人教版高中物理必修三 （拓展课 电路及其应用的综合问题）新课件VIP

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