2017-2018学年沪科版高中物理选修3-1学案：第4章探究闭合电路欧姆定律章末分层突破学案 word版含答案

第4章 探究闭合电路欧姆定律章末分层突破UIrEIrUItI2Rt内电阻 关于闭合电路的动态分析问题电路中局部的变化会引起整个电路电流、电压、电功率的变化，“牵一发而动全局”是电路问题的一个特点电路动态分析的基本方法：1分析电路的连接关系，各电表所测的对象，明确变阻器阻值的变化情况2先整体，后局部，注意内、外电路的联系首先判断外电阻R的变化情况，再根据闭合电路欧姆定律I判断干路电流的变化，进而明确路端电压的变化情况3由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分电路电压及电流的变化，并且遵循“先分析串联电路后分析并联电路，先分析定值电阻后(间接)分析可变电阻”的原则如图41所示，电路中R1、R2均为可变电阻，电源内阻不能忽略，平行板电容器C的极板水平放置闭合电键S，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两板之间静止不动如果仅改变下列某一个条件，油滴仍能静止不动的是()图41A增大R1的阻值B增大R2的阻值C增大两板间的距离D断开电键S【解析】为了保证带电油滴悬浮在两板之间静止不动，就要使电容器两板之间的场强E不变，电路稳定后，和电容器相串联的电阻对电容器两端的电压不产生影响，而增大R1的阻值将使电容器两端的电压增大，根据E可知，E增大，故A错误；增大R2的阻值，电容器两端的电压不变，E不变，故B正确；增大两板间的距离，E减小，故C错误；断开电键S，电容器两端的电压发生改变，D错误【答案】B在如图42所示的电路中，两个灯泡均发光，当滑动变阻器的滑动触头向下滑动时，则()图42AA灯变亮，B灯变暗BA灯和B灯都变亮C电源的输出功率减小D电源的工作效率降低【解析】当滑动触头向下滑动时，R总变大，由I总，UAEI总R1知UA增大，故A灯变亮，I总IAIBIR2，I总减小，而IA、IR2均增加，故IB减小，B灯变暗，A正确，B错误P输()2R总，当R总增加时，因R总与r大小关系未知，不能判断P输具体如何变化，故C错误，100%100%，当R总增加时，增加，故D错误【答案】A纯电阻电路和非纯电阻电路1.对于纯电阻电路(如白炽灯、电炉丝等构成的电路)，电流做功将电能全部转化为内能，WQUIttPt.2对于非纯电阻电路(如含有电动机、电解槽等的电路)，电功大于电热在这种情况下，不能用I2Rt或t来计算电功，电功用WUIt来计算，电热用QI2Rt计算如图43所示，电解槽A和电炉B并联后接到电源上，电源内阻r1 ，电炉电阻R19 ，电解槽电阻r0.5 .当S1闭合、S2断开时，电炉消耗功率为684 W；S1、S2都闭合时电炉消耗功率为475 W(电炉电阻可看作不变)试求： 【导学号：29682026】图43(1)电源的电动势；(2)S1、S2都闭合时，流过电解槽的电流大小；(3)S1、S2都闭合时，电解槽中电能转化成化学能的功率【解析】(1)设S1闭合、S2断开时电炉功率为P1，电炉中电流I A6 A，电源电动势EI(Rr)120 V.(2)设S1、S2都闭合时电炉功率为P2，电炉中电流为I A5 A，电源路端电压为UIR519 V95 V，流经电源的电流为I1 A25 A，流过电解槽的电流为IAI1I20 A.(3)电解槽消耗的电功率PAIAU2095 W1 900 W，电解槽内热损耗功率P热Ir2020.5 W200 W，电解槽中电能转化成化学能的功率为P化PAP热1 700 W.【答案】(1)120 V(2)20 A(3)1 700 W1电炉为纯电阻用电器，其消耗的电能全部转化为电热2电解槽为非纯电阻用电器，其消耗的电能转化为电热和化学能两部分 含电容器电路的分析与计算在直流电路中，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，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，可接在相应的位置上分析和计算含有电容器的直流电路时，需注意以下几点：(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，因此电容器两极板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，电容器两极板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；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电如图44所示，E10 V，r1 ，R1R35 ，R24 ，C100 F.当S断开时，电容器中带电粒子恰好处于静止状态求：图44(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. 【导学号：29682027】【解析】开始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，mg.S闭合后，UCE8 V设带电粒子加速度为a，则mgma，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.【答案】(1)g方向竖直向上 (2)4104 C1用如图45所示电路测量电源的电动势和内阻实验器材：待测电源(电动势约3 V，内阻约2 )，保护电阻R1(阻值10 )和R2(阻值5 )，滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干图45实验主要步骤：()将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；()逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；()以U为纵坐标，I为横坐标，作UI图线(U、I都用国际单位)；()求出UI图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a.回答下列问题：(1)电压表最好选用_；电流表最好选用_A电压表(03 V，内阻约15 k)B电压表(03 V，内阻约3 k)C电流表(0200 mA，内阻约2 )D电流表(030 mA，内阻约2 )(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是_A两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱B两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱C一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱D一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱(3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式，E_，r_，代入数值可得E和r的测量值【解析】(1)由于待测电源的电动势为3 V，故电压表应选03 V量程，而该电路中电压表分流越小，实验误差越小，故选大内阻的电压表，故电压表选A.回路中电流的最大值Imax158 mA，故电流表选C.(2)当电压表示数变大时，说明外电路电阻变大，即滑片从左向右滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻变大，对于A、B两选项，在滑片移动的过程中回路电阻不变，选项C中滑片向右移动时回路电阻变大，选项D中，滑片向右移动时回路电阻变小，故选项C正确(3)根据闭合电路欧姆定律，得EUI(R2r)，即UEI(R2r)，所以kR2r，所以rkR2，横截距为U0时，Ia，即0Eak，所以Eak.【答案】(1)AC(2)C(3)akkR22下列说法正确的是()A电流通过导体的热功率与电流大小成正比B力对物体所做的功与力的作用时间成正比C电容器所带电荷量与两极间的电势差成正比D弹性限度内，弹簧的劲度系数与弹簧伸长量成正比【解析】在导体电阻一定的条件下，由PI2R知热功率与电流的二次方成正比，选项A错误根据功的公式可知其大小与力的作用时间无关，选项B错误由电容的定义式可得QCU，即电荷量与两极间的电势差成正比，选项C正确弹簧的劲度系数只跟弹簧本身有关，与弹簧伸长量无关，选项D错误【答案】C3如图46甲所示的电路中，恒流源可为电路提供恒定电流I0，R为定值电阻，电流表、电压表均可视为理想电表某同学利用该电路研究滑动变阻器RL消耗的电功率改变RL的阻值，记录多组电流、电压的数值，得到如图乙所示的UI关系图线 甲 乙图46回答下列问题：(1)滑动触头向下移动时，电压表示数_(填“增大”或“减小”)(2)I0 _A.(3)RL消耗的最大功率为_W(保留一位有效数字)【解析】(1)滑动触头向下移动，RL变小，RL与R并联后的总电阻R总变小，由于电路连接恒流源，根据UIR总可得电压表示数减小(2)若滑动触头滑至最下端，RL0，定值电阻R被短路，电流表示数即为干路电流，由UI图像，当U0时，I0I1.0 A.(3)由UI图像得解析式U20I20，根据PUI得：P20I220I，则当I0.5 A时，P有最大值，Pmax5 W.【答案】(1)减小(2)1.00(0.98、0.99、1.01均正确)(3)54用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V，内电阻约1 )的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材供选用：A电流表：量程0.6 A，内电阻约1 B电流表：量程3 A，内电阻约0.2 C电压表：量程3 V，内电阻约30 kD电压表：量程6 V，内电阻约60 kE滑动变阻器：01 000 ，额定电流0.5 AF滑动变阻器：020 ，额定电流2 A(1)为了使测量结果尽量准确，电流表应选用_，电压表应选用_，滑动变阻器应选用_(均填仪器的字母代号)(2)图47为正确选择仪器后，连好的部分电路为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将_和_相连、_和_相连、_和_相连(均填仪器上接线柱的字母代号)图47(3)实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U.用图像法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线，则可以_为纵坐标，以_为横坐标【解析】(1)为了使测量更准确，电流表选量程为0.