學(xué)案10習(xí)題課閉合電路歐姆定律的應(yīng)用人教版選修31

1、學(xué)案10習(xí)題課：閉合電路歐姆定律的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 1.進(jìn)一步深入理解閉合電路歐姆定律.2.會(huì)應(yīng)用閉合電路歐姆定律分析、計(jì)算有關(guān)電路問題1閉合電路由內(nèi)電路和外電路兩部分組成，在外電路中沿著電流方向電勢(shì)降低，在內(nèi)電路中沿著電流方向電勢(shì)升高電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)、外電路電勢(shì)降落之和2閉合電路的歐姆定律有三種表達(dá)形式，其表達(dá)式和適用范圍分別為：(1)I(外電路為純電阻電路)(2)EIRIr(外電路為純電阻電路)(3)EU外U內(nèi)(任何電路)一、閉合電路的動(dòng)態(tài)分析1特點(diǎn)：斷開或閉合開關(guān)、滑動(dòng)變阻器的滑片移動(dòng)，使閉合電路的總電阻增大或減小，引起閉合電路的電流發(fā)生變化，致使外電壓、部分電路的電壓和部分電路的電流、功率

2、等發(fā)生變化是一系列的“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的連鎖反應(yīng)2思維流程：例1在如圖1所示的電路中，R1為定值電阻，R2為可變電阻，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，設(shè)電流表的讀數(shù)為I，電壓表的讀數(shù)為U，當(dāng)R2的滑動(dòng)觸頭向圖中a端移動(dòng)時(shí)()圖1AI變大，U變小BI變大，U變大CI變小，U變大 DI變小，U變小答案D解析當(dāng)R2的滑動(dòng)觸頭向圖中a端移動(dòng)時(shí)，R2接入電路的電阻變小，電路的總電阻就變小，總電流變大，路端電壓變小，即電壓表的讀數(shù)U變小；電流表的讀數(shù)I變小，故選D.針對(duì)訓(xùn)練1如圖2所示的電路，閉合電鍵S，待電路中的電流穩(wěn)定后，減小R的阻值則()圖2A電流表的示數(shù)減小B電壓表的示數(shù)減小C電阻R1兩端的電壓減小D

3、路端電壓增大答案B二、閉合電路的功率1電源的總功率：P總EI；電源內(nèi)電阻消耗的功率P內(nèi)U內(nèi)II2r；電源輸出功率P出U外I.2.對(duì)于純電阻電路，電源的輸出功率P出I2RE/(Rr)2R，當(dāng)Rr時(shí)，電源的輸出功率最大，其最大輸出功率為Pm.電源輸出功率隨外電阻變化曲線如圖3所示3電源的效率：指電源的輸出功率與電源的總功率之比，即P出/P總IU/IEU/E.對(duì)于純電阻電路，電源的效率1/(1) ，所以當(dāng)R增大時(shí)，效率提高當(dāng)Rr(電源有最大輸出功率)時(shí)，效率僅為50%，效率并不高圖3例2如圖4所示，已知電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻r2 ，定值電阻R10.5 ，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為5 ，求：圖4(1)當(dāng)滑

4、動(dòng)變阻器的阻值為多大時(shí)，電阻R1消耗的功率最大？(2)當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值為多大時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率最大？(3)當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值為多大時(shí)，電源的輸出功率最大？解析(1)因?yàn)殡娐肥羌冸娮桦娐罚瑒t滿足閉合電路歐姆定律，有PR1R1當(dāng)R20時(shí)，電阻R1消耗的功率最大，PR1mR1(2)法一(極值法)：PR2R2R2當(dāng)R2R1r2.5 時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率最大，即PR2m.法二(等效電源法)：如果把電源和R1的電路等效為一個(gè)新電源，則整個(gè)電路等效為一個(gè)新電源和滑動(dòng)變阻器組成的閉合電路，“外電路”僅一個(gè)滑動(dòng)變阻器R2，這個(gè)等效電源的E和r可以這樣計(jì)算：把新電源的兩端斷開，根據(jù)電源電動(dòng)勢(shì)E等于把電

5、源斷開時(shí)電源兩端的電壓，則新電源的電動(dòng)勢(shì)EE，而等效電源的內(nèi)阻rR1r，即兩個(gè)電阻的串聯(lián)根據(jù)電源的輸出功率隨外電阻變化的規(guī)律知，在R2上消耗的功率隨外電阻R2的增大而先變大后變小，當(dāng)R2rR1r2.5 時(shí)，在R2上消耗的功率達(dá)到最大值，即PR2m.(3)原理同(2)，很容易得出當(dāng)R1R2r，即R2rR11.5 時(shí)，電源輸出的功率最大，Pm.答案(1)0 (2)2.5 (3)1.5 例3如圖5所示，A為電源的UI圖線，B為電阻R的UI圖線，用該電源和電阻組成閉合電路時(shí)，電源的輸出功率和效率分別是()圖5A4 W， B2 W，C4 W， D2 W，解析從題圖可知E3 V，圖線A和圖線B的交點(diǎn)是電源

6、和電阻R構(gòu)成閉合電路的工作點(diǎn)，因此P出UI4 W，P總EI6 W.電源的效率.答案C三、含電容器電路的分析與計(jì)算方法在直流電路中，當(dāng)電容器充、放電時(shí)，電路里有充、放電電流一旦電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，電容器在電路中就相當(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)的元件，電容器處電路可看做是斷路，簡(jiǎn)化電路時(shí)可去掉它分析和計(jì)算含有電容器的直流電路時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：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(dāng)電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時(shí)，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(shí)，將會(huì)引起

7、電容器的充(放)電如果電容器兩端電壓升高，電容器將充電；如果電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電例4如圖6所示，電源電動(dòng)勢(shì)E10 V，內(nèi)阻可忽略，R14 ，R26 ，C30 F，求：圖6(1)S閉合后，穩(wěn)定時(shí)通過R1的電流；(2)S原來閉合，然后斷開，這個(gè)過程中流過R1的總電荷量解析(1)電路穩(wěn)定時(shí)，R1、R2串聯(lián)，易求I1 A.(2)S閉合時(shí)，電容器兩端電壓UCU2I·R26 V，儲(chǔ)存的電荷量QC·UC.S斷開至達(dá)到穩(wěn)定后電路中電流為零，此時(shí)UCE，儲(chǔ)存的電荷量QC·UC.很顯然電容器上的電荷量增加了QQQCUCCUC1.2×104 C電容器上電荷

8、量的增加是在S斷開以后才產(chǎn)生的，這只有通過R1這條電路實(shí)現(xiàn)，所以流過R1的電荷量就是電容器帶電荷量的增加量答案(1)1 A(2)1.2×104 C針對(duì)訓(xùn)練2如圖7所示電路中，電源電動(dòng)勢(shì)E9 V，內(nèi)阻r2 ，定值電阻R16 ，R210 ，R36 ，電容器的電容C10 F.圖7(1)保持開關(guān)S1、S2閉合，求電容器所帶的電荷量(2)保持開關(guān)S1閉合，將開關(guān)S2斷開，求斷開開關(guān)S2后流過電阻R2的電荷量答案(1)3×105 C(2)6×105C解析保持開關(guān)S1、S2閉合，則電容器兩端的電壓UCUR1R1×6 V3 V.電容器所帶的電荷量為QCUC10×

9、;106×3 C3×105C.(2)保持開關(guān)S1閉合，將開關(guān)S2斷開后，電路穩(wěn)定時(shí)電容器兩端的電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)電容器上的電荷量QCE10×106×9 C9×105C，而流過R2的電荷量等于電容器C上電荷量的增加量QR2QQQ9×105C3×105C6×105 C.1如圖8電路中當(dāng)滑片P向右移動(dòng)時(shí)，則下列說法中正確的是()圖8AA1示數(shù)變小，A2示數(shù)變大，V示數(shù)變小BA1示數(shù)不變，A2示數(shù)變大，V示數(shù)變小CA1示數(shù)變小，A2示數(shù)變小，V示數(shù)變大DA1示數(shù)變大，A2示數(shù)變小，V示數(shù)變大答案D解析先分析電路連接方

10、式，然后確定每個(gè)電表分別測(cè)的是哪部分的電壓和電流值，再根據(jù)閉合電路歐姆定律和電路中電流、電壓和電阻的規(guī)律進(jìn)行分析本題中，R1和R2是并聯(lián)連接，A1測(cè)R1所在支路的電流，A2測(cè)干路電流當(dāng)滑片P向右移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的有效電阻增大，所以，總電阻增大，根據(jù)閉合電路歐姆定律，總電流將變小(即A2讀數(shù)變小)，電源內(nèi)電壓減小，路端電壓增大(即V示數(shù)變大)，A1示數(shù)變大選項(xiàng)D正確2(含電容器電路的分析與計(jì)算)如圖9所示，已知C6 F，R15 ，R26 ，E6 V，r1 ，電表均為理想電表，開關(guān)S原來處于斷開狀態(tài)，下列說法中正確的是()圖9A開關(guān)S閉合瞬間，電流表的讀數(shù)為0.5 AB開關(guān)S閉合瞬間，電

11、壓表的讀數(shù)為5.5 VC開關(guān)S閉合后經(jīng)過一段時(shí)間，再將開關(guān)S迅速斷開，則通過R2的電荷量為1.8×105 CD以上說法都不對(duì)答案C解析開關(guān)S閉合瞬間，電容器充電，接近于短路狀態(tài)， I A1 A，A錯(cuò)誤；電壓表的讀數(shù)UIR11×5 V5 V，B錯(cuò)誤；開關(guān)閉合一段時(shí)間后，電容器相當(dāng)于斷路，I A0.5 A此時(shí)電容器上電荷量QCU2CIR26×106×0.5×6 C1.8×105 C，斷開開關(guān)S后，電荷量Q經(jīng)R2釋放，故C正確3(閉合電路的功率和效率)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，如圖10所示，直線A為電源a的路端

12、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為電阻R兩端的電壓與電流的關(guān)系圖線，將這個(gè)電阻R分別接到a、b兩電源上，那么()圖10AR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，由題中圖象可知A與C交點(diǎn)處電壓大于B與C交點(diǎn)處電壓，則R接在電源a上效率較高；電源輸出功率PUI，由題中圖象易得R接在電源a上輸出功率較大，A、B、D錯(cuò)誤，C正確4(閉合電路的功率)將阻值為4 和10 的兩個(gè)電阻R1、R2分別接在同一電源上，結(jié)果R2上消耗

13、的功率P2比R1上消耗的功率P1大，則()A電源內(nèi)阻一定大于4 B兩電阻串聯(lián)后接此電源，外電路總功率一定大于只接R2時(shí)的功率C兩電阻并聯(lián)后接此電源，外電路總功率一定小于只接R1時(shí)的功率D只接R1時(shí)電源消耗的功率一定大于只接R2時(shí)消耗的功率答案ACD解析根據(jù)電源輸出功率隨外電阻的變化關(guān)系曲線如圖所示因?yàn)镽2消耗的功率P2比R1消耗的功率P1大所以有R1<R2<R3且r>R14.A、D選項(xiàng)正確R1與R2的并聯(lián)電阻一定小于R1的電阻由電源的輸出功率曲線可知外電路總功率一定小于只接R1時(shí)的功率，C選項(xiàng)正確若R1與R2串聯(lián)，其電阻大于R2的電阻外電路的消耗的總功率不一定大于只接R2時(shí)的

14、功率，B選項(xiàng)錯(cuò)誤題組一閉合電路的動(dòng)態(tài)分析1如圖1所示電路，是伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)電路圖，當(dāng)滑片P向右移動(dòng)時(shí)，則下列說法中正確的是()圖1A電流表示數(shù)變大，電壓表示數(shù)不變B電流表示數(shù)變小，電壓表示數(shù)不變C電流表示數(shù)變小，電壓表示數(shù)變大D電流表示數(shù)變小，電壓表示數(shù)減小答案D2.在如圖2所示的電路中，開關(guān)閉合后，燈泡L能正常發(fā)光當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)后，下列判斷正確的是()圖2A定值電阻R0兩端的電壓變大B燈泡L變亮C電源消耗的總功率增大D電容器C的電荷量增大答案D3.電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電源與定值電阻R及滑動(dòng)變阻器連接成如圖3所示的電路閉合電鍵S，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

15、確的是()圖3A電壓表和電流表讀數(shù)都減小B電壓表和電流表讀數(shù)都增大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)增大答案C4如圖4所示的電路中，閉合開關(guān)S，燈泡L1和L2均正常發(fā)光，由于某種原因燈泡L2燈絲突然燒斷，其余用電器均不損壞，則下列結(jié)論正確的是()圖4A電流表讀數(shù)變大，電壓表讀數(shù)變小B燈泡L1變亮C電源的輸出功率可能變大D電容器C上電荷量增大答案CD題組二閉合電路的功率和效率5.如圖5所示，直線OAC為某一直流電源的總功率P隨電流I變化的圖線，曲線OBC表示同一直流電源內(nèi)部的熱功率P隨電流I變化的圖線若A、B點(diǎn)的橫坐標(biāo)均為1 A，那么AB線段表示的功率為()圖5A1 W

16、 B6 W C2 W D2.5 W答案C解析由題圖不難看出，在C點(diǎn)，電源的總功率等于電源內(nèi)部的熱功率，所以電源的電動(dòng)勢(shì)為E3 V，短路電流為I3 A，所以電源的內(nèi)阻為r1 .題圖上AB線段表示的功率為PABP總I2r(1×312×1) W2 W故正確選項(xiàng)為C.6.如圖6所示，曲線C1、C2分別是純電阻直流電路中，內(nèi)、外電路消耗的電功率隨電流變化的圖線由該圖可知下列說法中正確的是()圖6A電源的電動(dòng)勢(shì)為4 VB電源的內(nèi)電阻為1 C電源輸出功率最大值為8 WD電源被短路時(shí)，電源消耗的最大功率可達(dá)16 W答案ABD解析由圖線的交點(diǎn)和PRI2R，PrI2r得Rr1 EI(Rr)4

17、V電源被短路時(shí)，PrE2/r16 W電源輸出的最大功率為PmE2/4r4 W7如圖7所示為小燈泡的UI圖線，若將該小燈泡與一節(jié)電動(dòng)勢(shì)E1.5 V、內(nèi)阻r0.75 的干電池組成閉合電路時(shí)，電源的總功率和小燈泡的實(shí)際電功率分別接近以下哪一組數(shù)據(jù)()圖7A1.5 W1.0 WB0.75 W0.5 WC0.75 W0.75 W D1.5 W0.75 W答案D解析在題圖中作出電源的外電壓和電流的關(guān)系圖象，即U1.50.75I的圖象，兩圖象的交點(diǎn)就是電源和小燈泡構(gòu)成閉合回路時(shí)的路端電壓和電流圖象交點(diǎn)坐標(biāo)是(1.0,0.75)，電源的總功率P總IE1×1.5 W1.5 W，燈泡的實(shí)際功率P燈UI0

18、.75 W.題組三含電容器電路的分析與計(jì)算8.平行板電容器C與三個(gè)可變電阻R1、R2、R3以及電源連成如圖8所示的電路閉合開關(guān)S，待電路穩(wěn)定后，電容器C兩極板帶有一定的電荷要使電容器所帶電荷量增加，以下方法中可行的是()圖8A只增大R1，其他不變B只增大R2，其他不變C只減小R3，其他不變D只減小a、b兩極板間的距離，其他不變答案BD解析電容器兩端電壓等于電阻R2兩端的電壓，只增大R1時(shí)，電容器兩端的電壓減小，電容器所帶電荷量減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；只增大R2時(shí)，電容器兩端的電壓增大，電容器所帶電荷量增大，選項(xiàng)B正確；只減小R3時(shí)，電容器兩端的電壓不變，電容器所帶電荷量不變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；只減小a、b

19、兩極板間的距離時(shí)，電容變大，電容器所帶電荷量增大，選項(xiàng)D正確9.在如圖9所示的電路中，燈泡L的電阻大于電源的內(nèi)阻r，閉合電鍵S，將滑動(dòng)變阻器滑片P向左移動(dòng)一段距離后，下列結(jié)論正確的是()圖9A燈泡L變亮B電源的輸出功率變大C電容器C上的電荷量增加D電流表讀數(shù)變小，電壓表讀數(shù)變小答案C解析當(dāng)P向左移動(dòng)時(shí)，電路中總電阻變大，總電流減小，故燈泡變暗，電源輸出功率變小，電流表示數(shù)變小，電壓表示數(shù)變大，電容器兩端電壓增大，電容器C上的電荷量增加，故選項(xiàng)C正確題組四綜合應(yīng)用10豎直放置的一對(duì)平行金屬板的左極板上，用絕緣線懸掛了一個(gè)帶負(fù)電的小球，將平行金屬板按如圖10所示的電路連接，電鍵閉合后絕緣線與左極板

20、間的夾角為.當(dāng)滑動(dòng)變阻器R的滑片在a位置時(shí)，電流表的讀數(shù)為I1，夾角為1；當(dāng)滑片在b位置時(shí)，電流表的讀數(shù)為I2，夾角為2，則()圖10A1<2，I1<I2B1>2，I1>I2C12，I1I2 D1<2，I1I2答案A解析本題考查電路的動(dòng)態(tài)分析及帶電小球在電場(chǎng)中的受力問題，意在考查學(xué)生對(duì)分壓電路的理解和認(rèn)識(shí)，在滑動(dòng)變阻器的滑片由a位置滑到b位置的過程中，平行金屬板兩端的電壓增大，小球受到的電場(chǎng)力增大，因此夾角增大，即1<2；另外，電路中的總電阻減小，因此總電流增大，即I1<I2，對(duì)比各選項(xiàng)可知，答案選A.11.如圖11所示電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的觸頭向上滑動(dòng)時(shí)，則()圖11A電源的功率變小B電容器貯存的電荷量變小C電源內(nèi)部消耗的功率變大D電阻R消耗的電功率變小答案BC解析由閉合