第4章 闭合电路欧姆定律和逻辑电路 章末整合课件 (1)

课件38张PPT。章 末 整 合网络建构闭合电路欧姆定律和逻辑电路闭合电路
多用电表
测量电源的E和r
逻辑电路
闭合电路闭合电路多用电表逻辑电路专题讲座关于闭合电路的动态分析问题电路中局部的变化会引起整个电路电流、电压、电功率的变化，“牵一发而动全局”是电路问题的一个特点.电路动态分析的基本方法：
1.分析电路的连接关系，各电表所测的对象，明确变阻器阻值的变化情况；
3．由欧姆定律及串并联电路的规律判断各部分电路电压及电流的变化，并且遵循“先分析串联电路后分析并联电路，先分析定值电阻后(间接)分析可变电阻”的原则．
温馨提示：分析动态问题的其他方法：
(1)极值法：即因滑动变阻器滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论．
(2)特殊值法：对于某些电路问题，可以采取代入特殊值去判定，从而找出结论．
【例1】 如图4－1所示电路中，当滑动变阻器的滑片P从a端向b端滑动时，以下判断正确的是 (　　)
A．电压表读数变大，通过灯L1的电流变大，灯L2变亮
图4－1B．电压表读数变小，通过灯L1的电流变小，灯L2变亮
C．电压表读数变大，通过灯L2的电流变小，灯L1变暗
D．电压表读数变小，通过灯L2的电流变大，灯L1变暗
解析：两灯和滑动变阻器组成的电路，其中L2在干路上，L1和变阻器并联后与L2串联，电压表测量的是L1两端电压，也是测变阻器两端电压．
当滑动变阻器的滑片P从a端向b端滑动时，变阻器连入电路中的阻值减小，变阻器R′与L1并联的阻值减小，电路的总电阻减小；根据闭合电路欧姆定律
外电阻R的减小使干路电流I增大，可知通过L2的电流增大；电源内电阻上的电压U′＝Ir增大，外电路两端的电压U＝E－Ir减小，由于电流I增大，
L2的电功率增大，L2变亮；且L2两端电压U2增大，L1两端电压U1＝U－U2减小，电压表的示数减小；L1两端电压U1减小，使通过L1的电流减小；且L1的电功率减小，L1变暗．
答案：BD
关于电路的电功（电功率）和电热（热功率）问题(2)对非纯电阻电路(如电动机和电解槽)，由于电能除了转化为电热以外还同时转化为机械能或化学能等其他能，所以电功必然大于电热W＞Q，这时电功只能用W＝UIt计算，电热只能用Q＝I2Rt计算，两式不能通用．
(3)无论串联、并联还是混联，总功率都等于各用电器的功率之和：P＝P1＋P2.
2．电源的输出功率和外电阻的关系
在纯电阻电路中，电源的输出功率为：
(1)当R＝r时，电源输出功率最大，Pm＝ ；
(2)当R＞r时，随着R增加，P减小；
(3)当R＜r时，随着R增加，P增加．
电源输出功率随外电阻变化的图
线如图4－2所示．
图4－23．定值电阻上消耗的最大功率：当电路中的电流最大时定值电阻上消耗的功率最大．
4．滑动变阻器上消耗的最大功率：把滑动变阻器以外的电阻看成电源的内电阻，此时的电路可等效成为一个新电源和滑动变阻器组成的新电路，然后利用电源输出的最大功率的关系分析即可．
【例2】 如图4－3所示，直流电动机和电炉并联后接在直流电路上，电源的内阻r＝1 Ω，电炉的电阻R1＝19 Ω，电动机绕线的电阻R2＝2 Ω，当开关S断开时，电源内电路消耗的热功率P＝25 W；当S闭合时，干路中的电流I＝12.6 A．求：
(1)电源的电动势E.
(2)S闭合后电动机的机械功率．
图4－3(2)S闭合后，内电压U1＝Ir＝12.6×1 V＝12.6 V
故电路的路端电压
U2＝E－U1＝(100－12.6) V＝87.4 V
通过电动机的电流
I2＝I－I1＝(12.6－4.6) A＝8.0 A
电动机消耗的热功率
P1＝I22R2＝8.02×2 W＝128 W
输送给电动机的电功率
P2＝U2I2＝87.4×8 W＝699.2 W
故电动机输出的机械功率
P3＝P2－P1＝(699.2－128) W＝571.2 W.
答案：(1)100 V　(2)571.2 W
关于含电容器电路的分析问题1．电容器是一个储存电能的元件．在直流电路中，当电容器充、放电时，电路中有充放电电流，一旦电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑电容器是理想的不漏电的情况)的元件，在电容器处电路可看成是断路，简化电路时可去掉它．简化后若要求电容器所带电荷量时，可在相应的位置补上．
2．分析和计算含有电容器的直流电路时，需注意以下几点：(1)电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过．所以在此支路中的电阻无电压降，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压．
(2)当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极板间的电压与其并联在电阻两端的电压相等．
(3)电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充(放)电．如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它并联的电路放电．
【例3】 在如图4－4所示的电路中，电源电动势E＝3.0 V，内电阻r＝1.0 Ω；电阻R1＝10 Ω，R2＝10 Ω，R3＝35 Ω；电容器的电容C＝100 μF，电容器原来不带电，求接通电键S后流过R4的总电荷量．
图4－4答案：2.0×10－4 C
关于电路故障的分析与判断问题1．故障特点
(1)断路特点：电路中发生断路，表现为电源电压不为零而电流强度为零．若外电路中无用电器的两点间电压不为零，则这两点间有断点，且这两点与电源连接部分无断点．
(2)短路特点：若外电路中发生短路，表现为有电流通过电路而电压为零．
2．故障的分析方法
(1)仪器检测法
①断路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则该段电路中有断点．
②短路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则该电路被短路．若电压表示数不为零，则该电路没有被短路或不完全被短路．
(2)假设法
?已知电路发生某种故障，寻求故障发生在何处时，可将整个电路划分为若干部分，然后假设某部分电路发生故障，运用欧姆定律进行正向推理，推理结果若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路．若推理结果与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路．用此方法，直到找出发生故障的全部可能为止．
【例4】 如图4－5所示的电路中，闭合开关S后，灯L1、L2都能发光．后来由于某种故障使灯L2突然变亮(未烧坏)，电压表的读数增大，由此可推断，故障可能是 (　　)
A．电阻R1断路
B．电阻R2短路
C．灯L1两接线柱间短路
D．电阻R2断路
图4－5解析：若电阻R1断路，会导致总电阻增大，总电流减小，而此时灯L2两端电压会减小，致使灯L2变暗，故选项A错；若电阻R2短路，灯L2将不亮，选项B错；若灯L1两接线柱间短路，电路的总电阻减小，总电流增大，电压表的读数减小，不符合题意，选项C也错；若电阻R2断路，电路的总电阻增大，总电流减小，电压表的读数增大，符合题意，而总电流减小，导致内电压和灯L1、R1并联部分电压减小，灯L2两端电压增大，灯L2变亮．故选项D正确．
答案：D
易错分析对闭合电路中的图象问题理解不清楚【例1】 如图4－6所示，在U－I图象上，a、b、c各点均表示该电路中的一个确定的工作状态，α＝β＝45°，则下列说法正确的是 (　　)
A．在b点时，电源有最小的输出功率
图4－6B．在b点时，电源的总功率最大
C．从a→b，β增大，电源的总功率和输出功率都增大
D．从b→c，β增大，电源的总功率和输出功率都减小
易错剖析：由几何知识可知，从a→b，β增大，路端电压增大，有些同学错误地认为电源的总功率和输出功率都增大．错误的主要原因是对图象问题理解不透彻，不知道图象的物理意义，当β变化时不知外电阻的变化，不清楚电源总功率和输出功率是如何变化的．
解析：在b点时，电源的内阻等于外电阻，电源有最大的输出功率，电源的总功率P总＝IE，电流越大总功率越大，外电阻为零时总功率最大．A、B均不正确．从a→b，β增大，电源电动势不变，路端电压增加，则外电阻增大，电流减小，电源的总功率减小，输出功率增大．C不正确．从b→c时，β增大，电流减小，电源的总功率和输出功率都减小．正确答案为D.
答案：D
纠错心得：图象问题是中学阶段要求重点掌握的内容，在历年高考中均有所展示．本部分图象主要有：1.路端电压与电流的关系图象.2.定值电阻两端电压与电流的关系图象.3.电源的输出功率与电流的关系图象.4.电源内电阻功率与电流的关系图象.5.电源的总功率与电流的关系图象，我们要掌握各图象表示的物理意义，并能作出正确的判断．
对闭合电路中的最大功率问题掌握不牢固【例2】 辨析题：在如图4－7所示电路中，电源电动势E＝6 V，内阻不计，小灯泡L上标有“6 V,0.3 A”的字样，滑动变阻器R1的阻值范围是0～20 Ω，电阻R2上标有“15 Ω，4 A”，理想电流表A图4－7的量程为0～0.6 A．甲、乙两同学在讨论滑动变阻器功率的取值范围时，甲同学认为：由于电流表允许通过的最大电流为0.6 A，所以通过R1的最大电流为0.3 A，这时滑动变阻器R1两端的最大电压为U1m＝E－I1mR2＝1.5 V，因此滑动变阻器的最大功率为P1m＝I1mU1m＝0.45 W.
乙同学不同意甲同学的看法，他认为滑动变阻器的功率决定于通过它的电流和它两端的电压的乘积，即P1＝I1U1，电流最大时功率未必最大，只有电流、电压的乘积最大时，功率才最大．
你认为甲、乙两位同学中，哪位同学的看法正确，如果你认为甲同学正确，请简述他正确的理由；如果你认为乙同学正确，请求出滑动变阻器R1的最大功率P1m.
易错剖析：很多同学容易出现甲同学的错误，主要原因把可变电阻的功率与定值电阻的功率相混淆，把电源的输出功率与定值电阻的功率相混淆，解析：乙同学正确，因电源内阻不计，所以L支路可以不用考虑，将R2并入电源，看成一个等效电源，则R1的功率即为等效电源的输出功率，则当R1＝R2＝15 Ω时，R1的功率最大，此时R1两端的电压为U1＝E/2＝3 V，R1的功率为P1m＝U12/R1＝0.6 W.
答案：见解析
纠错心得：在求最大功率时要特别注意求的是定值电阻的最大功率还是可变电阻的最大功率，对于定值电阻P＝I2R，电流越大功率越大，对于可变电阻的功率P＝I2R，电阻是变化的，电阻增大电流往往是减小的，只有I2R最大时功率才最大．对于电源的输出功率，外电阻与内电阻相等时电源的输出功率最大．我们在解题时要具体问题具体分析，不能生搬硬套，关键是要掌握好“条件和范围”．
非纯电阻电路的计算与纯电阻电路的计算相混淆【例3】 如图4－8所示，电动机M和灯泡L并联之后接在直流电源上，电动机内阻r′＝1 Ω，灯泡灯丝电阻R＝10 Ω，电源电动势E＝12 V，内阻r＝1 Ω，当电压表读数为10 V时，求电动机对外输出的机械功率．
图4－8答案：9 W