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文档简介

拓展课电路及其应用的综合问题

一、伏安特性曲线的理解及应用1.图线的意义 (1)由于导体的导电性能不同,所以不同的导体有不同的伏安特性曲线。 (2)伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值,对应这一状态下的电阻。2.应用:I-U图像中图线上某点与O点连线的斜率表示电阻的倒数,斜率越大,电阻越小。3.两类图线(1)线性元件的伏安特性曲线(图甲中a、b)是过原点的直线,表明它的电阻是不变的。(2)非线性元件的伏安特性曲线(图乙中c、d)是曲线,表明它的电阻是变化的。[例1](多选)小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所

示,P为图线上一点,PN为图线在P点的切线,PQ为U轴的垂线,PM为I轴的垂线,则下列说法正确的是(

)答案ABD[针对训练1]如图所示,a、b分别表示由相同材料制成的两条长度相同、粗细均匀的电阻丝的伏安特性曲线,下列判断正确的是(

) A.a代表的电阻丝较粗 B.b代表的电阻丝较粗 C.a电阻丝的阻值小于b电阻丝的阻值 D.图线表示电阻丝的阻值与电压成正比答案B二、用多用电表判断电路故障

电路故障一般是短路或断路,常见的情况有导线断芯、灯泡断丝、灯座短路、电阻器内部断路、接触不良等现象,检查故障的基本方法有以下两种。1.仪器检测法(1)用电压表对断路故障判断:用电压表与电源并联,若有电压,再逐段与电路并联,若电压表指针偏转,则该段电路中有断点。(2)用电压表对短路故障判断:用电压表与电源并联,若有电压,再逐段与电路并联,若电压表示数为零,则该段电路短路。(3)用欧姆表检测:在使用欧姆表检测电路故障时,一定要注意将待测部分与电路断开。若测得某段电路的电阻是零,说明该部分短路;若测得某段电路的电阻是无穷大,说明该部分断路。2.假设法:已知电路发生某种故障,寻求故障发生在何处时,可将整个电路划分为若干部分,然后假设某部分电路发生故障,运用欧姆定律进行正向推理,推理结果若与题述现象相符,则故障发生在该部分电路。否则,故障没发生在该部分电路。用此方法,直到找到故障为止。[例2]如图所示是某同学连接的实验实物图,A、B灯都不亮,他采用下列两种方法进行故障检查。(1)闭合开关,应用多用电表的直流电压挡进行检查,选择开关置于10V挡。该同学测试结果如表1所示,在测试c、d间直流电压时,红表笔应接触________(选填“c”或“d”)。根据测试结果,可判断电路中一定存在的故障是________。A.灯A短路

B.灯B短路C.cd段断路 D.df段断路表1表2测试点电压表示数a、b有示数b、c有示数c、d无示数d、f有示数测试点指针偏转情况c、dd、ee、f(2)将开关断开,再选择欧姆挡测试,测量结果如表2所示,那么检查出的故障是________。A.灯A断路 B.灯B短路C.灯A、B都断路 D.d、e间导线断路解析(1)应用多用电表判断电路故障,首先要正确使用多用电表,对多用电表而言,电流应从红表笔流入该表内,由题图能看出c点电势高于d点电势,知红表笔应接触c点。由表1可知d、f间有示数,则d—c—a—电池—b—f间无断路,C错误;若仅灯A短路或灯B短路,不会造成A、B灯都不亮,A、B错误;若df段断路,则与测试结果相符,D正确。(2)由表2可知,c、d间有一定的电阻但不是很大,灯A既不短路也不断路,A、C错误;d、e间存在大电阻,表明d、e间导线断路,D正确;e、f间电阻为零,则灯B短路,B正确。答案(1)c

D

(2)BD方法总结故障电路部分的特点(1)断路的特点:电路中发生断路,表现为电路中的电流为零而电源两端的电压不为零;若外电路中某两点之间的电压不为零,则表示这两点之间出现了断路,同时也说明这两点与电源之间的相连部分无断路。(2)短路的特点:电路发生短路时,表现为有电流通过短路电路,即电流表是有一定示数的,但用电压表测该支路两端的电压时,电压表示数为零。[针对训练2]某照明电路出现故障,导致闭合开关时小灯不发光,其电路如图甲所示,该电路用标称值12V的蓄电池为电源,导线与其接触完好,维修人员使用已经调好的多用电表直流50V挡检测故障,他将黑表笔接在c点,用红表笔分别探测电路的a、b点。(1)断开开关,红表笔接a点时多用电表指示如图乙所示,读数为________V,说明________正常(选填“蓄电池”“保险丝”“开关”或“小灯”)。(2)红表笔接b点,断开开关时,表针不偏转,闭合开关后,多用电表指示仍然如图乙,可判定发生故障的器件是________(选填“蓄电池”“保险丝”“开关”或“小灯”)。答案(1)11.5(11.2~11.8均可)蓄电池(2)小灯拓展课电能

能量守恒定律综合问题

一、纯电阻电路与非纯电阻电路的综合分析1.两种电路的比较2.电功与电热[例1]如图所示,电源电动势E=10V,内阻r=0.5Ω,“8V

16W”的灯泡L恰好能正常发光,电动机M绕线的电阻R0=1Ω,求: (1)路端电压; (2)电源的总功率; (3)电动机的输出功率。

解析(1)灯泡正常发光,所以路端电压为8V。 (2)设干路总电流为I,则U=E-Ir,

得I=4A,故P总=EI=40W。答案(1)8V

(2)40W

(3)12W故IM=I-IL=2APM总=UIM=8×2W=16W[针对训练1]如图所示电路中,电源的电动势E=110V,电阻R1=21Ω,电动机的内阻R0=0.5Ω,开关S1始终闭合,当开关S2断开时,电阻R1消耗的电功率P1=525W;当开关S2闭合时,电阻R1消耗的电功率P2=336W,求: (1)电源的内阻r; (2)当开关S2闭合时,电动机输出的机械功率P出。电阻R1消耗的功率P1=I2R1,解得r=1Ω。设此时电源中通过的电流为I′,由闭合电路的欧姆定律有E=I′r+U(2)当开关S2闭合时,设R1两端的电压为U,解得P出=1606W。答案(1)1Ω

(2)1606W二、闭合电路中的功率问题1.电源的总功率 (1)物理意义:电源将其他形式的能转化为电能的功率。 (2)表达式:P总=EI。2.电源内部消耗的功率 (1)物理意义:电源内阻的发热功率。 (2)表达式:P内=I2r。3.电源的输出功率 (1)物理意义:电源对外供电功率。 (2)表达式:P出=UI。4.电源的效率[例2](多选)如图所示,已知电源内阻为r,定值电阻R0的阻值也为r,滑动变阻器R的总电阻为2r。若滑动变阻器的滑片P由A向B滑动,则(

) A.电源的输出功率由小变大 B.定值电阻R0消耗的功率由小变大 C.电源内部的电势降落由大变小 D.滑动变阻器消耗的功率变小解析由题图可知,当滑动变阻器的滑片P由A向B滑动时,滑动变阻器的有效电阻在减小,外电路电阻由3r逐渐减小为r,由电源的输出功率与外电阻的关系可知,电源的输出功率由小变到最大,故选项A正确;定值电阻R0消耗的功率为PR0=I2R0,而电流在不断增大,则R0消耗的功率也由小变大,电源内部的电压降Ir也由小变大,所以B正确,C错误;对于滑动变阻器消耗的功率的变化情况,可把R0+r=2r看作新电源的内阻,可知当R=2r时滑动变阻器消耗的功率最大,当R变小时,其消耗的功率变小,选项D正确。答案ABD方法总结(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为电源内阻。[例3]电路图如图甲所示,图乙中图线是电路中的路端电压随电流变化的关系图像,滑动变阻器的最大阻值为15Ω,定值电阻R0=3Ω。(1)当R为何值时,R0消耗的功率最大?最大值为多少?(2)当R为何值时,电源的输出功率最大?最大值为多少?思路点拨(1)由图乙可求出电源的电动势和内阻,注意纵轴坐标原点不从0开始。(2)R0为定值电阻,其电流越大,消耗功率越大。(3)对电源来说,R+R0为电源外阻,当r=R0+R时,电源输出功率最大。解析(1)由题图乙知电源的电动势和内阻为由题图甲分析知道,当R=0时,R0消耗的功率最大,答案(1)0

10.9W

(2)4.5Ω

13.3W方法总结功率最大值的求解方法(1)流过电源的电流最大时,电源的功率、内损耗功率均最大。(2)对某定值电阻来说,其电流最大时功率也最大。(3)电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大,若不能相等,外电阻越接近内阻,电源的输出功率越大。(4)对于外电路中部分可变电阻来说,可以写出其功率表达式,利用数学知识求其极值。[针对训练2](多选)直流电路如图所示,在滑动变阻器的滑片P向右移动时,电源的(

) A.总功率一定减小 B.效率一定增大

C.内部损耗功率一定减小

D.输出功率一定先增大后减小答案ABC[针对训练3]在如图所示的电路中,已知电源电动势E=3V,内电阻r=1Ω,电阻R1=2Ω,滑动变阻器R的阻值可连续增大,问: (1)当R多大时,R消耗的功率最大?最大功率为多少? (2)当R多大时,R1消耗的功率最大?最大功率为多少?答案(1)3Ω

0.75W

(2)0

2W解析(1)把R1视为内电路的一部分,则当R=R1+r=3Ω时,R消耗的功率最大,其最大值为三、含容电路的分析与计算1.电路稳定后,由于电容器所在支路无电流通过,此支路相当于断路,因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。2.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。3.根据公式Q=CU或ΔQ=CΔU,求电荷量及其变化量。4.分析和计算含有电容器的直流电路时,注意把握以下几个方面(1)电路稳定时电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件,在电容器处电路看成是断路,画等效电路时,可以先把它去掉。(2)若要求电容器所带电荷量时,可在相应的位置补上,求出电容器两端的电压,根据Q=CU计算。(3)电路稳定时电容器所在支路断路,与电容器串联的电阻两端无电压,该电阻相当于导线。(4)当电容器与电阻并联后接入电路时,电容器两端的电压与并联电阻两端的电压相等。(5)电路中的电流、电压变化时,将会引起电容器的充、放电,有ΔQ=CΔU。[例4]如图所示的电路中,已知电容C1=C2,电阻R1=R2,电源电动势为E,内阻为r,当开关S由闭合状态断开时,下列说法中正确的是(

)A.电容器C1的电荷量增多,电容器C2的电荷量减少B.电容器C1的电荷量减少,电容器C2的电荷量增多C.电容器C1、C2的电荷量都增多D.电容器C1、C2的电荷量都减少解析开关S闭合时,电容器C1两端电压与R2两端电压相等,C2两端电压与R1两端电压相等;开关S断开时,电路断路,电容器C1、C2两端电压均等于电源电动势E,由Q=CU知,电容器C1、C2的电荷量均增多,C正确,A、B、D错误。答案C[例5]如图所示,E=10V,r=1Ω,R1=R3=5Ω,R2=4Ω,C=100μF。当S断开时,电容器中带电粒子恰好处于静止状态。求:(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。设带电粒子加速度为a,(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ΔQ=C(UC′-UC)=4×10-4C。答案(1)g方向竖直向上(2)4×10-4C[针对训练4]在如图所示的电路中,当滑动变阻器的滑片向下移动时,关于电灯L的亮度及电容器C所带电荷量Q的变化判断正确的是(

)A.L变暗,Q增大 B.L变暗,Q减小C.L变亮,Q增大 D.L变亮,Q减小

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