第4章　习题课 闭合电路欧姆定律的应用—2020-2021学年新教材鲁科版（2019）高中物理必修三课件（34张PPT）

习题课:闭合电路欧姆定律的应用
探究一
探究二
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动态电路分析
情境探究
如图所示的电路,当滑动变阻器的滑片P向右滑动时,回路的总电流、
路端电压如何变化?通过R1、R2和滑动变阻器的电流如何变化,它们两端的电压如何变化?
要点提示:总电流减小,路端电压增大。R1中电流减小,电压减小;R2中电流增大,电压增大;滑动变阻器中电流减小,电压增大。
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知识归纳
动态电路问题的分析方法
1.解决闭合电路动态变化问题,应按照局部→整体→局部的程序进行分析。
2.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
(1)对于固定不变的部分,一般按照欧姆定律直接判断。
(2)对于变化的部分,一般应根据分压或分流间接判断。
(3)涉及滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论。
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实例引导
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连接成如图所示的电路。当滑动变阻器的滑片由中点滑向b端时,下列说法正确的是(　　)
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读数减小,
A2读数增大
D.电压表读数减小,电流表A1读数增大,A2读数减小
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解析:由题图可知滑动变阻器的滑片由中点滑向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。
答案:C
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规律方法 动态分析要牢记,“并同串反”无违例。
注:“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大;“串反”,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小,反之则增大。
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变式训练1如图所示,R1阻值恒定,R2为热敏电阻(热敏电阻阻值随温度降低而增大),L为小灯泡,当R2所在位置温度升高时(　　)
A.R1两端的电压减小 B.小灯泡的亮度变暗
C.电流表的示数减小 D.通过R2的电流减小
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解析:当R2所在位置温度升高时,R2阻值减小,总电阻减小,总电流增大,电流表的示数增大,R1两端的电压U1=IR1增大,故A、C错误;总电流增大,内电压增大,则路端电压U=E-Ir减小,并联部分的电压减小,所以灯泡L变暗,故B正确;通过L的电流减小,而总电流增大,则通过R2的电流增大,故D错误。
答案:B
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闭合电路中的功率关系
情境探究
如图所示,电源电动势为E,内阻为r,外电路的电阻为R。试求:(1)电源的总功率;(2)内电路和外电路消耗的电功率;(3)电源的效率。
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知识归纳
1.对闭合电路中的功率的理解
(1)电源的总功率:P总=EI(普遍适用),P总=I2(R+r)(只适用于外电路为纯电阻的电路)。
(2)电源内电阻消耗的功率:P内=U内I=I2r。
(3)电源输出功率:P出=U外I(普遍适用)。
(4)三个功率的关系:由能量守恒可知P总=P出+P内。
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2.对于纯电阻电路,电源的输出功率随外电阻R的变化规律
(2)电源输出功率随外电阻变化曲线如图所示。
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②当R ③当R>r时,输出功率P随R的增大而减小;
④当P探究一
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3.电源的效率
(3)当R=r(电源有最大输出功率)时,效率仅为50%,效率并不高。
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实例引导
例2如图所示电路中,电源内阻r=4 Ω,电阻R1=2 Ω,滑动变阻器R2=4 Ω时,电源内部的热功率是4 W。则电源输出的最大功率是　　　　。当R2的电功率有最大值时,R2=　　　　。?
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答案:6.25 W　6 Ω
规律方法 (1)定值电阻消耗功率最大时通过的电流最大。(2)求可变电阻消耗的功率时可将其他电阻等效为电源内阻。
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变式训练2某玩具赛车充电电池的输出功率P随电流I变化的图像如图所示(纯电阻电路)。
(1)求该电池的电动势E和内阻r;
(2)求该电池的输出功率最大时对应的外电阻R(纯电阻电路);
(3)由图像可以看出,同一输出功率P可对应两个不同的电流I1、I2,即对应两个不同的外电阻(纯电阻)R1、R2,试确定r、R1、R2三者间的关系。
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答案:(1)2 V　0.5 Ω　(2)0.5 Ω　(3)r2=R1R2
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含容电路的分析与计算
情境探究
如图所示,电阻R,电源电动势E,内电阻r,试求:(1)闭合开关后回路中的电流;(2)闭合开关后电容器上的电荷量;(3)断开开关后,流过电阻R的电荷量。
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知识归纳
在直流电路中,当电容器充、放电时,电路里有充、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(只考虑理想电容器不漏电的情况)的元件,电容器处电路可看作是断路,简化电路时可去掉它。
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低,因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压。
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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,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;如果电容器两端电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电。
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例3如图所示,电源电动势E=10 V,内阻可忽略,R1=4 Ω,R2=6 Ω,
C=30 μF,求:
(1)S闭合后,电路稳定时通过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。
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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=U2=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电荷量的增加量。
答案:(1)1 A　(2)1.2×10-4 C
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规律方法 分析电容器电荷量变化的方法
(1)首先确定电路的连接关系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。
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变式训练3如图所示电路中,电源电动势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。
(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。
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解析:(1)保持开关S1、S2闭合,则电容器两端的电压
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。
答案:(1)3×10-5 C　(2)6×10-5 C
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1.如图所示电路,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在变阻器R0的滑片向下滑动的过程中(　　)
A.电压表与电流表的示数都减小
B.电压表与电流表的示数都增大
C.电压表的示数增大,电流表的示数减小
D.电压表的示数减小,电流表的示数增大
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答案:A
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2.如图所示的电路,水平放置的平行板电容器中有一个带电液滴正好处于静止状态,现将滑动变阻器的滑片P向左移动,则(　　)
A.电容器中的电场强度将增大
B.电容器上的电荷量将减少
C.电容器的电容将减少
D.液滴将向上运动
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解析:若将滑片向左移动,则R总增大,干路电流减小,R2两端电压减小,所以电容器两端电压减小,电容器上的电荷量减少,电容器两极板间的电场强度减小,液滴将向下运动,故B正确,A、D错误;由平行板电容器电容C= 可知,电容器的电容不变,选项C错误。
答案:B
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3.如图甲所示,电源的电动势为E,内阻为r,R为电阻箱。图乙为电源的输出功率P与电流表示数I的关系图像,电流表为理想电表,其中电流为I1、I2时对应的外电阻分别为R1、R2,电源的效率分别为η1、η2,输出功率均为P0。下列说法中正确的是(　　)
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答案:C
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4.如图所示,电路中E=3 V,r=0.5 Ω,R0=1.5 Ω。变阻器的最大阻值R=10 Ω。
(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?
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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
(2)定值电阻R0上消耗的功率可以表示为P=I2R0,因为R0不变,当电流最大时功率最大,此时对应电路中电阻最小,即当R=0时,R0上消耗的功率最大。