考点闭合电路的欧姆定律省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

考点1 闭合电路欧姆定律闭合电路欧姆定律及其应用 1.对闭合电路欧姆定律了解 (1)两种公式适用条件 E=I(R+r)只适合用于外电路为纯电阻电路闭合电路。E=Ir+U=U内+U，不论外电路是否为纯电阻电路，都是适用。(2)从能量转化和守恒角度了解闭合电路欧姆定律。在某段时间t内，电源提供电能除一部分被电源内阻消耗转化为内能外，其余被外电路消耗，即有：qE=IUt+I2rt 将q=It代入上式即得：E=U+Ir 当外电路为纯电阻电路时，U=IR,式可变为：E=I(R+r)第1页 2.动态电路分析方法 程序法：基本思绪是“局部整体局部”，即从阻值部分改变入手，由串、并联规律判断总电阻改变情况，再由闭合电路欧姆定律判断总电流和路端电压改变情况，最终由部分电路欧姆定律判断各部分电路中物理量改变情况。分析步骤详解以下：(1)明确局部电路改变时所引发局部电路电阻改变。(2)依据局部电阻改变，确定电路外电阻R外总怎样改变。(3)依据闭合电路欧姆定律I总=E/(R外总+r)，确定电路总电流怎样改变。(4)由U内=I总r，确定电源内电压怎样改变。(5)由U外=E-U内，确定电源外电压怎样改变。(6)由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端电压怎样改变。(7)确定支路两端电压怎样改变以及经过各支路电流怎样改变。由以上步骤能够看出，基本思绪是“局部整体局部”，同时要灵活地选取公式，每一步推导都要有确切依据。第2页 动态电路分析还可借助于“极限法”和“口诀法”。分别以下：(1)极限法：因变阻器滑片滑动而引发电路改变问题，能够将变阻器滑片分别移动到两个极端去讨论，此时要注意是否出现极值情况，即改变是否为单调改变。(2)口诀法：该类型题目能够总结出“并同串反”实用技巧。所谓“并同”指，当某一个电阻变大时，与它并联或间接并联电阻中电流、两端电压、电功率随之增大；当某一个电阻减小时，与它并联或间接并联电阻中电流、两端电压、电功率也随之减小。所谓“串反”指，当某一个电阻变大时，与它串联或间接串联电阻中电流、两端电压、电功率反而减小；当某一个电阻减小时，与它串联或间接串联电阻中电流、两端电压、电功率反而增大。第3页 3.含电容器电路分析 电容器是一个储存电能元件，在直流电路中，当电容器充、放电时，电路有充电、放电电流，一旦电路到达稳定状态，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不漏电情况)元件，在电容器处电路可看作是断路，简化电路时可去掉它，简化后若要求电容器所带电荷量时，可在对应位置补上，分析和计算含有电容器直流电路时，关键是准确地判断和求出电容器两端电压，详细做法是：(1)确定电容器和哪个电阻并联，该电阻两端电压即为电容器两端电压。(2)当电容器和某一电阻串联后，接在某一电路两端时，此电路两端电压即为电容器两端电压。(3)当电容器与电源直接相连时，电容器两极板间电压等于电源电动势大小。第4页 4.电路故障与分析 电路故障普通是断路或短路，详细分析方法以下：(1)依据断路或短路特点分析：电路中发生断路，表现为电源电压不为零，而电流为零；断路后，电源电压将全部降落在断路之处，若电路中某两点间电压不为零，等于电源电压，则过这两点间有断点而这两点与电源连接部分无断点。若电路中某两点电压为零，说明这两点无断点，而这两点与电源连接部分有断点。(以上分析均假定电路中只有一处断路)电路中某一部分发生短路，表现为有电流经过电路而该电路两端电压为零。(2)假设法：已知电路发生某种故障，寻找故障发生位置时，可将整个电路划分为若干部分；然后逐一假设某部分电路发生故障，利用欧姆定律进行推理，推理部分若与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路；若不符合，则故障不发生在这部分电路。用这种方法逐段找下去，直至找到发生故障全部可能为止，亦称排除法。第5页【例1】如图所表示，电动势为E、内阻不计电源与三个灯泡和三个电阻相接。只合 上开关S1，三个灯泡都能正常工作，假如再合上S2，则以下表述正确是()A.电源输出功率减小 B.L1上消耗功率增大 C.经过R1上电流增大 D.经过R3上电流增大动态电路分析 (1)电路动态分析问题是指因为断开或闭合开关、滑动变阻器滑片滑动等造成电路结构、电阻发生了改变，一处改变又引发了一系列改变。只要熟练掌握串并联电路特点及欧姆定律即可顺利求解这类问题。(2)详细方法采取“局部整体局部”思绪分析。C 【解析】本题主要考查电路串、并联、电功率公式及电路动态改变问题，对学生逻辑推理能力要求较高。电源内阻不计，故电源两端电压不变，再合上S2，实际上就是将电阻R2并联入电路中，引发总电阻减小，干路总电流必定增大，由P=UI知，电源输出功率应增大，A错；R1处于干路中，C对；因为R1两端电压U1=IR1,I增大，故U1增大，则L1两端电压减小，由P=U2/R知L1功率减小，B错；L3和R3两端电压减小，经过R3电流必减小，D错。第6页如图所表示，图中四个电表均为理想电表，当滑动变阻器滑动触点P向右端移动时，下面说法中正确是()A.电压表V1读数减小，电流表A1读数增大B.电压表V1读数增大，电流表A1读数减小C.电压表V2读数减小，电流表A2读数增大D.电压表V2读数增大，电流表A2读数减小A D第7页 【解析】(1)设电压表内阻为RV，测得R1两端电压为U1，R1与RV并联后总电阻为R，则有：1/R=1/R1+1/RV 由串联电路规律得：R/R2=U1/(E-U1)联立以上两式，得RV=R1R2U1/R1E-(R1+R2)U1，代入已知数据得RV=4.8 k。(2)电压表接入前，电容器上电压UC等于电阻R2上电压，R1两端电压为UR1，则UC/UR1=R2/R1 又E=UC+UR1 接入电压表后，电容器上电压为UC=E-U1 因为电压表接入，电容器带电荷量增加了 Q=C(UC-UC)由以上各式代入数据解得Q=2.3510-6C。含电容器电路问题【例2】如图所表示电路中，电源电动势E=6.00 V，其内阻可忽略不计。电阻阻值 分别为R1=2.4 k、R2=4.8 k，电容器电容C=4.7 F。闭合开关S，待电流稳定 后，用电压表测R1两端电压，其稳定值为1.50 V。(1)该电压表内阻为多大？(2)因为电压表接入，电容器带电荷量改变了多少？第8页 求解含电容器电路问题，首先应搞清电路结构，分析出电容器两极板电势高低，并由此判断出极板上带电性，由串、并联电路或欧姆定律计算或判断出极板间电压大小，最终计算电容器带电荷量大小。如图所表示电路，E=10 V,R1=4，R2=6，电池内阻不计，C1=C2=30 F。先闭合开关S，待电路稳定后再断开S，求断开S后经过电阻R1电量。【答案】4.210-4 C第9页电路故障问题【例3】如图所表示，电源电动势为6 V，当开关接通时，灯泡L1和L2都不亮，用电压表 测得各部分电压是Uad=0，Ucd=6 V，Uab=6 V，由此能够断定()A.L1和L2灯丝都断了 B.L1灯丝断了 C.L2灯丝断了 D.变阻器R断路 分析电路故障问题应注意以下两点 (1)如电压表有示数，说明与电压表、电源串联电路无故障。(2)如电压表无示数，说明与电压表、电源串联电路有断路故障。C 【解析】由题给条件知，电路中有地方没有电压。由Uad=0，Ucd=6 V可知电路是断路。由Uab=6 V，Ucd=6 V可知，内电路a、b之间没有断点，外电路中a、b和c、d之间有断点，取其公共部分可知灯L2断路，由电灯L2两端电压不为零，可知灯L1与变阻器R是导通。选项C正确。第10页用电压表检验图中故障，测得Uad=5.0 V，Ucd=0，Ubc=0，Uab=5.0 V，则此故障可能是()A.L断路 B.R断路 C.R断路 D.S断路B第11页考点2 电路功率 1.几个功率 (1)电源工作功率 又叫电源供电功率，其大小等于整个闭合电路总耗电功率，大小为：P=IE=I2(R+r)(2)电源内耗功率 即电源本身内阻所消耗电功率，其大小为：P内=I2r (3)电源输出功率P出即外电路耗电功率，其大小为：P出=IU=IE-I2r 当外电路为纯电阻电路时，其大小还能够表示为：P出=I2R第12页 2.电源输出功率：P出=IU=I2R (1)当电源输出功率最大时，机械效率=50%，在实际电路中无实用价值。当R时，100%，但此时P出0，无实际意义。(2)对于内外电路上固定电阻，其消耗功率依据P=I2R来判断，与输出功率大小判断方法不一样。(2)电源输出功率与外电路电阻关系(如图所表示)P出=I2R=E2/(R-r)2/R+4r 当R=r时，电源输出功率最大，最大值Pm=E2/(4r)。当R向靠近r阻值时方向改变时，P出增大，当R向远离r阻值方向改变时，P出减小。除最大输出功率以外，同一个输出功率P有两个外电阻值R1、R2与之对应(如图中水平虚线)。依据输出功率相等可推得R1、R2满足R1R2=r2。(1)电源输出功率与电路中电流关系(如图所表示)P出=IE-I2r=-rI-E/(2r)2+E2/(4r)。当I=E/(2r)(即内外电阻相等)时，电源输出功率最大，最大值Pm=E2/(4r)。3.电源效率 =P外/P总100%=U/E100%=R/(R+r)100%R越大，越大，当R=r时，P外最大；=50%。第13页电路中功率问题【例4】某同学设计了如图所表示电路研究电源输出功率改变情况。电源E电动势、内 电阻恒定，R1为滑动变阻器，R2、R3为定值电阻,、为理想电表。(1)若滑动片P由a滑至b时 示数一直变小，则R1和R2必须满足关系是_。(2)若R1=6,R2=12，电源内电阻r=6，当滑动片P由a滑至b时，电源E输出 功率P随外电路总电阻R改变关系如图所表示，则R3阻值应该选择()A.2 B.4 C.6 D.8 【解析】(1)由闭合电路欧姆定律有I=E/R 因 示数一直变小，说明R一直增大 设电阻上aP之间部分为Rx，则Pb之间电阻为R1-Rx,则有=r+R3+Rx(R1+R2)-Rx2/(R1+R2)R随Rx增大而一直增大，说明Rx(R1+R2)-Rx2值随Rx增大一直增大 设y=Rx(R1+R2)-Rx2第14页 本题经过试验方式分析了输出功率随外电阻改变规律，考查了学生解题能力、分析能力和知识迁移能力。由数学知识得，当Rx=(R1+R2)/2时，y值最大 即当Rx (R1+R2)/2时,y随Rx增大而增大 因Rx最大值为R1，则有 R1 (R1+R2)/2 故R1 R2。(2)结合第(1)题知，若R3=2,则外电路总电阻 可解得 2 R 6 说明R大于6和R小于2部分P-R图象均不能画出，故不可能画出图(b)中P-R图象，A选项错。若R3=6，故总电阻R一定大于6，则P-R图象不可能画出R小于6部分，C选项错，同理可得D选项错误。第15页如图所表示，R为电阻箱，为理想电压表，当电阻箱读数为R1=2 时，电压表读数为U1=4 V；当电阻箱读数为R2=5 时，电压表读数为U2=5 V，求：(1)电源电动势E和内阻r；(2)当电阻箱R读数为多少时，电源输出功率最大？最大值 Pm为多少？【答案】(1)6 V 1 (2)1 9 W第16页