.電路中的電流、電壓變化時(shí)，將會(huì)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；如果兩端電壓 降低，電容器將通過與它連接的電路放電.9/26/2022三、處理含有電容器電路的一般規(guī)律9/24/2022 (1)電路穩(wěn)定后，與電容器串

9、聯(lián)的支路電阻沒有電壓降，可視為電阻被短路. (2)電容器帶電荷量或帶電荷量的變化的求解方法：電容器所帶電荷量用QCU計(jì)算，電容器所帶電荷量的變化用QCU計(jì)算.9/26/2022 (1)電路穩(wěn)定后，與電容器串聯(lián)的支路電阻沒有電 例1、電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電源與定值電阻R1、R2及滑動(dòng)變阻器R連接成如圖74所示的電路，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的觸頭由中點(diǎn)滑向b端時(shí)，下列說法正確的是 ()A.電壓表和電流表讀數(shù)都增大B.電壓表和電流表讀數(shù)都減小C.電壓表讀數(shù)增大，電流表讀數(shù)減小D.電壓表讀數(shù)減小，電流表讀數(shù)增大9/26/2022 例1、電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r9/24/20 思路點(diǎn)撥動(dòng)態(tài)問題分析是閉合電路歐姆定律

10、的直接應(yīng)用，先由R阻值的變化入手，然后根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)及閉合電路歐姆定律加以分析.9/26/2022 思路點(diǎn)撥動(dòng)態(tài)問題分析是閉合電路歐姆定律的 解析由圖可知滑動(dòng)變阻器的觸頭由中點(diǎn)滑向b端時(shí)，滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值R增大，則外電路的總阻值R總增大，干路電流I ，因R總增大，所以I減小，路端電壓UEIr，因I減小，所以U增大，即電壓表讀數(shù)增大，因I減小，所以R1兩端電壓減小，而U2增大，由I2 知，I2增大，即電流表的讀數(shù)增大，故選項(xiàng)A正確.答案A9/26/2022 解析由圖可知滑動(dòng)變阻器的觸頭由中點(diǎn)滑向b 當(dāng)滑動(dòng)觸頭向b端滑動(dòng)時(shí)，R變大，R總變大，I總變小，但流過R2的電流不一定變小，此

11、時(shí)應(yīng)該應(yīng)用I總IRIR2和U端UR1UR2結(jié)合分析，不注意這一點(diǎn)，易錯(cuò)選C. 9/26/2022 當(dāng)滑動(dòng)觸頭向b端滑動(dòng)時(shí)，R變大，R總變大，I總變 例2、如圖75甲所示是一火警報(bào)警裝置的 一部分電路，其中R2是半導(dǎo)體熱敏電阻(傳感器)，其阻 值隨溫度t變化關(guān)系如圖75乙所示，該電路的輸出端 a、b接報(bào)警器，當(dāng)傳感器所在處出現(xiàn)火情時(shí)，通過電流 表的電流I和a、b兩端電壓U與出現(xiàn)火情前相比 ()9/26/2022 例2、如圖75甲所示是一火警報(bào)警裝A.I變大，U變大B.I變小，U變小C.I變小，U變大 D.I變大，U變小9/26/2022A.I變大，U變大B.I變小，U變小9/24/解析：溫度升高

12、，R2減小，總電流I總增大，路端電壓減小，即a、b兩端電壓U變?。挥諶3兩端電壓U3UI總R1，則U3變小，所以通過R3的電流I3 變小，又因?yàn)橥ㄟ^R2的電流(電流表示數(shù))II總I3，則可知I增大，A、B、C錯(cuò)，D正確.答案：D9/26/2022解析：溫度升高，R2減小，總電流I總增大，路端電壓減小，即a 例3、如圖76所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)E3.0 V，內(nèi)阻r1.0 ；電阻R110 ，R210 ，R330 ，R435 ；電容器的電容C100 F.電容器原來不帶電，求接通開關(guān)S后通過R4的總電荷量.9/26/2022 例3、如圖76所示的電9/24/2022 思路點(diǎn)撥接通開關(guān)S后，流過R4

13、的電荷量就是電路穩(wěn)定后電容器所帶的電荷量，因此，只要計(jì)算出電路穩(wěn)定后電容器C兩端的電壓，問題即可解決.9/26/2022 思路點(diǎn)撥接通開關(guān)S后，流過R4的電荷量 解析電路簡(jiǎn)化如圖77所示.接通開關(guān)S后，電容器C的電壓即為電阻R3的電壓.由電阻的串并聯(lián)關(guān)系得R總 r 由閉合電路歐姆定律I 路端電壓UEIr 電容器的電壓即R3的電壓為UCU3 U 通過R4的電荷量為QCUC 解式并代入數(shù)據(jù)得Q2.0104C.答案2.0104C9/26/2022 解析電路簡(jiǎn)化如圖77所示.接通開關(guān)S后，解決此類問題關(guān)鍵是分析清楚電流穩(wěn)定前后電容器兩端電勢(shì)差的變化及其兩極板電性是否發(fā)生了改變.據(jù)此由電荷量和電性的變化

14、可以推斷電容器是充電還是放電，進(jìn)而可以分析非穩(wěn)定時(shí)電容器所在支路電流的方向.9/26/2022解決此類問題關(guān)鍵是分析清楚電流穩(wěn)定前后電容器兩端電勢(shì)差的 例4.在如圖78所示的電路中，電源的電 動(dòng)勢(shì)、內(nèi)電阻恒定，要想使電容器所帶 電荷量增加，可以 () A.增大R1B.減小R1 C.增大R2 D.減小R2 9/26/2022 例4.在如圖78所示的電路中，電源的電9/24/2解析：根據(jù)電容器在電路中的連接情況可知，電容器兩端的電壓等于路端電壓，根據(jù)電容器電容的定義式C ，得電容器所帶電荷量QCU，要使電容器所帶電荷量增加，須使外電路電阻增大，故只有A、C正確.答案：AC9/26/2022解析：根

15、據(jù)電容器在電路中的連接情況可知，電容器兩端的電壓等于 例5、如圖79所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)E10 V，內(nèi)阻r0.8 ，R13.2 ，當(dāng)電鍵S斷開時(shí)，電阻R2消耗的電功率為4 W；電鍵S閉合后，R2和R3的并聯(lián)電路消耗的總功率也是4 W.求：9/26/2022 例5、如圖79所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)E10(1)R2和R3的阻值；(2)S閉合前后，R1消耗的電功率分別為多少. 思路點(diǎn)撥解答本題時(shí)應(yīng)把握以下幾點(diǎn)：(1)電鍵S斷開前后電路的串并聯(lián)關(guān)系的變化；(2)判斷解的合理性；(3)功率公式的選用.9/26/2022(1)R2和R3的阻值； 思路點(diǎn)撥解答本題時(shí)應(yīng)把握以下解析(1)P2 得：R216

16、 或R21 令R2和R3并聯(lián)的電阻為R23 ，則：P23 得：R2316或R231由電阻并聯(lián)的特點(diǎn)，R21 和R2316均舍去，R216，R3 .(2)S閉合前：I 0.5 AP1I2R10.8 WS閉合后：9/26/2022解析(1)P2 9/24/2022I 2 AP1I2R112.8 W.答案(1)16 (2)0.8 W12.8 W9/26/2022I 2并聯(lián)電阻R23要等于1 ，電阻R2和R3均不能小于等于1，故R21不合理，應(yīng)舍去.求解本題時(shí)，往往不能對(duì)解的結(jié)果做出取舍，導(dǎo)致失分. 9/26/2022并聯(lián)電阻R23要等于1 ，電阻R2和R3均不能小于等于1 例6、某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)轉(zhuǎn)

17、向燈電路(如圖710所示)，其中L為 指示燈，L1、L2分別為左、右轉(zhuǎn)向燈， S為單刀雙擲開關(guān)，E為電源，當(dāng)S置 于位置1時(shí)，以下判斷正確的是 () A.L的功率小于額定功率 B.L1亮，其功率等于額定功率 C.L2亮，其功率等于額定功率 D.含L支路的總功率較另一支路的大9/26/2022 例6、某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)轉(zhuǎn) 9/24解析：畫出等效電路如圖所示，由于電源有內(nèi)阻，故路端電壓小于6 V，L和L2串聯(lián)，L上分得的電壓是路端電壓的一部分，小于6 V，故L的功率小于額定功率，A正確；L1、L2中都有電流流過，故L1、L2均亮，由于L1、L2上的電壓均小于6 V，故L1、L2消耗的功率均小于額定功

18、率，B、C錯(cuò)誤；含L支路的總電阻大于L1支路電阻，而兩個(gè)支路兩端的電壓又相同，由功率公式P 可知，含L支路的總功率較另一支路的小，D錯(cuò)誤.答案：A9/26/2022解析：畫出等效電路如圖所示，答案：A9/24/2022 例7、為探究小燈泡L的 伏安特性，連好圖717所示的電路 后閉合開關(guān)，通過移動(dòng)變阻器的滑片， 使小燈泡中的電流由零開始逐漸增 大，直到小燈泡正常發(fā)光，由電流表 和電壓表得到的多組讀數(shù)描繪出的 UI圖象應(yīng)是圖718中的 ()9/26/2022 例7、為探究小燈泡L的9/249/26/20229/24/2022解析：燈泡的電阻隨燈泡溫度的升高而增大，故知UI圖象的斜率應(yīng)逐漸增大，所

19、以C正確.答案：C9/26/2022解析：燈泡的電阻隨燈泡溫度的升高而增大，故知UI圖象的斜率 例8、如圖719所示， R1、R2為定值電阻，L為 小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng) 照射光強(qiáng)度增大時(shí) () A.電壓表的示數(shù)增大 B.R2中電流減小 C.小燈泡的功率增大 D.電路的路端電壓升高9/26/2022 例8、如圖719所示，9/24/20解析：光強(qiáng)度增大時(shí)，R3減小，R總，I總， 示數(shù)增大，A對(duì)；把R1等效為電源內(nèi)阻一部分，R2兩端電壓減小，I2，B正確；通過小燈泡的電流IL，C正確；由UEIr知，U減小，D錯(cuò).答案：ABC9/26/2022解析：光強(qiáng)度增大時(shí)，R3減小，R總，I總， 示數(shù)

20、例9.如圖721所示的電路中，燈泡 A和燈泡B原來都是正常發(fā)光的. 現(xiàn)在突然燈泡A比原來變暗了些， 燈泡B比原來變亮了些，則電路 中出現(xiàn)的故障可能是 () A.R1短路 B.R2斷路 C.R3斷路 D.R1、R2同時(shí)短路9/26/2022 例9.如圖721所示的電路中，燈泡9/24/2022解析：本題電路連接形式是燈泡B與電阻R3并聯(lián)后與燈泡A和電阻R2串聯(lián)，再與滑動(dòng)變阻器R1并聯(lián).如果是電阻R1短路，則整個(gè)電路將全部被短路，不符合題目要求；同理，電阻R1、R2同時(shí)短路，也不符合題意，故A、D均錯(cuò).如果R2斷路，則兩個(gè)燈泡都將熄滅，也不符合題目要求，故B錯(cuò).若電阻R3斷路，則外電路電阻變大，路

21、端電壓變大，干路電流(總電流)變小，R1中電流增大，故通過A和R2電流減小，燈泡A變暗，燈泡A與電阻R2兩端電壓變小，則燈泡B兩端電壓變大，燈泡B變亮，故正確選項(xiàng)為C.答案：C9/26/2022解析：本題電路連接形式是燈泡B與電阻R3并聯(lián)后與燈泡A和電阻 10.在研究微型電動(dòng)機(jī)的性能時(shí)，可采 用如圖722所示的實(shí) 驗(yàn)電路.當(dāng)調(diào) 節(jié)滑動(dòng)變阻器R，使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5 A和 1.0 V；重新調(diào)節(jié)R，使電動(dòng)機(jī)恢 復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0 A和15.0 V.則有關(guān)這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的說法正確的是 ()9/26/2022 10.在研究微型電動(dòng)機(jī)的性能時(shí)，可采9/24/2022A.電動(dòng)機(jī)的輸出功率為8 WB.電動(dòng)機(jī)的輸出功率為30 WC.電動(dòng)機(jī)的內(nèi)電阻為2 D.電動(dòng)機(jī)的內(nèi)電阻為7.5 9/26/2022A.電動(dòng)機(jī)的輸出功率為8 W9/24/2022解析：電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻r 2 ，電動(dòng)機(jī)