2024-2025學(xué)年新教材高中物理第五章電能與能源的可持續(xù)發(fā)展習(xí)題課三閉合電路歐姆定律的應(yīng)用教案粵教版必修3

PAGE6-習(xí)題課三閉合電路歐姆定律的應(yīng)用eq\a\vs4\al(綜合提能一)eq\a\vs4\al(閉合電路的動(dòng)態(tài)分析)[學(xué)問貫穿]閉合電路動(dòng)態(tài)問題的分析方法(1)程序法①分析電路，明確各部分電路的串、并聯(lián)關(guān)系及電流表或電壓表的測量對象；②由局部電阻改變推斷總電阻的改變；③由I＝eq\f(E,R＋r)推斷總電流的改變；④據(jù)U＝E－Ir推斷路端電壓的改變；⑤由歐姆定律及串、并聯(lián)電路的規(guī)律推斷各部分的電路電壓及電流的改變。(2)結(jié)論法——“并同串反”“并同”：是指某一電阻增大時(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大；某一電阻減小時(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小?！按础保菏侵改骋浑娮柙龃髸r(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減??；某一電阻減小時(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大。eq\a\vs4\al([典例1])電動(dòng)勢為E、內(nèi)阻為r的電源與定值電阻R1、R2及滑動(dòng)變阻器R連接成如圖所示的電路。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的觸頭由中點(diǎn)滑向b端時(shí)，下列說法正確的是()A．電壓表和電流表讀數(shù)都增大B．電壓表和電流表讀數(shù)都減小C．電壓表讀數(shù)增大，電流表A1讀數(shù)減小，A2讀數(shù)增大D．電壓表讀數(shù)減小，電流表A1讀數(shù)增大，A2讀數(shù)減小[解析]由題圖可知滑動(dòng)變阻器的觸頭由中點(diǎn)滑向b端時(shí)，滑動(dòng)變阻器連入電路中的阻值R增大，則外電路的總阻值R總增大，干路電流I＝eq\f(E,R總＋r)，因R總增大，所以I減小，故A1示數(shù)減??；路端電壓U＝E－Ir，因I減小，所以U增大，即電壓表的讀數(shù)增大；R2兩端電壓U2＝E－I(R1＋r)，因I減小，所以U2增大，由I2＝eq\f(U2,R2)知，I2增大，即電流表A2的讀數(shù)增大，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤。[答案]C閉合電路的動(dòng)態(tài)分析方法(1)程序法：局部→整體→局部。(2)“并同串反”法：所謂“并同”，即某一電阻增大時(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大，反之則減小；所謂“串反”，即某一電阻增大時(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小，反之則增大。[集訓(xùn)提能]1．在如圖所示的電路中，E為電源電動(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的滑片在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?，F(xiàn)將R2的滑片向b端移動(dòng)，則三個(gè)電表示數(shù)的改變狀況是()A．I1增大，I2不變，U增大B．I1減小，I2增大，U減小C．I1增大，I2減小，U增大D．I1減小，I2不變，U減小解析：選B電路結(jié)構(gòu)：R1、R2并聯(lián)后再與R3串聯(lián)，電流表A1測通過R1的電流I1，電流表A2測通過R2的電流I2，電壓表V測路端電壓U。R2的滑片由a滑向b時(shí)，R2阻值減小，電路總電阻減小，則總電流I增大；依據(jù)閉合電路歐姆定律知路端電壓U＝E－Ir，所以電壓表示數(shù)U減??；R1兩端電壓U1＝U－U3，而U3＝IR3，U3增大，所以U1減小，則I1減小，而I＝I1＋I(xiàn)2，所以I2增大，B正確，A、C、D錯(cuò)誤。2．[多選]如圖所示，電路中定值電阻阻值R大于電源內(nèi)阻阻值r。將滑動(dòng)變阻器滑片向下滑動(dòng)，志向電壓表V1、V2、V3示數(shù)改變量的肯定值分別為ΔU1、ΔU2、ΔU3，志向電流表A示數(shù)改變量的肯定值為ΔI，則()A．A的示數(shù)增大B．V2的示數(shù)增大C．ΔU3與ΔI的比值大于rD．ΔU1大于ΔU2解析：選ACD電路中定值電阻與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表V1測定值電阻兩端電壓，電壓表V3測滑動(dòng)變阻器兩端電壓，電壓表V2測外電路電壓，電流表A測通過干路中的電流?；瑒?dòng)變阻器的滑片向下滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻減小，電路中的總電阻變小，總電流變大，志向電流表A的示數(shù)變大，選項(xiàng)A正確；U1＝IR，V1的示數(shù)增大，U2＝E－Ir，V2的示數(shù)減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由U3＝E－I(r＋R)，知eq\f(ΔU3,ΔI)＝R＋r，選項(xiàng)C正確；ΔU1＝ΔIR，ΔU2＝ΔIr，因?yàn)镽>r，所以ΔU1>ΔU2，選項(xiàng)D正確。eq\a\vs4\al(綜合提能二)eq\a\vs4\al(電源的有關(guān)功率和效率問題)[學(xué)問貫穿]1．電源的功率P：電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的功率，也稱為電源的總功率，計(jì)算式為：P＝IE(普遍適用)，P＝eq\f(E2,R＋r)＝I2(R＋r)(只適用于外電路為純電阻的電路)。2．電源內(nèi)阻消耗功率P內(nèi)：電源內(nèi)阻的熱功率，也稱為電源的損耗功率，計(jì)算公式為P內(nèi)＝I2r。3．電源的輸出功率P出：外電路上消耗的功率，計(jì)算式為：P出＝IU外(普遍適用)，P出＝I2R＝eq\f(E2R,R＋r2)(只適用于外電路為純電阻的電路)。4．輸出功率隨外電阻R的改變關(guān)系電源的輸出功率：P出＝U外I＝eq\f(RE2,R＋r2)＝eq\f(E2,\f(R－r2,R)＋4r)。由上式可以看出：(1)當(dāng)R＝r時(shí)，電源的輸出功率最大，P出＝eq\f(E2,4r)，此時(shí)電源效率η＝50%。(2)當(dāng)R>r時(shí)，隨著R的增大輸出功率越來越小。(3)當(dāng)R<r時(shí)，隨著R的增大輸出功率越來越大。(4)當(dāng)P出<Pm時(shí)，每個(gè)輸出功率對應(yīng)兩個(gè)可能的外電阻R1和R2，且R1R2＝r2(可轉(zhuǎn)化為關(guān)于R的一元二次方程，利用根與系數(shù)的關(guān)系得出)。(5)P出與R的關(guān)系如圖所示。5．電源的效率：η＝eq\f(P出,P)＝eq\f(UI,EI)＝eq\f(U,E)η＝eq\f(R,R＋r)，只適用于外電路為純電阻的電路，由上式可知，外電阻R越大，電源的效率越高。eq\a\vs4\al([典例2])[多選]如圖甲所示，電動(dòng)勢為E、內(nèi)阻為r的電源與R＝8Ω的定值電阻、滑動(dòng)變阻器RP、開關(guān)S串聯(lián)組成回路，已知滑動(dòng)變阻器消耗的功率P與其接入電路的有效阻值RP的關(guān)系如圖乙所示。下列說法正確的是()A．電源的電動(dòng)勢E＝eq\f(2\r(10),5)V，內(nèi)阻r＝2ΩB．圖乙中Rx＝25ΩC．滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)時(shí)，R消耗的功領(lǐng)先增大后減小D．調(diào)整滑動(dòng)變阻器RP的阻值可以得到該電源的最大輸出功率為1.28W[解析]把R等效為電源的內(nèi)阻，依據(jù)題圖乙圖像知功率最大時(shí)RP＝R＋r＝10Ω，eq\f(E2,4R＋r)＝0.4W，解得E＝4V，r＝2Ω，A錯(cuò)誤；滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為4Ω時(shí)與接入電路的阻值為Rx時(shí)消耗的功率相等，故Rx＝25Ω，B正確；當(dāng)滑動(dòng)變阻器RP的滑片向左滑動(dòng)時(shí)，其接入電路的電阻增加，電流減小，R消耗的功率減小，C錯(cuò)誤；因?yàn)槎ㄖ惦娮鑂的阻值大于電源內(nèi)阻的阻值，故滑動(dòng)變阻器RP的阻值為0時(shí)，電源的輸出功率最大，最大功率為Pmax＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(E,R＋r)))2R＝1.28W，D正確。[答案]BD功率最大值的求解方法(1)流過電源的電流最大時(shí)，電源的功率、內(nèi)損耗功率均最大。(2)對某定值電阻來說，其電流最大時(shí)功率也最大。(3)電源的輸出功率在外電阻等于內(nèi)阻時(shí)最大，若不能相等，外電阻越接近內(nèi)阻時(shí)，電源的輸出功率越大。(4)對于外電路中部分不變電阻來說，可以寫出其功率表達(dá)式，利用數(shù)學(xué)學(xué)問求其極值。[集訓(xùn)提能]1．[多選]如圖所示，圖線AB是某電源的路端電壓隨電流改變的關(guān)系圖線，OM是固定電阻R兩端的電壓隨電流改變的圖線，由圖可知()A．該電源的電動(dòng)勢為6V，內(nèi)阻是2ΩB．固定電阻R的阻值為1ΩC．該電源的最大輸出功率為9WD．當(dāng)該電源只向電阻R供電時(shí)，其效率約為66.7%解析：選CD由圖線AB可知電源的電動(dòng)勢E＝6V，短路電流為6A，依據(jù)r＝eq\f(E,I短)＝1Ω，故A錯(cuò)誤；依據(jù)R＝eq\f(ΔU,ΔI)得：R＝2Ω，故B錯(cuò)誤；當(dāng)外電路電阻等于電源內(nèi)阻時(shí)，電源的輸出功率最大，所以該電源的最大輸出功率P＝eq\f(E2,4r)＝9W，故C正確；當(dāng)該電源只向電阻R供電時(shí)，電源效率η＝eq\f(UI,EI)×100%＝eq\f(4,6)×100%＝66.7%，故D正確。2.如圖所示，電源的電動(dòng)勢是6V，內(nèi)電阻是0.5Ω，電動(dòng)機(jī)M的線圈電阻為0.5Ω，定值電阻R0為3Ω，若電壓表的示數(shù)為3V，試求：(1)電源的總功率和電源的輸出功率；(2)電動(dòng)機(jī)消耗的功率和電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率。解析：(1)在串聯(lián)電路中，電壓表測R0兩端的電壓，由歐姆定律得I＝eq\f(U,R0)＝eq\f(3,3)A＝1A，電源的總功率P總＝EI＝6×1W＝6W。由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律得：P輸出＝P總－I2r源＝6W－12×0.5W＝5.5W。(2)電源的輸出功率為電動(dòng)機(jī)和定值電阻獲得功率之和，即P輸出＝PM＋P0，故PM＝P輸出－P0＝P輸出－I2R0＝5.5W－3W＝2.5W，由PM＝P機(jī)＋PMr得P機(jī)＝PM－PMr＝PM－I2r機(jī)＝2.5W－12×0.5W＝2W。答案：(1)6W5.5W(2)2.5W2Weq\a\vs4\al(綜合提能三)eq\a\vs4\al(含容電路的分析與計(jì)算)[學(xué)問貫穿]1．電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無電流通過，所以在此支路中的電阻上無電壓降低，因此電容器兩極間的電壓就等于該支路兩端的電壓。2．當(dāng)電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時(shí)，電容器兩極間的電壓與其并聯(lián)電阻兩端的電壓相等。3．電路的電流、電壓改變時(shí)，將會(huì)引起電容器的充(放)電。假如電容器兩端電壓上升，電容器將充電；假如電容器兩端電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電。eq\a\vs4\al([典例3])如圖所示，電源電動(dòng)勢E＝10V，內(nèi)阻可忽視，R1＝4Ω，R2＝6Ω，C＝30μF，求：(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的電荷量。[解析](1)S閉合后，電路穩(wěn)定時(shí)，R1、R2串聯(lián)，通過R1的電流I＝eq\f(E,R1＋R2)＝1A。(2)S閉合時(shí)，電容器兩端電壓UC＝U2＝IR2＝6V，儲(chǔ)存的電荷量Q＝CUC，S斷開至達(dá)到穩(wěn)定后電路中電流為零，此時(shí)UC′＝E，儲(chǔ)存的電荷量Q′＝CUC′，電容器上的電荷量增加了ΔQ＝Q′－Q＝CUC′－CUC＝1.2×10－4C電容器上電荷量的增加是在S斷開以后才產(chǎn)生的，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上增加的電荷量。[答案](1)1A(2)1.2×10－4C含電容器電路的分析與計(jì)算方法(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)依據(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)最終依據(jù)公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求電荷量及其改變量。[集訓(xùn)提能]1．如圖所示的電路中，已知電容C1＝C2，電阻R1＝R2，電源電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻為r，當(dāng)開關(guān)S由閉合狀態(tài)斷開時(shí)，下列說法中正確的是()A．電容器C1的電荷量增多，電容器C2的電荷量削減B．電容器C1的電荷量削減，電容器C2的電荷量增多C．電容器C1、C2的電荷量都增多D．電容器C1、C2的電荷量都削減解析：選C開關(guān)S閉合時(shí)，電容器C1兩端電壓與R2兩端電壓相等，C2兩端電壓與R1兩端電壓相等；開關(guān)S斷開時(shí)，電路斷路，電容器C1、C2兩端電壓均等于電源電動(dòng)勢E，由Q＝CU知，電容器C1、C2的電荷量均增多，C正確。2．在如圖所示的電路中，R1＝11Ω，r＝1Ω，R2＝R3＝6Ω，當(dāng)開關(guān)S閉