2017届高中物理第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路第2讲习题课闭合电路的分析与计算学案鲁科版选修.docx

第2讲习题课闭合电路的分析与计算目标定位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.会利用闭合电路的欧姆定律进行含电容器电路的分析与计算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升高电动势等于内外电路电势降落之和2闭合电路欧姆定律的几种表达形式(1)电流形式：I，说明电流与电源电动势成正比，与电路的总电阻成反比(2)电压形式：EIRIr或EU外U内，表明电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和.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外的变化固定支路变化支路(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1A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解析由变阻器R0的滑动端向下滑可知R0连入电路的有效电阻减小，则R外减小，由I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正确借题发挥闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化的问题的分析方法如下：R局R总I总U外二、闭合电路的功率和效率1闭合电路的能量关系由闭合电路的欧姆定律EU外U内得闭合电路的能量关系：qEqU外qU内此式反映了电源克服静电力做的功等于内外电路消耗的电能之和2闭合电路的功率关系由式可得：闭合电路的功率关系为：EIIUI2r其中，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.3对于纯电阻电路，电源的输出功率P出I2R()2R，当Rr时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为P.电源输出功率随外电阻变化曲线如图2所示图24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，电源的效率，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%，效率并不高例2如图3所示，电路中E3V，r0.5，R01.5，变阻器的最大阻值R10.图3(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上消耗的功率最大？最大为多大？答案(1)2W(2)0W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：PmWW.(2)定值电阻R0上消耗的功率可以表达为：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：PmR01.5WW.借题发挥在解答第二问时，有些同学又会用第一问的方法来求解，把R归为内阻，调节R使内阻RrR0，这样使用是错误的因为R0是定值电阻，由PI2R0知，只要电流最大，P就最大在研究电阻R上消耗的最大功率时，应注意区分“可变与定值”这两种情况，两种情况中求解的思路和方法是不相同的三、含电容器电路的分析与计算1在分析电路的特点时，把电容器支路看成断路，即去掉该支路，简化后若要分析电容器所带电荷量时，可在相应的位置补上2确定电容器和哪部分电路并联，该部分电路两端电压即电容器两端电压3当电容器和某一电阻串联后接在某一电路两端时，由于电容器所在支路无电流通过，在此支路的电阻两端电压为零，此电路两端电压即电容器两端电压，而与电容器串联的电阻可看成导线例3如图4所示，电源电动势E10V，内阻可忽略，R14，R26，C30F，求：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的总电荷量答案(1)1A(2)1.2104C解析(1)电路稳定时，R1、R2串联，易求I1A，即为通过R1的电流(2)S闭合时，电容器两端电压UCU2IR26V，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.很显然电容器上的电荷量增加了QQQCUCCUC1.2104C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这条途径实现，所以流过R1的电荷量就是电容器带电荷量的增加量借题发挥(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：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例4用电压表检查如图5所示电路的故障，测得Uad5.0V，Ucd0，Uab5.0V，则此故障可能是()图5AL断路BR断路CR断路DS断路答案B解析Uab5.0V，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，只能是R断路.闭合电路的动态分析1如图6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6A电流表的示数减小B电压表的示数减小C电阻R2两端的电压减小D路端电压增大答案B解析题图中的电路结构是R1与R先并联，再与R2串联，故RR总I干U内U外.R2两端电压U2I干R2，U2增大，所以R与R1的并联电压减小，读数减小，A、C、D错误，B项正确闭合电路中的功率和效率2如图7所示，直线A为电源的UI图线，直线B为电阻R的UI图线，用该电源和电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和电路的总功率分别是()图7A4W,8WB2W,4WC4W,6WD2W,3W答案C解析从题图中可知E3V，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UI4W，P总EI6W.含电容器电路分析3如图8所示，R是光敏电阻，当它受到的光照强度增大时()图8A灯泡L变暗B光敏电阻R上的电压增大C电压表V的读数减小D电容器C的电荷量增大答案CD解析光照强度增大时，R的阻值减小，闭合电路的总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律知I增大，灯泡L变亮，选项A错误；光敏电阻R上的电压UREI(rR灯)减小，选项B错误；电压表V的读数UEIr减小，选项C正确；电容器C两端的电压等于灯泡两端的电压，灯泡两端的电压ULIR灯增大，所以电容器C的电荷量QCUL增大，选项D正确电路故障分析4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9Aa、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所示的电路中，电源的电动势E和内电阻r恒定不变，电灯L恰能正常发光，如果变阻器的滑片向b端滑动，则()图1A电灯L更亮，安培表的示数减小B电灯L更亮，安培表的示数增大C电灯L更暗，安培表的示数减小D电灯L更暗，安培表的示数增大答案A解析变阻器的滑片P向b端滑动，R1接入电路的有效电阻增大，外电阻R外增大，干路电流I减小，安培表的示数减小，路端电压U增大，电灯两端电压增大，电灯L更亮，A正确，B、C、D错误2如图2所示，E为电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器当R2的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况是()图2AI1增大，I2不变，U增大BI1减小，I2增大，U减小CI1增大，I2减小，U增大DI1减小，I2不变，U减小答案B解析滑动触点由a向b移动时，R2阻值减小，所以总电阻减小，电路中总电流增大，则内电压增大，路端电压减小，故U减小总电流增大，R3两端电压也增大，所以并联电路电压减小，故I1减小，I2增大3.如图3所示的电路中，电源的内阻r0，R1和R2是两个定值电阻当滑动变阻器R的滑片向a移动时，电路中的电流I1、I2的变化情况是()图3AI1不变BI1变小CI2变大DI2变小答案BC解析当滑动变阻器R的滑片向a移动时，滑动变阻器连入电路的电阻变小，整个回路的总电阻变小，根据闭合电路欧姆定律可知，干路电流I变大，路端电压UEIr变小，I1变小，A错误，B正确；又II1I2，所以I2变大，C正确，D错误题组二闭合电路的功率和效率4两个电池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()AP1P2，12BP1P2，12CP1P2，12DP1P2，12答案B解析因为PR相等，则电流I相等由I，E1E2，得r1r2，所以P1P2.而，所以与E成反比，故12，故选B.5如图4所示，直线OAC为某一直流电源的总功率P随电流I变化的图线，曲线OBC表示同一直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1A，那么AB线段表示的功率为()图4A1WB6WC2WD2.5W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E3V，短路电流为I3A，所以电源的内阻为r1.图象上AB线段表示的功率为PABP总I2r(13121) W2W故正确选项为C.6.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5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5AR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正确题组三含电容器电路分析7如图6所示，C为两极板水平放置的平行板电容器，闭合开关S，当滑动变阻器R1、R2的滑片处于各自的中点位置时，悬在电容器C两极板间的带电尘埃P恰好处于静止状态要使尘埃P向下加速运动，下列方法中可行的是()图6A把R2的滑片向左移动B把R2的滑片向右移动C把R1的滑片向左移动D把开关S断开答案A解析若尘埃P处于静止状态，则重力与电场力平衡若尘埃向下加速运动，则电场力减小，电容器两极板间的电压减小，故向左移动R2的滑片可以实现这种变化故A正确、B错由于稳定时R1支路无电流，故无论如何移动R1，电容器两极板间的电压都不会改变，故尘埃仍平衡，故C错断开开关S，电容器两极板间电压增大，这种情况与B选项效果相同，故D错8在如图7所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，平行板电容器C的两金属板水平放置，R1和R2为定值电阻，P为滑动变阻器R的滑动触头，G为灵敏电流表，A为理想电流表开关S闭合后，C的两板间恰好有一质量为m、电荷量为q的油滴处于静止状态，在P向上移动的过程中，下列说法正确的是()图7AA表的示数变大B油滴向上加速运动CG中有ab的电流D电源的输出功率一定变大答案B解析油滴静止时，它所受的重力等于向上的电场力FqE，在P向上移动的过程中，滑动变阻器的有效电阻变大，电路的总电阻变大，由闭合电路欧姆定律知，电路的总电流I变小，路端电压U外变大，则选项A错误；而电阻R1两端的电压U1IR1变小，由U外U1U并知，U并变大，UCU并变大，油滴所受电场力变大，将向上加速运动，QCCU并变大，电容器C充电，电流方向由ba，则选项B正确，C错误；电源的输出功率变化不确定，选项D错误9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8A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，灯泡变暗，A错误；路端电压变大，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，则外电路电阻比r大得越多，输出功率越小，B正确10如图9所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部闭合开关S，小球静止时受到悬线的拉力为T.调节R1、R2，关于T的大小判断正确的是()图9A保持R1不变，缓慢增大R2时，T将变大B保持R1不变，缓慢增大R2时，T将变小C保持R2不变，缓慢增大R1时，T将变大D保持R2不变，缓慢增大R1时，T将变小答案B解析当电路接通后，对小球受力分析：小球受重力、电场力和悬线的拉力T三个力的作用，其中重力为恒力，当电路稳定后，R1中