《2017_2018学年高中物理第二章直流电路第9讲习题课：闭合电路欧姆定律和电路中的能量转化学案教科.wps》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017_2018学年高中物理第二章直流电路第9讲习题课：闭合电路欧姆定律和电路中的能量转化学案教科.wps（16页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第 9 9 讲 习题课：闭合电路欧姆定律和电路中的能量转化 目标定位 1.会用闭合电路欧姆定律分析动态电路.2.知道电路中闭合电路的功率关系，会 计算闭合电路的功率.3.会利用闭合电路欧姆定律进行含电容器电路的分析与计算.4.知道短 路与断路，并会在闭合电路中进行故障分析 一、闭合电路的动态分析 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U 内的变化U 外的变化 并联分流I 固定支路串联分压U)变化支路 (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
2、及变阻器滑动引起的电路变化问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论 例 1 如图 1 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( ) 图 1 AR1两端的电压减小 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 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 U1IR1增大，故 A、C 错误；总电流增大，内电压增大，则路端电压 UEIr 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 R
3、2的电流增大，故 D 错误 答案 B 1 动态电路的分析方法 (1)程序法：按照局部整体局部的程序分析 (2)“”并同串反 规律：所谓“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，反之则减小；所谓 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 二、闭合电路的功率和效率 1电源的总功率：P 总EI；电源内耗功率 P 内U 内 II2r；电源输出功率 P 出U 外 I. E 2 E2 2对于纯电阻电路，电源的输出功率 P 出I2R(Rr ) R ，当 Rr 时，电 （Rr）2 4r R E2 源的输
4、出功率最大，其最大输出功率为 P 电源输出功率随外电阻的变化曲线如图 2 所示 4r 图 2 P 出 IU U 3电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即 .对于纯电阻电路， P 总 IE E I2R R 1 电源的效率 ，所以当 R 增大时，效率提高当 Rr(电源有最 I2（Rr） Rr r 1 R 大输出功率)时，效率仅为 50%，效率并不高 例 2 如图 3 所示，电路中 E3 V，r0.5 ，R01.5 ，变阻器的最大阻值 R10 . 图 3 2 (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
5、的功率最大？最大为多大？ 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 RrR02 时，R 消耗功率最大为： E2 32 9 Pm W W. 4R 4 2 8 (2)定值电阻 R0上消耗的功率可以表示为：PI2R0，因为 R0不变，当电流最大时功率最大， 此时应有电路中电阻最小，即当 R0 时，R0上消耗的功率最大： E2 32 27 Pm R0 1.5 W W. （R0r）2 （1.50.5）2 8 9 27 答案 (1)2 W (2)0 W 8 8 (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
6、 为电源内阻 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(只考虑电容器是理想的，不漏电的情况)的元件，电容器 处电路可看做是断路，简化电路时可去掉它 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
7、电路放电 例 3 如图 4 所示，电源电动势 E10 V，内阻可忽略，R14 ，R26 ，C30F，求： 3 图 4 (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的电荷量 E 解析 (1)S闭合后，电路稳定时，R1、R2串联，易求 I 1 A，即为通过 R1的电流 R1R2 (2)S闭合时，电容器两端电压 UCU2IR26 V，储存的电荷量 Q1CUC.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 Q1CUC.很显然电容器上的电荷量 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，只有通
8、过 R1这条途径实现，所以流过 R1的电荷量就是电容器上增加的电荷量 答案 (1)1 A (2)1.2104 C 含电容器电路的分析与计算方法： (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 QCU 或QCU，求电荷量及其变化量 四、电路故障分析 用电压表检查故障： (1)断路故障判断：先用电压表与电源并联，若有示数，再逐段与电路并联，若电压表指针偏 转，则说明该段电路中有断点 (2)短路故障判断：先用电压表与电源并联，若有示数，再逐段与电路并联，若电压表示数为 零，则说明该段电路被短路 例 4 如图 5 所
9、示，用电压表检查电路的故障，测得 Uad5.0 V，Ucd0，Uab5.0 V，则此故 障可能是( ) 4 图 5 AL 断路 BR 断路 CR断路 DS 断路 解析 Uab5.0 V、Uad5.0V 说明 b、c、d 与电源之间和 a 与电源之间的元件和导线是完好的， 又 Ucd0，只能是 R 断路 答案 B 1(闭合电路的动态分析)如图 6 所示电路，电源内阻不可忽略开关 S 闭合后，在变阻器 R0 的滑动端向下滑动的过程中( ) 图 6 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 答案 A E 解
10、析 由变阻器 R0的滑动端向下滑可知 R0连入电路的有效电阻减小，则 R 总减小，由 I R 总r 可知 I 增大，由 U 内Ir 可知 U 内增大，由 EU 内U 外可知 U 外减小，故电压表示数减小由 U2 U1IR1可知 U1增大，由 U 外U1U2可知 U2减小，由 I2 可知电流表示数减小，故 A 正确 R2 2(闭合电路的功率和效率)如图 7 所示，直线 A 为电源的 UI 图线，直线 B 为电阻 R 的 U I 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( ) 5 图 7 A4 W，33.3% B2 W，33.3% C4 W，66.7% D2 W，66.7%
11、答案 C 解析 从题图中可知 E3 V，直线 A 和直线 B 的交点是电源和电阻 R 构成闭合电路的工作点， U 因此 P 出 UI4 W，P 总EI6 W电源的效率 66.7%. E 3(含容电路分析)(多选)在如图 8 所示的电路中，灯泡 L 的电阻大于电源的内阻 r，闭合开 关 S，将滑动变阻器的滑片 P 向左移动一段距离后，下列结论正确的是( ) 图 8 A灯泡 L 变亮 B电源的输出功率变小 C电容器 C 上电荷量减少 D电流表读数变小，电压表读数变大 答案 BD 解析 将滑动变阻器的滑片 P 向左移动一段距离后，R 的阻值变大，电路中电流变小，灯泡 L 变暗，A 错误；路端电压变大
12、，电阻 R 两端电压变大，电容器 C 两端电压变大，电容器 C 上电 荷量增加，C 错误，D 正确；当外电路电阻等于电源的内阻时电源的输出功率最大，灯泡 L 的 电阻 大于电源的内阻 r，则当 P 向左移动一段距离后，外电路电阻比 r 大得越多，电源的输出功率 变小，B 正确 4(电路故障分析)如图 9 所示，灯泡 L1、L2原来都正常发光，在两灯突然熄灭后，用电压表 6 测得 c、d 间电压比灯泡正常发光时的电压高，故障的原因可能是(假设电路中仅有一处故 障)( ) 图 9 Aa、c 间断路 Bc、d 间断路 Cb、d 间断路 Db、d 间短路 答案 B 解析 因电路中 L1、L2、R 及电
13、源串联，电路中只有一处故障且两灯不亮，电路中必是断路， 故 D 错误电路中无电流，但 c、d 间电压升高，是因为 c、d 间断路，c、d 两点分别与电源 正、负极等电势故正确答案为 B. 题组一 闭合电路的动态分析 1如图 1 所示，电路中电源的电动势为 E，内电阻为 r，开关 S 闭合后，当滑动变阻器 R 的滑 片 P 向右移动的过程中，三盏规格相同的小灯泡 L1、L2、L3的亮度变化情况是( ) 图 1 A灯 L1、L2变亮，灯 L3变暗 B灯 L2、L3变亮，灯 L1变暗 C灯 L1、L3变暗，灯 L2变亮 D灯 L2、L3变暗，灯 L1变亮 答案 C 解析 变阻器与灯 L1串联后与灯
14、L2并联，再与灯 L3串联将滑动变阻器的滑片 P 向右移动的 过程中，变阻器接入电路的电阻增大，外电路总电阻增大，由闭合电路欧姆定律得知：干路电 流 I 减小，则通过 L3的电流减小，L3变暗，L3两端电压和电源内阻所占电压都减小，则并联 部分电压增大，所以流过灯 L2的电流变大，L2变亮，I1II2，I 减小，I2增大，则 I1减小， 7 灯 L1变暗故 C 正确 2如图 2 所示的电路中，R1、R2为定值电阻，电源的电动势为 E、内阻为 r.若开关 S0、S1均 闭合时，电压表读数为 U，电流表读数为 I，当 S1断开时( ) 图 2 A电压表示数变小，电流表示数变小 B电压表示数变小，电
15、流表示数变大 C电压表示数变大，电流表示数变小 D电压表示数变大，电流表示数变大 答案 A 解析 由电路图可知，当开关 S1闭合时，R1被短路，此时电路是 R2的简单电路，当开关 S1断 开时，R1、R2串联，总电阻变大，干路电流变小，所以电流表示数减小，根据欧姆定律 UIR 可知，R2两端的电压减小，所以电压表示数也减小，故 A 正确 题组二 闭合电路的功率和效率 3两个电池 1 和 2 的电动势 E1E2，它们分别向同一电阻 R 供电，电阻 R 消耗的电功率相同比 较供电时电池 1 和 2 内部消耗的电功率 P1和 P2及电池的效率 1和 2的大小，则有( ) AP1P2，12 BP1P2
16、，12 CP1P2，12 DP1P2，12 答案 B E1 E2 解析 因为 P、R 相等，则电流 I 相等由 I ；因 E1E2，则 r1r2，所以 P1 Rr1 Rr2 P 出 I2R P2，而 ，所以 与 E 成反比，故 12，故选 B. P 总 EI 8 4. 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 3 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 为一个电阻 R 两端的电压与电流关系的图线，将这个电阻 R 分别接到 a、b 两电源上，那么( ) 图 3 AR 接到电源 a 上，电源的效率较低
17、 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 UI U 解析 电源的效率 ，由题图可知 A 与 C 交点处电压大于 B 与 C 交点处电压，则 R 接 EI E 在电源 a 上效率较高；电源输出功率 PUI，由题图易得 R 接在电源 a 上输出功率较大，A、 B、D 错误，C 正确 5电动势为 E、内阻为 r 的电池与定值电阻 R0、变阻器 R 串联，如图 4 所示，设 R0r，Rab 2r，当变阻器的滑片自 a 端向 b 端滑动时，下列各物理量中随之减小的是( ) 图
18、 4 A电池的输出功率 B变阻器消耗的功率 C固定电阻 R0消耗的功率 D电池内阻消耗的功率 答案 B 解析 根据推论：当外电阻等于电源的内阻时，电源的输出功率最大，滑片自 a 端向 b 端滑动 时，由于 R0r，Rab2r，外电阻大于电源的内阻，当变阻器的滑片自 a 端向 b 端滑动时，则 变阻器接入电路的电阻减小，电池的输出功率增大故 A 错误；电路中电流增大，固定电阻 R0 上和电源的内阻上消耗功率增大将 R0看成电源的内阻，则有 R0r2r，而 Rab2r，利用 9 推论可知，滑片在 a 点时变阻器的功率最大，滑片向右滑动时，变阻器消耗的功率减小故 B 正确，C、D 错误 题组三 含容
19、电路分析 6(多选)M、N 是一对水平放置的平行板电容器，将它与一电动势为 E，内阻为 r 的电源组成 如图 5 所示的电路，R 是并联在电容器上的滑动变阻器，G 是灵敏电流计，在电容器的两极板 间有一带电的油滴处于悬浮状态，如图所示，现保持开关 S 闭合，将滑动变阻器的滑片向上滑 动，则( ) 图 5 A在滑片滑动时，灵敏电流计中有从 b 向 a 的电流 B在滑片滑动时，灵敏电流计中有从 a 向 b 的电流 C带电油滴将向上运动 D带电油滴将向下运动 答案 BC R 解析 电容器两极板间的电压 U E，当将滑动变阻器的滑片向上滑动时，R 增大，U 增大， Rr 电容器的电荷量增加，处于充电状
20、态，灵敏电流计中有电流，由于电容器上板带正电，则灵敏 U 电流计中有从 a 向 b 的电流，故 A 错误，B 正确；U 增大，由 E 分析得知，板间场强增大， d 则带电油滴将向上运动，故 C 正确，D 错误 7.阻值相等的四个电阻、电容器 C 及电池 E(内阻可忽略)连接成如图 6 所示电路开关 S 断开 且电流稳定时，C 所带的电荷量为 Q1；闭合开关 S，电流再次稳定后，C 所带的电荷量为 Q2.Q1 与 Q2的比值为( ) 图 6 2 1 3 2 A. B. C. D. 5 2 5 3 答案 C 10 解析 S 断开时等效电路如图甲所示 图甲 E 2 1 1 电 容器两端电压为 U1
21、R E； 2 3 2 5 R R 3 S 闭合时等效电路如图乙所示 图乙 E 1 1 电 容器两端电压为 U2 R E， 1 2 3 R R 2 Q1 U1 3 由 QCU 得 ，故选项 C 正确 Q2 U2 5 题组四 电路故障分析 8如图 7 所示的电路中，闭合开关后，电压表有示数、电流表指针几乎不动关于电路故障 分析正确的是( ) 图 7 A灯泡 L1短路 B灯泡 L1断路 C灯泡 L2短路 D灯泡 L2断路 答案 D 解析 如果灯泡 L1短路，电路电阻较小，电流表指针偏转角度应较大此选项不符合题意； 11 如果灯泡 L1断路，整个电路断路，电压表、电流表指针都不会偏转此选项不符合题意；
22、如 果灯泡 L2短路，电路电阻较小，电流表指针偏转角度应较大；电压表相当于与导线并联无示 数此选项不符合题意；如果灯泡 L2断路，电压表测量电源电压，指针会明显偏转；电路电 流特别小，指针几乎不动，此选项符合题意 9如图 8 所示，E 为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3均为定值电阻， 与 均为理想电表； 开始时开关 S 闭合， 均有读数，某时刻发现 和 读数均变大，则电路中可能出现的故 障是( ) 图 8 AR1断路 BR2断路 CR1短路 DR3短路 答案 B 解析 若 R1断路，电流表 中没有读数，不符合题意，故 A 错误；若 R2断路，外电路总电阻 增大，总电流减小，内电压减小，则电
23、压表读数变大；R3的分压增大，则电流表 的读数变大， 符合题意，故 B 正确；若 R1短路，外电路总电阻减小，总电流增大，内电压增大，则电压表 读数变小，不符合题意，故 C 错误；若 R3短路，外电路总电阻减小，总电流增大，内电压增 大，则电压表读数变小，不符合题意，故 D 错误 题组五 综合应用 10如图 9 所示，R 为电阻箱， 为理想电压表，当电阻箱读数为 R12 时，电压表读数为 U1 4 V；当电阻箱读数为 R25 时，电压表读数为 U25 V求： 图 9 (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
24、 V 1 (2)1 9 W 12 U1 解 析 (1)由闭合电路欧姆定律 EU1 r R1 U2 E U2 r R2 联立并代入数据解得 E6 V，r1 E2 (2)由电功率表达式 P R （Rr）2 E2 将式 变形为 P （Rr）2 4r R 由式知，Rr1 时， E2 P 有最大值 Pm 9 W 4r 11如图 10 所示的电路中，R13 ，R26 ，R31.5，C20F.当开关 S 断开时，电 源所释放的总功率为 2 W；当开关 S 闭合时，电源所释放的总功率为 4 W，求： 图 10 (1)电源的电动势和内电阻； (2)闭合 S 时，电源的输出功率； (3)S断开和闭合时，电容器所带
25、的电荷量各是多少？ 答案 (1)4 V 0.5 (2)3.5 W (3)6105 C 0 解析 (1)S断开时：外电路 R2、R3串联： EI1(R2R3)I1r P1EI1 S 闭合时：外电路 R1、R2并联后与 R3串联 R1R2 R 外R3 R1R2 3 6 代入数据 R 外(1.5 )3.5 36 对闭合电路 EI2R 外I2r P2EI2 13 E4 V r 0.5 由可得I21 A ) I10.5 A (2)闭合 S 时，电源的输出功率 PI R 外123.5 W3.5 W 2 (3)S断开时 Q1CUR2201060.56 C6105 C S 闭合，电容器两端的电势差为零，则 Q20 14