2017屆高中物理第4章閉合電路歐姆定律和邏輯電路第2講習(xí)題課閉合電路的分析與計(jì)算學(xué)案魯科版選修.docx

第2講習(xí)題課閉合電路的分析與計(jì)算目標(biāo)定位1.會(huì)用閉合電路歐姆定律分析動(dòng)態(tài)電路.2.知道電路中閉合電路的功率關(guān)系，會(huì)計(jì)算閉合電路的功率.3.會(huì)利用閉合電路的歐姆定律進(jìn)行含電容器電路的分析與計(jì)算1閉合電路由內(nèi)電路和外電路兩部分組成，在外電路中沿著電流方向電勢降低，在內(nèi)電路中沿著電流方向電勢升高電動(dòng)勢等于內(nèi)外電路電勢降落之和2閉合電路歐姆定律的幾種表達(dá)形式(1)電流形式：I，說明電流與電源電動(dòng)勢成正比，與電路的總電阻成反比(2)電壓形式：EIRIr或EU外U內(nèi)，表明電源電動(dòng)勢在數(shù)值上等于電路中內(nèi)、外電壓之和.一、閉合電路的動(dòng)態(tài)分析1解決閉合電路動(dòng)態(tài)變化問題，應(yīng)按照局部整體局部的程序進(jìn)行分析2基本思路：電路結(jié)構(gòu)的變化R的變化R總的變化I總的變化U內(nèi)的變化U外的變化固定支路變化支路(1)對于固定不變的部分，一般按照歐姆定律直接判斷(2)對于變化的部分，一般應(yīng)根據(jù)分壓或分流間接判斷(3)涉及變阻器滑動(dòng)引起的電路變化問題，可將變阻器的滑動(dòng)端分別滑至兩個(gè)極端去討論例1如圖1所示電路，電源內(nèi)阻不可忽略開關(guān)S閉合后，在變阻器R0的滑動(dòng)端向下滑動(dòng)的過程中()圖1A電壓表與電流表的示數(shù)都減小B電壓表與電流表的示數(shù)都增大C電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)減小D電壓表的示數(shù)減小，電流表的示數(shù)增大答案A解析由變阻器R0的滑動(dòng)端向下滑可知R0連入電路的有效電阻減小，則R外減小，由I可知I增大，由U內(nèi)Ir可知U內(nèi)增大，由EU內(nèi)U外可知U外減小，故電壓表示數(shù)減小由U1IR1可知U1增大，由U外U1U2可知U2減小，由I2可知電流表示數(shù)減小，故A正確借題發(fā)揮閉合電路中由于局部電阻變化(或開關(guān)的通斷)引起各部分電壓、電流(或燈泡明暗)發(fā)生變化的問題的分析方法如下：R局R總I總U外二、閉合電路的功率和效率1閉合電路的能量關(guān)系由閉合電路的歐姆定律EU外U內(nèi)得閉合電路的能量關(guān)系：qEqU外qU內(nèi)此式反映了電源克服靜電力做的功等于內(nèi)外電路消耗的電能之和2閉合電路的功率關(guān)系由式可得：閉合電路的功率關(guān)系為：EIIUI2r其中，電源的總功率：P總EI；電源內(nèi)耗功率P內(nèi)U內(nèi)II2r；電源輸出功率P出U外I.3對于純電阻電路，電源的輸出功率P出I2R()2R，當(dāng)Rr時(shí)，電源的輸出功率最大，其最大輸出功率為P.電源輸出功率隨外電阻變化曲線如圖2所示圖24電源的效率：指電源的輸出功率與電源的總功率之比，即.對于純電阻電路，電源的效率，所以當(dāng)R增大時(shí)，效率提高當(dāng)Rr(電源有最大輸出功率)時(shí)，效率僅為50%，效率并不高例2如圖3所示，電路中E3V，r0.5，R01.5，變阻器的最大阻值R10.圖3(1)在變阻器的阻值R為多大時(shí)，變阻器上消耗的功率最大？最大為多大？(2)在變阻器的阻值R為多大時(shí)，定值電阻R0上消耗的功率最大？最大為多大？答案(1)2W(2)0W解析(1)此種情況可以把R0歸入電源內(nèi)電阻，這樣變阻器上消耗的功率，也就是電源的輸出功率即當(dāng)RrR02時(shí)，R消耗功率最大為：PmWW.(2)定值電阻R0上消耗的功率可以表達(dá)為：PI2R0，因?yàn)镽0不變，當(dāng)電流最大時(shí)功率最大，此時(shí)應(yīng)有電路中電阻最小，即當(dāng)R0時(shí)R0上消耗的功率最大：PmR01.5WW.借題發(fā)揮在解答第二問時(shí)，有些同學(xué)又會(huì)用第一問的方法來求解，把R歸為內(nèi)阻，調(diào)節(jié)R使內(nèi)阻RrR0，這樣使用是錯(cuò)誤的因?yàn)镽0是定值電阻，由PI2R0知，只要電流最大，P就最大在研究電阻R上消耗的最大功率時(shí)，應(yīng)注意區(qū)分“可變與定值”這兩種情況，兩種情況中求解的思路和方法是不相同的三、含電容器電路的分析與計(jì)算1在分析電路的特點(diǎn)時(shí)，把電容器支路看成斷路，即去掉該支路，簡化后若要分析電容器所帶電荷量時(shí)，可在相應(yīng)的位置補(bǔ)上2確定電容器和哪部分電路并聯(lián)，該部分電路兩端電壓即電容器兩端電壓3當(dāng)電容器和某一電阻串聯(lián)后接在某一電路兩端時(shí)，由于電容器所在支路無電流通過，在此支路的電阻兩端電壓為零，此電路兩端電壓即電容器兩端電壓，而與電容器串聯(lián)的電阻可看成導(dǎo)線例3如圖4所示，電源電動(dòng)勢E10V，內(nèi)阻可忽略，R14，R26，C30F，求：圖4(1)S閉合后，穩(wěn)定時(shí)通過R1的電流；(2)S原來閉合，然后斷開，這個(gè)過程中流過R1的總電荷量答案(1)1A(2)1.2104C解析(1)電路穩(wěn)定時(shí)，R1、R2串聯(lián)，易求I1A，即為通過R1的電流(2)S閉合時(shí)，電容器兩端電壓UCU2IR26V，儲(chǔ)存的電荷量QCUC.S斷開至達(dá)到穩(wěn)定后電路中電流為零，此時(shí)UCE，儲(chǔ)存的電荷量QCUC.很顯然電容器上的電荷量增加了QQQCUCCUC1.2104C電容器上電荷量的增加是在S斷開以后才產(chǎn)生的，這只有通過R1這條途徑實(shí)現(xiàn)，所以流過R1的電荷量就是電容器帶電荷量的增加量借題發(fā)揮(1)首先確定電路的連接關(guān)系及電容器和哪部分電路并聯(lián)(2)根據(jù)歐姆定律求并聯(lián)部分的電壓即為電容器兩極板間的電壓(3)最后根據(jù)公式QCU或QCU，求電荷量及其變化量四、電路故障分析用電壓表檢查故障：用電壓表與電源并聯(lián)，若有示數(shù)，再逐段與電路并聯(lián)若電壓表指針偏轉(zhuǎn)，則說明該段電路中有斷點(diǎn)例4用電壓表檢查如圖5所示電路的故障，測得Uad5.0V，Ucd0，Uab5.0V，則此故障可能是()圖5AL斷路BR斷路CR斷路DS斷路答案B解析Uab5.0V，說明b、c、d與電源之間和a與電源之間的元件和導(dǎo)線是完好的，只能是R斷路.閉合電路的動(dòng)態(tài)分析1如圖6所示的電路，閉合電鍵S，待電路中的電流穩(wěn)定后，減小R的阻值則()圖6A電流表的示數(shù)減小B電壓表的示數(shù)減小C電阻R2兩端的電壓減小D路端電壓增大答案B解析題圖中的電路結(jié)構(gòu)是R1與R先并聯(lián)，再與R2串聯(lián)，故RR總I干U內(nèi)U外.R2兩端電壓U2I干R2，U2增大，所以R與R1的并聯(lián)電壓減小，讀數(shù)減小，A、C、D錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確閉合電路中的功率和效率2如圖7所示，直線A為電源的UI圖線，直線B為電阻R的UI圖線，用該電源和電阻組成閉合電路時(shí)，電源的輸出功率和電路的總功率分別是()圖7A4W,8WB2W,4WC4W,6WD2W,3W答案C解析從題圖中可知E3V，圖線A和圖線B的交點(diǎn)是電源和電阻R構(gòu)成閉合電路的工作點(diǎn)，因此P出UI4W，P總EI6W.含電容器電路分析3如圖8所示，R是光敏電阻，當(dāng)它受到的光照強(qiáng)度增大時(shí)()圖8A燈泡L變暗B光敏電阻R上的電壓增大C電壓表V的讀數(shù)減小D電容器C的電荷量增大答案CD解析光照強(qiáng)度增大時(shí)，R的阻值減小，閉合電路的總電阻減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律知I增大，燈泡L變亮，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；光敏電阻R上的電壓UREI(rR燈)減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電壓表V的讀數(shù)UEIr減小，選項(xiàng)C正確；電容器C兩端的電壓等于燈泡兩端的電壓，燈泡兩端的電壓ULIR燈增大，所以電容器C的電荷量QCUL增大，選項(xiàng)D正確電路故障分析4如圖9所示，燈泡L1、L2原來都正常發(fā)光，在兩燈突然熄滅后，用電壓表測得c、d間電壓比燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓高，故障的原因可能是(假設(shè)電路中僅有一處故障)()圖9Aa、c間斷路Bc、d間斷路Cb、d間斷路Db、d間短路答案B解析因電路中L1、L2、R及電源串聯(lián)，電路中只有一處故障且兩燈不亮，電路中必是斷路，故D錯(cuò)誤電路中無電流，但c、d間電壓升高，是因?yàn)閏、d間斷路，c、d兩點(diǎn)分別與電源正、負(fù)極等電勢故正確答案為B.、題組一閉合電路的動(dòng)態(tài)分析1如圖1所示的電路中，電源的電動(dòng)勢E和內(nèi)電阻r恒定不變，電燈L恰能正常發(fā)光，如果變阻器的滑片向b端滑動(dòng)，則()圖1A電燈L更亮，安培表的示數(shù)減小B電燈L更亮，安培表的示數(shù)增大C電燈L更暗，安培表的示數(shù)減小D電燈L更暗，安培表的示數(shù)增大答案A解析變阻器的滑片P向b端滑動(dòng)，R1接入電路的有效電阻增大，外電阻R外增大，干路電流I減小，安培表的示數(shù)減小，路端電壓U增大，電燈兩端電壓增大，電燈L更亮，A正確，B、C、D錯(cuò)誤2如圖2所示，E為電動(dòng)勢，r為電源內(nèi)阻，R1和R3均為定值電阻，R2為滑動(dòng)變阻器當(dāng)R2的滑動(dòng)觸點(diǎn)在a端時(shí)合上開關(guān)S，此時(shí)三個(gè)電表A1、A2和V的示數(shù)分別為I1、I2和U.現(xiàn)將R2的滑動(dòng)觸點(diǎn)向b端移動(dòng)，則三個(gè)電表示數(shù)的變化情況是()圖2AI1增大，I2不變，U增大BI1減小，I2增大，U減小CI1增大，I2減小，U增大DI1減小，I2不變，U減小答案B解析滑動(dòng)觸點(diǎn)由a向b移動(dòng)時(shí)，R2阻值減小，所以總電阻減小，電路中總電流增大，則內(nèi)電壓增大，路端電壓減小，故U減小總電流增大，R3兩端電壓也增大，所以并聯(lián)電路電壓減小，故I1減小，I2增大3.如圖3所示的電路中，電源的內(nèi)阻r0，R1和R2是兩個(gè)定值電阻當(dāng)滑動(dòng)變阻器R的滑片向a移動(dòng)時(shí)，電路中的電流I1、I2的變化情況是()圖3AI1不變BI1變小CI2變大DI2變小答案BC解析當(dāng)滑動(dòng)變阻器R的滑片向a移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻變小，整個(gè)回路的總電阻變小，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，干路電流I變大，路端電壓UEIr變小，I1變小，A錯(cuò)誤，B正確；又II1I2，所以I2變大，C正確，D錯(cuò)誤題組二閉合電路的功率和效率4兩個(gè)電池1和2的電動(dòng)勢E1E2，它們分別向同一電阻R供電，電阻R消耗的電功率相同比較供電時(shí)電池1和2內(nèi)部消耗的電功率P1和P2及電池的效率1和2的大小，則有()AP1P2，12BP1P2，12CP1P2，12DP1P2，12答案B解析因?yàn)镻R相等，則電流I相等由I，E1E2，得r1r2，所以P1P2.而，所以與E成反比，故12，故選B.5如圖4所示，直線OAC為某一直流電源的總功率P隨電流I變化的圖線，曲線OBC表示同一直流電源內(nèi)部的熱功率P隨電流I變化的圖線若A、B點(diǎn)的橫坐標(biāo)均為1A，那么AB線段表示的功率為()圖4A1WB6WC2WD2.5W答案C解析由題圖不難看出，在C點(diǎn)，電源的總功率等于電源內(nèi)部的熱功率，所以電源的電動(dòng)勢為E3V，短路電流為I3A，所以電源的內(nèi)阻為r1.圖象上AB線段表示的功率為PABP總I2r(13121) W2W故正確選項(xiàng)為C.6.電源的效率定義為外電路電阻消耗的功率與電源的總功率之比，如圖5所示，直線A為電源a的路端電壓與電流的關(guān)系圖線，直線B為電源b的路端電壓與電流的關(guān)系圖線直線C為一個(gè)電阻R兩端的電壓與電流關(guān)系的圖線，將這個(gè)電阻R分別接到a、b兩電源上，那么()圖5AR接到電源a上，電源的效率較低BR接到電源b上，電源的輸出功率較大CR接到電源a上，電源的輸出功率較大，電源效率較高DR接到電源b上，電源的輸出功率較小，電源效率較高答案C解析電源的效率，由題中圖象可知A與C交點(diǎn)處電壓大于B與C交點(diǎn)處電壓，則R接在電源a上效率較高；電源輸出功率PUI，由題中圖象易得R接在電源a上輸出功率較大，A、B、D錯(cuò)誤，C正確題組三含電容器電路分析7如圖6所示，C為兩極板水平放置的平行板電容器，閉合開關(guān)S，當(dāng)滑動(dòng)變阻器R1、R2的滑片處于各自的中點(diǎn)位置時(shí)，懸在電容器C兩極板間的帶電塵埃P恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)要使塵埃P向下加速運(yùn)動(dòng)，下列方法中可行的是()圖6A把R2的滑片向左移動(dòng)B把R2的滑片向右移動(dòng)C把R1的滑片向左移動(dòng)D把開關(guān)S斷開答案A解析若塵埃P處于靜止?fàn)顟B(tài)，則重力與電場力平衡若塵埃向下加速運(yùn)動(dòng)，則電場力減小，電容器兩極板間的電壓減小，故向左移動(dòng)R2的滑片可以實(shí)現(xiàn)這種變化故A正確、B錯(cuò)由于穩(wěn)定時(shí)R1支路無電流，故無論如何移動(dòng)R1，電容器兩極板間的電壓都不會(huì)改變，故塵埃仍平衡，故C錯(cuò)斷開開關(guān)S，電容器兩極板間電壓增大，這種情況與B選項(xiàng)效果相同，故D錯(cuò)8在如圖7所示的電路中，電源的電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻為r，平行板電容器C的兩金屬板水平放置，R1和R2為定值電阻，P為滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭，G為靈敏電流表，A為理想電流表開關(guān)S閉合后，C的兩板間恰好有一質(zhì)量為m、電荷量為q的油滴處于靜止?fàn)顟B(tài)，在P向上移動(dòng)的過程中，下列說法正確的是()圖7AA表的示數(shù)變大B油滴向上加速運(yùn)動(dòng)CG中有ab的電流D電源的輸出功率一定變大答案B解析油滴靜止時(shí)，它所受的重力等于向上的電場力FqE，在P向上移動(dòng)的過程中，滑動(dòng)變阻器的有效電阻變大，電路的總電阻變大，由閉合電路歐姆定律知，電路的總電流I變小，路端電壓U外變大，則選項(xiàng)A錯(cuò)誤；而電阻R1兩端的電壓U1IR1變小，由U外U1U并知，U并變大，UCU并變大，油滴所受電場力變大，將向上加速運(yùn)動(dòng)，QCCU并變大，電容器C充電，電流方向由ba，則選項(xiàng)B正確，C錯(cuò)誤；電源的輸出功率變化不確定，選項(xiàng)D錯(cuò)誤9在如圖8所示的電路中，燈泡L的電阻大于電源的內(nèi)阻r，閉合開關(guān)S，將滑動(dòng)變阻器的滑片P向左移動(dòng)一段距離后，下列結(jié)論正確的是()圖8A燈泡L變亮B電源的輸出功率變小C電容器C上電荷量減少D電流表讀數(shù)變小，電壓表讀數(shù)變大答案BD解析將滑動(dòng)變阻器的滑片P向左移動(dòng)一段距離后，R的阻值變大，電路中電流變小，燈泡變暗，A錯(cuò)誤；路端電壓變大，電阻R兩端電壓變大，電容器C兩端電壓變大，電容器C上電荷量增加，C錯(cuò)誤，D正確；當(dāng)外電路電阻等于電源的內(nèi)阻時(shí)電源的輸出功率最大，燈泡L的電阻大于電源的內(nèi)阻r，則外電路電阻比r大得越多，輸出功率越小，B正確10如圖9所示，M、N是平行板電容器的兩個(gè)極板，R0為定值電阻，R1、R2為可調(diào)電阻，用絕緣細(xì)線將質(zhì)量為m、帶正電的小球懸于電容器內(nèi)部閉合開關(guān)S，小球靜止時(shí)受到懸線的拉力為T.調(diào)節(jié)R1、R2，關(guān)于T的大小判斷正確的是()圖9A保持R1不變，緩慢增大R2時(shí)，T將變大B保持R1不變，緩慢增大R2時(shí)，T將變小C保持R2不變，緩慢增大R1時(shí)，T將變大D保持R2不變，緩慢增大R1時(shí)，T將變小答案B解析當(dāng)電路接通后，對小球受力分析：小球受重力、電場力和懸線的拉力T三個(gè)力的作用，其中重力為恒力，當(dāng)電路穩(wěn)定后，R1中