【21世纪原创】2017年秋高中物理人教选修3-1同步学案：2.7习题课：闭合电路欧姆定律的应用
文档属性
| 名称 | 【21世纪原创】2017年秋高中物理人教选修3-1同步学案：2.7习题课：闭合电路欧姆定律的应用 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 1.3MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2017-09-14 18:42:52 | ||
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文档简介
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习题课：闭合电路欧姆定律的应用
【学习目标】
1.会用闭合电路欧姆定律分析动态电路.
2.知道闭合电路中的功率关系，会计算闭合电路的功率.
3.会利用闭合电路欧姆定律进行含电容器电路的分析与计算．
【题型探究】
一、闭合电路的动态分析
闭合电路动态问题的分析方法
(1)程序法
基本思路：电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U内的变化→U外的变化→固定支路→变化支路．2-1-c-n-j-y
(2)结论法——“并同串反”
“并同”：是指某一电阻增大时，与它并联或 ( http: / / www.21cnjy.com )间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小．【来源：21cnj*y.co*m】
“串反”：是指某一电阻增大时，与它串联或间 ( http: / / www.21cnjy.com )接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大．【版权所有：21教育】
例1 电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图1所示的电路．当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，下列说法正确的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
图1
A．电压表和电流表读数都增大
B．电压表和电流表读数都减小
C．电压表读数增大，电流表A1示数减小，A2示数增大
D．电压表读数减小，电流表A1示数增大，A2示数减小
【规律总结】
解决闭合电路动态问题的一般思路
1．分析电路，明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象；
2．由局部电阻变化判断总电阻的变化；
3．由I＝判断总电流的变化；
4．据U＝E－Ir判断路端电压的变化；
5．由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分的电路电压及电流的变化
针对训练1 如图2所示，A、B、C三只电灯均能发光，当把滑动变阻器的触头P向下滑动时，三只电灯亮度的变化是( )21世纪教育网版权所有
( http: / / www.21cnjy.com )
图2
A．A、B、C都变亮
B．A、B变亮，C变暗
C．A、C变亮，B变暗
D．A变亮，B、C变暗
二、闭合电路的功率
1．电源的总功率：P总＝EI；电源内电阻消耗的功率P内＝U内I＝I2r；电源输出功率P出＝U外I.
2．对于纯电阻电路，电源的输出功率P出＝I ( http: / / www.21cnjy.com )2R＝[]2R＝，当R＝r时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为Pm＝.电源输出功率随外电阻变化曲线如图3所示．
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图3
3．电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，
即η＝＝＝.
对于纯电阻电路，电源的效率η＝＝＝ ，所以当R增大时，效率η提高．当R＝r(电源有最大输出功率)时，效率仅为50%，效率并不高．21*cnjy*com
例2 如图4所示，电路中E＝3 V，r＝0.5 Ω，R0＝1.5 Ω，变阻器的最大阻值为10 Ω.
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图4
(1)在变阻器的阻值R为多大时，变阻器上消耗的功率最大？最大为多大？
(2)在变阻器的阻值R为多大时，定值电阻R0上消耗的功率最大？最大为多大？
【方法总结】
功率最大值的求解方法
1．流过电源的电流最大时，电源的功率、内损耗功率均最大．
2．对某定值电阻来说，其电流最大时功率也最大．
3．电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大，若不能相等，外电阻越接近内阻时，电源的输出功率越大．
例3 如图5所示，线段A为某电源的U－I图线，线段B为某电阻的U－I图线，以上述电源和电阻组成闭合电路时，求：21教育名师原创作品
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图5
(1)电源的输出功率P出为多大？
(2)电源内部损耗的电功率是多少？
(3)电源的效率η为多大？
三、含电容器电路的分析与计算
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上无电压降，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压．21·cn·jy·com
2．当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等．
3．电路的电流、电压变化时 ( http: / / www.21cnjy.com )，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，电容器将通过与它连接的电路放电．【出处：21教育名师】
例4 如图6所示，电源电动势E＝10 V，内阻可忽略，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF，求：
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图6
(1)S闭合后，稳定时通过R1的电流；
(2)S原来闭合，然后断开，这个过程中流过R1的总电荷量．
【方法总结】
分析电容器电荷量变化的方法
1．首先确定电路的连接方式及电容器和哪部分电路并联．
2．根据欧姆定律求并联部分的电压即为电容器两极板间的电压．
3．最后根据公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求电荷量及其变化量．
针对训练2 如图7所示电路中，电源电动 ( http: / / www.21cnjy.com )势E＝9 V，内阻r＝2 Ω，定值电阻R1＝6 Ω，R2＝10 Ω，R3＝6 Ω，电容器的电容C＝10 μF.21教育网
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图7
(1)保持开关S1、S2闭合，求电容器所带的电荷量；
(2)保持开关S1闭合，将开关S2断开，求断开开关S2后流过电阻R2的电荷量．
【达标检测】
1．如图8所示的电路，闭合开关S，待电路中的电流稳定后，减小R的阻值．则( )
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图8
A．电流表的示数减小
B．电压表的示数减小
C．电阻R2两端的电压减小
D．路端电压增大
2.如图9所示，图线a是某一电源的 ( http: / / www.21cnjy.com )U－I曲线，图线b是一定值电阻的U－I曲线．若将该电源与该定值电阻连成闭合电路，已知该电源的内阻r＝2.0 Ω，则说法错误的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
图9
A．该定值电阻为6 Ω
B．该电源的电动势为20 V
C．将2只这种电阻串联作为外电阻，电源输出功率最大
D．将3只这种电阻并联作为外电阻，电源输出功率最大
3．电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比，如图10所示，直线A为电源a的路端电压与www.21-cn-jy.com
( http: / / www.21cnjy.com )
图10
电流的关系图线，直线B为电源b的路 ( http: / / www.21cnjy.com )端电压与电流的关系图线．直线C为电阻R两端的电压与电流的关系图线，将这个电阻R分别接到a、b两电源上，那么( )
A．R接到电源a上，电源的效率较低
B．R接到电源b上，电源的输出功率较大
C．R接到电源a上，电源的输出功率较大，电源效率较高
D．R接到电源b上，电源的输出功率较小，电源效率较高
4.阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内 ( http: / / www.21cnjy.com )阻可忽略)连接成如图11所示电路．开关S断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S，电流再次稳定后，C所带的电荷量为Q2.Q1与Q2的比值为( )2·1·c·n·j·y
( http: / / www.21cnjy.com )
图11
A. B. C. D.
答案精析
题型探究 例1 C [由题 ( http: / / www.21cnjy.com )图可知滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，滑动变阻器连入电路中的阻值R增大，则外电路的总阻值R总增大，干路电流I＝，因R总增大，所以I减小，故A1示数减小；路端电压U＝E－Ir，因I减小，所以U增大，即电压表的读数增大；R2两端电压U2＝E－I(R1＋r)，因I减小，所以U2增大，由I2＝知，I2增大，即电流表A2的读数增大，故选项C正确，选项A、B、D错误．]【来源：21·世纪·教育·网】
针对训练1 B
例2 (1)2 Ω W (2)0 W
解析 (1)此种情况可以把R0归入电源内电阻，这样变阻器上消耗的功率也就是电源的输出功率．
即当R＝r＋R0＝2 Ω时，R消耗功率最大为：Pm＝＝ W＝ W.
(2)定值电阻R0上消耗 ( http: / / www.21cnjy.com )的功率可以表示为：P＝I2R0，因为R0不变，当电流最大时功率最大，此时应有电路中电阻最小，即当R＝0时，R0上消耗的功率最大：21cnjy.com
Pm′＝R0＝×1.5 W＝ W.
例3 (1)4 W (2)2 W (3)66.7%
解析 根据题意从A的图线可读出E＝3 V，r＝＝ Ω＝0.5 Ω，从B图线中可读出外电阻R＝1 Ω.21·世纪*教育网
由闭合电路欧姆定律可得
I＝＝ A＝2 A，
则电源的输出功率
P出＝I2R＝4 W，P内＝I2r＝2 W，
电源的总功率P总＝IE＝6 W，
故电源的效率η＝≈66.7%.
例4 (1)1 A (2)1.2×10－4 C
解析 (1)S闭合后，电路稳定时，R1、R2串联，易求I＝＝1 A.
(2)S闭合时，电容器两端电压UC＝U ( http: / / www.21cnjy.com )2＝I·R2＝6 V，储存的电荷量Q＝C·UC.S断开至达到稳定后电路中电流为零，此时UC′＝E，储存的电荷量Q′＝C·UC′.很显然电容器上的电荷量增加了ΔQ＝Q′－Q＝CUC′－CUC＝1.2×10－4 C．电容器上电荷量的增加是在S断开以后才产生的，这只有通过R1这条电路实现，所以流过R1的电荷量就是电容器带电荷量的增加量．www-2-1-cnjy-com
针对训练2 (1)3×10－5 C (2)6×10－5 C
解析 (1)保持开关S1、S2闭合，则电容器两端的电压UC＝UR1＝R1＝×6 V＝3 V.
电容器所带的电荷量为Q＝CUC＝10×10－6×3 C＝3×10－5 C.
(2)保持开关S1闭合，将开关S2断开 ( http: / / www.21cnjy.com )后，电路稳定时电容器两端的电压等于电源电动势，此时电容器上的电荷量Q′＝CE＝10×10－6×9 C＝9×10－5 C，而流过R2的电荷量等于电容器C上电荷量的增加量QR2＝ΔQ＝Q′－Q＝9×10－5 C－3×10－5 C＝6×10－5 C.
达标检测 1.B 2.C 3.C
4．C [S断开时等效电路图如图甲所示．
( http: / / www.21cnjy.com )
甲
电容器两端电压为U1＝×R×＝E；
S闭合时等效电路图如图乙所示．
( http: / / www.21cnjy.com )
乙
电容器两端电压为U2＝×R＝E，由Q＝CU得＝＝，故选项C正确．]
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21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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习题课：闭合电路欧姆定律的应用
【学习目标】
1.会用闭合电路欧姆定律分析动态电路.
2.知道闭合电路中的功率关系，会计算闭合电路的功率.
3.会利用闭合电路欧姆定律进行含电容器电路的分析与计算．
【题型探究】
一、闭合电路的动态分析
闭合电路动态问题的分析方法
(1)程序法
基本思路：电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U内的变化→U外的变化→固定支路→变化支路．2-1-c-n-j-y
(2)结论法——“并同串反”
“并同”：是指某一电阻增大时，与它并联或 ( http: / / www.21cnjy.com )间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小．【来源：21cnj*y.co*m】
“串反”：是指某一电阻增大时，与它串联或间 ( http: / / www.21cnjy.com )接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大．【版权所有：21教育】
例1 电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图1所示的电路．当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，下列说法正确的是( )
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图1
A．电压表和电流表读数都增大
B．电压表和电流表读数都减小
C．电压表读数增大，电流表A1示数减小，A2示数增大
D．电压表读数减小，电流表A1示数增大，A2示数减小
【规律总结】
解决闭合电路动态问题的一般思路
1．分析电路，明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象；
2．由局部电阻变化判断总电阻的变化；
3．由I＝判断总电流的变化；
4．据U＝E－Ir判断路端电压的变化；
5．由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分的电路电压及电流的变化
针对训练1 如图2所示，A、B、C三只电灯均能发光，当把滑动变阻器的触头P向下滑动时，三只电灯亮度的变化是( )21世纪教育网版权所有
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图2
A．A、B、C都变亮
B．A、B变亮，C变暗
C．A、C变亮，B变暗
D．A变亮，B、C变暗
二、闭合电路的功率
1．电源的总功率：P总＝EI；电源内电阻消耗的功率P内＝U内I＝I2r；电源输出功率P出＝U外I.
2．对于纯电阻电路，电源的输出功率P出＝I ( http: / / www.21cnjy.com )2R＝[]2R＝，当R＝r时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为Pm＝.电源输出功率随外电阻变化曲线如图3所示．
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图3
3．电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，
即η＝＝＝.
对于纯电阻电路，电源的效率η＝＝＝ ，所以当R增大时，效率η提高．当R＝r(电源有最大输出功率)时，效率仅为50%，效率并不高．21*cnjy*com
例2 如图4所示，电路中E＝3 V，r＝0.5 Ω，R0＝1.5 Ω，变阻器的最大阻值为10 Ω.
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图4
(1)在变阻器的阻值R为多大时，变阻器上消耗的功率最大？最大为多大？
(2)在变阻器的阻值R为多大时，定值电阻R0上消耗的功率最大？最大为多大？
【方法总结】
功率最大值的求解方法
1．流过电源的电流最大时，电源的功率、内损耗功率均最大．
2．对某定值电阻来说，其电流最大时功率也最大．
3．电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大，若不能相等，外电阻越接近内阻时，电源的输出功率越大．
例3 如图5所示，线段A为某电源的U－I图线，线段B为某电阻的U－I图线，以上述电源和电阻组成闭合电路时，求：21教育名师原创作品
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图5
(1)电源的输出功率P出为多大？
(2)电源内部损耗的电功率是多少？
(3)电源的效率η为多大？
三、含电容器电路的分析与计算
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上无电压降，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压．21·cn·jy·com
2．当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等．
3．电路的电流、电压变化时 ( http: / / www.21cnjy.com )，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，电容器将通过与它连接的电路放电．【出处：21教育名师】
例4 如图6所示，电源电动势E＝10 V，内阻可忽略，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF，求：
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图6
(1)S闭合后，稳定时通过R1的电流；
(2)S原来闭合，然后断开，这个过程中流过R1的总电荷量．
【方法总结】
分析电容器电荷量变化的方法
1．首先确定电路的连接方式及电容器和哪部分电路并联．
2．根据欧姆定律求并联部分的电压即为电容器两极板间的电压．
3．最后根据公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求电荷量及其变化量．
针对训练2 如图7所示电路中，电源电动 ( http: / / www.21cnjy.com )势E＝9 V，内阻r＝2 Ω，定值电阻R1＝6 Ω，R2＝10 Ω，R3＝6 Ω，电容器的电容C＝10 μF.21教育网
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图7
(1)保持开关S1、S2闭合，求电容器所带的电荷量；
(2)保持开关S1闭合，将开关S2断开，求断开开关S2后流过电阻R2的电荷量．
【达标检测】
1．如图8所示的电路，闭合开关S，待电路中的电流稳定后，减小R的阻值．则( )
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图8
A．电流表的示数减小
B．电压表的示数减小
C．电阻R2两端的电压减小
D．路端电压增大
2.如图9所示，图线a是某一电源的 ( http: / / www.21cnjy.com )U－I曲线，图线b是一定值电阻的U－I曲线．若将该电源与该定值电阻连成闭合电路，已知该电源的内阻r＝2.0 Ω，则说法错误的是( )
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图9
A．该定值电阻为6 Ω
B．该电源的电动势为20 V
C．将2只这种电阻串联作为外电阻，电源输出功率最大
D．将3只这种电阻并联作为外电阻，电源输出功率最大
3．电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比，如图10所示，直线A为电源a的路端电压与www.21-cn-jy.com
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图10
电流的关系图线，直线B为电源b的路 ( http: / / www.21cnjy.com )端电压与电流的关系图线．直线C为电阻R两端的电压与电流的关系图线，将这个电阻R分别接到a、b两电源上，那么( )
A．R接到电源a上，电源的效率较低
B．R接到电源b上，电源的输出功率较大
C．R接到电源a上，电源的输出功率较大，电源效率较高
D．R接到电源b上，电源的输出功率较小，电源效率较高
4.阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内 ( http: / / www.21cnjy.com )阻可忽略)连接成如图11所示电路．开关S断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S，电流再次稳定后，C所带的电荷量为Q2.Q1与Q2的比值为( )2·1·c·n·j·y
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图11
A. B. C. D.
答案精析
题型探究 例1 C [由题 ( http: / / www.21cnjy.com )图可知滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，滑动变阻器连入电路中的阻值R增大，则外电路的总阻值R总增大，干路电流I＝，因R总增大，所以I减小，故A1示数减小；路端电压U＝E－Ir，因I减小，所以U增大，即电压表的读数增大；R2两端电压U2＝E－I(R1＋r)，因I减小，所以U2增大，由I2＝知，I2增大，即电流表A2的读数增大，故选项C正确，选项A、B、D错误．]【来源：21·世纪·教育·网】
针对训练1 B
例2 (1)2 Ω W (2)0 W
解析 (1)此种情况可以把R0归入电源内电阻，这样变阻器上消耗的功率也就是电源的输出功率．
即当R＝r＋R0＝2 Ω时，R消耗功率最大为：Pm＝＝ W＝ W.
(2)定值电阻R0上消耗 ( http: / / www.21cnjy.com )的功率可以表示为：P＝I2R0，因为R0不变，当电流最大时功率最大，此时应有电路中电阻最小，即当R＝0时，R0上消耗的功率最大：21cnjy.com
Pm′＝R0＝×1.5 W＝ W.
例3 (1)4 W (2)2 W (3)66.7%
解析 根据题意从A的图线可读出E＝3 V，r＝＝ Ω＝0.5 Ω，从B图线中可读出外电阻R＝1 Ω.21·世纪*教育网
由闭合电路欧姆定律可得
I＝＝ A＝2 A，
则电源的输出功率
P出＝I2R＝4 W，P内＝I2r＝2 W，
电源的总功率P总＝IE＝6 W，
故电源的效率η＝≈66.7%.
例4 (1)1 A (2)1.2×10－4 C
解析 (1)S闭合后，电路稳定时，R1、R2串联，易求I＝＝1 A.
(2)S闭合时，电容器两端电压UC＝U ( http: / / www.21cnjy.com )2＝I·R2＝6 V，储存的电荷量Q＝C·UC.S断开至达到稳定后电路中电流为零，此时UC′＝E，储存的电荷量Q′＝C·UC′.很显然电容器上的电荷量增加了ΔQ＝Q′－Q＝CUC′－CUC＝1.2×10－4 C．电容器上电荷量的增加是在S断开以后才产生的，这只有通过R1这条电路实现，所以流过R1的电荷量就是电容器带电荷量的增加量．www-2-1-cnjy-com
针对训练2 (1)3×10－5 C (2)6×10－5 C
解析 (1)保持开关S1、S2闭合，则电容器两端的电压UC＝UR1＝R1＝×6 V＝3 V.
电容器所带的电荷量为Q＝CUC＝10×10－6×3 C＝3×10－5 C.
(2)保持开关S1闭合，将开关S2断开 ( http: / / www.21cnjy.com )后，电路稳定时电容器两端的电压等于电源电动势，此时电容器上的电荷量Q′＝CE＝10×10－6×9 C＝9×10－5 C，而流过R2的电荷量等于电容器C上电荷量的增加量QR2＝ΔQ＝Q′－Q＝9×10－5 C－3×10－5 C＝6×10－5 C.
达标检测 1.B 2.C 3.C
4．C [S断开时等效电路图如图甲所示．
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甲
电容器两端电压为U1＝×R×＝E；
S闭合时等效电路图如图乙所示．
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乙
电容器两端电压为U2＝×R＝E，由Q＝CU得＝＝，故选项C正确．]
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