2020年高中物理(人教选修3-1)配套学案：第2章--学案10-习题课：闭合电路欧姆定律的应用.docx

学案10习题课：闭合电路欧姆定律的应用学习目标定位 1.进一步深化理解闭合电路欧姆定律.2.会应用闭合电路欧姆定律分析、计算有关电路问题1闭合电路由内电路和外电路两部分组成，在外电路中沿着电流方向电势降低，在内电路中沿着电流方向电势上升电动势等于内、外电路电势降落之和2闭合电路的欧姆定律有三种表达形式，其表达式和适用范围分别为：(1)I(外电路为纯电阻电路)(2)EIRIr(外电路为纯电阻电路)(3)EU外U内(任何电路)一、闭合电路的动态分析1特点：断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动，使闭合电路的总电阻增大或减小，引起闭合电路的电流发生变化，致使外电压、部分电路的电压和部分电路的电流、功率等发生变化是一系列的“牵一发而动全身”的连锁反应2思维流程：例1在如图1所示的电路中，R1为定值电阻，R2为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r，设电流表的读数为I，电压表的读数为U，当R2的滑动触头向图中a端移动时()图1AI变大，U变小BI变大，U变大CI变小，U变大 DI变小，U变小答案D解析当R2的滑动触头向图中a端移动时，R2接入电路的电阻变小，电路的总电阻就变小，总电流变大，路端电压变小，即电压表的读数U变小；电流表的读数I变小，故选D.针对训练1如图2所示的电路，闭合电键S，待电路中的电流稳定后，减小R的阻值则()图2A电流表的示数减小B电压表的示数减小C电阻R1两端的电压减小D路端电压增大答案B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II2r；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I2RE/(Rr)2R，当Rr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3电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即P出/P总IU/IEU/E.对于纯电阻电路，电源的效率1/(1) ，所以当R增大时，效率提高当Rr(电源有最大输出功率)时，效率仅为50%，效率并不高图3例2如图4所示，已知电源的电动势为E，内阻r2 ，定值电阻R10.5 ，滑动变阻器的最大阻值为5 ，求：图4(1)当滑动变阻器的阻值为多大时，电阻R1消耗的功率最大？(2)当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动变阻器消耗的功率最大？(3)当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率最大？解析(1)由于电路是纯电阻电路，则满足闭合电路欧姆定律，有PR1R1当R20时，电阻R1消耗的功率最大，PR1mR1(2)法一(极值法)：PR2R2R2当R2R1r2.5 时，滑动变阻器消耗的功率最大，即PR2m.法二(等效电源法)：假如把电源和R1的电路等效为一个新电源，则整个电路等效为一个新电源和滑动变阻器组成的闭合电路，“外电路”仅一个滑动变阻器R2，这个等效电源的E和r可以这样计算：把新电源的两端断开，依据电源电动势E等于把电源断开时电源两端的电压，则新电源的电动势EE，而等效电源的内阻rR1r，即两个电阻的串联依据电源的输出功率随外电阻变化的规律知，在R2上消耗的功率随外电阻R2的增大而先变大后变小，当R2rR1r2.5 时，在R2上消耗的功率达到最大值，即PR2m.(3)原理同(2)，很简洁得出当R1R2r，即R2rR11.5 时，电源输出的功率最大，Pm.答案(1)0 (2)2.5 (3)1.5 例3如图5所示，A为电源的UI图线，B为电阻R的UI图线，用该电源和电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和效率分别是()图5A4 W， B2 W，C4 W， D2 W，解析从题图可知E3 V，图线A和图线B的交点是电源和电阻R构成闭合电路的工作点，因此P出UI4 W，P总EI6 W.电源的效率.答案C三、含电容器电路的分析与计算方法在直流电路中，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(只考虑电容器是抱负的不漏电的状况)的元件，电容器处电路可看做是断路，简化电路时可去掉它分析和计算含有电容器的直流电路时，需留意以下几点：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)电假如电容器两端电压上升，电容器将充电；假如电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电例4如图6所示，电源电动势E10 V，内阻可忽视，R14 ，R26 ，C30 F，求：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的总电荷量解析(1)电路稳定时，R1、R2串联，易求I1 A.(2)S闭合时，电容器两端电压UCU2IR26 V，储存的电荷量QCUC.S断开至达到稳定后电路中电流为零，此时UCE，储存的电荷量QCUC.很明显电容器上的电荷量增加了QQQCUCCUC1.2104 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答案(1)1 A(2)1.2104 C针对训练2如图7所示电路中，电源电动势E9 V，内阻r2 ，定值电阻R16 ，R210 ，R36 ，电容器的电容C10 F.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的电荷量答案(1)3105 C(2)6105C解析保持开关S1、S2闭合，则电容器两端的电压UCUR1R16 V3 V.电容器所带的电荷量为QCUC101063 C3105C.(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QCE101069 C9105C，而流过R2的电荷量等于电容器C上电荷量的增加量QR2QQQ9105C3105C6105 C.1如图8电路中当滑片P向右移动时，则下列说法中正确的是()图8AA1示数变小，A2示数变大，V示数变小BA1示数不变，A2示数变大，V示数变小CA1示数变小，A2示数变小，V示数变大DA1示数变大，A2示数变小，V示数变大答案D解析先分析电路连接方式，然后确定每个电表分别测的是哪部分的电压和电流值，再依据闭合电路欧姆定律和电路中电流、电压和电阻的规律进行分析本题中，R1和R2是并联连接，A1测R1所在支路的电流，A2测干路电流当滑片P向右移动时，滑动变阻器接入电路的有效电阻增大，所以，总电阻增大，依据闭合电路欧姆定律，总电流将变小(即A2读数变小)，电源内电压减小，路端电压增大(即V示数变大)，A1示数变大选项D正确2(含电容器电路的分析与计算)如图9所示，已知C6 F，R15 ，R26 ，E6 V，r1 ，电表均为抱负电表，开关S原来处于断开状态，下列说法中正确的是()图9A开关S闭合瞬间，电流表的读数为0.5 AB开关S闭合瞬间，电压表的读数为5.5 VC开关S闭合后经过一段时间，再将开关S快速断开，则通过R2的电荷量为1.8105 CD以上说法都不对答案C解析开关S闭合瞬间，电容器充电，接近于短路状态， I A1 A，A错误；电压表的读数UIR115 V5 V，B错误；开关闭合一段时间后，电容器相当于断路，I A0.5 A此时电容器上电荷量QCU2CIR261060.56 C1.8105 C，断开开关S后，电荷量Q经R2释放，故C正确3(闭合电路的功率和效率)电源的效率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的路端电压与电流的关系图线，直线B为电源b的路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()图10AR接到电源a上，电源的效率较低BR接到电源b上，电源的输出功率较大CR接到电源a上，电源的输出功率较大，电源效率较高DR接到电源b上，电源的输出功率较小，电源效率较高答案C解析电源的效率，由题中图象可知A与C交点处电压大于B与C交点处电压，则R接在电源a上效率较高；电源输出功率PUI，由题中图象易得R接在电源a上输出功率较大，A、B、D错误，C正确4(闭合电路的功率)将阻值为4 和10 的两个电阻R1、R2分别接在同一电源上，结果R2上消耗的功率P2比R1上消耗的功率P1大，则()A电源内阻确定大于4 B两电阻串联后接此电源，外电路总功率确定大于只接R2时的功率C两电阻并联后接此电源，外电路总功率确定小于只接R1时的功率D只接R1时电源消耗的功率确定大于只接R2时消耗的功率答案ACD解析依据电源输出功率随外电阻的变化关系曲线如图所示由于R2消耗的功率P2比R1消耗的功率P1大所以有R1R2R14.A、D选项正确R1与R2的并联电阻确定小于R1的电阻由电源的输出功率曲线可知外电路总功率确定小于只接R1时的功率，C选项正确若R1与R2串联，其电阻大于R2的电阻外电路的消耗的总功率不愿定大于只接R2时的功率，B选项错误题组一闭合电路的动态分析1如图1所示电路，是伏安法测电阻的试验电路图，当滑片P向右移动时，则下列说法中正确的是()图1A电流表示数变大，电压表示数不变B电流表示数变小，电压表示数不变C电流表示数变小，电压表示数变大D电流表示数变小，电压表示数减小答案D2.在如图2所示的电路中，开关闭合后，灯泡L能正常发光当滑动变阻器的滑片向左移动后，下列推断正确的是()图2A定值电阻R0两端的电压变大B灯泡L变亮C电源消耗的总功率增大D电容器C的电荷量增大答案D3.电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R及滑动变阻器连接成如图3所示的电路闭合电键S，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()图3A电压表和电流表读数都减小B电压表和电流表读数都增大C电压表读数增大，电流表读数减小D电压表读数减小，电流表读数增大答案C4如图4所示的电路中，闭合开关S，灯泡L1和L2均正常发光，由于某种缘由灯泡L2灯丝突然烧断，其余用电器均不损坏，则下列结论正确的是()图4A电流表读数变大，电压表读数变小B灯泡L1变亮C电源的输出功率可能变大D电容器C上电荷量增大答案CD题组二闭合电路的功率和效率5.如图5所示，直线OAC为某始终流电源的总功率P随电流I变化的图线，曲线OBC表示同始终流电源内部的热功率P随电流I变化的图线若A、B点的横坐标均为1 A，那么AB线段表示的功率为()图5A1 W B6 W C2 W D2.5 W答案C解析由题图不难看出，在C点，电源的总功率等于电源内部的热功率，所以电源的电动势为E3 V，短路电流为I3 A，所以电源的内阻为r1 .题图上AB线段表示的功率为PABP总I2r(13121) W2 W故正确选项为C.6.如图6所示，曲线C1、C2分别是纯电阻直流电路中，内、外电路消耗的电功率随电流变化的图线由该图可知下列说法中正确的是()图6A电源的电动势为4 VB电源的内电阻为1 C电源输出功率最大值为8 WD电源被短路时，电源消耗的最大功率可达16 W答案ABD解析由图线的交点和PRI2R，PrI2r得Rr1 EI(Rr)4 V电源被短路时，PrE2/r16 W电源输出的最大功率为PmE2/4r4 W7如图7所示为小灯泡的UI图线，若将该小灯泡与一节电动势E1.5 V、内阻r0.75 的干电池组成闭合电路时，电源的总功率和小灯泡的实际电功率分别接近以下哪一组数据()图7A1.5 W1.0 WB0.75 W0.5 WC0.75 W0.75 W D1.5 W0.75 W答案D解析在题图中作出电源的外电压和电流的关系图象，即U1.50.75I的图象，两图象的交点就是电源和小灯泡构成闭合回路时的路端电压和电流图象交点坐标是(1.0,0.75)，电源的总功率P总IE11.5 W1.5 W，灯泡的实际功率P灯UI0.75 W.题组三含电容器电路的分析与计算8.平行板电容器C与三个可变电阻R1、R2、R3以及电源连成如图8所示的电路闭合开关S，待电路稳定后，电容器C两极板带有确定的电荷要使电容器所带电荷量增加，以下方法中可行的是()图8A只增大R1，其他不变B只增大R2，其他不变C只减小R3，其他不变D只减小a、b两极板间的距离，其他不变答案BD解析电容器两端电压等于电阻R2两端的电压，只增大R1时，电容器两端的电压减小，电容器所带电荷量减小，选项A错误；只增大R2时，电容器两端的电压增大，电容器所带电荷量增大，选项B正确；只减小R3时，电容器两端的电压不变，电容器所带电荷量不变，选项C错误；只减小a、b两极板间的距离时，电容变大，电容器所带电荷量增大，选项D正确9.在如图9所示的电路中，灯泡L的电阻大于电源的内阻r，闭合电键S，将滑动变阻器滑片P向左移动一段距离后，下列结论正确的是()图9A灯泡L变亮B电源的输出功率变大C电容器C上的电荷量增加D电流表读数变小，电压表读数变小答案C解析当P向左移动时，电路中总电阻变大，总电流减小，故灯泡变暗，电源输出功率变小，电流表示数变小，电压表示数变大，电容器两端电压增大，电容器C上的电荷量增加，故选项C正确题组四综合应用10竖直放置的一对平行金属板的左极板上，用绝缘线悬挂了一个带负电的小球，将平行金属板按如图10所示的电路连接，电键闭合后绝缘线与左极板间的夹角为.当滑动变阻器R的滑片在a位置时，电流表的读数为I1，夹角为1；当滑片在b位置时，电流表的读数为I2，夹角为2，则()图10A12，I12，I1I2C12，I1I2 D12，I1I2答案A解析本题考查电路的动态分析及带电小球在电场中的受力问题，意在考查同学对分压电路的理解和生疏，在滑动变阻器的滑片由a位置滑到b位置的过程中，平行金属板两端的电压增大，小球受到的电场力增大，因此夹角增大，即12；另外，电路中的总电阻减小，因此总电流增大，即I1I2，对比各选项可知，答案选A.11.如图11所示电路中，当滑动变阻器的触头向上滑动时，则()图11A电源的功率变小B电容器贮存的电荷量变小C电源内部消耗的功率变大D电阻R消耗的电功率变小答案BC解析由闭合电路欧姆定律可知，当滑动触头向上滑动时，R总变小，I总增大，U端减小，而R1分压U1增大，所以电容器上的电压减小电源功率P总I总E增大，A错误；QCU减小，B正确；电源内部消耗功率P内Ir增大，C正确；电阻R1消耗的功率在增大，R上消耗的功率无法确定12.如图12所示，E10 V，r1 ，R1R35 ，R24 ，C100F.当S断开时，电容器中带电粒子恰好处于静止状态求：图12(1)S闭合后，带电粒子加速度的大小和方向；(2)S闭合后流过R3的总电荷量答案(1)g，方向竖直向上(2)4104 C解析开头带电粒子恰好处于静止状态，必有qEmg且qE竖直向上S闭合后，qEmg的平衡关系被打破S断开，带电粒子恰好处于静止状态，设电容器两极板间距离为d，有UCE4 V，qUC/dmg.S闭合后，UCE8 V设带电粒子加速度为a，则qUC/dmgma，解得ag，方向竖直向上(2)S闭合后，流过R3的总电荷量等于电容器上电荷的增加量，所以QC(UCUC)4104 C.13.如图13所示，R为电阻箱，为抱负电压表，当电阻箱读数为R12 时，电压表读数为U14 V；当电阻箱读数为R25 时，电压表读数为U25 V求：图13(1)电源的电动势E和内阻r.(2)当电阻箱R读数为多少时，电源的输出功率最大？最大值Pm为多少？答案(1)6 V1 (2)1 9 W解析(1)由闭合电路欧姆定律EU1rEU2r联立并代入数据解得E6 V，r1 (2)由电功率表达式PR将式变形为P由式知，Rr1 时，P有最大值Pm9 W